EA008277B1 - Device for converting energy of vertical air flow in electric power - Google Patents

Device for converting energy of vertical air flow in electric power Download PDF

Info

Publication number
EA008277B1
EA008277B1 EA200400121A EA200400121A EA008277B1 EA 008277 B1 EA008277 B1 EA 008277B1 EA 200400121 A EA200400121 A EA 200400121A EA 200400121 A EA200400121 A EA 200400121A EA 008277 B1 EA008277 B1 EA 008277B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
energy
air flow
air
blades
wind turbine
Prior art date
Application number
EA200400121A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200400121A1 (en
Inventor
Алим Иванович Чабанов
Михаил Парфенович Сычев
Николай Михайлович Ерохов
Георгий Лукич Щукин
Юрий Петрович Сидоренко
Владислав Михайлович Королев
Владислав Алимович Чабанов
Евгений Семенович Филипенко
Андрей Николаевич Баженов
Иван Ильич Смарж
Иван Тимофеевич Андрианов
Владимир Георгиевич Мартынов
Борис Иванович Алтухов
Михаил Иванович Городов
Рев Александрович Матасов
Виктор Никифорович Жигайло
Алексей Алексеевич Воронков
Original Assignee
Зао Международная Гелиоэнергетическая Компания "Интергелиоэкогалактика"
Научно-Производственное Частное Унитарное Предприятие "Мателот"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Зао Международная Гелиоэнергетическая Компания "Интергелиоэкогалактика", Научно-Производственное Частное Унитарное Предприятие "Мателот" filed Critical Зао Международная Гелиоэнергетическая Компания "Интергелиоэкогалактика"
Priority to EA200400121A priority Critical patent/EA008277B1/en
Publication of EA200400121A1 publication Critical patent/EA200400121A1/en
Publication of EA008277B1 publication Critical patent/EA008277B1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30Wind power
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

A device for converting energy of vertical air flow to electric power comprises a plurality of vertical cylindrical bushes pairwise connected therebetween relatively short pieces of blades having a special curved shape, the blades concentrically enveloping each other and rotate on autonomous supports around an axis being an axis of an air channel. The bushes cut the air channel to cylindrical portions of the given width corresponding to radial distances between end faces of the blades' autonomous groups. Auxiliary working spaces are formed between such pair of the cylindrical bushes and separated from the central power air flow by flanges comprising concentric holes having aerodynamic air-directing shapes formed in a ring-shaped air-tight material. The flanges close the auxiliary working spaces by their peripheral surfaces from the air flow and form together with bushes lower end faces air-tight “locks” forming annular grooves and projections kinetically connected therebetween using clearance or sliding fits applying lubricants. The central energy air flow is concentrated between bushes and transfer its energy to portions of rotating blades fixed between them by pre-stressed rods and/or ropes. The blades are composite made from light horizontal parts closely fit to each other along their end face surfaces and as a whole form the given curved surface of each blade. The cylindrical bushes are also composite made from lightweight structures and tightened by high-strength retaining ropes. Each auxiliary working space houses electro-generating sections which, being assembled, compose a distributed electric generator embodied as a shaftless and open-frame design. Such device design provides developing powerful and inexpensive helio-wind power complexes.

Description

Настоящее изобретение относится к области создания гелиоэнергетических установок, в которых используется нагреваемый воздух и образуемый им воздушный поток как рабочее тело энергетического преобразования.The present invention relates to the field of creating solar power plants that use heated air and the air flow generated by it as a working body of energy conversion.

Известен способ преобразования энергии солнечных лучей и естественного ветра как одного из конкретных проявлений солнечной энергии в окружающей среде в электрическую энергию, основанный на использовании принципа поглощения солнечных лучей темной поверхностью, нагрева контактирующего с темной пластиной воздуха, направления его в виде воздушного потока в ветротурбину, сочлененную с электрогенератором, и преобразования энергии воздушного потока в электрическую энергию (см. авт.св. СССР № 1416745 Энергетическая установка, Ρ03Ό 9/00, опубл. 15.08.88).There is a method of converting the energy of sunlight and natural wind as one of the specific manifestations of solar energy in the environment into electrical energy, based on using the principle of absorption of sunlight by a dark surface, heating the air in contact with a dark plate, directing it in the form of an air stream to a wind turbine articulated with an electric generator, and the conversion of the energy of the air flow into electrical energy (see auth. USSR № 1416745 power plant, Ρ03Ό 9/00, publ. 15.08. 88).

Недостатком данного способа является низкий КПД энергопреобразования в применении к гелиоэнергетическим системам повышенной мощности, в которых диаметры ветротурбин имеют значительные размеры. Это связано с тем, что крутящий момент, создаваемый воздушным потоком на периферийных участках лопастей, передаётся через сами лопасти и другие конструктивные элементы ветротурбины к ее оси, утяжеляя всю конструкцию и вызывая ее отклонения от оптимальных, с точки зрения достижения высокого КПД, технических решений.The disadvantage of this method is the low efficiency of energy conversion in application to solar power systems of increased power, in which the diameters of wind turbines are of considerable size. This is due to the fact that the torque generated by the air flow on the peripheral parts of the blades is transmitted through the blades themselves and other structural elements of the wind turbine to its axis, making the entire structure heavier and causing it to deviate from the optimal, in terms of achieving high efficiency, technical solutions.

Известен ряд других технических решений в области преобразования солнечной энергии в. электрическую, например заявка Франции Коллектор солнечной энергии повышенной эффективности [см. № 2698682, Р 241 2/16, 2/20, 2/48, опубл. 03.06.94], Солнечный двигатель [см. авт.св. СССР № 1625999, Р241 2/42, опубл. 07.02.91], а также другие, в которых среди тех или иных преимуществ и недостатков имеют место основополагающие недостатки, аналогичные предыдущему техническому решению.A number of other technical solutions are known in the field of solar energy conversion into. electric, for example application of France Solar energy collector of increased efficiency [see No. 2698682, R 241 2/16, 2/20, 2/48, publ. 06/03/94] Solar motor [see auth. USSR № 1625999, R241 2/42, publ. 07.02.91], as well as others, in which among those or other advantages and disadvantages there are fundamental shortcomings similar to the previous technical solution.

Наиболее близким техническим решением к предложенному авторами способу по совокупности признаков и потенциально возможным техническим результатам является способ, основанный на применении коллектора солнечной энергии, сообщающегося с помощью воздушного канала с внутренней полостью ветротурбины, установленной в полости вытяжной трубы и сочлененной посредством вала с вращающейся энергопреобразующей частью электрогенератора, в то время как неподвижная его энергопреобразующая часть закреплена относительно фундаментной базы, и с вертикальным лопастным ротором, установленным в вытяжной трубе, каждая лопасть которого выполнена в виде аэростатической оболочки и размещенного внутри нее автономного воздухоотвода, сообщенного с полостью вытяжной трубы (см. авт.св. СССР № 1386737 Ветросолнечный электроагрегат, Ρ03Ό 11/02, опубл. 07.04.88).The closest technical solution to the method proposed by the authors for the combination of features and potentially possible technical results is a method based on the use of a solar energy collector connected via an air channel to the internal cavity of a wind turbine installed in the cavity of the exhaust pipe and connected by means of a shaft with a rotating power-converting part of the electric generator while its fixed energy conversion part is fixed relative to the foundation base, and since tick blade rotor installed in the exhaust pipe, each blade of which is made in the form of an aerostatic shell and placed inside it an autonomous air outlet communicated with the cavity of the exhaust pipe (see auth. USSR No. 1386737 Wind-solar electrical unit, Ρ03Ρ 11/02, publ. 07.04 .88)

Особенностью данного технического решения является распределение единого воздушного потока, вообще потока газообразной среды цилиндрической формы, по отдельным каналам, посредством вертикальных лопастей как аэростатических оболочек с автономными воздухоканалами, преобразование энергии которых создает автономные передачи крутящих моментов к концентрирующему их валу электрогенератора, что позволяет повысить КПД энергопреобразования. Однако конструктивные особенности реализации данного технического решения не позволяют использовать его при создании гелиоэнергетических установок повышенной мощности, которые могли бы составить конкуренцию современным ТЭЦ.A feature of this technical solution is the distribution of a single air flow, generally a cylindrical flow of gaseous medium, through individual channels through vertical blades as aerostatic shells with autonomous air ducts, the energy conversion of which creates autonomous transmission of torque to the electric generator shaft concentrating them, which allows to increase the efficiency of energy conversion . However, the design features of the implementation of this technical solution do not allow to use it when creating solar power plants of increased power, which could compete with modern CHP.

Все другие технические решения, известные авторам по изученным патентным материалам и опубликованной научно-технической информации, не достигают потенциальных результатов, связанных с возможным использованием указанного способа по устройству Ветросолнечный электроагрегат в части его принципиального содержания - разбиения общего воздушного потока на отдельные энергетические каналы.All other technical solutions known to the authors for the studied patent materials and published scientific and technical information do not reach potential results related to the possible use of this method for constructing the Wind-powered electrical unit in terms of its principal content - splitting the overall air flow into separate energy channels.

Задачей настоящего технического решения является создание способа преобразования низкопотенциальной энергии воздушного потока в гелиоэнергетических системах при прохождении его через ветротурбину, сочлененную с электрогенератором, открывающего возможности значительного повышения КПД энергопреобразования и снижения удельной стоимости блока ветротурбина - генератор в промышленных энергоустановках большой мощности, технически и экономически способных заменить теплоэлектроцентрали с экологически вредным сжиганием углеводородного сырья.The objective of this technical solution is to create a method for converting low-potential energy of the air flow in solar energy systems when passing it through a wind turbine coupled with an electric generator, opening up the possibility of a significant increase in the efficiency of energy conversion and reducing the unit cost of a high-power unit that is technically and economically capable of replacing combined heat and power plants with environmentally harmful combustion hydrocarbon th raw materials.

Техническим результатом настоящего концептуального решения является обеспечение возможности создавать ветротурбины диаметром до 50 м и более для гелиоэнергетических систем мощностью 100 тыс. кВт и выше, надежно состыковывать их с электромеханическими системами, преобразующими механическую энергию, получаемую посредством лопастей ветротурбины, в электроэнергию.The technical result of this conceptual solution is to provide the ability to create wind turbines up to 50 m in diameter and more for solar power systems with a capacity of 100 thousand kW and above, to join them reliably with electromechanical systems that convert mechanical energy received through wind turbine blades into electricity.

Частными техническими результатами при этом являются повышение надежности ветрэлектроэнергетического агрегата, значительное снижение удельного расхода меди, алюминия и черных металлов при строительстве таких агрегатов, качественное улучшение их ремонтопригодности и др.Particular technical results in this case are increasing the reliability of the wind power unit, a significant reduction in the specific consumption of copper, aluminum and ferrous metals during the construction of such units, a qualitative improvement in their maintainability, etc.

Это создает техническую основу для проектирования гелиоэнергетических установок большой мощности, которые по техническим и экономическим показателям превосходят показатели теплоэлектроцентралей со сжиганием углеводородного сырья и делают привлекательными крупные капиталовложения в преобразование мировой энергетики в экологически чистую, мощную и всепогодную гелиоэнергетику.This creates a technical basis for the design of high-capacity solar power plants, which, by technical and economic indicators, exceed those of thermal power plants with the combustion of hydrocarbons and make large investments attractive in transforming world energy into environmentally friendly, powerful and all-weather solar power.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что относительно известного способа преобразования низкопотенциальной энергии поступательного движения газообразной среды, например вертикального воздушного потока цилиндрической формы в гелиоэнергеThis technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that with respect to the known method of converting low-potential energy of the translational motion of a gaseous medium, for example, a vertical cylindrical air flow in helioenergy

- 1 008277 тических установках в электрическую энергию, основанного на создании крутящего момента посредством аэродинамических поверхностей лопастей ветротурбины, приводимых во вращение воздушным потоком вокруг оси несущего вала, который является конструктивным концентратором механической энергии, вырабатываемой посредством распределенных в пространстве воздушного потока поверхностей вращающихся лопастей, и передатчиком её к вращающейся энергопреобразующей части электрогенератора, в то время как неподвижная энергопреобразующая часть последнего закреплена относительно фундаментной базы, имеются отличия в том, что преобразование низкопотенциальной энергии воздушного потока в электрическую энергию выполняют путем создания параллельных энергопреобразующих каналов, концентрически расположенных в поперечном сечении воздушного потока, для чего на участке между двумя его поперечными сечениями, ограничивающими пространство ветротурбомеханического преобразовательного процесса, размещают концентрически расположенные друг относительно друга, преимущественно автономные по кинематике, энергопреобразующие секции, снабженные автономными опорами вращения и имеющие преимущественно различные угловые скорости вращения вокруг общей оси с максимально возможными линейными скоростями, на которые конструктивно расчленяют типовую ветротурбину как единый, жесткий, тяжелый и тихоходный энергопреобразователь и в состав которых включают энергодифференцирующие втулки, фиксирующие границы энергопреобразующих каналов, нижние и верхние основания которых располагают концентрически в параллельных плоскостях указанных поперечных сечений, а их образующие ориентируют вдоль воздушного потока, и закрепленные между ними автономные участки легких, например, составных лопастей, при этом энергодифференцирующим втулкам придают интегральные функции, выполняемые тяжелым и тихоходным валом в типовых ветротурбинах, которые реализуются посредством созданной системы вращающихся, распределённых в пространстве и действующих параллельно силовых элементов, автономно монтируемых, обслуживаемых и упрочняемых в предварительно напряженных конструкциях, причем параллельное взаимодействие указанных силовых элементов обеспечивают путем интегрирования параллельных потоков механической энергии в виде, преобразованном к целевой электрической форме, с помощью названного электрогенератора, который выполняют путем создания концентрически расположенных и распределенных в пространстве электрогенерирующих секций, каждая из которых максимально приближена непосредственно к соответствующим участкам выработки механической энергии вращательного движения, при этом неподвижные энергопреобразующие части электрогенерирующих секций размещают и фиксируют относительно фундаментной базы, в частности, при помощи несущих кольцевых концентрических платформ, установленных на этой фундаментной базе, относительно которой закреплены, например, электрические катушки с магнитопроводами и несущие конструкции указанных автономных опор вращения, причем между несущими кольцевыми концентрическими платформами создают технологические проемы и приспособления, в том числе регулируемые заслонки, посредством которых обеспечивают управляемое продвижение воздушного потока через образованные энергопреобразующие каналы и осуществляют монтажные и ремонтно-профилактические работы, а подвижные энергопреобразующие части электрогенерирующих секций выполняют посредством вращающихся энергодифференцирующих втулок, к которым закреплены энерговозбуждающие средства, например постоянные магниты, и подвижные конструктивные элементы автономных опор вращения, при этом наружные поверхности энергодифференцирующих втулок, выполненных из легких материалов, обеспечивающих возможность их высокоскоростного вращательного движения, стягивают параллельно основаниям высокопрочными бандажными канатами с определённым шагом вдоль образующих и закрепляют последние относительно корпусов энергодифференцирующих втулок, например, посредством вертикальных конструктивных элементов, располагаемых вдоль их образующих, в частности металлических закладных изделий, и крепежных соединений, с помощью которых присоединяют к энергодифференцирующим втулкам вращающиеся вокруг общей оси автономные участки лопастей и конструктивные элементы автономных опор вращения, при этом выходные параметры электрической энергии, вырабатываемой электрогенерирующими секциями, имеющие автономные многофазные векторные характеристики с различными пространственными и временными сдвигами, синхронизируются посредством полупроводниковых преобразователей и управляющих устройств, и при этом выработка распределенным электрогенератором суммарной электрической энергии, в том числе поставляемой внешним потребителям, находится под управляющим воздействием компьютерного центра и стабилизируется за счет перераспределения нагрузок в зависимости от технического состояния отдельных электрогенерирующих секций, энергодифференцирующих втулок и регулируемых технологических режимов всего энергопреобразовательного процесса.- 1 008277 tation installations into electrical energy, based on the creation of torque through the aerodynamic surfaces of the blades of the wind turbine, driven by air flow around the axis of the carrier shaft, which is a constructive hub of mechanical energy generated by the surfaces of the rotating blades, and the transmitter it to the rotating power conversion part of the generator, while the fixed energy conversion part The latter is fixed relative to the foundation, there are differences in that the conversion of low-potential energy of the air flow into electrical energy is carried out by creating parallel energy-converting channels concentrically located in the cross-section of the air flow, for which in the area between its two cross sections that limit the wind turbine mechanical conversion process, placed concentrically located relative to each other, mainly aut kinematics-specific, energy-converting sections equipped with autonomous rotational supports and having predominantly different angular rotational speeds around a common axis with the highest possible linear velocities, into which a typical wind turbine is structurally divided as a single, rigid, heavy and slow-moving energy converter and which include energy-differentiating sleeves, the fixing boundaries of the energy-converting channels, the lower and upper bases of which are concentrically arranged in parallel planes of these cross sections, and their generators orient them along the air flow, and autonomous parts of the lungs fixed for them, for example, composite blades, while the integral functions performed by the heavy and low-speed shaft in typical wind turbines, which are realized by a system of rotating, distributed in space and in parallel with the power elements, autonomously mounted, serviced and strengthened in pre-stressed structures, p What kind of parallel interaction do these power elements provide by integrating parallel streams of mechanical energy in a form converted to a target electrical form using an electric generator, which is performed by creating concentrically arranged and distributed in space electrogenerating sections, each of which is as close as possible directly to the corresponding production areas mechanical energy of the rotational motion, while still energy conversion The parts of the electrogenerating sections are placed and fixed relative to the base base, in particular, by means of supporting ring concentric platforms installed on this foundation base, relative to which, for example, electric coils with magnetic cores and supporting structures of said autonomous rotational supports are fixed. platforms create technological openings and accessories, including adjustable dampers, through which they provide controlled air flow through the formed energy conversion channels and carry out installation and maintenance work, and the mobile energy conversion parts of the power generating sections are performed by rotating energy differentiating bushings, to which energy stimulating means, such as permanent magnets, and moving structural elements of autonomous rotational supports are fixed, while the outer surfaces energy-differentiating sleeves made of lightweight materials providing opportunities l their high-speed rotational movement, parallel to the bases of high-strength bandage ropes with a certain step along forming and secure the latter relative to the buildings of energy-differentiating sleeves, for example, by means of vertical structural elements arranged along their forming, in particular metal fixings, and fasteners with which connect autonomous parts of the blades and structural parts rotating around a common axis to the energy-differentiating bushings elements of autonomous rotational supports, while the output parameters of electrical energy generated by the electricity generating sections, having autonomous multiphase vector characteristics with different spatial and temporal shifts, are synchronized by means of semiconductor converters and control devices, and the total electrical energy generated by the distributed generator, including that supplied to external consumers, is under the control of the computer center and with abiliziruetsya due to redistribution of loads depending on the technical condition of the individual power generation sections, sleeves and controlled energodifferentsiruyuschih technological modes energopreobrazovatelnogo entire process.

Кроме того, изложенные технические решения, согласно способу преобразования низкопотенциальной энергии ветрового потока по предполагаемому изобретению, усиливаются и частично конкретизируются дополнительными отличиями, повышающими его эффективность, в том числе в области экономии материальных ресурсов и эксплуатационной надежности.In addition, the described technical solutions, according to the method of converting low-grade energy of the wind flow according to the proposed invention, are amplified and partially specified by additional differences that increase its efficiency, including in the area of saving material resources and operational reliability.

В частности, отличие предложенного способа относительно названного прототипа состоит также в том, что подвижные части электрогенерирующих секций выполняют посредством кольцеобразных дисков или цилиндров, располагаемых концентрически друг относительно друга над соответствующими несущими кольцевыми платформами с помощью указанных автономных опор вращения, при этом наIn particular, the difference of the proposed method with respect to the above-mentioned prototype also lies in the fact that the moving parts of the power generating sections are performed by means of ring-shaped disks or cylinders arranged concentrically relative to each other over the corresponding supporting ring platforms using the said autonomous rotational supports, while

- 2 008277 кольцеобразных дисках или цилиндрах закрепляют магнитные полюса, содержащие, например, постоянные магниты с магнитопроводами, и подвижные элементы автономных опор вращения, посредством настройки которых обеспечивают необходимые величину и стабильность магнитных зазоров в электрогенерирующих секциях, при этом к бандажным канатам энергодифференцирующих втулок закрепляют лопастные удерживающие канаты, размещаемые на аэродинамических поверхностях и/или во внутренних полостях лопастей таким образом, что они удерживают их под давлением высокоскоростного воздушного потока, причем лопастные удерживающие канаты закрепляют относительно корпусов энергодифференцирующих втулок, чем создают предварительно напряженную канатно-сетчатую конструкцию, устойчивую в отношении всей системы сил, действующих на энергодифференцирующие втулки в условиях повышенных угловых скоростей и передачи значительных крутящих моментов, причем канатные каркасы энергодифференцирующих втулок закрепляют посредством закладных изделий в корпусах энергодифференцирующих втулок, в частности связующих канатов.- 2 008277 ring-shaped disks or cylinders fix magnetic poles containing, for example, permanent magnets with magnetic cores, and movable elements of autonomous rotational supports, by adjusting which provide the necessary magnitude and stability of magnetic gaps in the power generating sections, while fixing rods to the shroud ropes of energy-differentiating sleeves retaining ropes placed on aerodynamic surfaces and / or in the internal cavities of the blades in such a way that they keep them under yes the high-speed air flow, and the blade retaining ropes are fixed relative to the hulls of the energy-differentiating sleeves, which create a pre-stressed cable-mesh construction that is stable in relation to the entire system of forces acting on the energy-differentiating sleeves under conditions of high angular velocities and transmission of significant torsional moments, and the cable frames of energy. sleeves are fixed by means of embedded products in the housings of energy-differentiating sleeves, in particular and connecting cables.

Кроме того, отличие состоит в том, что создают интегральную систему синхронизации параметров электроэнергии, вырабатываемой распределенным в пространстве электрогенератором, относительно внешней электрической сети путем включения электрических катушек электрогенерирующих секций через силовые полупроводниковые коммутаторы в электрические ветви с параллельнопоследовательными соединениями, посредством которых обеспечивают их оперативные переключения, чем достигают предварительного соответствия синхронизируемых параметров, а далее осуществляют высокоточную синхронизацию за счет проведения уточняющих корректировок силы энерговозбуждающих полей в электрогенерирующих секциях, например напряженности магнитных полей возбуждения с помощью применения подвозбуждающих электрических катушек с полупроводниковым регулированием электрического тока в них и/или управления энергосодержанием созданных энегопреобразующих каналов посредством применения регуляторов интенсивности воздушного потока на соответствующих участках энергопреобразовательного технологического процесса.In addition, the difference lies in the fact that they create an integrated system for synchronizing the parameters of electricity generated by an electric generator distributed in space relative to the external electrical network by turning on the electric coils of the power generating sections through power semiconductor switches to electric branches with parallel connections, than achieve a preliminary match synchronized parameters, and yes More precise synchronization is accomplished by making more precise adjustments to the power of the energy-stimulating fields in the power generating sections, for example, the magnetic excitation field strengths through the use of energizing electric coils with semiconductor control of electrical current in them and / or controlling the energy content of the created energy-generating channels through the use of air flow intensity regulators plots energy conversion technological th process.

Указанные технические решения в предложенном способе позволяют изготавливать надежные ветротурбины диаметром 50 м и более без применения тяжелых металлических вращающихся конструкций, как это имеет место у известных ветротурбин с общим тяжелым валом, а за счет того, что секции ветротурбин, их энергодифференцирующие втулки предложенной конструкции могут быть выполнены из легких материалов, наружная вращающаяся поверхность которых упрочняется предварительно напряженными канатами, достигается возможность снять прочностные ограничения для предельного повышения угловых скоростей вращения ветротурбин в составе их вращающихся секций. Снятие ограничений в повышении скоростей вращения по прочностным характеристикам конструкций позволяет снизить расход меди, черных металлов и магнитных материалов на производство заданной электрической мощности в сравнении с тихоходными ветротурбиной и генератором на одном валу.These technical solutions in the proposed method allow to produce reliable wind turbines with a diameter of 50 m or more without using heavy metal rotating structures, as is the case with known wind turbines with a common heavy shaft, and due to the fact that the wind turbine sections, their energy-differentiating sleeves of the proposed design can be made of light materials, the outer rotating surface of which is reinforced by pre-stressed cables, it is possible to remove the strength limitations I for the maximum increase in the angular velocity of rotation of wind turbines in the composition of their rotating sections. Removing the limitations in increasing rotational speeds according to the strength characteristics of the structures allows reducing the consumption of copper, ferrous metals and magnetic materials for the production of a given electrical power in comparison with low-speed wind turbines and a generator on the same shaft.

При этом обеспечивается решающее преимущество такого секционированного электрогенератора в области технического обслуживания и ремонта, когда технический осмотр может осуществляться в процессе работы электрогенерирующих секций, причем даже ремонтные работы могут осуществляться на одной из них (как бы внутри вращающегося генератора), в то время как ветротурбина и другие электрогенерирующие секции, если их несколько, могут находиться в нормальной эксплуатации. Кроме того, гелиоэлектростанция нуждается в мощном электрогенераторе собственных нужд, в первую очередь, для осуществления многосуточных запасов тепловой энергии в теплоаккумуляторах, который в известных технических решениях совмещается с генератором товарной электроэнергии либо ущербно сочленяется посредством ненадежных кинематических передач. В данном техническом решении генерирование электроэнергии собственных нужд, которое не нуждается в высокоточных средствах синхронизации в виде управляющих систем и полупроводниковых преобразователей, выполняется из таких же бесконтактных электрогенерирующих секций.This provides the decisive advantage of such a partitioned generator in the field of maintenance and repair, when technical inspection can be carried out during the operation of the power generating sections, and even repair work can be carried out on one of them (as if inside a rotating generator), while the wind turbine and other power generating sections, if there are several of them, may be in normal operation. In addition, the solar power plant requires a powerful electric generator of its own needs, primarily for the implementation of many-day reserves of thermal energy in heat accumulators, which in known technical solutions is combined with a commercial electricity generator or is badly coupled through unreliable kinematic transmissions. In this technical solution, the generation of electricity of its own needs, which does not need high-precision synchronization tools in the form of control systems and semiconductor converters, is performed from the same non-contact power generating sections.

Кроме того, предусматривается регулирование скорости вращения отдельных секций ветротурбины в случае выполнения ее многосекционной с помощью устройства нескольких энергодифференцирующих втулок или их пар, соединенных между собой аэродинамическими лопатками, с одной стороны, и разделенных между собой свободным воздушным пространством, где могут закрепляться к фундаментной базе, и вращающихся вкладышем-цилиндром электрогенерирующих секций с автономными опорами вращения, с другой стороны. Регулирование скорости производится путем корректировки энергосодержания воздушного потока в параллельных энергопреобразующих каналах за счет конструктивных управляющих элементов - авторегулируемых заслонок (задвижек), установленных на пути движения воздушного потока на входе в ветротурбину и на ее выходе, а также по всей подготовительной технологической цепи энергопреобразовательного процесса.In addition, it is envisaged to regulate the speed of rotation of individual sections of a wind turbine in the case of multi-sectionalization using a device with several energy-differentiating bushings or their pairs interconnected by aerodynamic blades, on the one hand, and separated by free air space, where they can be fixed to the base base, and electrogenerating sections rotating with an insert-cylinder with autonomous support of rotation, on the other hand. Speed control is made by adjusting the energy content of the air flow in parallel energy-converting channels through structural controls - auto-adjustable dampers (gate valves) installed on the path of the air flow at the wind turbine inlet and outlet, as well as throughout the preparatory technological circuit of the energy conversion process.

Поскольку электрогенерирующие секции в многосекционньгх мощных конструкциях расположены в непосредственной близости от автономных опор вращения и имеют магнитные системы, включающие, в частности, постоянные магниты, последние могут использоваться и в конструкции самих опор вращения, посредством магнитной удерживающей «подушки».Since the electrogenerating sections in multisectional powerful structures are located in the immediate vicinity of the autonomous rotational supports and have magnetic systems, including, in particular, permanent magnets, the latter can be used in the design of the rotational supports themselves, by means of a magnetic confining "cushion".

Кроме того, в подвижных энергопреобразующих частях электрогенерирующих секций, закрепленных на вращающихся кольцеобразных дисках, могут применяться в качестве элементов, управляющихIn addition, in the moving energy-converting parts of the electrogenerating sections, mounted on rotating annular disks, they can be used as elements that control

- 3 008277 силой энерговозбуждающих полей, П-образные магнитные системы с двумя магнитными зазорами, между которыми расположены неподвижные электрические катушки с их магнитопроводами, закрепленные относительно несущих концентрических платформ, в случае их применения, при этом посредством указанных магнитных систем легко осуществляется балансирование осевых усилий, действующих на автономные опоры вращения.- 3 008277 by the force of energy-stimulating fields, U-shaped magnetic systems with two magnetic gaps, between which there are stationary electric coils with their magnetic cores, fixed relative to the supporting concentric platforms, in the case of their application, axial forces can be easily balanced through these magnetic systems, acting on autonomous supports of rotation.

Кроме того, в зависимости от мощности энергопреобразования автономные опоры вращения выполняют посредством воздушной подушки, фторопластовых вкладышей, с применением жидких смазок.In addition, depending on the power of energy conversion, autonomous bearings of rotation are performed by means of an air cushion, fluoroplastic liners, using liquid lubricants.

Указанные технические решения используют предоставленные комбинаторные возможности в связи с расчленением ветротурбины и электрогенератора на отдельные концентрические секции, вращающиеся на автономных для каждого энергетического канала опорах. В связи с такой возможностью, например, опоры вращения меньших диаметров выполняются с применением жидких смазок во взаимодействии с магнитными системами электрогенерирующих секций. В опорах вращения больших диаметров конструктивно и экономически более предпочтительными являются опоры на воздушной и магнитной «подушке» или построенные по аналогии с ними специальные системы жидких смазок, с взаимодействием с магнитными системами электрогенерирующих секций или постоянными магнитами. При этом расход и нагрев воздуха в таких опорах вращения утилизируются в общем энергопреобразовательном процессе через ветротурбину и воздухоотводящую трубу.These technical solutions use the provided combinatorial capabilities in connection with the dismemberment of the wind turbine and the electric generator into separate concentric sections rotating on supports that are autonomous for each energy channel. In connection with this possibility, for example, supports of rotation of smaller diameters are performed using liquid lubricants in conjunction with magnetic systems of the power generating sections. In the pillars of rotation of large diameters, structurally and economically preferable are the supports on the air and magnetic “cushion” or special systems of liquid lubricants built by analogy with interaction with the magnetic systems of the electrogenerating sections or permanent magnets. At the same time, the flow and heating of air in such rotation supports are utilized in the general energy conversion process through the wind turbine and the air exhaust pipe.

Кроме того, отличие состоит в том, что, по меньшей мере в одной электрогенерирующей секции, обслуживающей собственные нужды энергопреобразовательного процесса, используют в качестве энерговозбуждающей силы электронно-физическое взаимодействие трущихся веществ, имеющих сопряженные электростатические характеристики, например стекла и эбонита, благодаря чему между их трущимися поверхностями возбуждаются силы перемещения электронов из одного слоя вещества в другой, чем создается процесс электрофорного преобразования энергии, для чего, например, на кольцеобразном вращающемся диске, который заземляют, образуют тонкий слой одного из материалов в качестве донорной поверхности трения, а на неподвижной кольцевой платформе устанавливают токосъемники, на которых в качестве ответной поверхности трения образуют тонкий слой электростатически сопряженного материала, при этом токосъемники и электрические связи между ними выполняют изолированными от заземляющих связей, а схемы электрических соединений - обеспечивающими их последовательное и параллельное включения.In addition, the difference lies in the fact that, in at least one power generation section serving the own needs of the energy conversion process, the electron-physical interaction of rubbing substances having conjugate electrostatic characteristics, such as glass and ebonite, is used as an energy-generating force, due to which rubbing surfaces excite the forces of movement of electrons from one layer of substance to another, than the process of electrophore energy conversion is created, for which For example, on a ring-shaped rotating disk that is grounded, a thin layer of one of the materials forms as a friction donor surface, and current collectors are installed on a fixed ring platform, on which a thin layer of electrostatically conjugated material forms as a reciprocal friction surface, and the current collectors and electric the connections between them are insulated from the ground connections, and the electrical connection schemes ensure that they are connected in series and in parallel.

Отличие состоит также в том, что на вращающемся кольцеобразном диске образовано поле остроконечных поверхностей, покрытых тонким слоем вещества с малой работой выхода электронов, причем этот слой вещества дополнительно покрывают материалом, образующим донорную поверхность трения, а токосниматели выполняют в виде мягких кистей, содержащих в качестве элементов трения гибкие электропроводники, поверхность которых покрыта ответным слоем электростатически сопряженного материала.The difference also lies in the fact that on a rotating ring-shaped disk there is a field of pointed surfaces covered with a thin layer of a substance with a small electron work function, and this layer of the substance is additionally covered with a material forming the friction donor surface, and the current collectors are in the form of soft brushes containing as friction elements, flexible electrical conductors, the surface of which is covered with a counter-layer of electrostatically conjugated material

Последние два технических решения в предложенном способе основаны на том, что, с одной стороны, некоторые процессы энергопреобразования воздушного потока в гелиоэнергетической установке могут осуществляться с применением высоких напряжений, в том числе постоянного тока, а с другой стороны, конструктивная реализация способа с применением в отдельных случаях вращающихся дисков, сочлененных с энергодифференцирующими втулками, позволяет легко применить электрофорный принцип накопления электрического заряда и напряжения. При этом электростатически сопряженные поверхностные слои трущихся материалов, один из которых имеет свойства отдавать, а другой воспринимать электроны, могут выполняться достаточно тонкими, чтобы получать не только повышенное напряжение, но и необходимую электрическую мощность для реализации тех или иных задач энергопреобразования. При выборе энергетически сопряженных материалов могут также использоваться кремниевые материалы с противоположными типами проводимостей - электронной и дырочной проводимостями, а механические контакты между трущимися поверхностями могут периодически прерываться и параллельно токосъемникам могут подключаться конденсаторы.The last two technical solutions in the proposed method are based on the fact that, on the one hand, some processes of energy conversion of the air flow in a solar power installation can be carried out using high voltages, including direct current, and on the other hand, a constructive implementation of the method using separate cases of rotating disks articulated with energy-differentiating sleeves makes it easy to apply the electrophore principle of accumulation of electric charge and voltage. In this case, electrostatically conjugated surface layers of rubbing materials, one of which has the properties to give, and the other to perceive electrons, can be made sufficiently thin to obtain not only increased voltage, but also the necessary electrical power for the implementation of various energy conversion tasks. When choosing energetically coupled materials, silicon materials with opposite types of conductivities — electron and hole conductivities — can also be used, and mechanical contacts between the rubbing surfaces can be intermittently interrupted and capacitors can be connected in parallel with the current collectors.

Такие технические решения повышают эффективность способа, так как могут быть использованы, в частности, для электрофизического воздействия на движение воздушного потока в воздухоотводящей трубе и в его автономных энергопреобразовательных каналах.Such technical solutions increase the efficiency of the method, since they can be used, in particular, for electrophysical influence on the movement of the air flow in the air discharge pipe and in its autonomous energy-conversion channels.

Согласно предлагаемому изобретению имеется много технологических возможностей по размещению отдельных электрогенерирующих секций. Если одна из них создана на основе использования электрофорного электрогенерирования, то ее конструкция преимущественно является дисковой. Если же имеет место вариант, когда электрогенерирование осуществляется с помощью вращающихся постоянных магнитов, то лучшим решением будет размещение секций электрогенератора в свободном воздушном пространстве, которое создается рядом с парой энергодифференцирующих втулок, соединенных между собой аэродинамическими лопастями, при этом постоянные магниты прикрепляются преимущественно к вращающимся металлическим вкладышам - цилиндрам, прикрепленным к внутренней стороне меньшей из указанной пары энергодифференцирующих втулок, а неподвижные части электрогенерирующих секций - к фундаментной базе той или иной реализации, причем с такой конструкцией очень удачно сочетается размещение магнитных опор, которые фиксируют вращающиеся части турбоэлектроагрегата в осе- 4 008277 вом и радиальном направлениях и могут быть размещены частично в одном конструктиве с электрогенерирующей секцией, а частично - вынесены на периферию вращающихся корпусов энергодифференцирующих втулок в виде электромагнитных удерживающих систем или постоянных магнитов.According to the invention, there are many technological possibilities for the placement of individual power generating sections. If one of them is created on the basis of the use of electrophore generation, then its design is predominantly disk. If there is an option when electrogeneration is carried out using rotating permanent magnets, then the best solution would be to place the generator sections in free air space, which is created next to a pair of energy-differentiating sleeves connected by aerodynamic blades, while the permanent magnets are attached mainly to rotating metal liners - cylinders attached to the inner side of the smaller of the specified pair of energy-differentiating sleeves, and the moving parts of the electrogenerating sections - to the foundation base of one or another implementation, and with this design the placement of the magnetic supports, which fix the rotating parts of the turbo electric unit in the axial and radial directions, can be successfully combined and can be placed partially in the same structure with the electrogenerating section, and partly brought to the periphery of rotating housings of energy-differentiating sleeves in the form of electromagnetic restraint systems or permanent magnets.

Способ осуществляют, в частности, следующим образом.The method is carried out, in particular, as follows.

На фиг. 1 представлено изображение структуры организации энергетических каналов в плане.FIG. 1 shows the structure of the organization of energy channels in the plan.

На фиг. 2 дано схематическое изображение возможной композиции энергетических каналов в вертикальном сечении.FIG. 2 shows a schematic representation of a possible composition of energy channels in a vertical section.

На фиг. 3 приведена принципиальная схема одного из вариантов электрогенераторного энергопреобразующего блока.FIG. 3 is a schematic diagram of one of the variants of an electric power generating unit.

На фиг. 4 представлена принципиальная схема одного из вариантов интегральной синхронизации.FIG. 4 is a schematic diagram of one of the variants of integrated synchronization.

Воздушный поток, часть энергии которого преобразуется в электрическую, перемещается в пространстве (фиг. 1), ограниченном цилиндрической поверхностью 1 (тяговая труба). Поперечное сечение воздушного потока, ограниченное поверхностью 1, рассечено в данном примере на энергопреобразующие каналы 2 посредством энергодифференцирующих цилиндрических втулок 3 (на фиг. 1 их показано 4 шт., но их может быть и две, и много больше, с организацией свободных воздушных пространств между каждой их парой или без этого), между которыми закреплены лопасти 4 (на фиг. 1 показана одна лопасть, горизонтальная проекция которой представляет собой две линии: верхнюю и нижнюю кромки). Энергетические каналы в воздушном потоке помечены как I, II, III.The air flow, part of the energy of which is converted into electrical energy, moves in space (Fig. 1), limited by the cylindrical surface 1 (traction pipe). The cross-section of the air flow, limited by surface 1, is cut in this example into energy-converting channels 2 by means of energy-differentiating cylindrical sleeves 3 (4 of them are shown in Fig. 1, but there may be two, and many more, with the organization of free air spaces between each pair, or without it), between which the blades 4 are fixed (in Fig. 1 one blade is shown, the horizontal projection of which is two lines: upper and lower edges). Energy channels in the air flow are labeled as I, II, III.

Наружные поверхности легких энергодифференцирующих втулок 3, изготовленных преимущественно из металлозаменяющих материалов, стягиваются бандажными канатами 5 (см. фиг. 2), расположенными по всей их высоте (по всей длине их образующих), причем на периферийных втулках значительных диаметров они расположены почти вплотную. К бандажным канатам 5 на всех энергодифференцирующих втулках 3 закреплены и предварительно напряжены радиальные канаты 6, которые применяют в тех случаях, когда проектом предусматривают уравнение угловых скоростей вращения втулок 3. При полной сбалансированности угловых скоростей вращения энергодифференцирующих втулок 3 радиальные канаты 6 несут только радиальные усилия, определенные предварительным напряжением. Этот вариант (случай равенства угловых скоростей вращения всех или части энергодифференцирующих втулок) является одним из двух принципиальных конструкторских решений по реализации предложенного способа. Вторым из них является вариант, при котором энергодифференцирующие втулки имеют по проектному заданию преимущественно различные угловые скорости, но близкие друг к другу линейные скорости вращения, и последние по своему максимальному уровню определяются скоростью воздушного потока при заданной геометрии лопастей. В этом случае между каждой парой энергодифференцирующих втулок, связанных закрепленными к ним лопастями, образуют свободные радиальные зазоры, зарытые для прохождения воздушного потока. Кроме того, оба принципиальных конструкторских решения могут иметь подварианты, связанные с размещением оснований энергодифференцирующих втулок. Одним из них является размещение их нижних и верхних оснований (концентрически друг относительно друга) в двух преимущественно горизонтальных плоскостях - плоскости нижних оснований и плоскости верхних оснований. Другим подвариантом является размещение оснований части энергодифференцирующих втулок ветротурбины, что может быть конструктивно оформлено в виде отдельной турбины, в положении, когда одни из них подняты выше других таким образом, что воздушный поток последовательно проходит вначале через нижнюю группу энергодифференцирующих втулок (через нижнюю турбину), а затем через верхнюю группу энергодифференцирующих втулок (через верхнюю турбину). Таких последовательных технологических каскадов в процессе энергопреобразования может выполняться несколько.The outer surfaces of the light energy-differentiating sleeves 3, made primarily of metal-substituting materials, are tightened by retaining ropes 5 (see Fig. 2) located along their entire height (along the entire length of their forming), and they are located very close to the peripheral sleeves of considerable diameters. Radial ropes 6 are fixed and prestressed to shroud ropes 5 on all energy-differentiating sleeves 3, which are used in cases when the project provides for the equation of angular speeds of rotation of sleeves 3. With a full balance of angular speeds of rotation of energy-differentiating sleeves 3, radial ropes 6 carry only radial forces, certain prestressing. This option (the case of equality of the angular velocities of rotation of all or part of the energy-differentiating sleeves) is one of two fundamental design solutions for the implementation of the proposed method. The second of these is the variant in which the energy-differentiating sleeves have, according to the design task, mainly different angular velocities, but close to each other linear rotational speeds, and the latter, by their maximum level, are determined by the speed of the air flow for a given blade geometry. In this case, between each pair of energy-differentiating sleeves, connected by blades fixed to them, form free radial gaps, buried for the passage of air flow. In addition, both principal design solutions may have sub-options related to the placement of the bases of the energy-differentiating sleeves. One of them is the placement of their lower and upper bases (concentrically relative to each other) in two predominantly horizontal planes - the plane of the lower bases and the plane of the upper bases. Another option is to place the bases of a part of the energy-differentiating bushes of the wind turbine, which can be constructively designed as a separate turbine, in a position where some of them are raised above the others so that the air flow passes through the lower group of energy-differentiating bushes (through the bottom turbine), and then through the upper group of energy-differentiating bushings (through the upper turbine). There are several such consecutive technological cascades in the process of energy conversion.

На фиг. 2 лопасти 4 представлены условно одним фрагментом (сечением в вертикальной плоскости) в энергетическом канале II, который образован двумя энергодифференцирующими втулками 3 с закрепленным в них по всей их высоте рядом (радиальным участком) лопастей 4. Схематично показано продвижение через этот канал воздушного потока 7. На выходе канала II, так же, как и других энергетических каналов, установлены устройства 8 для автономного регулирования энергосодержания воздушного потока 7, которые представляют собой, например, автоматически управляемые заслонки, перемещающиеся относительно друг друга и кольцевого проема энергетического канала. Устройства-заслонки 8 в той или иной конструкции установлены также на входе в энергопреобразующие секции (т. е. снизу) дифференциальной ветротурбины, что на фиг. 2 не показано. В случае исполнения дифференциальной ветротурбины с механически несвязанными автономными секциями (основной вариант реализации способа), в многосекционном варианте заслонками 8 полностью перекрываются сверху и/или снизу те энергопреобразующие секции и связанные с ними электрогенерирующие секции, которые подлежат ремонту в отключенном заторможенном состоянии.FIG. 2 blades 4 are conventionally represented by one fragment (section in a vertical plane) in energy channel II, which is formed by two energy-differentiating sleeves 3 with blades 4 fixed in them along their entire height (7). The movement through this channel is shown schematically 7. At the exit of channel II, as well as other energy channels, devices 8 are installed to autonomously regulate the energy content of the air flow 7, which are, for example, automatically controlled by slonok moving relative to each other and the annular opening of the energy channel. Damper devices 8 in one design or another are also installed at the entrance to the energy conversion sections (i.e., from below) of the differential wind turbine, which is shown in FIG. 2 not shown. In the case of a differential wind turbine with mechanically uncoupled autonomous sections (the main embodiment of the method), in a multisection variant, the flaps 8 completely overlap at the top and / or bottom of those energy conversion sections and the associated electricity generating sections that need to be repaired when the braked state is off.

Форма аэродинамической поверхности лопастей 4, которые могут выполняться весьма легкими и даже гибкими, фиксируется дополнительными лопастными удерживающими канатами 9, которые размещены на них посредством легких конструкционных элементов. В случае выполнения лопастей 4 гибкими из листов тонколистовой стали, закрепляемых в профилеобразующих пазах, выполненных на соответствующих поверхностях энергодифференцирующих втулок 3 (на фиг. 2 не показаны), конструкционные элементы крепления лопастных удерживающих канатов 9 могут быть выполнены посредством кана- 5 008277 вок на поверхностях лопастей и узлов закрепления и предварительного напряжения их относительно бандажных канатов 5. В случае изготовления гибких лопастей с применением в качестве их поверхностей стеклянных пленок или других весьма гибких материалов, конструкционные элементы, удерживающие с помощью канатов их профиль под давлением воздушного потока, могут быть выполнены с применением трубок, форма которых задается согласно расчетному профилю поверхности лопасти 4. На фрагменте последней (фиг. 2) показан также участок поперечной канатной стяжки 10, т.е. канатов, которые на поверхностях лопастей размещаются поперек лопастных удерживающих канатов 9 и закрепляются относительно них. Аналогичного назначения канатные стяжки 10 проходят внутри корпусов энергодифференцирующих втулок 3, что представлено на примере втулки, разделяющей каналы I, II. Если втулки 3 выполнены по высоте из составных колец, то канатные стяжки предварительно напрягают их, образуя единый жесткий корпус энергодифференцирующей втулки 3. Канатные стяжки 10 закрепляются также относительно бандажных канатов 5 и канатов 9, могут проходить внутри корпусов втулок 3 или снаружи, вдоль их поверхностей, что определяется вариантами конкретных конструкций. Принципиальным для реализации предложенного способа является то, что канатные стяжки 10 увязывают бандажные канаты 5 и канаты 9, а также радиальные канаты 6, если конструктивно они применены, в прочную канатную сетку как основу прочности и устойчивости всей конструкции при повышенных угловых скоростях вращения секционированной ветротурбины и при действии на неё всей системы сил, включая осевые усилия. Ветротурбина на фиг. 2, как единое целое, представлена суммой ее секций, состоящих из четырех энергодифференцирующих втулок 3 и закрепленных между ними легких гибких лопастей 4. Поперечные линии, показанные на лопасти 4 (фиг. 1), условно изображают расположение поперечных канатных стяжек на их поверхностях. При этом следует понимать, что последние применяются не во всех конструктивных реализациях предложенного способа, а только в соответствии с используемыми материалами, размерами лопастей, другими особенностями. Если принят к реализации вариант с одной парой энергодифференцирующих втулок, когда большая из них концентрично охватывает меньшую, и они закреплены между собой системой аэродинамических лопастей, а внутри меньшей втулки вокруг центральной оси вращения создано свободное воздушное пространство для размещения там безвального электрогенератора с опорами вращения (в частичном или полном объеме), то при значительной мощности такого турбоэлектроагрегата воздухопринимающая площадь каждой из аэродинамических лопастей может достигать 1-2 м и большей величины, тогда последние преимущественно выполняются с одновременным применением обоих вариантов канатных стяжек (продольных и поперечных).The shape of the aerodynamic surface of the blades 4, which can be very light and even flexible, is fixed by additional blade retaining cables 9, which are placed on them by means of light structural elements. If the blades 4 are made of flexible sheets of sheet steel, which are fixed in the profile-forming grooves made on the respective surfaces of the energy-differentiating bushes 3 (not shown in Fig. 2), the structural fastening elements of the blade holding ropes 9 can be made by means of canals on the surfaces blades and fixing units and prestressing them with respect to retaining ropes 5. In the case of making flexible blades using glass films as their surfaces or Other very flexible materials, structural elements that hold their profile using ropes under the pressure of the air flow can be performed using tubes whose shape is set according to the calculated surface profile of the blade 4. The fragment of the latter (Fig. 2) also shows a section of the transverse cable tie 10, i.e. ropes that are placed on the surfaces of the blades across the blade retaining ropes 9 and are fixed relative to them. Similar purpose cable ties 10 are inside the buildings of energy-differentiating sleeves 3, which is represented by the example of the sleeve separating the channels I, II. If the sleeves 3 are made of composite rings in height, the cable ties pre-tension them, forming a single rigid body of the energy-differentiating sleeve 3. The cable ties 10 are also fixed relative to the banding ropes 5 and the ropes 9, can pass inside the housings 3 or outside, along their surfaces what is determined by the options of specific designs. Fundamental to the implementation of the proposed method is that the cable ties 10 tie retaining rope 5 and rope 9, as well as radial ropes 6, if structurally applied, into a strong wire mesh as the basis for the strength and stability of the whole structure at elevated angular speeds of rotation of the sectioned wind turbine and under the action of the entire system of forces, including axial forces. The wind turbine in FIG. 2, as a whole, is represented by the sum of its sections consisting of four energy-differentiating sleeves 3 and light flexible blades 4 fixed between them. The transverse lines shown on the blade 4 (Fig. 1) conventionally depict the arrangement of transverse cable ties on their surfaces. It should be understood that the latter are not used in all constructive implementations of the proposed method, but only in accordance with the materials used, the size of the blades, other features. If a variant with one pair of energy-differentiating sleeves is adopted for implementation, when the larger of them concentrically covers the smaller one, and they are fixed among themselves by a system of aerodynamic blades, and inside the smaller sleeve, there is a free air space around the central axis of rotation to accommodate the shaftless electric generator with support legs ( partial or full volume), with a significant power of such a turbo-electric unit, the air-receiving area of each of the aerodynamic blades can reach 1-2 m greater magnitude, whereas the last advantageously performed with simultaneous application of both variants of cable ties (longitudinal and transverse).

Энергодифференцирующие втулки 3 связаны с энергопреобразующим электрогенераторным блоком 11 в данном примере реализации предложенного способа через промежуточные (полые) опорные стойки 12, внутри которых расположены связующие канаты 13, которые закрепляются верхними концами к канатной сетке энергодифференцирующей втулки 3, а нижними - к кольцеобразному вращающемуся диску 14 (фиг. 3), который можно в данном случае отнести в состав электрогенераторного блока 11. Последний представляет собой одну из электрогенерирующих секций распределенного в пространстве единого электрогенератора, выполненного в виде плоской конструкции, концентрических дисковых электрогенерирующих секций, приближенных, как следует из фиг. 2, непосредственно к участкам, где происходит выработка механической энергии (в ветротурбине посредством воздействия воздушного потока 7 на лопасти 4). Промежуточные опорные стойки 12 составляются, например, из цилиндрических колец небольшого диаметра (на фиг. 2 не показаны), предварительно напряженных при монтаже связующими канатами 13 и превращенных таким образом в жесткие конструктивные элементы, передающие крутящие моменты и осевые усилия с необходимым запасом прочности и устойчивости. Кроме того, в них образуют боковые проемы для прохождения воздушного потока 7 в энергопреобразующие каналы I, II, III, например, из гелиопреобразующего энергетического пространства, которое расположено перед входом во внутреннюю полость ветротурбины (на фиг. 2 технологические процессы подготовки воздушного потока гелиоэнергетической установки не показаны). В данном же варианте реализации способа, согласно фиг. 3, 4, связующие канаты 13 закрепляются относительно кольцеобразного диска 14, напрягая относительно него промежуточные полые опорные стойки 12, и тем самым механически связываются с подвижной частью опоры вращения 15, которая жестко закреплена относительно кольцеобразного диска 14.Energy-differentiating bushes 3 are connected to the energy-converting power generating unit 11 in this example implementation of the proposed method through intermediate (hollow) support posts 12, inside which are connecting ropes 13, which are fixed by the upper ends to the wire mesh of the energy-differentiating sleeve 3, and by lower ends to the ring-shaped rotating disk 14 (Fig. 3), which in this case can be attributed to the power generating unit 11. The latter is one of the power generating sections of the distributed in the space of a single electric generator, made in the form of a flat structure, concentric disk power generating sections, approximate, as follows from FIG. 2, directly to the areas where the generation of mechanical energy occurs (in a wind turbine by means of the impact of the air flow 7 on the blades 4). Intermediate support struts 12 are composed, for example, of cylindrical rings of small diameter (not shown in Fig. 2) prestressed during installation by the connecting ropes 13 and thus turned into rigid structural elements transmitting torques and axial forces with the necessary margin of safety and stability . In addition, they form side openings for the passage of the air flow 7 into the energy-converting channels I, II, III, for example, from the helium-converting energy space, which is located in front of the entrance to the internal cavity of the wind turbine (in Fig. 2, the processes of preparing the air flow of the solar power plant are not shown). In this embodiment of the method according to FIG. 3, 4, the connecting ropes 13 are fixed relative to the annular disk 14, straining the intermediate hollow support posts 12 relative to it, and are thus mechanically connected to the moving part of the rotation support 15, which is rigidly fixed relative to the annular disk 14.

Подвижная часть электрогенерирующей секции 11 в представленном варианте содержит два принципиально важных элемента: устройство 16 для создания энерговозбуждающего поля, состоящее, например, из постоянных магнитов, и устройство 17, выполняющее функции силового элемента, дополнительно корректирующего силу энерговозбуждающего поля и выполненного, например, в виде электромагнитной системы подвозбуждения. Устройства 16, 17 размещены концентрически в два ряда симметрично относительно опоры вращения 15.The movable part of the electrogenerating section 11 in the present embodiment contains two fundamentally important elements: a device 16 for creating an energy-stimulating field, consisting, for example, of permanent magnets, and a device 17, performing the functions of a power element that additionally corrects the force of the energy-stimulating field and is made, for example, electromagnetic system of excitation. The devices 16, 17 are arranged concentrically in two rows symmetrically with respect to the support of rotation 15.

Неподвижная энергопреобразующая часть 18 электрогенерирующей секции 11 представляет собой два концентрических ряда электрических катушек, расположенных в магнитопроводящих системах, которые представляют собой два концентрических ряда развернутых силовых обмоток электрогенератора, закрепленных на неподвижной несущей кольцевой платформе 19, в которой расположена также невращающаяся ответная часть опоры вращения 15.The stationary energy-converting part 18 of the power generating section 11 consists of two concentric rows of electric coils located in magnetically conducting systems, which are two concentric rows of deployed power windings of an electric generator mounted on a fixed ring carrier platform 19, in which there is also a non-rotating counterpart of the rotation support 15.

- 6 008277- 6 008277

Указанные несущие кольцевые платформы 19 установлены на опорах 20 фундаментной базы ветротурбины и гелиоэнергетической установки в целом и расположены концентрически друг относительно друга. Между ними выполнены технологические проемы, специальные переходы, посредством которых осуществляют монтажные и обслуживающие работы. На концентрических несущих платформах кроме электрических катушек 18 с магнитопроводами расположены также токораспределительные, вспомогательные энергопреобразующие и регулирующие системы, которые обеспечивают связи между электрическими катушками, их переключения в электрических ветвях и переключения самих ветвей посредством полупроводниковых коммутаторов, средства энергообеспечения опор вращения и др. На подвижных энергопреобразующих частях электрогенерирующих секций 11, кроме магнитных систем 16 и систем магнитного подвозбуждения 17, которые могут размещаться и на неподвижной несущей платформе, располагаются распределительные электрические цепи, управляющие и коммутирующие приборы и другое энергетическое вспомогательное оборудование. В определенных конструкциях на вращающихся концентрических дисках (из состава элементов электрогенерирующих секций) могут располагаться также только постоянные магниты.These supporting ring platforms 19 are installed on the supports 20 of the wind turbine foundation base and the solar power plant as a whole and are located concentrically relative to each other. Between them are made technological openings, special transitions, through which carry out installation and maintenance work. In addition to electric coils 18 with magnetic cores, concentric supporting platforms also have power distribution, auxiliary energy conversion and control systems that provide connections between the electric coils, their switching in the electric branches and switching the branches themselves by means of semiconductor switches, means for supporting rotational supports, etc. On moving energy-converting parts of electrogenerating sections 11, except for magnetic systems 16 and systems of magnetic subexcitation 17, which can be placed on a fixed carrier platform, are distributed distribution circuits, control and switching devices and other energy support equipment. In certain constructions, only permanent magnets can be located on rotating concentric disks (from the composition of the elements of the electrogenerating sections).

Электрогенерирующие секции 11 (фиг. 4), в данном случае их три согласно числу энергопреобразующих каналов I, II, III, своими электрическими катушками посредством полупроводникового коммутатора 21 соединяются в последовательные электрические ветви, состав которых может регулироваться. Последние подключены к полупроводниковому синхронизатору 22, выход которого подключается к потребляющей электрической сети. Силовые элементы 17, корректирующие величину энерговозбуждающего поля в электрогенерирующих секциях, электрически соединены через устройства управления 23 с компьютерным центром 24, одной из функций которого является управление процессом синхронизации параметров энергопреобразующих каналов с параметрами потребляющей электрической сети, а также распределение энергосодержания этих каналов и их электрических нагрузок по условиям текущей выработки товарной электроэнергии и, кроме того, - по условиям отпуска электроэнергии на собственные нужды (в том числе на зарядку теплоаккумуляторов). Энергосодержание воздушных потоков 7, направляемых в энергопреобразующие каналы I, II, III, регулируется посредством автоматически управляемых устройств 8, связанных через устройства управления 25 с компьютерным центром 24.The electrogenerating sections 11 (FIG. 4), in this case there are three of them according to the number of energy-converting channels I, II, III, by their electric coils through semiconductor switch 21 are connected to consecutive electric branches, the composition of which can be adjusted. The latter are connected to a semiconductor synchronizer 22, the output of which is connected to a consuming electric network. The power elements 17, correcting the magnitude of the energy-stimulating field in the power generating sections, are electrically connected via control devices 23 to the computer center 24, one of whose functions is to manage the process of synchronizing the parameters of the energy-converting channels with the parameters of the consuming electric network, and to distribute the energy content of these channels and their electrical loads under the terms of the current generation of commercial electricity and, moreover, under the terms of the supply of electricity to own e needs (including charging of heat accumulators). The energy content of the air flow 7, directed to the energy conversion channels I, II, III, is regulated by means of automatically controlled devices 8 connected via control devices 25 to the computer center 24.

Реализация способа в приведенном на фигурах варианте осуществляется следующим образом.The implementation of the method shown in the figures is as follows.

Воздушный поток 7 поступает во внутреннюю полость составной дифференциальной ветротурбины, которая рассекает его на три энергопреобразовательных канала I, II, Ш посредством энергодифференцирующих втулок 3, между которыми закреплены лопасти 4. Посредством кинетической энергии движущегося воздушного потока и перепада давления Лр в нем в области ветротурбины, воздействующих на лопасти 4, возникает приложенный к ним крутящий момент относительно центральной оси вращения. Под воздействием этого момента энергодифференцирующие втулки 3 начинают вращаться, передавая момент вращения к электрогенерирующим секциям 11. Ветротурбина предельно упрощена и легко выполнима на диаметры в 50 м и более. Этот факт является принципиальным, ибо чем больше размер её диаметра, тем при меньших входных температурах и скоростях воздушного потока можно теоретически получать высокий КПД.The air flow 7 enters the internal cavity of the composite differential wind turbine, which cuts it into three energy conversion channels I, II, III by means of energy-differentiating bushes 3, between which the blades 4 are fixed. By means of the kinetic energy of the moving air flow and pressure drop Lr in it in the wind turbine area, acting on the blade 4, there is a torque applied to them relative to the central axis of rotation. Under the influence of this moment, the energy-differentiating bushes 3 begin to rotate, transferring the torque to the power generating sections 11. The wind turbine is extremely simplified and easily executable on diameters of 50 m and more. This fact is fundamental, for the larger the size of its diameter, the higher efficiency can theoretically be obtained at lower input temperatures and air flow rates.

Разбиение единого энергетического канала воздушного потока 7 на параллельные концентрические энергопреобразовательные каналы (при больших диаметрах ветротурбины их много больше) создает при конструировании ветротурбины уникальные возможности. Концентрические втулки 3 могут выполняться из металла, сплавов алюминия, титана, или же из легкого металлозаменяющего материала, и вращаются каждая отдельно или попарно, вместе с возбуждающей магнитной системой электрогенерирующей секции, на общих для них или совсем автономных магнитных или комбинированных, с высоким КПД, опорах вращения, поэтому они могут развивать предельные скорости вращения. Механическая прочность при вращении энергодифференцирующих втулок 5 на предельных скоростях обеспечивается способом их изготовления: по высоте они складываются из ряда невысоких тоже составных колец, доступных для высокоточной обработки на современном программном оборудовании по элементам и частям, которые после изготовления и монтажа бандажируют высокопрочными канатами 5, 9, предварительно стягивая канатами 10. На соответствующих поверхностях втулок, еще в процессе изготовления их составных элементов, выполняются пазы расчетной формы, в которые закладываются листы из тонколистовой стали соответствующих размеров. Тем самым металлические листы приобретают форму пазов, в которые они вставлены, и образуют поверхности лопастей, которые могут выполняться объемными, с сечением в воздушном потоке, напоминающим форму крыла самолета, а также изготавливаться объемными, в других формах, горизонтальными составными частями. При такой исключительной простоте изготовления энергодифференцирующих втулок и энергопреобразующих каналов, последние можно устанавливать в таком количестве, чтобы размер лопастей между ними был конструктивно и экономически целесообразным. Опоры вращения 15 в данной конструкции являются наиболее сложным элементом, однако, накопленный опыт конструирования с применением газовых (на магнитных и воздушных подушках) опорных элементов и жидких смазок и комбинированных вариантов позволяет выполнять их простыми, надежными и дешевыми.Splitting a single energy channel of the air flow 7 into parallel concentric energy conversion channels (for large diameters of a wind turbine there are many more) creates unique possibilities for designing a wind turbine. Concentric sleeves 3 can be made of metal, aluminum, titanium alloys, or of a light metal-substituting material, and rotate each separately or in pairs, together with the exciting magnetic system of the electrogenerating section, on common or completely autonomous magnetic or combined, with high efficiency, rotation supports, so they can develop the maximum rotational speeds. Mechanical strength during rotation of the energy-differentiating sleeves 5 at the limiting speeds is ensured by the method of their manufacture: in height they are made up of a number of low too composite rings available for high-precision processing on modern software equipment for elements and parts, which, after manufacturing and installation, are bandaged with high-strength ropes 5, 9 , pre-tightening the ropes 10. On the respective surfaces of the sleeves, even in the process of manufacturing their constituent elements, the grooves are calculated form s, in which sheets are laid from sheet steel of appropriate dimensions. Thus, the metal sheets take the form of grooves into which they are inserted and form the surfaces of the blades, which can be volumetric, with a cross section in the air flow, resembling the shape of an airplane wing, and also be made up of volumetric, in other forms, horizontal components. With such exceptional simplicity of manufacturing energy-differentiating sleeves and energy-converting channels, the latter can be installed in such a quantity that the size of the blades between them is constructive and economically viable. The bearings of rotation 15 in this design are the most difficult element, however, the accumulated experience of designing using gas (on magnetic and air bags) supporting elements and liquid lubricants and combined variants allows them to be simple, reliable and cheap.

Крутящий момент, образуемый лопастями 4 под воздействием воздушного потока 7, передается наThe torque generated by the blades 4 under the influence of the air flow 7 is transmitted to

- 7 008277 вращающийся диск 14, на котором закреплены постоянные магниты 16 и силовые элементы 17 магнитного подвозбуждения. Повышенные линейные скорости движения (вращения) магнитных полюсов (элементы 16, 17) на вращающихся концентрических дисках 14 позволяют электрические катушки 18 с их магнитопроводами выполнять весьма легкими, при малом числе витков с легко осуществимой высококачественной изоляцией. Это позволяет выполнять электрогенерирующие секции высоковольтными - на 10 и даже 35 кВ, за счет чего количество используемой дорогостоящей меди и динамной стали предельно сокращается. Это позволяет значительно снизить стоимость такого секционированного электрогенератора относительно стоимости классического генератора аналогичной мощности, сочлененного своим валом с валом тихоходной ветротурбины. Кроме того, особенности ремонтного обслуживания электрогенерирующих секций позволяют не закупать для хранения на складе дорогостоящего резервного электрогенератора, обеспечивая быстротечные замены электрических катушек, в случае необходимости, в отдельных электрогенерирующих секциях, не останавливая весь процесс энергопреобразования. Особенностью реализации предложенного способа является простота многовариантного конструктивного обеспечения максимальной дешевизны и скорости ремонтного обслуживания, что дополняет основу высокой эффективности способа.- 7 008277 rotating disk 14, on which are fixed permanent magnets 16 and the power elements 17 of the magnetic excitation. Increased linear speeds of movement (rotation) of the magnetic poles (elements 16, 17) on rotating concentric disks 14 allow electric coils 18 with their magnetic cores to be made very light, with a small number of turns with easily workable high-quality insulation. This allows you to perform electricity generating sections of high voltage - 10 or even 35 kV, due to which the amount of expensive copper and dynamo steel used is extremely reduced. This makes it possible to significantly reduce the cost of such a partitioned electric generator relative to the cost of a classic generator of similar power coupled by its shaft with the shaft of a low-speed wind turbine. In addition, the maintenance features of the power generating sections make it possible not to purchase an expensive standby power generator for storage, ensuring quick replacement of electric coils, if necessary, in separate power generating sections, without stopping the entire process of energy conversion. A feature of the implementation of the proposed method is the simplicity of a multivariate design ensuring maximum cheapness and speed of repair service, which complements the basis of the high efficiency of the method.

Балансировка энергосодержания энергопреобразовательных каналов I, II, III осуществляется задвижками, например пленочными заслонками 8, которые регулируют скорости воздушного потока 7 в каждом из каналов I, II, III индивидуально, вплоть до полного прекращения воздушного потока через любой из каналов. Могут быть конструктивные исполнения предложенного способа и, таким образом, когда отдельные секции ветротурбины в виде двух энергодифференцирующих втулок 3 с закрепленными в них лопастями 4 и со связанными с ними электрогенерирующими секциями 11 выводятся из энергопреобразовательных каналов в зону обслуживания, тогда как другие секции ветротурбины продолжают работать, воспринимая на себя всю мощность воздушного потока 7 посредством устройств 8.The energy content of energy conversion channels I, II, III is balanced by valves, for example film shutters 8, which regulate the air flow rates 7 in each of the channels I, II, III individually, up to the complete cessation of the air flow through any of the channels. There can be constructive designs of the proposed method and, thus, when separate sections of the wind turbine in the form of two energy-differentiating bushes 3 with blades 4 fixed in them and with associated electrogenerating sections 11 are brought out of the energy conversion channels to the service area, while other sections of the wind turbine continue to work , taking on all the power of the air flow 7 by means of devices 8.

Интегральная комплексная синхронизация энергопреобразовательных процессов с параметрами потребляющей электрической сети осуществляется при воздействии на ветротурбину общего воздушного потока 7 следующим образом.Integrated integrated synchronization of energy conversion processes with the parameters of a consuming electric network is carried out when a total air flow 7 is applied to the wind turbine as follows.

Определенные группы электрических катушек электрогенерирующих секций I, II, III (11) соединяются последовательно и могут перекоммутироваться полупроводниковыми коммутаторами 21, расположенными на несущих концентрических платформах 19. Компоновка электрических ветвей таким образом позволяет устанавливать их напряжение в соответствии с напряжением потребляющей электрической сети, в том числе при общем изменении мощности воздушного потока 7 в определенные промежутки времени.Certain groups of electric coils of power generating sections I, II, III (11) are connected in series and can be re-connected by semiconductor switches 21 located on supporting concentric platforms 19. The arrangement of electric branches thus allows setting their voltage in accordance with the voltage of the electrical network, including with a total change in the power of the air flow 7 at certain intervals.

Электрические ветви параллелятся между собой в полупроводниковом преобразователе 22, в котором осуществляется также синхронное включение энергоустановки в потребляющую электрическую сеть. Точная подгонка синхронизируемых параметров в данном варианте реализации способа осуществляется посредством конструктивных силовых элементов 17, передающих управляющее воздействие на энерговозбуждающие поля (в дополнение к синхронизирующим алгоритмам электронного управления). В нашем примере - это подвозбудители, воздействующие на магнитный поток в воздушном зазоре, образованном между постоянными магнитами 16 и электрическими катушками 18. Силовые элементы 17 электрические обмотки на магнитопроводах воздействуют на магнитный поток в пределах колена на кривой намагничивания в диапазоне до 7% от общей величины магнитного потока. Воздействия на силовые элементы 17 через устройства управления 23 осуществляются компьютерным центром 24, который вырабатывает оперативные решения в процессе синхронизации и инвариантные управляющие воздействия в соответствии с программой отпуска электроэнергии потребителям и краткосрочными прогнозами погодных условий в окружающей среде и, следовательно, прогнозами энергосодержания воздушного потока 7. При этом компьютерный центр 24 через устройства управления 25 воздействует на положение автоматически управляемых задвижек-заслонок 8, а также на другие устройства и системы, воздействующие на общее энергосодержание воздушного потока 7 (на фиг. 2,3 они не показаны), чем обеспечивается выполнение программы текущей выработки и отпуска товарной электроэнергии.The electric branches are parallelized in a semiconductor converter 22, in which the power plant is also synchronously connected to a consuming electric network. Accurate adjustment of synchronized parameters in this embodiment of the method is carried out by means of structural power elements 17, transmitting a control action on energy-exciting fields (in addition to electronic synchronization control algorithms). In our example, these are sub-exciters that act on the magnetic flux in the air gap formed between the permanent magnets 16 and the electric coils 18. The power elements 17 electrical windings on the magnetic cores affect the magnetic flux within the knee on the magnetization curve in the range up to 7% of the total value magnetic flux. The effects on the power elements 17 through the control devices 23 are carried out by the computer center 24, which produces operational decisions in the synchronization process and invariant control actions in accordance with the program of electricity supply to consumers and short-term forecasts of environmental weather conditions and, therefore, forecasts of the energy content of the air flow 7. In this case, the computer center 24 through the control device 25 acts on the position of the automatically controlled dampers 8 , as well as other devices and systems that affect the total energy content of the air flow 7 (they are not shown in Fig. 2.3), which ensures the implementation of the program for the current generation and supply of commercial electricity.

Разбивка классического генератора на указанные плоские концентрические электрогенерирующие секции, кроме удешевления и повышения надежности электрогенерирующей конструкции, среди других технических решений, своеобразно открывает и ряд новых возможностей, также усиливающих эффективность предложенного способа.The breakdown of the classic generator into the indicated flat concentric electricity generating sections, besides cheapening and increasing the reliability of the power generating design, among other technical solutions, opens in its own way a number of new possibilities that also enhance the efficiency of the proposed method.

В частности, электрогенерирующие дисковые конструкции позволяют проще применять и другие физические принципы получения электрического напряжения, в большей степени соответствующие некоторым потребностям собственных нужд энергопреобразовательного процесса. Примером таких потребностей является подача высоких напряжений постоянного тока на воздухоочистители, известные в металлургических и других видах производств. Кроме того, разработаны и другие высокоэффективные технические решения в области воздействия на воздушный поток в воздухоотводящей трубе.In particular, electrogenerating disk structures make it easier to apply other physical principles for generating electrical voltage, which are more suited to some needs of the own needs of the energy conversion process. An example of such needs is the supply of high DC voltages to air purifiers known in the metallurgical and other industries. In addition, other high-performance technical solutions have been developed in the field of influence on the air flow in the air exhaust pipe.

В этой связи в дисковой электрогенерирующей секции 11 вместо магнитных систем 16, 17 могут быть применены соответствующие тонкопленочные покрытия, например, кремнием, а вместо электрических катушек могут быть установлены токосниматели, поверхности трения которых могут быть образоIn this regard, in the disk power generating section 11, instead of magnetic systems 16, 17, appropriate thin-film coatings, such as silicon, can be used, and current collectors can be installed instead of electric coils, the friction surfaces of which can be

- 8 008277 ваны за счет нанесения тонких пленок электростатически сопряженного вещества.- 8 008277 Vans due to the deposition of thin films of electrostatically conjugated substance.

В данном случае под электростатически-энергетически сопряженными веществами подразумеваются пары тех веществ, одни из которых имеют ярко выраженные свойства к потере электронов, а другие к их приобретению в результате механического и теплового контакта этих веществ с трением. К ним можно отнести классические исторические пары - стекло и эбонит, или современные вещества на основе кремния с присадками, создающими в одних электронную, а в других дырочную проводимости, и т.д.In this case, electrostatically-energetically conjugated substances are couples of those substances, some of which have pronounced properties to the loss of electrons, and others to their acquisition as a result of mechanical and thermal contact of these substances with friction. These include the classic historical pairs - glass and ebonite, or modern silicon-based materials with additives that create electronic in some, and hole conduction in others, etc.

Важно нанесение именно тонких слоев энергетически сопряженных материалов, чтобы можно было получать не только высокие напряжения, но и значительные электрические токи через них. Можно использовать такой вращающийся диск диаметром, например, 10 м для создания суперсовременной электрофорной машины с современными многослойными и тонкими покрытиями материалов, позволяющими уменьшить работу выхода электронов за пределы поверхностей и перехода их из одной поверхности в другую. Электронно-дырочный р-η переход, в частности, в такой машине может быть реализован и может быть периодически прерываемым с применением конденсаторов для гашения искрения.It is important to apply precisely thin layers of energetically conjugate materials so that not only high voltages can be obtained, but also significant electric currents through them. Such a rotating disk with a diameter of, for example, 10 m can be used to create a state-of-the-art electrophore machine with modern multi-layer and thin coatings of materials, which make it possible to reduce the electron work function outside the surfaces and transfer them from one surface to another. The electron-hole p-η transition, in particular, in such a machine can be realized and can be intermittently interrupted with the use of sparking capacitors.

Учитывая такие особенности, электрофорный принцип применим при реализации предложенного способа с локальными технологическими задачами, а также при создании достаточно мощного генератора.Given these features, the electrophore principle is applicable when implementing the proposed method with local technological tasks, as well as creating a sufficiently powerful generator.

Если на поверхности вращающегося диска 14 образовано поле невысоких остроконечных поверхностей, по всей его окружности, и они покрыты веществом с малой работой выхода электронов из его поверхности, то вокруг этих остроконечных поверхностей будут образовываться электронные облачка с учетом дополнительного проявления эффекта самих металлических острых окончаний, подключенных к заземляющим цепям. В таком случае при покрытии остроконечных поверхностей и трущихся поверхностей токоснимателей тонкими слоями энергетически сопряженных материалов необходимые усилия трения между последними будут незначительными для получения существенных мощностей при высоком электрическом напряжении, и это принципиально увеличивает долговечность трущихся контактов. Токосниматели, а их количество может быть весьма значительно, соединяются в параллельнопоследовательные электрические цепи. При определенных конструктивных параметрах такого электро форного электрогенератора и при определенных температурных и скоростных параметрах обтекающего его воздушного потока коэффициент полезного действия энергопреобразования оказывается высоким.If a field of low, pointed surfaces is formed on the surface of the rotating disk 14, around its entire circumference, and they are covered with a substance with a small electron work function from its surface, then electronic clouds will form around these pointed surfaces, taking into account the additional manifestation of the effect of the metal sharp ends connected to ground circuits. In this case, when coating the pointed surfaces and the rubbing surfaces of the current collectors with thin layers of energetically conjugate materials, the necessary friction forces between the latter will be insignificant to obtain substantial powers at high electrical voltage, and this fundamentally increases the durability of rubbing contacts. Current collectors, and their number can be quite significant, are connected in parallel-series electrical circuits. With certain design parameters of such an electrophore generator and with certain temperature and velocity parameters of the air flow around it, the efficiency of energy conversion turns out to be high.

Технические решения, приведенные в качестве вариантов реализации предложенного способа, открывают экономически эффективные проектные возможности его, позволяющие осуществлять строительство весьма мощных гелиоэнергетических установок, которые по своим техническим и экономическим показателям превосходят теплоэлектростанции, работающие на углеводородном энергетическом сырье.Technical solutions given as options for implementing the proposed method open up its cost-effective design capabilities, allowing the construction of very powerful solar power plants, which in their technical and economic indicators are superior to thermal power plants running on hydrocarbon energy raw materials.

Реализация способа по п.1 формулы изобретения создает основу его экономической эффективности, однако наибольшие его преимущества проявляются при реализации совместно с ним тех или иных зависимых пунктов изобретения, согласно конкретным условиям проектирования, строительства и эксплуатации гелиоэнергетических установок с применением предложенного способа.The implementation of the method according to claim 1 of the claims creates the basis of its economic efficiency, however, its greatest advantages are manifested when implementing various dependent claims with it, according to the specific conditions of design, construction and operation of solar power plants using the proposed method.

Claims (4)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Устройство для преобразования энергии вертикального воздушного потока в электрическую, содержащее вертикально расположенный воздухонаправляющий цилиндрический канал, вход которого снизу подключен к источнику воздушного потока с регулируемыми значениями осевой - вертикальной и тангенциальной - вращательной компонент его скорости и выход - к вертикальному воздухоотводящему каналу, а внутри него установлен ветротурбоэлектрогенератор, в котором внутренняя полость ветротурбины распределена на вспомогательные энергопреобразующие каналы посредством размещения в ней нескольких концентрических пар цилиндрических втулок, рассекающих суммарный воздушный поток воздухонаправляющего цилиндрического канала на параллельные автономные концентрические воздухопотоки и вращающихся с применением автономных опор вращения, чем создана безвальная, распределенная в пространстве конструкция, при этом между каждой парой цилиндрических втулок, выполненных в сборно-разборной облегченной конструкции с применением на их наружных поверхностях предварительно напряженных бандажных канатов, во вспомогательных энергопреобразующих каналах закреплены автономные группы лопастей ветротурбины, выполненные также в облегченной сборноразборной конструкции с применением предварительно напряженных стержней и/или канатов в качестве несущих элементов технологических разъемных соединений ветротурбины, при этом на поверхностях указанных цилиндрических втулок, свободных от размещаемых лопастей, по меньшей мере на одной из них в каждой паре, между которыми установлены лопасти, закреплены вращающиеся магнитные полюса электрогенератора, а силовые электрогенерирующие катушки с их магнитными сердечниками размещены относительно последних через магнитные воздушные зазоры и закреплены относительно фундаментной базы ветротурбоэлектрогенератора, посредством чего электрогенератор выполнен также в безвальной конструкции в виде автономных электрогенерирующих секций, распределенных в объемном пространстве ветротурбины и снимающих ее крутящий момент на ряде участков, расположенных на различных радиальных расстояниях от оси воздухонаправляющего цилиндрического канала, при этом каждая 1. A device for converting the energy of a vertical air flow into an electric one, containing a vertically positioned cylindrical air duct, the inlet of which is connected from below to the source of airflow with adjustable axial - vertical and tangential - rotational components of its velocity and exit - to the vertical air outlet, and inside it has a wind turbine generator set in which the internal cavity of the wind turbine is distributed to auxiliary power converters to by placing several concentric pairs of cylindrical sleeves in it, cutting the total air flow of the air guide cylindrical channel into parallel autonomous concentric air flows and rotating using autonomous rotational supports, thus creating a structure without space, distributed in space, between each pair of cylindrical sleeves made in collapsible lightweight construction with application of prestressed bandage on their outer surfaces x ropes, autonomous groups of wind turbine blades are fixed in auxiliary energy converting channels, also made in a lightweight collapsible structure using prestressed rods and / or ropes as bearing elements of technological detachable connections of a wind turbine, while on the surfaces of said cylindrical sleeves free from the blades placed, at least one of them in each pair, between which the blades are mounted, the rotating magnetic poles of the electrons are fixed the power generator, and power electrogenerating coils with their magnetic cores are positioned relative to the latter through magnetic air gaps and fixed relative to the base base of the wind turbine electric generator, whereby the electric generator is also made in a shaftless design in the form of autonomous electro generating sections distributed in the volumetric space of the wind turbine and removing its torque. areas located at different radial distances from the axis of the air guide cylindrical each channel - 9 008277 пара названных цилиндрических втулок преимущественно имеет различную, нарастающую к периферии ветротурбоэлектрогенератора, угловую скорость вращения, а связанные с ним автономные электрогенерирующие секции - нарастающую частоту электрического тока.- 9 008277 a pair of said cylindrical sleeves mainly has a different, increasing to the periphery of the wind turbine electric generator, the angular velocity of rotation, and the associated autonomous electrogenerating section - the increasing frequency of electric current. 2. Устройство для преобразования энергии вертикального воздушного потока в электрическую по п.1, отличающееся тем, что воздушные потоки между каждой парой цилиндрических втулок и через соединяющие их автономные группы лопастей проходят через них в качестве вспомогательных энергопреобразующих каналов посредством концентрически размещенных входных фланцев, снабженных аэродинамическими воздухонаправляющими поверхностями и регулируемыми заслонками, при этом за счет указанных фланцев между вспомогательными энергопреобразующими каналами созданы вспомогательные рабочие пространства, изолированные от энергетического воздухопотока с помощью воздушных «замков», причем электрогенерирующие секции и вспомогательные технологические средства для обслуживания ветротурбоэлектрогенераторов, включая соответствующие проходы и проемы, размещены в названных вспомогательных рабочих пространствах.2. A device for converting the energy of a vertical air flow into electrical energy according to claim 1, characterized in that the air flows between each pair of cylindrical sleeves and through the autonomous groups of blades connecting them pass through them as auxiliary energy-converting channels by means of concentrically placed inlet flanges fitted with aerodynamic air-guiding surfaces and adjustable dampers, at the same time due to the specified flanges between the auxiliary energy-converting channel Auxiliary work spaces have been created that are isolated from the energy air flow by means of air "locks", and the power generating sections and auxiliary technological means for servicing the wind turbine power generators, including the corresponding aisles and openings, are located in the auxiliary work spaces mentioned. 3. Устройство для преобразования энергии вертикального воздушного потока в электрическую по п.1, отличающееся тем, что распределенные в пространстве электрогенерирующие секции электрогенератора электрически соединены между собой, с внешней электрической сетью и с компьютерным центром посредством полупроводниковых преобразователей и устройств управления.3. A device for converting the energy of a vertical air flow into electrical energy according to claim 1, characterized in that the electrogenerating sections of the electric generator distributed in space are electrically interconnected with an external electrical network and with a computer center through semiconductor converters and control devices. 4. Устройство для преобразования энергии вертикального воздушного потока в электрическую по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна электрогенерирующая часть электрогенератора, конструктивно сочлененная с механизмом опор вращения соответствующей цилиндрической втулки, выполнена посредством электрофорных электрогенерирующих средств, а опоры вращения созданы с применением магнитных и/или воздушных подвесок.4. A device for converting energy of a vertical air stream into an electric one according to claim 1, characterized in that at least one electric generating part of the electric generator structurally coupled with the mechanism of rotational supports of the corresponding cylindrical sleeve is made by means of electrophore generating electric means, and the rotating supports are created using magnetic and / or air suspensions.
EA200400121A 2003-12-31 2003-12-31 Device for converting energy of vertical air flow in electric power EA008277B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200400121A EA008277B1 (en) 2003-12-31 2003-12-31 Device for converting energy of vertical air flow in electric power

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200400121A EA008277B1 (en) 2003-12-31 2003-12-31 Device for converting energy of vertical air flow in electric power

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200400121A1 EA200400121A1 (en) 2005-06-30
EA008277B1 true EA008277B1 (en) 2007-04-27

Family

ID=41639557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200400121A EA008277B1 (en) 2003-12-31 2003-12-31 Device for converting energy of vertical air flow in electric power

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA008277B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH655157A5 (en) * 1980-07-24 1986-03-27 Central Energetic Ciclonic DEVICE FOR THE PRODUCTION OF ENERGY BY MEANS OF FLOWS.
SU1449703A1 (en) * 1986-11-12 1989-01-07 В.В.Сумин Aerodynamic solar power plant
SU1657723A1 (en) * 1989-03-06 1991-06-23 Pikul Vadim N Wind motor
RU2003832C1 (en) * 1991-03-28 1993-11-30 Ryzhukhin Gennadij S Windmill-electric generating unit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH655157A5 (en) * 1980-07-24 1986-03-27 Central Energetic Ciclonic DEVICE FOR THE PRODUCTION OF ENERGY BY MEANS OF FLOWS.
SU1449703A1 (en) * 1986-11-12 1989-01-07 В.В.Сумин Aerodynamic solar power plant
SU1657723A1 (en) * 1989-03-06 1991-06-23 Pikul Vadim N Wind motor
RU2003832C1 (en) * 1991-03-28 1993-11-30 Ryzhukhin Gennadij S Windmill-electric generating unit

Also Published As

Publication number Publication date
EA200400121A1 (en) 2005-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Spooner et al. Lightweight ironless-stator PM generators for direct-drive wind turbines
EP2455610B1 (en) Vertical wind power generator
US7126235B2 (en) Wind power electric device and method
US6278197B1 (en) Contra-rotating wind turbine system
RU2229621C2 (en) Method of and device for converting low-potential energy of flow
US8853881B2 (en) Split venturi ring maglev generator turbine
US20120242087A1 (en) Hollow Core Wind Turbine
US20110080004A1 (en) Renewable energy generation eco system
US4129787A (en) Double wind turbine with four function blade set
CN103790775A (en) Rotation body wind power generation system and method
RU2002100030A (en) The method of converting low potential energy stream and a device for converting low potential energy stream
CN203014719U (en) Repulsive type Halbach ring array magnetic suspension device
Safe et al. Design, fabrication & analysis of twisted blade vertical axis wind turbine (VAWT) and a simple alternator for VAWT
RU2453725C2 (en) Power-generating device
CN107013410A (en) A kind of vertical axis permanent magnet direct wind-driven generator and its control method
CN206477943U (en) Magnetic levitation hydro-generator group
CN102979676B (en) Luminous energy and wind energy gradient power system applying magnetic suspension technique
EA008277B1 (en) Device for converting energy of vertical air flow in electric power
US8471421B2 (en) Magnetic motor generator having a rolling configuration
RU196180U1 (en) Wind wheel rotor
CN103967707A (en) 10MW desktop type inductor wind turbine generator system
CN108282064B (en) A kind of exchange and permanent magnetism mixing excitation doubly-fed wind turbine and electricity generation system
EP1795748A1 (en) Method for converting airflow low-grade energy
US20120091719A1 (en) Method and device for energy generation
RU2656070C2 (en) Subway power plant on air flow

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU