ОРТОГОНАЛЬНАЯ ТУРБИНА В ПОТОКЕ С ОГРАНИЧЕННЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ

Обсуждалась проблема использования энергии рек без создания плотин и затопления обширных территорий. Отмечены успехи в реализации и развитии идей патентов 1925 г. и 1931 г., где рабочие лопасти турбины движутся со скоростью большей, чем скорость потока. Приведены схемы новых турбин такого типа, например, сбалансированная шестиступенчатая одновинтовая турбина, турбина-спираль, сбалансированная двухлопастная турбина. Рассматривались характеристики свободнопоточных ортогональных турбин в потоках ограниченной ширины и глубины. Важнейшей характеристикой турбины является коэффициент мощности (эффективность), равный отношению энергии вращающейся турбины к кинетической энергии потока в трубке тока, проходящей через контур турбины. Отмечена возможность значительного увеличения мощности турбины в этих условиях по сравнению с условиями применения в неограниченных потоках. Увеличение мощности турбины в стесненном потоке связано с увеличением скорости течения в турбине на подходе к тыльному участку трассы лопастей. Сформулированы требования к параметрам турбины, обеспечивающим максимальную мощность при заданном расходе воды и допустимом подъеме уровня в реке. Эти требования состоят в определенных правилах выбора числа лопастей (и затенения) турбины с учетом допустимого повышения уровня воды (подпора) перед турбиной. Отмечена неустойчивость работы турбин при малых скоростях вращения, описана модификация конструкции турбины, устраняющая этот недостаток. Модификация быстроходных ортогональных турбин состоит в использовании разгонных лопастей с чашеобразным сечением, размещаемых на трассе с диаметром в 2 раза меньшим диаметра трассы основных (рабочих) лопастей плавно обтекаемого профиля. Установлено, что во всех рассмотренных вариантах турбин для потоков с ограниченным поперечным сечением конструкция системы лезвий может быть жесткой, что исключает единый центральный вал (ось) и приводит к его замене опорными полувалами.

1. Schneider E. Blade wheel on December 7, 1925, U.S. Patent 1681500A, granted in 1928.

2. Darrieus G. Turbine Having its Rotating Shaft Transverse to the Flow of Current, U.S. Patent 1834018, December 1931.

3. Berg D.E., Ashwill T.D. An Update on the Structual Design of the Sandia 34-M Vertical Axis Wind Turbine, Sandia Nationa Laboratories, SAND85-2534C, February 1985.

4. Baklushin P.G., Vashkevich K.P., Samsonov V.V. Experimental study of the aerodynamic characteristics of orthogonal vane wind chimes (Eksperimental'noe issledovanie aerodinamicheskikh kharakteristik ortogonal'nykh kryl'chatykh vetrokoles). Collection of scientific papers hydroproject, Wind power stations, 1988; 129:98–105 (in Russ.).

5. Samsonov V.V. Comparison of different ways for VAWT aerodynamic control. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodinamics, 1992;39(1– 3):427–433.

6. Malyshev N.A., Lyatcher V.M. High-power wind power stations (Vetroenergeticheskie stantsii bol'shoi moshchnosti). Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo, 1983;(12):38–44 (in Russ.).

7. Ivanov I.I., Ivanova G.A., Perfilov O.L. Modeling studies of rotor impellers of wind power stations (Model'nye issledovaniya rotornykh rabochikh koles vetroenergeticheskikh stantsii). Collection of scientific works of hydroproject, Wind power stations, 1988;129:106–113 (in Russ.).

8. Lyatkher V.M. Orthogonal turbines of low power (Ortogonal'nye gidroturbiny maloi moshchnosti). Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo, 2011;(4):33–39 (in Russ.).

9. Armstrong S., Fiedler A., Tullis S. Flow separation on a high Reynolds number, high solidity vertical axis wind turbine with straight and canted blades and canted blades with fences. Renewable Energy, 2012;41:13–22.

10. Kirke B.K. Tests on ducted and bare helical and straight blade Darrieus hydrokinetic turbines. Renewable Energy, 2011;(36):3013–3022.

11. Rawlings G.W. Parametric Characterization of an experimental vertical axis hydro turbine. BASc, University of British Columbia, 2008.

12. Cahay M., Luquiau E., Smadja C., Silvert F. Use of a Vertical Wind Turbine in an Offshore Floating Wind Farm. In Proceedings of the Offshore Technology Conference, Houston, TX, USA, 2–5 May 2011; doi:10.4043/21705-MS.

13. Paraschivoiu Ion, Wind Turbine Design with Emphasis on Darrieus Concept, 2002, P.I.P, Canada, 442 p.

14. Electrical Equipment and Supplies. Available on: http://www.alibaba.com/showroom/vertical-axiswind-turbine-for-sale.html. Accessed 21, July 2014.

15. Kirke B.K. Developments in ducted water current turbines. Sustaiable Energy Centre, University of South Australia, 2003.

16. Lyatkher V. Tidal Power. Harnessing Energy from Water Currents, 2014, Wiley, 255 p.

17. Lyatkher V. Orthogonal Power Unit, Patent USA 8007235 B1, 2011, Int.Cl. F03B 3/12 (2006.01).

18. Lyatkher V. Orthogonal Turbine Having a Balanced Blade, Patent USA 9657715 B1, 2017, Int.Cl.F03D 3/00, 3/06, 9/00, (2006.01) F03B 3/04, 17/06, 13/10 (2006.01).

19. Ivanov I.I., Ivanov G.A., Kondrat'ev V.N., Polinkovsky I.A. Improving the efficiency of small hydropower plants. Hydrotechnical Construction, 1991;(1).

20. Lyatkher V.M., Ivanov I.I., Skosareva S.M. Experimental study of orthogonal units for the use of energy currents. Hydrotechnical Construction, 1986;(11):33–38.

21. Istoric B.L, Proudovsky A.M., Usachev I.N., Shpolyansky Yu.B. Use of orthogonal turbines at tidal power plants. Hydrotechnical Construction, 1998;(12):35–44.