DE102020004433A1

DE102020004433A1 - HYDROGENERATOR FOR CONVERTING THE ENERGY OF A PRESSURE LIQUID OR STEAM FLOW INTO ELECTRICITY

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Publication number: DE102020004433A1
Application number: DE102020004433.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2040-07-24
Also published as: DE102020004433B4

Abstract

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Gewinnung mechanischer und elektrischer Energie und kann in den Wirtschaftsbereichen verwendet werden, wo mobile tragbare Anlagen für Elektrizitätserzeugung in weit entfernten Regionen eingesetzt werden, überall da, wo Flüssigkeits- bzw. Dampfströme mit hohem Druck als Springquellen (Geysire) aus dem Boden schießen.Die präsentierte Anlage unterscheidet sich dadurch, dass1) der Rotor als ein oder mehrere zylindrische Funktionsringe mit Spiralrillen an der seitlichen Oberfläche und mit Trenneinsätzen innerhalb der Rillen gebaut wird;2) die Funktionsringe mit Mänteln in zylindrischer Form abgedeckt werden, die über Öffnungen zum Abfluss der Ablaufflüssigkeit an den Stellen verfügen, wo zwei Spiralrillen zusammenkommen, die von gegenüberliegenden Endflächen des Funktionsringes verlaufen;3) die Mäntel an der Welle mit äußeren Begrenzungsscheiben so befestigt werden, dass sie an der seitlichen Oberfläche der Funktionsringe dicht anliegen;4) die Trenneinsätze innerhalb der Rillen mit einer oder mehreren Öffnungen zum Passieren der Flüssigkeit bzw. des Dampfes ausgestattet werden.Das Medium (Flüssigkeit bzw. Dampf) kommt unter Hochdruck in die Spiralrillen und indem es die innerhalb der Rille angebrachten Trenneinsätze mit Öffnungen passiert, drückt die Flüssigkeit bzw. der Dampf auf die Trenneinsätze und reißt diese fort, indem es das Drehmoment schafft, das an den Elektrogenerator zwecks nachfolgender Elektrizitätserzeugung übergeben wird.The invention lies in the field of mechanical and electrical energy production and can be used in those economic sectors where mobile, portable devices for generating electricity are used in remote regions, wherever high-pressure liquid or vapor streams are used as springs (geysers). shoot out of the ground.The presented plant differs in that1) the rotor is built as one or more cylindrical functional rings with spiral grooves on the lateral surface and with separator inserts inside the grooves;2) the functional rings are covered with jackets in a cylindrical shape, which have openings for draining liquid in the places where two spiral grooves running from opposite end surfaces of the functional ring meet;3) the sleeves are fastened to the shaft with outer stop washers so that they tightly fit against the side surface of the functional rings;4 ) the dividers sets inside the grooves can be provided with one or more openings for the liquid or vapor to pass through. The medium (liquid or vapor) enters the spiral grooves under high pressure and, passing through the orificed separator inserts fitted inside the groove, pushes the liquid or the steam on the separator inserts and pulls them away, creating the torque that is transferred to the electric generator for subsequent electricity production.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Gewinnung mechanischer und elektrischer Energie und kann in den Wirtschaftsbereichen verwendet werden, wo mobile tragbare Anlagen für Elektrizitätserzeugung in weit entfernten Regionen zum Einsatz kommen, überall da, wo Flüssigkeits- bzw. Dampfströme mit hohem Druck als Springquellen (Geysire) aus dem Boden schießen.The invention lies in the field of mechanical and electrical energy production and can be used in economic sectors where mobile, portable devices for generating electricity are used in remote regions, wherever high-pressure liquid or vapor streams act as springs (geysers ) shoot out of the ground.

Jeder mobiler Generator, den man zur autonomen Energieversorgung braucht, muss eine gewisse primäre Energie verbrauchen und diese in eine Nutzarbeit verarbeiten, wobei er Wärme, Kraftzug oder Elektrizität abgibt. In weit entfernten Regionen, wo es schwierig ist Kraftstoff hinzubringen oder eine elektrische Leitung hinzuzuziehen, entsteht die Notwendigkeit, örtliche primäre Energiequellen zu verwenden. Sonne und Wind gewähren keine permanente und sichere Energieversorgung, denn der Wind kann sich legen und die Sonne scheint nicht in der Nacht. Wenn aber in dieser Gegend Flüssigkeits- bzw. Dampfströme mit hohem Druck als Springquellen (Geysire) aus dem Boden schießen, kann man dann die kinetische Energie des Flüssigkeits- bzw. Dampfstroms zur Elektrizitätserzeugung verwenden.Every mobile generator that is needed for autonomous energy supply must consume a certain amount of primary energy and convert this into useful work, giving off heat, power or electricity. In remote regions where it is difficult to bring fuel or to connect an electric line, the need to use local primary energy sources arises. Sun and wind do not ensure a permanent and secure energy supply, because the wind can die down and the sun does not shine at night. However, if high-pressure liquid or vapor streams shoot out of the ground in the form of springs (geysers) in this area, the kinetic energy of the liquid or vapor stream can then be used to generate electricity.

Leider haben die Geysire einen Nachteil, sie funktionieren stoßweise (mit Unterbrechungen): Nach dem Ausstoß einer gewissen Menge an Wasser und Dampf aus dem Boden folgt eine lange Pause, wenn das Grundwasser nicht auf der Bodenfläche ankommt. Aber eine sichere Stromversorgung beabsichtigt, dass die Energiegewinnung konstant und ohne Pausen funktioniert. Deshalb ist es notwendig eine solche Anlage anzubieten, die gegenüber lange Pausen, die für Funktionsweise von Geysiren typisch sind, unempfindlich wäre und die Nutzenergie selbst dann erzeugen würde, wenn Wasser und Dampf aus einer unterirdischen Quelle nicht bzw. lediglich in kleinen Mengen ankommt.Unfortunately, geysers have one drawback, they work intermittently (intermittently): after ejecting a certain amount of water and steam from the ground, there is a long pause if groundwater does not reach the ground surface. But a secure power supply intends that the energy production works constantly and without breaks. It is therefore necessary to offer such a device that would be insensitive to the long pauses typical of geyser operation and would produce useful energy even when water and steam from an underground source do not arrive or arrive only in small quantities.

Das Ziel dieser Erfindung ist die Entwicklung eines solchen Hydrogenerators zur Umwandlung der Energie eines druckstarken Flüssigkeits- bzw. Dampfstroms in Elektrizität, der gegenüber Pausen und Verbrauchsabstieg, die im Laufe des Betriebes entstehen, unempfindlich wäre, große Leistung und hohe Kraftgewinnung unabhängig vom Flüssigkeits- bzw. Dampfausstoß aus einer unterirdischen Quelle kontinuierlich zeigen würde, und dabei so leicht wäre, dass das Personal bei seiner manuellen Verlegung und Montage an neuer Stelle keine Schwierigkeiten hätte.The aim of this invention is to develop such a hydrogenerator for converting the energy of a high-pressure flow of liquid or steam into electricity, which would be insensitive to pauses and decreases in consumption that occur during operation, high performance and high power generation regardless of the flow of liquid or steam , continuously exhibiting vapor emission from an underground source, while being so light that the personnel would have no difficulty in manually moving and assembling it in a new location.

Bekannt ist ein Ansatz und eine Anlage zur Umwandlung der Energie eines druckstarken Flüssigkeits- bzw. Dampfstroms in Elektrizität: Die Flüssigkeit wird aus einer festen Rohrleitung durch eine an der Wand des Arbeitskörpers monierte Schiebemuffe in eine rotierende Hohlwelle zugeführt und dann durch Öffnungen in der Wellenwandung in den Innenraum eines an der Welle fest befestigten Zylinderbehälters mit mehreren an der Seitenwand des Behälters schräg angebrachten Düsen weiter zugeleitet. Wenn die Flüssigkeit sich durch die Schrägdüsen an der Seitenwand des Behälters mit großer Geschwindigkeit bewegt, schafft sie eine Rückstoßkraft, die über die Stirnwände des Behälters an die Welle übergeben wird und den an der Welle befestigten Elektrogenerator dreht. Die Ablaufflüssigkeit wird im Unterteil des Arbeitskörpers gesammelt und von dort nach draußen abgeführt.An approach and a system for converting the energy of a high-pressure liquid or vapor stream into electricity is known: The liquid is fed from a fixed pipeline through a sliding sleeve mounted on the wall of the working body into a rotating hollow shaft and then through openings in the shaft wall into the interior of a cylinder container firmly attached to the shaft with a plurality of nozzles attached at an angle to the side wall of the container. When the liquid moves at high speed through the inclined nozzles on the side wall of the tank, it creates a repulsive force which is transmitted through the end walls of the tank to the shaft and rotates the electric generator attached to the shaft. The drain liquid is collected in the lower part of the working body and from there it is discharged to the outside.

Der Nachteil dieser Anlage ist ihre Unfähigkeit, hohe Fließdruckwerte in Elektrizität zu umwandeln. Diese Unfähigkeit ist durch einen niedrigen Fließwiderstand des ganzen Übertragungsweges bedingt, vom Eingang der Flüssigkeit in die Schiebemuffe bis zu ihrem Ausgang aus dem Arbeitskörper. Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit stellt sich immer automatisch auf das Niveau ein, bei dem der totale Strömungswiderstand des Übertragungsweges dem Fließdruck gleich wird. Je höher der Widerstandsfaktor einzelner Abschnitte des Übertragungsweges ist, desto geringer wird die Flüssigkeitsgeschwindigkeit. In der analysierten Erfindung wurden kurze Rohre als Düse verwendet, die im Winkel von 70 - 90 Grad abgebogen waren. Der Strömungswiderstand der Rohre wurde durch eine normale Flüssigkeitsreibung an Innenflächen der Rohre gewährleistet und war wegen der kleinen Länge der Rohre sehr gering. Bei einem Fließdruck von 2 ata betrug die Flüssigkeitsgeschwindigkeit laut Berechnungen von 8 bis 10 m/s und stieg quotientengleich der Quadratwurzel des Fließdrucks an. Die Geschwindigkeit einer dichten Flüssigkeit von 8-10 m/s ist schon hoch genug, um die Konstruktion zu zerstören. Deshalb konnte diese Anlage nur bei niedrigem Fließdruck funktionieren, was die erzeugte Energiemenge beschränkte.The disadvantage of this system is its inability to convert high flow pressures into electricity. This inability is due to a low flow resistance of the entire transmission path, from the entrance of the fluid into the sliding sleeve to its exit from the working body. The flow rate of the liquid is always automatically adjusted to the level at which the total flow resistance of the transmission path becomes equal to the flow pressure. The higher the resistance factor of individual sections of the transmission path, the lower the liquid velocity. In the analyzed invention, short tubes bent at an angle of 70 - 90 degrees were used as the nozzle. The flow resistance of the tubes was ensured by normal fluid friction on the inner surfaces of the tubes and was very low because of the small length of the tubes. At a flow pressure of 2 ata, the liquid velocity was calculated to be 8 to 10 m/s and increased as the ratio of the square root of the flow pressure. The speed of a dense liquid of 8-10 m/s is already high enough to destroy the structure. Therefore, this plant could only work at low flow pressure, which limited the amount of energy generated.

Technisch und leistungsmäßig am nächsten zu der angebotenen Erfindung steht die für den Prototyp gehaltene Anlage für Umpumpen des flüssigen Heißbitumens (Bezugsgrundlage). Diese Anlage besteht aus einem Laufkörper (Rotor), fest angebracht an einer Hohlwelle in Form eines Kegels mit mehreren Spiralrillen an der seitlichen Kegelfläche, die für die Fortbewegung des Bitumens bestimmt sind und von der Kegelspitze bis zu seinem Boden hingehen, und aus einem der Kegelfläche dicht anliegenden Mantel, der den vorzeitigen Austritt des Heißbitumens aus den Spiralrillen [2] verhindert. Das flüssige Heißbitumen wird in die Hohlwelle unter hohem Druck gepumpt und bewegt sich dann innerhalb der Welle von dem breiten Kegelgrund zu seiner Spitze fort. Nach dem Erreichen der Spitze kommt das Bitumen dann in die Spiralrillen an der seitlichen Kegeloberfläche und erschafft durch seine Bewegung innerhalb der Rillen aufgrund des Reibens an den Rillenwänden das Drehmoment an der Rotorwelle, die die gesamte Konstruktion zum Drehen bringt. Das Anbringen eines Elektrogenerators an dem drehenden Rotor erlaubt dann die Elektrizität zu erzeugen.Technically and in terms of performance, the system for pumping hot liquid bitumen (reference basis), which is considered to be the prototype, comes closest to the proposed invention. This system consists of a rotating body (rotor) fixed to a hollow shaft in the shape of a cone with several spiral grooves on the side cone surface, intended for the movement of the bitumen, going from the top of the cone to its bottom, and one of the cone surface tight-fitting jacket that prevents the hot bitumen from escaping prematurely from the spiral grooves [2]. The hot, liquid bitumen is pumped into the hollow shaft under high pressure and then moves inside the shaft from the broad base of the cone to its apex. After reaching the top The bitumen then enters the spiral grooves on the lateral surface of the cone and, as it moves within the grooves due to rubbing against the groove walls, it creates the torque on the rotor shaft that causes the entire structure to turn. Attaching an electric generator to the spinning rotor then allows the electricity to be generated.

Die Nachteile dieser Erfindung sind folgende:

1. Das zu geringe Drehmoment, was durch die Kegelform bedingt ist. Das Drehmoment wird berechnet als Produkt von der Kraft, die tangential an der Rotoroberfläche wirkt, und dem Drehungshalbmesser. Je größer der Drehungshalbmesser, desto größer ist das Drehmoment und umso mehr Energie wird erzeugt. Für den kegelförmigen Rotor ändert sich der Drehungshalbmesser von einem minimalen an der Kegelspitze bis zu einem maximalen an seinem Grund. Deshalb ist der Durchschnittswert des Halbmessers nicht groß genug, trotz der Tatsache, dass am Kegelgrund der Halbmesser den maximal möglichen, durch die Festigkeitsgrenze beschränkten Wert erreichen kann. Der Übergang von der Kegelform des Rotors zu einer Zylinderform lässt den Drehdurchmesser bis zu einem maximal möglichen Wert erhöhen, mit einer entsprechenden Steigerung des Drehmomentes und der Leistungsabgabe;
2. Nicht genügend hoher Reibungskoeffizient der glatten Rillen an der seitlichen Oberfläche des Rotors, bedingt dadurch, dass der Rillenwiderstand ausschließlich durch das Reiben bei der Fortbewegung des flüssigen Heißbitumens innerhalb der Rillen erschaffen wird. Die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in den Elementen der hydraulischen Anlagen (d.h. auch Verbrauch der allseits umlaufenden Flüssigkeit) pegelt sich automatisch immer so ein, dass der Strömungswiderstand dem vorhandenen Fließdruck gleich wird. Deshalb, wenn der Reibungskoeffizient gering ist, führt das immer zur Steigerung der Geschwindigkeit und des Verbrauchs. Die Anlage zur Energieumwandlung eines unterirdischen Flüssigkeits- bzw. Dampfstroms wird in diesem Fall zu empfindlich zu Schwankungen des Verbrauchs und bleibt sogar inaktiv, wenn der Geysir die nächste Portion der Flüssigkeit bzw. des Dampfes nicht mehr abgibt;
3. Ein zu hohes Rotorgewicht, bedingt dadurch, dass der Rotor komplett aus Metall besteht. Je größer das Gewicht des Rotors ist, desto höher werden die Lager belastet und desto größer ist der Widerstand der Lager gegenüber der Wellendrehung. Wenn das Gewicht zu groß ist, verwandeln die Lager den wesentlichen Teil des Drehmomentes in Wärme, der dann an Erzeugung der Nutzelektrizität nicht teilnimmt. Darüber hinaus, wenn die Konstruktion horizontal gebaut wird, wächst das Biegungsmoment auf die Welle, was zur Zerstörung der Welle führen kann. Das hohe Gewicht der Konstruktion erschwert auch das manuelle Tragen der Anlage unter Feldbedingungen und ihre Montage am neuen Ort.

The disadvantages of this invention are as follows:

1. The torque that is too low, which is due to the cone shape. Torque is calculated as the product of the force acting tangentially on the rotor surface and the radius of rotation. The larger the radius of rotation, the greater the torque and the more energy generated. For the cone-shaped rotor, the radius of rotation changes from a minimum at the apex of the cone to a maximum at its bottom. Therefore, the average value of the radius is not large enough, despite the fact that at the bottom of the cone the radius can reach the maximum possible value limited by the strength limit. The transition from the conical shape of the rotor to a cylindrical shape allows the turning diameter to be increased to the maximum possible value, with a corresponding increase in torque and power output;
2. Insufficiently high coefficient of friction of smooth grooves on the side surface of the rotor, due to the fact that the groove resistance is created solely by friction during the movement of hot liquid bitumen inside the grooves. The liquid speed in the elements of the hydraulic systems (ie also the consumption of the liquid circulating on all sides) is automatically leveled out in such a way that the flow resistance is equal to the existing flow pressure. Therefore, when the coefficient of friction is low, it always leads to an increase in speed and fuel consumption. In this case, the installation for energy conversion of an underground flow of liquid or vapor becomes too sensitive to fluctuations in consumption and remains inactive even when the geyser stops releasing the next portion of liquid or vapor;
3. Excessive rotor weight due to the fact that the rotor is made entirely of metal. The greater the weight of the rotor, the higher the load on the bearings and the greater the resistance of the bearings to shaft rotation. If the weight is too great, the bearings turn a significant part of the torque into heat, which then does not participate in the generation of useful electricity. In addition, if the structure is built horizontally, the bending moment on the shaft increases, which can lead to the destruction of the shaft. The heavy weight of the structure also makes it difficult to manually carry the equipment in field conditions and assemble it in a new location.

Idealerweise muss die Anlage zur Umwandlung der Energie eines druckstarken Flüssigkeits- bzw. Dampfstroms so entwickelt werden, dass der Nutzwiderstand der Rillen, der das Drehmoment gestaltet, maximal hoch und maximal nah an dem vorhandenen Fließdruck wäre. Alle anderen Widerstände anderer Abschnitte des Übertragungsweges, die an der Herstellung des Drehmomentes nicht beteiligt sind (z.B. Strömungswiderstand der Welle beim Durchfluss der Flüssigkeit durch die Welle), müssen minimal sein. In diesem Falle erreicht die erzeugte Leistung maximale Werte und wird grundsätzlich durch den vorhandenen Fließdruck bestimmt, aber nicht durch den Verbrauch; der Flüssigkeitsverbrauch wird minimiert. Die unterirdische Flüssigkeit wird in der Zufuhrleitung so etwa wie gesperrt und wird sparsam verbraucht, bis der Geysir eine neue Portion an Flüssigkeit bzw. Dampf abgeben wird. Die Installation von Trenneinsätzen mit kleinen Öffnungen innerhalb der Rillen erlaubt den Reibungskoeffizient der Rillen um 1000 Male zu erhöhen und die Leistung des Gerätes zu steigern mit gleichzeitiger Senkung des Flüssigkeitsverbrauchs, was den Anlagenbetrieb für Pausen, die während der Geysir-Aktivität manchmal entstehen, unempfindlich macht.Ideally, the system for converting the energy of a high-pressure liquid or vapor flow must be designed in such a way that the useful resistance of the grooves, which creates the torque, would be as high as possible and as close as possible to the existing flow pressure. All other resistances of other sections of the transmission path that are not involved in the generation of the torque (e.g. flow resistance of the shaft when the liquid flows through the shaft) must be minimal. In this case, the power generated reaches maximum values and is basically determined by the existing flow pressure, but not by consumption; fluid consumption is minimized. The underground liquid is somewhat blocked in the supply line and is used sparingly until the geyser will release a new portion of liquid or vapor. The installation of separating inserts with small openings inside the grooves allows to increase the coefficient of friction of the grooves by 1000 times and increase the performance of the device while reducing liquid consumption, which makes the device operation insensitive to pauses that sometimes occur during geyser activity .

Die Aufgabe dieser Erfindung besteht im Folgenden:

1) Steigerung des Drehmomentes bis zum maximal möglichen Niveau (mit begleitender Steigerung der Nutzleistung) durch Änderung der geometrischen Form des Rotors von Kegel auf Zylinder bei anderen unveränderten Bedingungen;
2) Stromverringerung der Flüssigkeit aus einer unterirdischen Quelle bis zum Minimum unter Beibehaltung einer hohen Leistung durch Steigerung des Strömungswiderstandes in dem Abschnitt des Übertragungsweges, der das Drehmoment bildet und für die Energieerzeugung verantwortlich ist;
3) Reduzierung des Gesamtgewichtes des Rotors.

The object of this invention is as follows:

1) increasing the torque to the maximum possible level (with an accompanying increase in net power) by changing the geometric shape of the rotor from cone to cylinder with other unchanged conditions;
2) reducing the flow of liquid from an underground source to the minimum while maintaining high performance by increasing the flow resistance in the portion of the transmission path that forms torque and is responsible for power generation;
3) Reduction of the overall weight of the rotor.

Die genannte Aufgabe wird wie folgt gelöst:

1) Änderung der alten Kegelform in die neue Zylinderform nach Art eines Funktionsringes mit Rillen an seiner seitlichen Oberfläche, der an der Welle mit Hilfe von Begrenzungsscheiben befestigt wird; die Rillen am Funktionsring werden von beiden Kopfenden zur Mitte der seitlichen Oberfläche des Funktionsringes spiralartig angebracht, von oben wird der Funktionsring mit einem Mantel bedeckt, der auch solch einen Ring darstellt, der Öffnungen dort hat, wo die Spiralrillen an der Oberfläche des Funktionsringes enden;
2) Innerhalb der Spiralrillen, über ihre gesamte Länge, werden Trenneinsätze eingebaut mit einer oder mehreren Öffnungen in bestimmter Größe, sodass die Flüssigkeitsgeschwindigkeit beim Passieren der Öffnungen die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Rille nicht weniger als um das 5-fache übersteigt.

This task is solved as follows:

1) Change of the old shape of the cone to the new shape of a cylinder in the manner of a functional ring with grooves on its side surface, fixed to the shaft with the help of limiting washers ben is fastened; the grooves on the functional ring are made spirally from both top ends to the middle of the side surface of the functional ring, from above the functional ring is covered with a jacket, which is also such a ring that has openings where the spiral grooves end on the surface of the functional ring;
2) Inside the spiral grooves, along their entire length, separator inserts are installed with one or more openings of a certain size so that the liquid velocity when passing through the openings exceeds the liquid velocity in the groove by not less than 5 times.

Dieser Ansatz erlaubt sämtliche gestellten Aufgaben zu lösen.

1. Im Vergleich zu einem Kegel wird ein Zylinder dadurch gekennzeichnet, dass alle Punkte an seiner seitlichen Oberfläche von der Symmetrieachse maximal weit entfernt sind. D. h., das Drehmoment von der Flüssigkeit, die sich an der zylindrischen Oberfläche bewegt und dabei die Oberfläche mit in die Drehung nimmt, ist größer, als für den Fall der Flüssigkeitsbewegung an einer kegelförmigen Oberfläche, dabei hätte der Kegelgrund den gleichen Durchmesser wie der des Zylinders. Darüber hinaus erlaubt der Bau des Generators als nicht massiver Zylinder sondern als Zylinderring das Gesamtgewicht wesentlich zu reduzieren, deshalb entfallen Schwierigkeiten bei dem manuellen Generatortransport und bei seiner Montage am neuen Ort.
2. Die in den Rillen eingebauten zahlreichen Trenneinsätze mit kleinen Öffnungen steigern den Strömungswiderstand der Rille bis zu maximal möglichen Widerstandshöhen, die der Stärke des vorhandenen Fließdrucks entsprechen. Deshalb steigen auch das Drehmoment und die Nutzleistung bis zu maximal möglicher Höhe, die durch Werte des Fließdrucks begrenzt wird. Und der Verbrauch der allseits umlaufenden Flüssigkeit wird reduziert, was die Betriebsdauer der Anlage verlängert, sogar für die Zeit, wenn der Geysir unter Normalbedingen nicht funktioniert.

This approach allows all tasks to be solved.

1. Compared to a cone, a cylinder is characterized in that all points on its lateral surface are at a maximum distance from the axis of symmetry. That is, the torque of the liquid, which moves on the cylindrical surface and thereby takes the surface into rotation, is greater than in the case of liquid movement on a conical surface, with the cone base having the same diameter as that of the cylinder. In addition, the construction of the generator not as a solid cylinder but as a cylindrical ring allows to significantly reduce the total weight, therefore there are no difficulties in the manual transport of the generator and its assembly in a new place.
2. The numerous separating inserts with small openings built into the grooves increase the flow resistance of the groove up to the maximum possible resistance levels, which correspond to the strength of the existing flow pressure. Therefore, the torque and the useful power also increase up to the maximum possible level, which is limited by the values of the flow pressure. And the consumption of circulating liquid is reduced, which increases the service life of the device, even for the time when the geyser is not working under normal conditions.

Der präsentierte Hydrogenerator zur Umwandlung der Energie eines druckstarken Flüssigkeits- bzw. Dampfstroms in Elektrizität als ein an einer rotierender Hohlwelle eingebauter Rotor mit an der seinen seitlichen Oberfläche gestanzten Spiralrillen und einem Mantel gleicher Form, der dicht an die seitliche Rotoroberfläche anliegt und dadurch den vorzeitigen Austritt der Flüssigkeit aus den Rillen verhindert, unterscheidet sich wie folgt:

1) Der Rotor wird als ein oder mehrere Funktionsringe gebaut, die zu der rotierenden Welle koaxial angebracht werden. Er wird an der Welle mit inneren Begrenzungsscheiben befestigt. An der seitlichen Oberfläche der Begrenzungsscheiben werden Spiralrillen in der Richtung beider Kopfflächen bis zur Mitte der Seitenfläche geschlitzt. Innerhalb der Spiralrillen werden Trenneinsätze untergebracht.
2) Die Funktionsringe werden mit Mänteln in Zylinderform abgedeckt. Der Kerndurchmesser des Mantels ist dem Außendurchmesser des Funktionsringes gleich; die Funktionsringe verfügen über Öffnungen für den Austritt der abgearbeiteten Flüssigkeit an allen Stellen, wo zwei Spiralrillen, die von den gegenüberliegenden Kopfflächen des Funktionsringes verlaufen, zusammenkommen.
3) Die Mäntel werden mit Hilfe von äußeren Begrenzungsscheiben an der Welle so befestigt, dass sie an die seitliche Oberfläche der Funktionsringe dicht anliegen, dabei wird der Abstand zwischen den inneren und äußeren Begrenzungsscheiben mit der Bedingung gewählt, dass der Strömungswiderstand dem Fließstrom, der zwischen den Scheiben passiert, nicht mehr als 10 % von dem gesamten Strömungswiderstand des gesamten Übertragungsweges beträgt.
4) Die Trenneinsätze innerhalb der Rillen werden mit einer oder mehreren Öffnungen gebaut. Dabei wird der Öffnungsdurchmesser mit der Bedingung gewählt, dass die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Öffnung nicht weniger als um das 5-fache die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Rille übersteigt. Die Anzahl der Trenneinsätze in jeder Rille und der Abstand zwischen den Trenneinsätzen werden so gewählt, dass der Strömungswiderstand der Rille mit sämtlichen Trenneinsätzen nicht weniger als 90 % vom Strömungswiderstand des gesamten Übertragungsweges beträgt.

The presented hydrogenerator for converting the energy of a high-pressure liquid or vapor stream into electricity is a rotor built into a rotating hollow shaft with spiral grooves punched on its side surface and a jacket of the same shape that fits tightly against the side surface of the rotor, thereby enabling early exit which prevents liquid from the grooves differs as follows:

1) The rotor is built as one or more functional rings attached coaxially to the rotating shaft. It is attached to the shaft with inner stop washers. On the lateral surface of the handguards, spiral grooves are slit in the direction of both head surfaces up to the middle of the lateral surface. Separator inserts are housed within the spiral grooves.
2) The function rings are covered with cylindrical jackets. The core diameter of the jacket is the same as the outer diameter of the functional ring; the functional rings have openings for the exit of the processed liquid at all points where two spiral grooves running from the opposite heads of the functional ring meet.
3) The sleeves are fastened to the shaft with the help of outer limit washers in such a way that they fit tightly to the side surface of the functional rings, while the distance between the inner and outer limit washers is chosen with the condition that the flow resistance corresponds to the flow flowing between passing through the discs is not more than 10% of the total flow resistance of the entire transmission path.
4) The separator inserts within the grooves are built with one or more openings. The orifice diameter is chosen with the condition that the liquid velocity in the orifice exceeds the liquid velocity in the groove by not less than 5 times. The number of divider inserts in each groove and the distance between the divider inserts are chosen so that the flow resistance of the groove with all divider inserts is not less than 90% of the flow resistance of the entire transmission path.

Die präsentierte Lösung wird wie folgt erläutert: Bild1, Bild.2 und Bild 3. Bild1 zeigt das Gesamtschema des präsentierten Hydrogenerators, Bild 2 zeigt die Rotoranlage im Schnitt, Bild 3 zeigt die Seitenansicht eines Rotorfunktionsringes mit Spiralrillen, geschlitzt an seiner seitlichen Oberfläche und mit einem abgenommenen Mantel. Der präsentierte Hydrogenerator besteht aus folgenden Teilen:

1: Flüssigkeits- und Dampfzuführungsleitung zum Hydrogenerator;
2: Hochdruckkammer;
3: Gehäuse;
4: Hohlwelle, an einem Ende offen für Zuführung der Flüssigkeit und geschlossen am anderen Ende, mit dem die Welle mit dem Elektrogenerator verbunden wird (wird nicht gezeigt);
5: Rotor als ein oder mehrere Ringe, die parallel arbeiten;
6: äußere Begrenzungsscheiben, die die Funktionsringe streng koaxial der Welle fixieren und die den vorzeitigen Austritt der Flüssigkeit aus dem Arbeitsbereich nach draußen verhindern;
7: Gestelle;
8: Ableitung der abgearbeiteten Flüssigkeit (Ablaufflüssigkeit) aus dem Hydrogenerator;
9: Durchlass in der Wellenwand für den Durchgang der Flüssigkeit aus der Welle in die Funktionsringe des Rotors;
10: Funktionsring;
11: innere Begrenzungsscheibe;
12: Spiralrillen;
13: Mantel;
14: Ausflussöffnung des Mantels zum Ausfluss der Ablaufflüssigkeit,
15: Trenneinsätze.

The presented solution is explained as follows: Fig.1, Fig.2 and Fig.3. Fig.1 shows the overall scheme of the presented hydrogenerator, Fig.2 shows the rotor system in section, Fig.3 shows the side view of a rotor functional ring with spiral grooves, slotted on its lateral surface and with a removed coat. The presented hydrogenerator consists of the following parts:

1: liquid and vapor supply line to hydrogenerator;
2: high pressure chamber;
3: Casing;
4: hollow shaft, open at one end for supply of liquid and closed at the other end, to which the shaft is connected to the electric generator (not shown);
5: rotor as one or more rings working in parallel;
6: outer stop washers that fix the functional rings strictly coaxially with the shaft and prevent the premature escape of the liquid from the working area to the outside;
7: racks;
8th: discharge of the processed liquid (effluent) from the hydrogenerator;
9: passage in the wall of the shaft for passage of liquid from the shaft to the functional rings of the rotor;
10: function ring;
11: inner handguard;
12: spiral grooves;
13: Coat;
14: Outflow opening of the jacket for outflow of drain liquid,
15: dividers.

Der präsentierte Generator wird folgendermaßen angelegt und funktioniert wie folgt: Flüssigkeit und Dampf aus einer unterirdischen Quelle gelangt unter Hochdruck durch die Zuführungsleitung (1) in die Hochdruckkammer (2), die an dem Gehäuse (3) befestigt wird, und über eine Öffnung für den Durchlass der rotierenden Hohlwelle (4) verfügt. Mögliche Flüssigkeitsleckagen aus der Kammer ins Gehäuseinnere entlang der äußeren Oberfläche der rotierenden Welle werden durch einen Bausatz von Dichtungen verhindert, die an der Kammerwand befestigt werden (werden nicht angezeigt). Koaxial zur Welle wird der Rotor (5) angebracht, ausgeführt als ein oder mehrere parallel funktionierende Ringe (10). Jeder Ring wird in Zylinderform ausgeführt mit den an der seitlichen Oberfläche geschlitzten Spiralrillen (12), die von Kopfoberflächen zur Mitte der seitlichen Oberfläche hingehen und die von oben mit einem Mantel (13) bedeckt werden, der gleiche Zylinderform hat, an der seitlichen Oberfläche des Funktionsringes dicht anliegt und über Öffnungen (14) für Ausfluss der Ablaufflüssigkeit an den Stellen verfügt, wo unter dem Mantel zwei Rillen des Funktionsringes, die von gegenüberliegenden Endflächen verlaufen, zusammenkommen. Die Funktionsringe werden im Raum fixiert und an der Welle mit inneren Begrenzungsscheiben (11) befestigt. Die Mäntel an jedem der Ringe werden im Raum fixiert und an der Welle mit äußeren Begrenzungsscheiben (6) befestigt.The generator presented is laid out and functions as follows: liquid and vapor from an underground source passes under high pressure through the supply line (1) into the high pressure chamber (2) which is attached to the casing (3) and via an opening for the Passage of the rotating hollow shaft (4) has. Possible liquid leakage from the chamber to the inside of the housing along the outer surface of the rotating shaft is prevented by a kit of seals that attach to the chamber wall (not shown). The rotor (5) is attached coaxially to the shaft and is designed as one or more rings (10) that function in parallel. Each ring is made in the shape of a cylinder with spiral grooves (12) slit on the side surface, going from the top surfaces to the middle of the side surface and covered from above with a skirt (13) having the same cylindrical shape, on the side surface of the The functional ring fits snugly and has openings (14) for outflow of drained liquid in places where under the casing two grooves of the functional ring running from opposite end faces meet. The functional rings are fixed in space and fastened to the shaft with inner limit washers (11). The sleeves on each of the rings are fixed in space and attached to the shaft with outer stop washers (6).

Die Flüssigkeit tritt in die Welle ein und bewegt sich darin, solange sie die Öffnungen (9) nicht erreicht, durch die sie in den Raum zwischen den äußeren (6) und inneren (11) Begrenzungsscheiben kommt und weiter sich zwischen den Scheiben radial bewegt, indem sie die Funktionsringe erreicht. Der Abstand zwischen den inneren und äußeren Begrenzungsscheiben wird mit der Bedingung gewählt, dass der Strömungswiderstand dem Fließstrom, der zwischen den Scheiben passiert, nicht mehr als 10 % von dem gesamten Strömungswiderstand des gesamten Übertragungsweges beträgt. In diesem Fall wird die Leistung des Hydrogenerators dem maximal möglichen Wert nahekommen. Danach kommt die Flüssigkeit in die Spiralrillen und bewegt sich darin, indem sie durch die Öffnungen der Trenneinsätze (15), die in jeder einzelnen Rille quer angebracht werden, Zug um Zug durchfließt. Der Öffnungsdurchmesser wird mit der Bedingung gewählt, dass die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Öffnung nicht weniger als um das 5-fache die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Rille übersteigt. Bei solch einem Geschwindigkeitsverhältnis entstehen nach jedem Trenneinsatz starke Flüssigkeitsballen, für deren Entstehung ein wesentlicher Teil des vorhandenen Fließdrucks verbraucht wird. Deshalb steigt der gesamte Strömungswiderstand der Rillen rasant und wird auf dem gesamten Übertragungsweg maßgebend. Die Anzahl der Trenneinsätze und der Abstand zwischen ihnen werden mit der Bedingung gewählt, dass der Strömungswiderstand der Rille mit sämtlichen Trenneinsätzen nicht weniger als 90 % vom Strömungswiderstand des gesamten Übertragungsweges beträgt. Nach dem Passieren des letzten Trenneinsatzes verlässt die Flüssigkeit den Funktionsring durch die Öffnung (14) und sammelt sich im unteren Teil des Gehäuses, woher sie dann durch die Ableitung (8) abgeleitet wird. Die Gestelle (7) dienen zur Übertragung der Traglast und Vibrationen auf den Unterbau. Ein Teil der Ablaufflüssigkeit wird ggf. zum Zutritt in den Hydrogenerator zur nochmaligen Zirkulation gepumpt.The liquid enters the shaft and moves in it as long as it does not reach the openings (9), through which it enters the space between the outer (6) and inner (11) limiting discs and further moves radially between the discs, by reaching the function rings. The distance between the inner and outer limiting discs is chosen with the condition that the flow resistance to the flow stream passing between the discs is not more than 10% of the total flow resistance of the entire transmission path. In this case, the power of the hydrogenerator will be close to the maximum possible value. After that, the liquid gets into the spiral grooves and moves in them, passing step by step through the openings of the separator inserts (15) placed transversely in each individual groove. The orifice diameter is chosen with the condition that the liquid velocity in the orifice exceeds the liquid velocity in the groove by not less than 5 times. With such a speed ratio, strong liquid balls are formed after each separating operation, for which a significant part of the existing flow pressure is used up. Therefore, the total flow resistance of the grooves increases rapidly and becomes decisive throughout the transmission path. The number of separator inserts and the distance between them are chosen with the condition that the flow resistance of the groove with all separator inserts is not less than 90% of the flow resistance of the entire transmission path. After passing the last separating insert, the liquid leaves the functional ring through the opening (14) and collects in the lower part of the housing, from where it is then discharged through the discharge line (8). The frames (7) are used to transfer the load and vibrations to the substructure. Part of the drain liquid is pumped, if necessary, to enter the hydrogenerator for recirculation.

Der hohe Reibungskoeffizient der Spiralrillen mit den innerhalb der Rillen angebrachten Trenneinsätzen, die über Öffnungen für Flüssigkeits- bzw. Dampfdurchgang verfügen, trägt der Reduzierung des Flüssigkeits- bzw. Dampfverbrauchs durch den Generator im Vergleich zum Prototyp bei, und das bei Erhaltung einer hohen Leistung. Die Flüssigkeit wird quasi in der Leitung unmittelbar vor dem Generator gesperrt und sparsam verbraucht, bis eine neue Wasser- bzw. Dampfportion aus dem Geysir kommen wird. Da der Großteil des Rotorvolumens zwischen der Welle und dem Funktionsring nicht mit Metall sondern mit Luft gefüllt ist, wird das Gesamtgewicht des Generators im Vergleich zum Prototyp wesentlich kleiner.The high coefficient of friction of the spiral grooves with the separating inserts placed inside the grooves, which have openings for the passage of liquid or steam, contributes to reducing the consumption of liquid or steam by the generator compared to the prototype, while maintaining high performance. The liquid is effectively blocked in the line directly in front of the generator and used sparingly until a new portion of water or steam comes out of the geyser. Since the majority of the rotor volume between the shaft and the functional ring is not filled with metal but with air, the whole weight of the generator compared to the prototype is much smaller.

Die Umsetzung des präsentierten Hydrogenerators zur Umwandlung der Energie eines druckstarken Flüssigkeits- bzw. Dampfstroms in Elektrizität macht den Generator gegenüber Pausen und Verbrauchsabstieg, die während des Betriebes entstehen, unempfindlich, zeigt eine stets höhere Leistung und hohe Energieerzeugung, unabhängig vom Flüssigkeits- bzw. Dampfausstoß aus einer unterirdischen Quelle. Dabei verfügt er über solch ein geringes Gewicht, dass das Personal keine Schwierigkeiten bei der manuellen Verlegung und Montage an einem neuen Ort hat.The implementation of the presented hydrogenerator for converting the energy of a high-pressure flow of liquid or vapor into electricity makes the generator insensitive to pauses and decreases in consumption that occur during operation, showing always higher performance and high energy production, regardless of the liquid or vapor output from an underground source. At the same time, it is so light in weight that the personnel have no difficulty in manually moving and assembling it in a new location.

Claims

The hydrogenerator for converting the energy of a high-pressure liquid or vapor stream into electricity as a rotor installed on a rotating hollow shaft with spiral grooves slotted on its side surface and a jacket of the same shape, which is tightly fitted to the side rotor surface, and thereby the premature exit which prevents liquid from corrugating differs in that:

the rotor is built as one or more functional rings attached coaxially to the rotating shaft. It is attached to the shaft with inner limit washers, on the side surface of which spiral grooves are slit in the direction of both end faces up to the middle of the side face, with separator inserts inside the grooves;

the function rings are covered with cylindrical jackets. The core diameter of the jacket is the same as the outer diameter of the functional ring; the functional rings have openings for the exit of the processed liquid at all points where two spiral grooves running from the opposite end faces of the functional ring meet.

the casings are fastened to the shaft with the help of outer limit washers in such a way that they lie tightly against the side surface of the function rings. The distance between the inner and outer limiting disks is selected with the condition that the flow resistance to the flow that passes between the disks is no more than 10% of the total flow resistance of the entire transmission path.

the separator inserts are built within the grooves with one or more openings. The orifice diameter is chosen with the condition that the liquid velocity in the orifice exceeds the liquid velocity in the groove by not less than 5 times. The number of divider inserts in each groove and the distance between the divider inserts is chosen so that the flow resistance of the groove with all divider inserts is not less than 90% of the flow resistance of the entire transmission path.