Gorlov spiralturbin
Gorlov spiralturbinen ( GHT ) är en vattenturbin som utvecklats från Darrieus turbindesign genom att ändra den till att ha spiralformade blad/folier. Vattenturbiner tar kinetisk energi och omsätter den till elektricitet. Det patenterades i en serie patent från 19 september 1995 till 3 juli 2001 och vann 2001 ASME Thomas A. Edison . GHT uppfanns av Alexander M. Gorlov , professor vid Northeastern University .
De fysiska principerna för GHT-arbetet är desamma som för dess huvudprototyp, Darrieus-turbinen, och för familjen av liknande vindkraftverk med vertikal axel, som även inkluderar Turby-vindturbin , flygturbin, Quietrevolution-vindturbin , etc. GHT, Turby och Quietrevolution löste problem med pulserande vridmoment genom att använda den spiralformade vridningen av bladen.
Den spiralformade turbinen (Tyskt patent DE2948060A1, 1979) uppfanns ursprungligen av Ulrich Stampa (Bremen, Tyskland), ingenjör, författare och uppfinnare.
Vätskeprestanda
Termen "folie" används för att beskriva formen på bladets tvärsnitt vid en given punkt, utan åtskillnad för typen av vätska (således hänvisar till antingen en "flygplan" eller " bärplan " ) . I den spiralformade designen kröker bladen sig runt axeln, vilket har effekten att fördela foliesektionerna jämnt under rotationscykeln, så det finns alltid en foliesektion i alla möjliga angreppsvinklar . På så sätt ändras inte summan av lyft- och dragkrafterna på varje blad abrupt med rotationsvinkeln. Turbinen genererar en mjukare vridmomentkurva, så det blir mycket mindre vibrationer och buller än i Darrieus-designen. Det minimerar även toppspänningar i struktur och material och underlättar självstart av turbinen. I testmiljöer har GHT observerats ha upp till 35 % effektivitet i energifångst som rapporterats av flera grupper. "Bland de andra turbinsystemen med vertikala axlar har Davis Hydro-turbinen, EnCurrent-turbinen och Gorlov Helical-turbinen alla genomgått skaltestester i laboratorium eller till sjöss. Sammantaget representerar dessa teknologier den nuvarande normen för tidvattenströmsutveckling."
Turbinaxelorientering
Huvudskillnaden mellan Gorlov-spiralturbinen och konventionella turbiner är axelns orientering i förhållande till strömflödet. GHT är en turbin med vertikal axel vilket innebär att axeln är placerad vinkelrätt mot strömflödet, medan traditionella turbiner är horisontella turbiner vilket innebär att axeln är placerad parallellt med strömflödet. Vätskeflöden, som vind, kommer naturligtvis att ändra riktning, men de kommer fortfarande att förbli parallella med marken. Så i alla vertikalaxlade turbiner förblir flödet vinkelrätt mot axeln, oavsett flödesriktning, och turbinerna roterar alltid i samma riktning. Detta är en av de största fördelarna med vertikalaxlade turbiner.
Om vattenflödets riktning är fixerad kan Gorlov-turbinens axel vara vertikal eller horisontell, det enda kravet är ortogonalitet mot flödet.
Flygplan / bärplan
GHT är en enkelriktad turbin, som arbetar under ett hissbaserat koncept (se aerofoil ), som ger rotation i en konsekvent riktning från dubbelriktade eller reversibla vätskeflöden. GHT arbetar enligt samma princip som Darrieus-turbinen; det vill säga, den förlitar sig på foliernas rörelse för att ändra den skenbara riktningen av flödet i förhållande till folierna, och således ändra foliens (skenbara) "anfallsvinkel".
Miljöfrågor
En GHT föreslås för mikrovattenanläggningar med låg lufthöjd , när byggandet av en damm inte är önskvärt. GHT är ett exempel på damlös hydroteknik . Tekniken kan potentiellt erbjuda kostnads- och miljöfördelar jämfört med dammbaserade mikrohydrosystem.
Några fördelar med damlös vattenkraft är att den eliminerar risken för haveri i en damm, vilket förbättrar allmänhetens säkerhet. Det eliminerar också de initiala kostnaderna för dammkonstruktion, konstruktion och underhåll, minskar de miljömässiga och ekologiska komplikationerna och förenklar potentiellt de regulatoriska frågor som ställs i lag specifikt för att mildra problemen med dammar.
Generellt sett är en stor ekologisk fråga med vattenkraftsanläggningar deras faktiska och upplevda risk för vattenlivet. Det påstås att en GHT snurrar så långsamt att fisken kan se den snart nog för att simma runt den. Från preliminära tester 2001 hävdades att om en fisk simmar mellan de långsamt rörliga turbinbladen kommer fisken inte att skadas. Det skulle också vara svårt för en fisk att fastna eller fastna i turbinen, eftersom de öppna utrymmena mellan bladen är större än till och med den största fisken som lever i en liten flod. En fisk skulle inte heller ramla runt i en virvel , eftersom GHT inte skapar mycket turbulens, så små föremål skulle ofarligt svepas igenom med strömmen.
Hur det fungerar
I detta exempel är riktningen för vätskeflödet till vänster. När turbinen roterar, i detta fall medurs, ändrar foliens rörelse genom vätskan vätskans skenbara hastighet och anfallsvinkel (hastighet och riktning) i förhållande till foliens referensram . Den kombinerade effekten av dessa två flödeskomponenter (dvs vektorsumman ) ger den totala netto "Senbar flödeshastighet" som visas i nästa figur.
Verkan av detta skenbara flöde på varje foliesektion genererar både en lyftkraft och en dragkraft , vars summa visas i figuren ovan med titeln "Nettokraftvektorer". Var och en av dessa nettokraftvektorer kan delas upp i två ortogonala vektorer: en radiell komponent och en tangentiell komponent, som här visas som "Normal kraft" respektive "Axiell kraft". Normalkrafterna motverkas av turbinstrukturens styvhet och ger ingen rotationskraft eller energi till turbinen. Den återstående kraftkomponenten driver turbinen medurs, och det är från detta vridmoment som energi kan skördas.
[När det gäller siffran "Senbar flödeshastighet...", noterar Lucid Energy Technologies, rättighetsinnehavare till patentet till Gorlov Helical Turbine, att detta diagram, utan någon synbar hastighet vid en azimutvinkel på 180 grader (blad vid dess punkt i rotation där den omedelbart rör sig i nedströmsriktning), kan bli föremål för feltolkning. Detta beror på att en uppenbarligen noll flödeshastighet endast skulle kunna inträffa vid ett spetshastighetsförhållande på enhet (dvs. TSR=1, där strömflödet inducerat av rotation är lika med strömflödet). GHT arbetar i allmänhet vid en TSR som är väsentligt större än enhet.]
(Diagrammen "Net Force Vectors" och "Normal Force Vectors" är delvis felaktiga. Medvindssegmenten ska visa vektorerna utanför cirklarna. Annars skulle det inte finnas något nät i sidled på turbinen.) M Koester 2015.
Kommersiell användning
Spiralformade turbiner i vattenström genererar mekanisk kraft oberoende av vattenflödets riktning. Sedan överför elektriska generatorer monterade på den gemensamma axeln kraften till elektricitet för kommersiellt bruk.
Se även
externa länkar
- Gorlovs spiralturbin
- Northeastern Universitys Alexander Gorlov vinner prestigefyllda Edison Patent Award för uppfinning av spiralturbin Arkiverad 2017-05-18 på Wayback Machine
- Dubbel och trippel helix
- Onearth 2005
- Thomas A. Edisons patentpris
