Badania wykonanych modeli
Omawiana turbina ślimakowa jest rozwiązaniem nowym. Nie były znane jej własności, np. zależność mocy od długości turbiny, zależność prędkości obrotowej od prędkości przepływającej wody, zależność parametrów turbiny od skoku ślimaka.
Dlatego wykonany został wstępny model turbiny. Badanie takiego modelu pozwoliło na ukierunkowanie dalszych prac projektowych.
Wykonany został model turbiny o średnicy 300 mm i składający się z pięciu odcinków o długości 2 m, które można ze sobą łączyć uzyskując turbiny o długości od 2 do 10 m.
Model ten, oznaczony w artykule jako T0 został przebadany wstępnie na cieku naturalnym – rzece Wolbórce w Wolbórzu. Turbina ta napędzała poprzez przekładnie pasową prądnicę
synchroniczną. W trakcie prób moc turbina uzyskiwała moc około 20 W przy prędkości obrotowej 50 obr/min. Prędkość wody w rzece wynosiła 0,9 m/s.
Następnie turbina ta została przebadana przez Centrum Techniki Okrętowej S.A. – Ośrodek Hydromechaniki Okrętu w Gdańsku.
Badania polegały na wyznaczeniu charakterystyk hydrodynamicznych turbin ślimakowych – mocy oraz momentu obrotowego w funkcji prędkości przepływu wody.
Wielkościami mierzonymi bezpośrednio były: prędkość obrotowa wału oraz moment obrotowy, moc określano na podstawie iloczynu prędkości obrotowej i momentu (jest to zatem moc netto turbiny) bez uwzględnienia sprawności układu przeniesienia napędu. Wyniki pomiarów dla trzech długości turbiny (2, 4 i 6 m) przedstawiono na rysunku 2.
Wyniki badań laboratoryjnych wskazują, że dla prędkości wody większej od 2 m/s i długości turbiny 4 – 6 m uzyskiwane moce wynoszą około 150 W.
Opierając się na wynikach badań modelu turbiny zaprojektowano i wykonano prototypy turbin ślimakowych o średnicy 500 mm.
Wykonano trzy rodzaje turbin różniące się skokiem ślimaka:
• trzy zwoje na długości 1 m (T3);
• dwa zwoje na długości 1 m (T2);
• jeden zwój na długości 1 m (T1).
Turbiny te były także przebadane w laboratorium CTO. Na rysunku 4 przestawiono zależność mocy tych turbin od prędkości wody.
Otrzymane wyniki wskazują. że najlepszym rozwiązaniem z rozpatrywanych jest turbina 2 o dwóch zwojach na długości 1 m (T2). Uzyskiwana moc przy danej prędkości wody jest wówczas największa.
Prądnice współpracujące z turbinami ślimakowymiTurbiny ślimakowe mają stosunkowo niewielka prędkość obrotową. Przetworniki energii mechanicznej na elektryczną, czyli różnego typu prądnice mają zwykle znaczną prędkość obrotową, co wymuszałoby stosowanie podwyższających przekładni mechanicznych. Przekładnie te powodują straty, hałas i zmniejszają niezawodność konstrukcji. Sposobem na wyeliminowanie tych niedogodności jest instalowanie w takich
systemach prądnic o niewielkiej znamionowej prędkości obrotowej.
Do współpracy z małymi turbinami wodnymi najlepszym rozwiązaniem wydają się prądnice synchroniczne wzbudzane magnesami trwałymi. Brak uzwojenia w wirniku i elementów elektronicznych wirujących powodują, że prądnice te cechują się wysoką niezawodnością. Również sprawność jest wyższa, a wymiary maszyny są mniejsze w porównaniu z rozwiązaniami klasycznymi.
Przy projektowaniu elektrowni należy rozważyć możliwość następujących rodzajów pracy:
• obciążenie rezystancyjne – grzanie wody lub powietrza;
• obciążenie poprzez prostownik: ładowanie akumulatorów lub zasilanie odbiorów rezystancyjnych jednofazowych;
• praca na odbiory wymagające stałej częstotliwości
50 Hz.
Z punktu widzenia użytkownika elektrownia taka powinna być tania, bezpieczna w eksploatacji, łatwa do montażu, obsługi i konserwacji.
Zaprojektowanie i wykonanie prądnicyW Instytucie Elektrotechniki w Warszawie zaprojektowano, wykonano i przebadano prototypy serii prądnic synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi o mocy od 0,2 kW do 1 kW przy napięciu 52 V i znamionowej prędkości obrotowej równej 100 obr/min.
Przyjęto, że liczba biegunów będzie równa 24, częstotliwość napięcia wyjściowego przy prędkości obrotowej 100 obr/min będzie wynosić 20 Hz. Bezpośrednio prądnica ta
będzie mogła pracować jedynie na odbiory rezystancyjne, natomiast w przypadku pracy na ładowanie baterii akumulatorów lub na odbiory wymagające napięcia 230 V przy 50
Hz konieczne będzie stosowanie elektronicznego układu pośredniczącego.
W pierwszym etapie projektu wykonano prototypy prądnic o mocy 1 kW, które oznaczono typem GM 180-24M. Na rysunku 5 przestawiono taką prądnicę.
wstecz
