توربين غورلوف الحلزوني
التوربين الحلزوني غورلوف ( GHT ) هو توربين مائي مُطوَّر من تصميم توربين داريوس، حيث تم تعديله ليحتوي على شفرات/رقائق حلزونية . يحوّل التوربين المائي الطاقة الحركية إلى كهرباء. وقد حصل على سلسلة من براءات الاختراع في الفترة من 19 سبتمبر 1995 [ 1 ] إلى 3 يوليو 2001 [ 2 ] ، وفاز بجائزة توماس أديسون من الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) لعام 2001. اخترع التوربين الحلزوني غورلوف ألكسندر م. غورلوف ، أستاذ في جامعة نورث إيسترن .
إن المبادئ الفيزيائية لعمل GHT [ 3 ] هي نفسها بالنسبة لنموذجها الرئيسي، توربين داريوس، وبالنسبة لعائلة توربينات الرياح ذات المحور الرأسي المماثلة والتي تشمل أيضًا توربين توربي ، وتوربين إيروتيكتشر، وتوربين كوايتريفولوشن ، وما إلى ذلك. وقد حلت GHT وتوربي وكوايتريفولوشن مشكلات عزم الدوران النبضي باستخدام الالتواء الحلزوني للشفرات.
تم اختراع التوربين الحلزوني (براءة اختراع ألمانية DE2948060A1، 1979) في الأصل بواسطة أولريش ستامبا (بريمن، ألمانيا)، وهو مهندس ومؤلف ومخترع.
أداء السوائل
يُستخدم مصطلح "الرقاقة" لوصف شكل المقطع العرضي للشفرة عند نقطة معينة، دون تمييز لنوع المائع (وبالتالي يُشير إما إلى " الرقاقة الهوائية " أو " الرقاقة المائية "). في التصميم الحلزوني، تنحني الشفرات حول المحور، مما يُؤدي إلى توزيع مقاطع الرقاقة بالتساوي خلال دورة الدوران، بحيث يكون هناك دائمًا مقطع رقاقة عند كل زاوية هجوم ممكنة . وبهذه الطريقة، لا يتغير مجموع قوى الرفع والسحب على كل شفرة بشكل مفاجئ مع زاوية الدوران. يُولّد التوربين منحنى عزم دوران أكثر سلاسة، مما يُقلل الاهتزاز والضوضاء بشكل كبير مقارنةً بتصميم داريوس. كما يُقلل من إجهادات الذروة في الهيكل والمواد، ويُسهّل بدء تشغيل التوربين ذاتيًا. في بيئات الاختبار، لوحظ أن كفاءة توربين GHT تصل إلى 35% في استخلاص الطاقة، وفقًا لتقارير العديد من المجموعات. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] "من بين أنظمة التوربينات الأخرى ذات المحور الرأسي، خضعت توربينات ديفيس المائية، وتوربينات إنكرنت، وتوربينات غورلوف الحلزونية لاختبارات على نطاق واسع في المختبر أو في البحر. وبشكل عام، تمثل هذه التقنيات المعيار الحالي لتطوير طاقة تيارات المد والجزر." [ 7 ]
اتجاه محور التوربين
يتمثل الاختلاف الرئيسي بين توربينات غورلوف الحلزونية والتوربينات التقليدية في اتجاه محور الدوران بالنسبة لتدفق التيار. فتوربينات غورلوف الحلزونية ذات محور رأسي، أي أن محورها عمودي على اتجاه تدفق التيار، بينما التوربينات التقليدية ذات محور أفقي، أي أن محورها موازٍ لاتجاه تدفق التيار. تتغير اتجاهات تدفقات الموائع، كالرياح، بشكل طبيعي، لكنها تظل موازية للأرض. لذا، في جميع التوربينات ذات المحور الرأسي، يبقى التدفق عموديًا على المحور، بغض النظر عن اتجاهه، وتدور التوربينات دائمًا في الاتجاه نفسه. هذه إحدى المزايا الرئيسية للتوربينات ذات المحور الرأسي.
إذا كان اتجاه تدفق الماء ثابتًا، فيمكن أن يكون محور توربين غورلوف رأسيًا أو أفقيًا، والشرط الوحيد هو التعامد مع التدفق. [ 8 ]
جناح هوائي / جناح مائي
التوربين ذو الأجنحة الدوارة (GHT) هو توربين أحادي الاتجاه، يعمل وفق مبدأ الرفع (انظر شكل الجناح )، ويوفر دورانًا في اتجاه ثابت من تدفقات سائلة ثنائية الاتجاه أو قابلة للانعكاس. يعمل التوربين ذو الأجنحة الدوارة (GHT) وفقًا لنفس مبدأ توربين داريوس؛ أي أنه يعتمد على حركة الأجنحة لتغيير الاتجاه الظاهري للتدفق بالنسبة للأجنحة، وبالتالي تغيير "زاوية الهجوم" الظاهرية للجناح.
القضايا البيئية
يُقترح استخدام نظام توليد الطاقة الكهرومائية بدون سدود [ 8 ] لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة ذات الرأس المنخفض ، عندما يكون بناء السدود غير مرغوب فيه. يُعد هذا النظام مثالاً على تكنولوجيا الطاقة الكهرومائية بدون سدود ، وقد يُوفر مزايا اقتصادية وبيئية مقارنةً بأنظمة الطاقة الكهرومائية الصغيرة القائمة على السدود.
من مزايا الطاقة الكهرومائية بدون سدود أنها تقضي على احتمالية انهيار السدود، مما يعزز السلامة العامة. كما أنها تلغي التكلفة الأولية لهندسة السدود وبنائها وصيانتها، وتقلل من التعقيدات البيئية والإيكولوجية، وربما تبسط المسائل التنظيمية التي وُضعت في القوانين خصيصًا للتخفيف من مشاكل السدود.
بشكل عام، تُعدّ المخاطر الفعلية والمتوقعة على الحياة المائية من أبرز المشكلات البيئية المرتبطة بمحطات الطاقة الكهرومائية. يُزعم أن التوربينات الكهرومائية تدور ببطء كافٍ يسمح للأسماك برؤيتها بسرعة كافية للسباحة حولها. [ 9 ] [ 10 ] أظهرت اختبارات أولية أُجريت عام 2001 أنه في حال سبحت سمكة بين شفرات التوربين البطيئة الحركة، فلن تُصاب بأذى. كما يصعب على السمكة أن تعلق أو تُحشر في التوربين، لأن المسافات بين الشفرات أكبر من حتى أكبر الأسماك التي تعيش في نهر صغير. كذلك، لن تُقذف السمكة في دوامة ، لأن التوربينات الكهرومائية لا تُحدث اضطرابًا كبيرًا، وبالتالي ستنجرف الأجسام الصغيرة مع التيار دون أن تُلحق بها أي ضرر.
كيف يعمل؟
في هذا المثال، يكون اتجاه تدفق المائع إلى اليسار. ومع دوران التوربين، في هذه الحالة باتجاه عقارب الساعة، تُغير حركة الرقاقة عبر المائع السرعة الظاهرية وزاوية الهجوم (السرعة والاتجاه) للمائع بالنسبة لإطار مرجعي للرقاقة. وينتج عن التأثير المُجتمع لهذين المُركبين للتدفق (أي المجموع الاتجاهي ) إجمالي "السرعة الظاهرية للتدفق" كما هو موضح في الشكل التالي.
يُولد تأثير هذا التدفق الظاهري على كل قسم من أقسام الرقاقة قوة رفع وقوة سحب ، ويظهر مجموعهما في الشكل أعلاه بعنوان "متجهات القوة المحصلة". يمكن تقسيم كل متجه من متجهات القوة المحصلة إلى متجهين متعامدين: مركبة شعاعية ومركبة مماسية، يُشار إليهما هنا بـ"القوة العمودية" و"القوة المحورية" على التوالي. تُقاوم القوى العمودية بصلابة هيكل التوربين، ولا تُضيف أي قوة دوران أو طاقة إلى التوربين. أما مركبة القوة المتبقية فتُحرك التوربين في اتجاه عقارب الساعة، ومن عزم الدوران هذا يُمكن استخلاص الطاقة.
[فيما يتعلق بالشكل "سرعة التدفق الظاهرية..."، تشير شركة لوسيد إنرجي تكنولوجيز، صاحبة حقوق براءة اختراع توربين غورلوف الحلزوني، إلى أن هذا الرسم البياني، الذي لا يُظهر سرعة ظاهرية عند زاوية سمتية 180 درجة (الشفرة عند نقطة دورانها حيث تتحرك لحظيًا في اتجاه التدفق)، قد يُساء فهمه. وذلك لأن انعدام سرعة التدفق الظاهرية لا يحدث إلا عند نسبة سرعة طرفية تساوي واحدًا (أي TSR=1، حيث يتساوى التدفق الحالي الناتج عن الدوران مع التدفق الحالي). ويعمل توربين غورلوف الحلزوني عمومًا عند نسبة سرعة طرفية أكبر بكثير من واحد.]
(الرسوم البيانية "متجهات القوة المحصلة" و"متجهات القوة العمودية" غير دقيقة جزئيًا. يجب أن تُظهر الأجزاء الواقعة في اتجاه الريح المتجهات خارج الدوائر. وإلا فلن يكون هناك حمل جانبي محصل على التوربين.) م. كويستر 2015.
للاستخدام التجاري
تولد التوربينات الحلزونية في مجرى الماء طاقة ميكانيكية بغض النظر عن اتجاه تدفق الماء. ثم تقوم المولدات الكهربائية المركبة على عمود مشترك بتحويل هذه الطاقة إلى كهرباء للاستخدام التجاري.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ AM Gorlov ، توربين تفاعل حلزوني أحادي الاتجاه يعمل في ظل تدفق سائل عكسي لأنظمة الطاقة ، براءة اختراع الولايات المتحدة 5,451,137 مؤرشفة في 2017-12-16 في Wayback Machine ، 19 سبتمبر 1995.
- ↑ AM Gorlov ، طريقة للحفاظ على الطفو باستخدام مجموعة توربينات حلزونية ، براءة اختراع الولايات المتحدة 6,253,700 مؤرشفة في 2017-12-16 في Wayback Machine ، 3 يوليو 2001.
- ↑ إم جيه خان، جي بهويان، إم تي إقبال، وجيه إي كوايكو ، أنظمة تحويل الطاقة الحركية المائية وتقييم التوربينات ذات المحور الأفقي والرأسي لتطبيقات الأنهار والمد والجزر: مراجعة لحالة التكنولوجيا ، الطاقة التطبيقية، المجلد 86، العدد 10، أكتوبر 2009، الصفحات 1823-1835. doi : 10.1016/j.apenergy.2009.02.017
- ↑ غورلوف، أ.م. ، 1998، التوربينات الحلزونية لتيار الخليج، التكنولوجيا البحرية، 35، العدد 3، ص 175-182.
- ↑ غوربان أ.ن ، غورلوف أ.م، سيلانتيف ف.م ، حدود كفاءة التوربينات لتدفق السوائل الحرة مؤرشفة في 2024-02-13 في Wayback Machine ، مجلة تكنولوجيا موارد الطاقة - ديسمبر 2001 - المجلد 123، العدد 4، ص 311-317.
- ↑ هان، سانغ هون؛ لي، كوانغ سو؛ يوم، كي داي؛ بارك، وو سون؛ بارك، جين سون، تقييم كفاءة التوربينات الحلزونية لمحطة توليد الطاقة من تيارات المد والجزر بناءً على تجربة في الموقع، وقائع المؤتمر الدولي الخامس حول سواحل آسيا والمحيط الهادئ، سنغافورة، 13-18 أكتوبر 2009، المجلد 4، 315-321.
- ↑ ج. خان وج. بهويان (2009). طاقة المحيطات: حالة تطوير التكنولوجيا العالمية. مؤرشف بتاريخ 7 أكتوبر 2011 على موقع Wayback Machine ، تقرير أعدته شركة Powertech Labs لصالح مكتب الطاقة والمحيطات التابع لوكالة الطاقة الدولية. [متاح عبر الإنترنت]، على الرابط: www.iea-oceans.org
- 1 2 غورلوف إيه إم ، تطوير التوربين الهيدروليكي التفاعلي الحلزوني . التقرير الفني النهائي، وزارة الطاقة الأمريكية، أغسطس 1998، جسر المعلومات التابع لوزارة الطاقة الأمريكية : معلومات وزارة الطاقة العلمية والتقنية، مؤرشف في 11 سبتمبر 2013 على موقع Wayback Machine .
- ↑ ديفيس جيل ، آلة ألكسندر العجيبة ، أون إيرث، ربيع 2005.
- ↑ بيتكويتش، راشيل (2004). "حلول تكنولوجية: توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الكهرومائية غير المحصورة". العلوم والتكنولوجيا البيئية . 38 (3): 55أ - 56أ. Bibcode : 2004EnST...38...55P . doi : 10.1021/es0403716 . PMID 14968846 .
روابط خارجية
- توربين غورلوف الحلزوني
- فاز ألكسندر غورلوف، من جامعة نورث إيسترن، بجائزة إديسون المرموقة لبراءة اختراع التوربينات الحلزونية. (مؤرشف بتاريخ 18 مايو 2017 في أرشيف الإنترنت).
- الحلزون المزدوج والثلاثي
- ون إيرث 2005
- جائزة توماس أديسون لبراءات الاختراع
- توربينات المياه
- توربينات الرياح ذات المحور الرأسي