EA030338B1 - Роторное устройство - Google Patents

Роторное устройство Download PDF

Info

Publication number
EA030338B1
EA030338B1 EA201391055A EA201391055A EA030338B1 EA 030338 B1 EA030338 B1 EA 030338B1 EA 201391055 A EA201391055 A EA 201391055A EA 201391055 A EA201391055 A EA 201391055A EA 030338 B1 EA030338 B1 EA 030338B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
rotor
rotation
rotors
fluid
rotary device
Prior art date
Application number
EA201391055A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201391055A1 (ru
Inventor
Ааге Бьёрн Андерсен
Джейсон Дейл
Original Assignee
Си-Ликс Ас
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 Си-Ликс Ас filed Critical Си-Ликс Ас
Publication of EA201391055A1 publication Critical patent/EA201391055A1/ru
Publication of EA030338B1 publication Critical patent/EA030338B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/02—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with positive ignition
    • F02B3/04—Methods of operating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/26—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using tide energy
    • F03B13/264—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using tide energy using the horizontal flow of water resulting from tide movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/02—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from one piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/24—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by counter-rotating rotors subjected to same working fluid stream without intermediate stator blades or the like
    • F01D1/26—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by counter-rotating rotors subjected to same working fluid stream without intermediate stator blades or the like traversed by the working-fluid substantially axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/34—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by non-bladed rotor, e.g. with drilled holes
    • F01D1/38—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by non-bladed rotor, e.g. with drilled holes of the screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/10—Submerged units incorporating electric generators or motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/10—Submerged units incorporating electric generators or motors
    • F03B13/105—Bulb groups
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/26—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using tide energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/121—Blades, their form or construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/126—Rotors for essentially axial flow, e.g. for propeller turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/40—Flow geometry or direction
    • F05B2210/404—Flow geometry or direction bidirectional, i.e. in opposite, alternating directions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/13—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines
    • F05B2240/133—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines with a convergent-divergent guiding structure, e.g. a Venturi conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/24—Rotors for turbines
    • F05B2240/243—Rotors for turbines of the Archimedes screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/40—Use of a multiplicity of similar components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/10—Geometry two-dimensional
    • F05B2250/15—Geometry two-dimensional spiral
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/20—Geometry three-dimensional
    • F05B2250/23—Geometry three-dimensional prismatic
    • F05B2250/232—Geometry three-dimensional prismatic conical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/20—Geometry three-dimensional
    • F05B2250/25—Geometry three-dimensional helical
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making
    • Y10T29/49325—Shaping integrally bladed rotor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Oceanography (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Роторное устройство для получения энергии из однонаправленных или двунаправленных потоков текучей среды содержит первый ротор (7), установленный с возможностью вращения вокруг оси (4) вращения в первом направлении, причём у первого ротора (7) имеется по меньшей мере одна спиральная лопасть (2); и второй ротор (8), установленный с возможностью вращения вокруг той же самой оси (4) вращения в противоположном направлении, у которого имеется по меньшей мере одна спиральная лопасть (2), причем покидающая первый ротор (7) текучая среда переходит во второй ротор (8), при этом лопасть (2) первого ротора (7) имеет шаг, уменьшающийся в направлении вдоль указанной оси (4) вращения, а лопасть (2) второго ротора (8) имеет шаг, увеличивающийся в том же самом направлении вдоль этой оси (4) вращения.

Description

Изобретение относится к ротору для получения энергии из текущей жидкости, например из приливного потока.
Предшествующий уровень техники
За счёт своего движения движущаяся текучая среда обладает кинетической энергией. Природные потоки текучих сред обнаруживаются в приливных течениях, прибрежных или океанических течениях, речных потоках, термических потоках, воздушных потоках и т.д. Потоки текучих сред также могут создаваться человеком напрямую или косвенно. Например, вторичные потоки могут образовываться выше или ниже по течению от препятствия, помещённого в естественный поток текучей среды, например дамбы на реке. Потоки текучей среды могут образовываться при транспортировке текучей среды трубопроводом или машиной, например потоки в системах текучей среды, установленных на поезде, на судне или на автомобиле.
Хорошо разработана технология преобразования энергии из газовых потоков, таких как воздушные потоки, т.е. ветровой энергии. Для выделения ветровой энергии были построены многочисленные турбины специально разработанной конструкции. Тем не менее, уровень потенциальной энергии у жидкостных потоков гораздо выше, чем у газовых потоков, так как плотность жидкости в целом больше. Например, в приливных течениях текучая среда может развивать скорость свыше 5 м/с, хотя более типичный интервал скоростей может составлять 1,5-2,5 м/с. При плотности морской воды около 1000 кг/м3 типичная плотность энергии приливных течений может быть порядка 4000 Вт/м2 Для сравнения, плотность воздуха составляет порядка 1,2 кг/м3, т.е. плотность ветровой энергии при данной скорости типично составит 5 Вт/м2, что примерно в 800 раз меньше, чем в соответствующем приливном течении.
Таким образом, существует потребность в улучшенном устройстве для получения энергии из потоков жидкости, таких как приливные потоки.
Сущность изобретения
В первом аспекте изобретением предлагается роторное устройство для получения энергии из однонаправленных или двунаправленных потоков текучей среды, содержащее первый ротор, установленный с возможностью вращения вокруг оси вращения в первом направлении и имеющий по меньшей мере одну спиральную лопасть; и второй ротор, установленный с возможностью вращения в противоположном направлении вокруг той же самой оси вращения, имеющий по меньшей мере одну спиральную лопасть, причем покидающая первый ротор текучая среда переходит во второй ротор, при этом лопасть первого ротора имеет шаг, уменьшающийся в направлении вдоль указанной оси вращения, а лопасть второго ротора имеет шаг, увеличивающийся в том же самом направлении вдоль этой оси вращения.
За счёт уменьшения шага спиральной лопасти в одном направлении каждый ротор обладает оптимальным направлением потока, идущего от конца с большим шагом к концу с меньшим шагом. Текучая среда, входящая параллельно продольной оси через торец с большим шагом, будет встречать меньшее сопротивление и будет плавно направляться в ротор. По мере прохождения текучей среды вдоль спиральной лопасти, уменьшающийся шаг обеспечивает эффективное выделение энергии из потока. Текучая среда может течь параллельно продольной оси, направляясь в непредпочтительном направлении, но выделение мощности не будет оптимальным, так как много энергии будет теряться при первоначальном выравнивании набегающего потока текучей среды с наклонёнными лопастями ротора. Поэтому обычно роторы конструируют с предпочтительным направлением потока. В конструкциях предшествующего уровня техники для ситуаций изменения направления потока на обратное приходилось предусматривать средства подстройки под новое направление потока, например установку на турели, установку привязного поплавка в потоке или какие-либо средства изменения угла лопастей.
Предпочтительно, роторное устройство является ротором генератора, следовательно, предпочтительный вариант осуществления содержит генератор, включающий в себя роторное устройство, например генератор для получения электроэнергии из приливных потоков.
Вышеуказанный двухступенчатый двунаправленный ротор возникает из неочевидного вывода о том, что текучая среда, покидающая однонаправленный ротор со спиральными лопастями, обладает и продольными и радиальными составляющими, и что эта радиальная составляющая будет хорошо пригодна для входа в имеющий меньший шаг спирали торец другого однонаправленного ротора со спиральными лопастями, когда два ротора имеют лопасти, поворачивающиеся в одинаковом направлении при уменьшении шага (т.е. оба ротора имеют закручивающиеся по часовой стрелке лопасти при уменьшении шага или оба ротора имеют закручивающиеся против часовой стрелки лопасти при уменьшении шага). Таким образом, во второй ротор поток текучей среды может заходить с торца с меньшим шагом спирали и двигаться в направлении к концу с большим шагом спирали. Результирующее выделение мощности будет таким же, что и в первоначальном случае, но в обратном направлении, и текучая среда будет выходить из ротора, имея только продольную составляющую. Так как два ротора вращаются в противоположных направлениях и противостоят друг другу, с тем же результатом текучая среда может течь и в обратном направлении. Следовательно, двухступенчатый ротор этого варианта осуществления позволяет выделять энергию из потоков, двигающихся в любом направлении вдоль оси без ущерба уровню производства мощности. Предпочтительным вариантом осуществления является роторное устройство для вы- 1 030338
деления энергии из приливных потоков, предпочтительно с получением электроэнергии, причём роторное устройство действует как приливная турбина. Следовательно, изобретение может принять форму приливной турбины, содержащей роторное устройство. Подходящий для использования двунаправленный поток жидкости также может также возникать в результате регулярного движения судна или автомобиля вперёд-назад и вверх-вниз.
В предпочтительном варианте осуществления первый и/или второй ротор (роторы) имеет отверстие на впускном или выпускном торце роторного устройства, выполненное под аксиальное течение текучей среды. Т.е. отверстие перпендикулярно оси вращения роторного устройства, а лопасти предпочтительно формируются для приёма или испускания текучей среды, движущейся в целом аксиально, как вариант только аксиально. Увеличенным шагом спирали на впускном и выпускном концах, таким образом, принимается главным образом аксиальный или сугубо аксиальный поток, что повышает КПД.
В предпочтительном варианте первый и второй роторы имеют на своих противостоящих торцах отверстия, выполненные не только для аксиального потока, но которые могут выть выполнены с возможностью принимать или испускать текучую среду, текущую с радиальной составляющей своего движения. Радиальная составляющая потока полезна, так как два противостоящих торца имеют малый шаг роторной лопасти и поэтому передача потока от ротора к ротору наиболее эффективна, когда в потоке наряду с аксиальной составляющей имеется также и радиальная составляющая.
В предпочтительном варианте осуществления потоку текучей среды не позволяют пройти через любое из отверстий ротора, если поток текучей среды имеет только радиальную составляющую, но не имеет аксиальной составляющей.
В предпочтительном варианте противостоящие торцы первого и второго роторов имеют одинаковый диаметр. Первый ротор и/или второй ротор могут быть цилиндрическими роторами с лопастью, образованной цилиндрической спиралью. Однако в предпочтительных вариантах осуществлению первый ротор и/или второй ротор имеют лопасть или лопасти, образованные поверхностью, проходящей между внутренней и наружной коническими спиралями, шаг каждой из которых уменьшается по мере увеличения радиуса. Роторы могут иметь отличительные особенности согласно нижеприведённому рассмотрению четвёртого аспекта изобретения, например, относящиеся к профилю и форме конических спиралей, количеству лопастей, наружному ободу и внутренней периферической поверхности, отличительным особенностям генератора и т.д. В предпочтительном варианте осуществления, в котором и первый, и второй роторы содержат лопасть или лопасти, образованные между коническими спиралями, роторы противостоят друг другу широкими торцами большего диаметра, который одинаков у обоих роторов.
Первый и второй роторы противостоят друг другу торцами таким образом, что текучая среда перетекает из одного ротора в другой. В предпочтительном варианте противостоящие торцы противостоят непосредственно, т.е. с минимальным зазором между роторами. При этом наилучшим образом используется радиальная составляющая потока, выходящего из одного ротора и поступающего в другой ротор. Однако при применении на приливных турбинах для снижения опасности для морских обитателей зазор между двумя роторами может быть увеличен для снижения возможности рассекания живых существ между двумя роторами. Морские обитатели, несомые завихренным потоком, могут проходить через устройства неповреждёнными.
Предпочтительно первый и второй роторы имеют лопасть или лопасти одной геометрической формы, образованной одинаковыми коническими спиралями. Этим обеспечивается максимальная двусторонность, так как идентичный поток текучей среды может заходить в двухступенчатое роторное устройство с любого торца с одинаковой эффективностью отбора мощности.
Роторное устройство может содержать корпус вокруг первого и второго роторов. Корпус предпочтительно обеспечивает роторам опору для вращения вокруг оси вращения. Роторный корпус может быть предназначен для выполнения разнообразных функций. К примеру, роторный корпус может быть предназначен исключительно для вмещения роторов и обеспечения опоры посредством механических подшипников, магнитных подшипников или какого-либо другого типа подшипниковой системы, позволяющей подшипникам свободно вращаться с низким трением. Для предотвращения попадания потока жидкости на подшипники или электрические компоненты в роторном корпусе также может быть установлен уплотнительный узел, такой как манжетные уплотнения, лабиринтные уплотнения и т.п. Или же часть потока жидкости может направляться к подшипникам и теплообменникам электрических компонентов и использоваться в качестве хладагента в тяжёлых условиях работы.
Корпус также может вмещать части генератора, системы управления и т.п. В предпочтительном варианте осуществления у роторного корпуса имеется впускная секция и выпускная секция. Роторный корпус может использоваться для улучшения эксплуатационных качеств роторов. Впускная геометрия роторного корпуса может быть предназначена для повышения линейной скорости заходящего в ротор потока жидкости, путём применения сужения или другого геометрического решения. Так как мощность, доступная к выделению из потока жидкости, пропорциональна кубу скорости потока жидкости, этим обеспечивается эффективное средство увеличения доступной энергии. Выпускная секция роторного корпуса может быть также предназначена для управляемого замедления потока жидкости путём применения расширения или специально рассчитанной выпускной геометрии таким образом, чтобы минимизировать
- 2 030338
потери на вязкость и турбулентность и чтобы возвратить текучую среду в основной поток с минимальными возмущениями.
Во втором аспекте изобретением предлагается применение роторного устройства для получения кинетической энергии вращения из потока текучей среды. В предпочтительном варианте применение подразумевает использование роторного устройства для получения энергии из приливного потока, а в наиболее предпочтительном варианте - использование ротора для получения электроэнергии из приливного потока.
В третьем аспекте изобретением предлагается способ изготовления роторного устройства, включающий установку первого ротора с возможностью вращения вокруг оси вращения, причём у первого ротора имеется по меньшей мере одна спиральная лопасть; и установку второго ротора с возможностью вращения в противоположном направлении вокруг той же самой оси вращения, причём у второго ротора имеется по меньшей мере одна спиральная лопасть, при этом лопасть первого ротора имеет шаг, который уменьшается в направлении вдоль указанной оси вращения, а лопасть второго ротора имеет шаг который увеличивается в том же самом направлении вдоль этой оси вращения.
Способ может включать в себя выполнение роторного устройства с описанными выше признаками первого аспекта. Профиль и форма ротора могут быть выбраны согласно нижеописанному шестому аспекту.
В четвёртом аспекте изобретением предлагается ротор, содержащий по меньшей мере одну лопасть, выполненную с возможностью вращения вокруг оси вращения, причём лопасть образуется поверхностью, проходящей между внутренней и наружной коническими спиралями, шаг каждой из которых уменьшается с увеличением её радиуса.
В настоящем контексте коническая спираль является трёхмерной кривой, построенной на поверхности в целом конического тела. Поверхность в целом конического тела может быть конусом, усечённым конусом или другой фигурой, построенной в виде поверхности вращения, радиус которой в целом увеличивается или уменьшается. Т.е. поверхность специально не ограничивается прямосторонним конусом, но может быть конусом или усечённым конусом с выпуклыми стенками, таким как фигура сектора или оживальной головной части, или же она может быть конусом или усечённым конусом с вогнутыми стенками. Важным для ротора по изобретению является то, что каждая коническая спираль строится с радиусом, увеличивающимся вдоль оси ротора и с шагом, уменьшающимся при увеличении радиуса. В предпочтительном варианте внутренняя и наружная коническая спирали имеют одинаковое уменьшение шага, хотя возможны варианты применения с разнящимся уменьшением шага у внутренней и наружной конических спиралей.
Термины "внутренний" и "наружный" употребляются здесь для указания на части ротора, которые имеют соответственно меньший или больший радиус, отсчитываемый от оси вращения ротора.
Ротор выделяет кинетическую энергию из потока жидкой текучей среды или системы потоков жидкой текучей среды путём преобразования кинетической энергии потока жидкой текучей среды во вращающую силу или крутящий момент, которые можно преобразовать в дальнейшем в более удобные виды энергии, например в электрическую энергию. В предпочтительном варианте ротор предназначен для выработки электроэнергии из приливных потоков.
Может иметься наружный обод, расположенный вокруг наружного края лопасти и соответствующий поверхности, на которой строится наружная коническая спираль. Может иметься внутренняя периферическая поверхность, расположенная вокруг внутреннего края лопасти и соответствующая поверхности, на которой строится внутренняя коническая спираль. Т.е. ротор предпочтительно включает в себя замыкающие лопасти внутреннюю и наружную поверхности, которые могут быть внутренней и наружной в целом коническими поверхностями вращения, соответствующими траекториям конических спиралей. Таким образом, внутри ротора имеется один или несколько проточных каналов, образованных между передней и задней поверхностями лопасти, наружным ободом и внутренней поверхностью. Проточные каналы эффективно вмещают в себя текущую текучую среду и предотвращают концевые потери энергии.
Для того чтобы лопасть могла вращаться, её можно крепить на наружном ободе и/или внутренней периферической поверхности, которую затем устанавливают для вращательного движения, например, с помощью подшипников и фиксированного вала. В предпочтительных вариантах осуществления лопасть проходит между наружным ободом и внутренней поверхностью и прикрепляется к ним. Этим обеспечивается изоляция потока текучей среды, и минимизируются концевые потери. В другом варианте имеется возможность крепить лопасть только к наружному ободу, или к внутренней поверхности, оставляя или наружный обод или внутреннюю поверхность зафиксированными. Такая конструкция может повысить потери, но может упростить изготовление ротора.
В предпочтительном варианте осуществления на узком, имеющем меньший диаметр торце ротора имеется отверстие, конструктивно выполненное для аксиального потока текучей среды. Т.е. это отверстие перпендикулярно оси вращения ротора, а лопасти предпочтительно формируются для приёма или испускания текучей среды, текущей главным образом в аксиальном направлении. Предпочтительно, на широком, имеющем больший диаметр торце ротора имеется отверстие, также перпендикулярное оси
- 3 030338
вращения ротора. Однако в предпочтительном варианте осуществления лопасти на широком торце ротора конструктивно предназначены не только для одного аксиального потока, но также могут быть выполнены с возможностью принимать или испускать текучую среду, движение которой имеет радиальную составляющую. В предпочтительном варианте осуществления изобретения текучей среде не позволяется протекать через любое отверстие ротора, если поток текучей среды сугубо радиален, не имея аксиальной составляющей движения.
Внутренняя и наружная конические спирали предпочтительно начинаются с одного положения на оси вращения ротора, а затем продолжаются вдоль оси вращения ротора. Предпочтительно, внутренняя и наружная конические спирали проходят примерно одинаковое аксиальное расстояние вдоль оси вращения ротора. При такой конструкции присутствующий наружный обод ротора естественно изолирует отверстие, что требует протекания аксиальной составляющей потока через отверстие.
Коническая спираль может быть любой подходящей фигурой, позволяющей построить трёхмерную кривую с увеличивающимся радиусом и уменьшающимся шагом согласно вышеприведённому описанию. В одном предпочтительном варианте изобретения для получения ротора простой формы, образованной прямосторонним усечённым конусом, используют Архимедову спираль с линейно увеличивающимся радиусом. Тем не менее, коническая спираль иначе может быть образована спиралью Эйлера, спиралью Фибоначчи, гиперболической спиралью, литуусом, логарифмической спиралью, пифагорейской спиралью или любой другой спиралью известного типа, имеющей радиус г, изменяющийся как функция полярной координаты θ, но также имеющей и третью переменную - длину 1, также изменяющуюся как функция полярной координаты θ. Некоторые кривые и/или использование нелинейно увеличивающегося радиуса дают конические спирали, построенные на конических фигурах с выгнутыми или вогнутыми сторонами, как было описано выше.
Внутренняя и наружная конические спирали могут быть построены по одинаковой форме спирали или кривой, с различными начальным и конечным радиусами. В другом варианте для получения более сложной формы лопастей для внутренней и наружной конических спиралей могут быть использованы разные формы кривой или спирали.
Хотя можно использовать всего одну лопасть, предпочтительным является использование нескольких лопастей. При этом образуется много проточных каналов и упрощается балансировка ротора. Выбор одной, двух, трёх или большего количества роторных лопастей может зависеть от баланса прочности ротора, простоты изготовления и потерь энергии на трение. В настоящем варианте осуществления предпочтительно выбирать три роторных лопасти, так как при этом получается прочная и сбалансированная трёхточечная конструкция с минимальными потерями на трение.
Лопасть или лопасти предпочтительно формируются как поверхности, образуемые прямыми линиями между точками на внутренней и наружной конических спиралях на одинаковом продольном расстоянии вдоль направления оси вращения ротора. Поэтому поверхность лопасти может соединять пару конических спиралей в радиальном направлении. Или же лопасти могут быть сформированы как поверхности, образованные кривыми между точками на внутренней и наружной конических спиралях на одинаковом продольном расстоянии в направлении оси вращения ротора. При такой конструкции поверхности лопастей могут, например, быть вогнутыми, если смотреть на них с широкого торца ротора.
Внутренняя и наружная конические спирали могут увеличиваться в радиусе с одинаковой скоростью так, что конические поверхности будут в целом параллельными. Однако может быть целесообразным регулировать эксплуатационные качества ротора за счёт скорости увеличения диаметра, разнящейся для внутренней и наружной конических спиралей. Внутренняя коническая спираль может увеличиваться в радиусе медленнее наружной конической спирали с целью снижения или ограничения сил гидродинамического сопротивления и закручивающих сил, порождаемых ротором. Или же радиус внутренней конической спирали может увеличиваться быстрее, чем радиус наружной конической спирали с целью повышения сил гидродинамического сопротивления и закручивающих сил.
Рассмотренные выше параметры, включая радиус конической спирали, шаг конических спиралей и отношение радиусов внутренней и наружной конических спиралей предпочтительно линейно изменяются по длине ротора. Однако не исключено нелинейное изменение радиуса, шага и отношения радиусов.
В предпочтительном варианте осуществления ротор включает в себя корпус, расположенный вокруг наружного обода. Корпус может вмещать ротор и опорные подшипники или валы, позволяющие ротору вращаться. Корпус может включать в себя сужающуюся впускную часть и/или расширяющуюся выпускную часть для подготовки потока текучей среды для входа в ротор.
Ротор может быть снабжён одним или более генераторами для преобразования вращательного движения ротора в электрическую энергию. Наружный вращающийся обод ротора может быть выполнен с возможностью действия в качестве ротора в электрогенераторе, статором которого служит часть стационарного корпуса. В ином варианте, внутренняя периферическая поверхность может быть выполнена с возможностью действия в качестве ротора, а статором при этом могут служить стационарные детали вдоль оси вращения ротора. В таких конструкциях ротор и статор образуют электрогенераторную установку, приводимую в движение потоком жидкости, и которая непосредственно преобразует движение
- 4 030338
ротора в электрическую энергию без необходимости передачи вращающей силы дополнительному устройству. Для этой цели на наружном ободе ротора и на внутренней стороне роторного корпуса могут быть установлены постоянные магниты или электромагниты. Образовавшиеся статор и ротор могут быть выполнены в любом подходящем виде для эффективного получения переменного тока (АС) или постоянного тока (ОС). Для обеспечения подключения к электрической сети или к аккумулирующей установке, такой как батарея, в роторном корпусе или в другом месте могут быть установлена электронные устройства или устройства обработки сигналов.
Однако использование магнитов не считается идеальным в низкоскоростных установках. При низких скоростях потока более эффективно иметь ротор большего диаметра, способный захватывать высокие уровни крутящего момента из низкоскоростного потока текучей среды. При этом скорость вращения ротора получается относительно низкой. Для непосредственной выработки правильной частоты для прямого подключения к типовой электросети понадобилось бы большое количество магнитов. А при меньшем количестве магнитов потребовалось бы дополнительное электронное оборудование для обработки электрического сигнала для приведения его в соответствие с требованиями электросети.
Исходя из этого, предпочтительным является использование множественных низкомоментных высокоскоростных высокоэффективных генераторов, таких как асинхронные генераторы, полезных для использования на установках с переменной скоростью и постоянной частотой. Высокие уровни крутящего момента и низкая скорость вращения дают генератору такого типа преимущества. Асинхронные генераторы способны вырабатывать мощность, которую затем можно прямо подавать в сеть с правильной частотой.
Так как в этом случае ротор может быть ротором с вращающимися периферическими внутренним и наружным ободьями, то для подключения многих высокоскоростных низкомоментных генераторов в расположении имеется много поверхностных площадей. Поэтому в предпочтительных вариантах осуществления требуется использование многих генераторов, а не одного генератора, присоединённого к центральному вращающемуся валу. Несколько генераторов можно разместить вокруг периферии вращающегося наружного обода, чтобы выделить максимальную мощность, и/или можно разместить их во внутреннем центральном пространстве ротора, чтобы снимать мощность с вращающейся внутренней периферической поверхности. Г енератор с любым из ободьев можно соединить простой зубчатой передачей или через бегущее колесо.
Так как наружный обод и внутренняя периферическая поверхность в предпочтительных вариантах осуществления будут иметь изменяющийся по длине ротора диаметр, то множественные генераторы могут быть выполнены с возможностью соединения с наружным ободом или внутренней периферической поверхностью на разных диаметрах, чтобы работать на разных скоростях вращения относительно скорости вращения ротора.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения наружный обод и/или внутренняя периферическая поверхность имеют в целом коническую поверхность, а множественные генераторы могут быть с возможностью перемещения установлены параллельно конической поверхности для обеспечения возможности варьирования входной скорости вращения генераторов путём перемещения вдоль конической поверхности. Такая конструкция работает аналогично тому, как работают некоторые трансмиссионные устройства с бесступенчатой регулировкой. Генераторы могут быть перемещаемы вдоль поверхности подходящими для этой цели рамами и шаговыми двигателями. Генераторы могут быть установлены, к примеру, на внутренней поверхности внутреннего конуса ротора, или на наружной поверхности наружного обода ротора.
В альтернативной конструкции множественные генераторы могут быть установлены на ступенчатой поверхности внутренней периферической поверхности или наружного обода, т.е. на поверхности, составленной из множественных цилиндров разных диаметров. В такой конструкции могут иметься множественные генераторные кольца, установленные на ступенчатую поверхность на различных диаметрах. В предпочтительном осуществлении одно или несколько генераторных колец можно вводить в работу и выводить из работы на разных скоростях вращения для эффективной выработки электроэнергии для различных скоростей.
Обеспечивая такое регулируемое по скорости соединение с ротором для определённого набора потоков текучих сред переменным числом генераторов, можно достичь относительно постоянной скорости генерации.
В особо предпочтительном варианте осуществления вышеописанный ротор скомбинирован со вторым вышеописанным ротором, причём первый и второй ротор противостоят друг другу широкими торцами так, что текучая среда, выходящая из широкого торца одного ротора, попадает в широкий торец другого ротора. В такой конструкции оба ротора установлены для вращения вокруг одной оси и предпочтительно выполнены и установлены для противовращения, т.е. так, что первый ротор вращается вокруг оси в направлении, противоположном направлению вращения второго ротора. В этом случае роторы могут иметь лопасти, сформированные из конических спиралей, закручивающихся в одном направлении при увеличении радиуса, т.е. и первый, и второй роторы имеют лопасти, закручивающиеся по часовой стрелке по мере увеличения радиуса конической спирали, или же наоборот, оба ротора имеют лопа- 5 030338
сти, закручивающиеся против часовой стрелки. Далее рассматриваются другие возможные отличительные особенности предпочтительной конструкции двухступенчатого ротора.
В пятом аспекте изобретением предлагается способ, включающий в себя использование вышеописанного ротора для получения кинетической энергии вращения из потока текучей среды. Предпочтительно способ включает в себя применение ротора для получения электроэнергии из приливного потока, например, в генераторе.
В шестом аспекте изобретением предлагается способ изготовления ротора, содержащего по меньшей мере одну лопасть, выполненную с возможностью вращения вокруг оси вращения, причём способ содержит: создание внутренней конической спирали и наружной конической спирали, причём шаг каждой из конических спиралей уменьшается с увеличением радиуса спирали; и формирование лопасти (лопастей) в виде поверхности, проходящей между внутренней и наружной коническими спиралями.
Способ может включать в себя обеспечение рассмотренных выше отличительных особенностей ротора и конических спиралей, включая один или более наружный обод, внутреннюю периферическую поверхность, вал, начальное положение и длину конической спирали, изменение радиуса конической спирали, относительное изменение радиусов внутренней и наружной конических спиралей, изменение шага конической спирали, количество лопастей, корпус, генератора, второй ротор и т.д.
В предпочтительных вариантах осуществления способ содержит подбор отличительных особенностей ротора на основе желаемых эксплуатационных характеристик ротора. Например, способ может включать в себя подбор скорости изменения радиуса одной конической спирали или обеих конических спиралей для получения на выходе необходимой закручивающей силы для заданного условия потока. Заданное условие потока может представлять собой, например, средний приливной поток в точке планируемой установки, а требуемая закручивающая сила может подбираться под оптимальный входной крутящий момент планируемого выходного устройства, которое может быть генератором или множественными генераторами. Аналогичным образом, способ может включать в себя подбор отношения изменений радиусов внутренней и внешней спиралей или подбор изменения шага одной конической спирали или обеих конических спиралей для получения на выходе необходимой закручивающей силы для заданного условия потока.
Использование множественных низкомоментных высокоскоростных высокоэффективных генераторов, установленных на роторе с поверхностью, диаметр которой варьируется по длине ротора, причём множественные генераторы выполнены с возможностью присоединения к поверхности на разных диаметрах с тем, чтобы работать на разных скоростях вращения относительно скорости вращения ротора, считается обладающим новизной и патентоспособностью само по себе и, следовательно, ещё в одном аспекте изобретением предлагается ротор для выработки электроэнергии из потока текучей среды, содержащий поверхность, диаметр которой варьируется по длине ротора, а множественные генераторы установлены для принятия вращающей силы от движущейся поверхности на различных диаметрах последней. Поверхность может быть в целом конической поверхностью или ступенчатой поверхностью согласно вышеприведённому описанию. Термин "в целом конический" предназначен для указания не только на идеально правильные конусы, но также на усечённые конусы, выпуклые и вогнутые конусы, которые были описаны выше. Генераторы могут быть низкомоментными высокоскоростными высокоэффективными генераторами, такими как вышеописанные асинхронные генераторы. Несколько генераторов можно расположить по периферии вращающегося наружного обода для выделения максимальной мощности и/или расположить во внутреннем центральном пространстве ротора и снимать мощность с вращающегося внутреннего обода. Соединение генератора с любым из ободьев можно выполнить через простую зубчатую передачу, через бегущее колесо или другими средствами. Ротор может обладать отличительными особенностями, рассмотренными выше для ротора и двухступенчатого роторного устройства. В особо предпочтительном варианте осуществления генераторы могут быть с возможностью перемещения установленными параллельно в целом конической поверхности для того, чтобы можно было регулировать входную скорость вращения генераторов перемещением их вдоль конической поверхности, как было рассмотрено выше.
Изобретением также охватывается применение вышеописанного ротора для получения электроэнергии из приливных потоков.
Перечень фигур, чертежей
Ниже исключительно для примера описываются предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1А и 1В изображают осуществление ротора на виде сбоку и на виде с торца;
фиг. 2А и 2В - показанный на фиг. 1 ротор с наружным периферическим ободом, частично непоказанным для того, чтобы более детально продемонстрировать конструкцию ротора;
фиг. 3А и 3В - вид в перспективе ротора, показанного на фиг. 1 и 2 с частично и полностью непоказанным наружным ободом;
фиг. 4А и 4В - альтернативный вариант осуществления ротора, в котором радиус внутренней конической спирали увеличивается медленнее радиуса наружной конической спирали;
фиг. 5А и 5В - ещё один вариант осуществления ротора, в котором радиус внутренней конической
- 6 030338
спирали увеличивается быстрее радиуса наружной конической спирали,
фиг. 6А и 6В - альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором шаг спирали
уменьшается медленнее, чем у ротора, показанного на фиг. 1 и 2,
фиг. 7А и 7В показывают альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором шаг спирали уменьшается быстрее, чем у ротора, показанного на фиг. 1 и 2,
фиг. 8А и 8В иллюстрируют осуществление конструкции двухступенчатого роторного устройства
на виде сбоку и на виде с торца с частично непоказанным наружным ободом,
фиг. 9А и 9В являются видом в перспективе двухступенчатого роторного устройства, изображённого на фиг. 8 с частично и полностью непоказанным наружным ободом,
фиг. 10 изображает двухступенчатое роторное устройство, установленное в корпус с генераторами
на наружной поверхности ротора,
фиг. 11 - двухступенчатое роторное устройство, установленное в корпус с генераторами на внутренней конической поверхности ротора,
фиг. 12 - альтернативную конструкцию с генераторами на внутренней ступенчатой поверхности ротора,
фиг. 13 иллюстрирует конструкцию с парой устройств двухступенчатых роторов, установленных на конструкции башенного типа для использования на морском дне,
фиг. 14 изображает график, показывающий изменение закручивающих сил, генерируемых двухступенчатым роторным устройством при изменении отношения минимального радиуса йо и максимального радиуса Эо конической спирали,
фиг. 15 - график, показывающий изменение закручивающих сил, генерируемых двухступенчатым роторным устройством при изменении скорости, с которой увеличивается радиус внутренней конической спирали относительно радиуса наружной конической спирали, и
фиг. 16 - график, показывающий изменение закручивающих сил, генерируемых двухступенчатым роторным устройством при изменении скорости уменьшения шага спирали путём изменения скорости увеличения частоты спирали.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Фиг. 1А и 1В изображают осуществление ротора, включающего в себя наружный периферический обод 1, лопасти 2 и внутреннюю периферическую поверхность 3. Ротор может быть использован для преобразования течения жидкости во вращательное движение, которое можно использовать для выработки электроэнергии. Например, в предпочтительном варианте осуществления ротор используют в турбине для выработки электроэнергии от приливных потоков. Лопасти 2 проходят от внутренней периферической поверхности 3 до наружного обода 1, формируя изолированные траектории потока. В данном осуществлении образующая спираль, задающая форму лопастей 2, построена в виде Архимедовой спирали, в которой радиус г линейно увеличивается по полярной координате θ. Получающийся таким образом ротор имеет форму усечённого конуса. Далее по тексту отмечается, что могут использоваться иные кривые. Внутри ротора можно видеть три лопасти 2 и внутреннюю периферическую поверхность 3. Продольная ось ротора 4 показана центральной линией. На всех фигурах чертежей максимальный наружный диаметр ротора обозначен как Эо. а минимальный наружный диаметр ротора обозначен как йо. Длина ротора обозначена как Ь, а локальная длина 1 измеряется от узкого торца ротора с минимальным наружным диаметром йо.
Фиг. 2А и 2В изображают приведённый на фиг. 1А и 1В ротор с частично непоказанным для упрощения иллюстрации наружным периферическим ободом 1. Также показан внутренний периферический обод 3. Три роторных лопасти 2 имеют форму, образованную парой конических спиралей. Наружная коническая спираль 5 является спиралью, построенной на внутренней поверхности наружного обода 1, и образует изменяющийся наружный радиус го лопасти 2. Внутренняя коническая спираль 6 является спиралью, построенной на наружной стороне внутреннего конуса 3, и образует изменяющийся внутренний радиус η лопасти. У обеих спиралей вдоль продольной оси 4 увеличивается радиус и уменьшается шаг. Лопасти 2 имеют уменьшающийся шаг спирали за счёт увеличивающейся частоты спирали. Парные конические спирали 5 и 6 закручиваются в направлении по часовой стрелке и имеют разнящиеся начальные диаметры, увеличивающиеся с одинаковой скоростью, формируя пару параллельных конических спиралей.
Фиг. 3А и 3В изображают виды в перспективе изображённого на фиг. 1 и 2 ротора с большей детализацией формы лопастей 2.
Фиг. 4А и 4В изображают вариант конструкции ротора. В данном осуществлении парные конические спирали 5 и 6 закручиваются в направлении по часовой стрелке и образуют форму лопастей 2 согласно вышеприведённому описанию. Однако радиус η внутренней конической спирали 6 увеличивается медленнее радиуса го наружной конической спирали 5 так, что образуется пара непараллельных конических спиралей, расположенных дальше друг от друга на широком, т.е. имеющем больший диаметр торце ротора, чем на узком, т.е. имеющем меньший диаметр торце ротора.
Фиг. 5А и 5В изображают ещё один вариант, в котором радиус η внутренней конической спирали 6 увеличивается быстрее радиуса го наружной конической спирали 5, образуя пару непараллельных кони- 7 030338
ческих спиралей, расположенных ближе друг к другу на широком, т.е. имеющем больший диаметр торце ротора, чем на узком, т.е. имеющем меньший диаметр торце ротора.
Фиг. 6А и 6В изображают ещё один вариант, в котором имеются параллельные наружный и внутренний конусы согласно фиг. 1 и 2, но в котором шаг спирали уменьшается медленнее, чем в вышеописанных вариантах осуществления. Это даёт более медленное увеличение частоты спирали. На фиг. 7А и 7В изображён обратный вариант, в котором шаг спирали уменьшается быстрее, давая более быстрое увеличение частоты спирали.
На фиг. 8А, 9А и 9В изображена пара роторов в двухступенчатом роторном устройстве, которое может функционировать в качестве приливной турбины. Фиг. 8А и 8В являются видами сбоку и с торца, на которых не показана часть наружного обода 1. Фиг. 9А и 9В являются видами в перспективе той же пары роторов, на которых частично и полностью не показан наружный обод 1. Как можно видеть из фиг. 8А, два ротора смонтированы торцами друг к другу на одной оси 4 вращения. В работе роторы вращаются в противоположных направлениях, как это описывается выше. Показанные на этих фигурах чертежей роторы аналогичны роторам, показанным на фиг. 1, 2 и 3 настоящего документа, но следует понимать, что двухступенчатое роторное устройство может содержать любую пару роторов с требуемой спиралевидной формой лопасти, так как это описывается в данном документе для любого из вариантов осуществления и модификации ротора.
На фиг. 10 изображён вариант осуществления двухступенчатого роторного устройства, которое может работать в качестве приливной турбины и которое имеет пару вращающихся навстречу друг другу роторов 7 и 8, установленных в корпусе 9 на общей продольной оси 4. Корпус 9 показан в разрезе, а роторы 7 и 8 показаны в частичном разрезе. Роторы 7 и 8 вращаются вокруг общего неподвижного вала 11, прикреплённого к корпусу 9 и опирающегося на подшипники 10. Для обеспечения прохождения потока только через роторы 7 и 8, на каждом конце роторов 7,8 между внутренней поверхностью корпуса 9 и наружной поверхностью обода 1 каждого ротора установлены лабиринтные уплотнения 15. В данном варианте осуществления изобретения два конца корпуса имеют сужение/расширение 16, предназначенное для увеличения/уменьшения скорости текучей среды и улучшения эксплуатационных качеств двухступенчатого роторного устройства.
Двухступенчатое роторное устройство за счёт комбинации двух роторов используется для работы на потоке, текущем в одном направлении, в противоположном направлении или туда-обратно. Ротор первой ступени принимает набегающий поток текучей среды, обладающий продольной составляющей и выделяет часть кинетической энергии, преобразуя её в закручивающую силу или крутящий момент, заставляющие вращаться первый ротор. Ротор второй ступени имеет геометрию, спроектированную аналогично первому ротору, и вращается вокруг той же продольной оси, что и ротор первой ступени, но при этом он повёрнут на 180° относительно ротора первой ступени. Т.е. он вращается вокруг оси в противоположном направлении. Поток жидкости покидает ротор первой степени под углом, задаваемым шагом спирали на выходе ротора, а затем принимается ротором второй ступени, причём вход ротора второй ступени имеет тот же самый угол и шаг спирали. На этой ступени текучая среда имеет и продольную, и радиальную составляющие. Ротор второй ступени выделяет из потока жидкости ещё одну часть кинетической энергии. Покидающая ротор второй ступени текучая среда в идеале имеет только продольную составляющую и может быть возвращена с основной поток с минимальными возмущениями.
В изображённом на фиг. 10 варианте осуществления корпус 9 сконструирован с посадочным местом для множественных низкомоментных высокоскоростных высокоэффективных генераторов 13, размещаемых снаружи роторов 7 и 8. Генераторы 13 приводятся в движение через соответствующую зубчатую передачу движением наружного вращающегося обода 1 роторов 7 и 8.
Фиг. 11 изображает вид в разрезе альтернативного варианта осуществления двухступенчатого роторного устройства, установленного в корпусе 9. В этом варианте осуществления в отличие от конструкции, показанной на фиг. 10, генераторы 13 размещены внутри внутреннего конуса, а не снаружи наружного конуса. Неподвижные монтажные блоки 12 прикреплены к неподвижному валу 11 внутри роторов 7 и 8. Эти блоки обеспечивают посадочное место для нескольких низкомоментных высокоскоростных высокоэффективных генераторов 13. Генераторы 13 приводятся в движение внутренней поверхностью внутреннего конуса 3 роторов 7 и 8 через соответствующую зубчатую передачу.
Как было отмечено выше, в настоящем варианте осуществления, где образующая спираль построена в виде Архимедовой спирали, с радиусом г линейно увеличивающимся по полярной координате θ, сам ротор образует фигуру, аналогичную усечённому конусу. Отличительной особенностью данной фигуры является то, что линейная скорость обода 3 изменяется вдоль продольной оси 4 за счёт изменяющегося наружного радиуса. Так как в данном варианте осуществления генераторы 13 смонтированы на монтажном блоке 12 с поверхностью, параллельной внутренней поверхности внутреннего конуса 3, генераторы 13 можно перемещать вдоль поверхности с помощью походящих для этой цели рамы и шаговых двигателей 14. Генераторы 13 можно прикрепить к общему узлу подвижной рамы или индивидуально перемещать вдоль поверхности усечённого конуса шаговыми двигателями, управляемыми проводным или беспроводным контролирующим оборудованием и/или ЦПУ таким образом, чтобы двухступенчатое роторное устройство могло реагировать на изменения в скорости вращения роторов 7 и 8, изменяя про- 8 030338
дольное положение генераторов на усечённом конусе. Это позволит перемещать генераторы 13 внутри роторов 7, 8 в ответ на изменения скорости вращения роторов 7, 8. Таким образом, появляется возможность достичь относительно постоянной скорости генерации за счёт изменяемого набора генераторов 13 для спектра потоков текучей среды. Для низкоскоростного потока текучей среды точка подсоединения генератора может быть расположена на конце большей линейной скорости, т.е. на широком конце ротора, имеющем больший диаметр. Для потоков с высокой скоростью текучей среды точку подсоединения генератора можно переместить на конец с низкой линейной скоростью, т.е. на узкий конец ротора, имеющий меньший диаметр. Этим достигается значительное преимущество, так как устраняется сложный зубчатый редуктор, что даёт значительную экономию средств и упрощение конструкции.
Фиг. 12 изображает разрез ещё одного варианта осуществления двухступенчатого роторного устройства, установленного в корпусе 9. В показанном на фиг. 12 варианте осуществления, в отличие от конструкции, показанной на фиг. 10, генераторы 13 смонтированы на фиксированной станине 16, а не снаружи наружного конуса. Фиксированные станины 16 прикреплены к неподвижному валу 11 внутри роторов 7 и 8. Они обеспечивают посадочное место для нескольких низкомоментных высокоскоростных высокоэффективных генераторов 13. Генераторы 13 приводятся в движение внутренней вращающейся поверхностью внутреннего конуса 3 роторов 7, 8 через соответствующую зубчатую передачу.
Как было отмечено выше, в настоящем варианте осуществления, где образующая спираль построена в виде Архимедовой спирали, в которой радиус г линейно увеличивается по полярной координате θ, сам ротор образует фигуру, аналогичную усечённому конусу. Отличительной особенностью данной фигуры является то, что линейная скорость обода 3 изменяется вдоль продольной оси 4 за счёт изменяющегося наружного радиуса. Так как в данном варианте осуществления генераторы установлены на фиксированной станине 16, то генераторы 13 можно установить в виде генерирующих колец, которые по необходимости можно вводить в работу и выводить из работы в различных местах вдоль продольной оси 4. Генерирующие кольца 13 можно вводить в работу и выводить из работы шаговыми двигателями, управляемыми проводным или беспроводным контролирующим оборудованием и/или ЦПУ таким образом, чтобы двухступенчатое роторное устройство могло реагировать на изменения в скорости вращения роторов 7 и 8, изменяя количество одновременно используемых генерирующих колец 13.
Это позволяет выборочно вводить в работу и выводить из работы генерирующие кольца 13, установленные внутри роторов 7, 8 в ответ на изменения скорости вращения роторов 7, 8. Таким образом, для спектра потоков текучей среды можно достичь относительно постоянного выхода генератора путём изменения задействованных генерирующих колец 13. Кроме того, можно контролировать выход генерирующих колец 13 за пределы их рабочего диапазона и, несомненно, отсоединять все генераторы в случае перегрузки двухступенчатой турбины в ненормальных потоках текучих сред.
Как правило, для низкоскоростных потоков текучих сред генерирующие кольца 13 можно вводить в работу на конце большей линейной скорости, т.е. на широком конце ротора, где его диаметр больше. Для высокоскоростных флюидных потоков генерирующие кольца 13 можно вводить в работу на конце меньшей линейной скорости, т.е. на узком конце ротора, где его диаметр меньше. Также возможно введение в работу нескольких колец, например можно ввести в работу два или несколько генерирующих колец на конце с меньшей линейной скоростью или два или несколько генерирующих колец на конце с большей линейной скоростью. Это даёт значительное преимущество по сравнению с изображённой на фиг. 11 конструкцией, так как не требуется сложного позиционирующего устройства, что даёт значительную экономию средств и упрощение конструкции. Также на фиг. 12 изображены герметичные отсеки 17, которые могут вмещать органы управления генераторами или устройствами плавучести для обеспечения безопасного извлечения двухступенчатой турбины на поверхность для ремонта и обслуживания.
Путём изменения ориентации входа, выхода и самих роторов двухступенчатое роторное устройство может быть эффективно применено в вертикальных и горизонтальных потоках жидких текучих сред, а также для потоках, идущих под иными углами. При применении на приливных турбинах корпус ротора также служит для направления потока жидкости в ротор с целью коррекции незначительных поперечных отклонений. Для значительных поперечных отклонений корпус ротора может быть снабжён системой направления и подвески, а также включать в себя кили, зубчатые передачи и устройства управления плавучестью для того, чтобы регулировать положение в поле потока для оптимизации эксплуатационных качеств или для того, чтобы осуществлять извлечения из потока жидкости на поверхность для технического обслуживания. Система руления и подвески обеспечивает определённую способность саморегулирования в ответ на изменения направления потока.
В корпусе ротора можно скомпоновать или установить последовательно ещё одно двухступенчатое роторное устройство. Однако количество мощности, оставшееся в потоке жидкости, покидающем первую двухступенчатую турбину, будет меньшим, чем то, которое было в первоначальном потоке. Поэтому более экономичным решением оказывается параллельное расположение нескольких двухступенчатых роторных устройств.
Для эксплуатации, особенно на приливных турбинах, двухступенчатое роторное устройство может иметь опору, например, на морское дно, или же может быть подвешенным в потоке жидкости с помощью привязывания или заякоривания к морскому дну или плавающему плавучему средству. Или же оно мо- 9 030338
жет иметь посадку на установленной на морском дне башне, чтобы его можно было извлекать из моря для технического обслуживания с помощью надводного судна или телескопической выдвижной системы в башне. Его можно также выполнить имеющим нейтральную плавучесть, чтобы оно оставалось подвешенным в потоке текучей среды, и путём изменения плавучести поднимать его на поверхность или опускать на дно. Или же турбина целиком может быть выполнена таким образом, что для выполнения технического обслуживания на поверхность понадобится извлекать только её небольшую часть. В этом случае от базовой конструкции, которая сама остаётся на своём месте, отделяют только модуль, содержащий ротор и электрические компоненты. Это упрощает выполнение работ по техническому обслуживанию.
Фиг. 13 изображает одно возможное применение двухступенчатого роторного устройства в качестве приливной турбины. Роторы 7, 8 в двух корпусах 9 согласно фиг. 10, 11 или 12 смонтированы на башенной конструкции, которая может быть установлена на морском дне. Несколько роторных корпусов можно выровнять по преобладающему направлению потока для создания условий эффективной работы на возвратно-поступательных или циклических потоках, какими являются приливные течения. Отпадает необходимость механизма для поворота башни при изменении направления приливного потока, так как двухступенчатое роторное устройство способно эффективно работать с разнонаправленными потоками.
Ещё одним конструктивным решением (не показано) является размещением двухступенчатого роторного устройства внутри трубы, по которой протекает текучая среда. Течение текучей среды в любом направлении будет эффективно преобразовано во вращательное движение и, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления ротора, генераторами будет преобразовано в электрическую мощность. Трубу можно установить в водопропускном отверстии дамбы, гидроэлектростанции или приливной плотины. В другом варианте она может находиться внутри замкнутой динамической жидкостной системы, состоящей из двух жидкостных резервуаров, соединённых таким образом, что допускается передача жидкости из одного резервуара в другой. Течение жидкости между резервуарами может создаваться в результате приложения внешних естественных или искусственных сил. Такие внешние силы могут возникать при поперечной или продольной установке на судне или другом движущемся объекте, таком как поезд или автомобиль, которые создают поперечное и/или продольное перемещение.
Таким образом, описанные в настоящем документе роторы в предпочтительных вариантах осуществления используют в двухступенчатом роторном устройстве, установленном в роторном корпусе. Когда двухступенчатое роторное устройство подвергается воздействию различных потоков жидкой текучей среды, например приливных потоков, ротор выделяет кинетическую энергию из потока жидкой текучей среды и преобразует её в закручивающую силу или крутящий момент, заставляющие вращаться пару роторов, имеющих специальную геометрическую форму.
В предпочтительном варианте осуществления для использования на приливных потоках крутящий момент прилагается для приведения в движение электрогенераторов согласно вышеприведённому описанию. В иных вариантах крутящий момент можно использовать для приведения в движение насоса, компрессора или любого другого устройства, требующего приложения вращающей силы или крутящего момента.
Геометрия роторов способствует преобразованию кинетической энергии потока жидкой текучей среды во вращающую силу или крутящий момент. Геометрия роторов формируется парой конических спиралей 5, 6, радиус г которых увеличивается по полярной координате θ вдоль продольной оси 4, причём начальные радиусы из спиралей 5, 6 разные. Пара конических спиралей 5, 6 также имеет шаг, уменьшающийся по полярной координате θ по мере увеличения радиуса. При уменьшении шага спирали увеличивается частота спирали. Коническая спираль такого типа может быть определена как трёхмерная спираль с радиусом г, изменяющимся как функция полярной координаты θ, но имеющая и третью переменную - длину 1, которая также изменяется как функция полярной координаты θ.
Пара конических спиралей может закручиваться по часовой стрелке или против часовой стрелки и, как показано на фиг. 6А-7В, скорость уменьшения шага спирали, дающего увеличение её частоты, может быть изменяемой с целью получения оптимального уменьшения шага спирали на единицу длины. Другими параметрами, напрямую влияющими на снимаемую мощность, являются начальный и конечный радиусы пары конических спиралей (т.е. и минимальный и максимальный внутренний и внешний диаметры ротора), а также общая длина ротора. Их тоже можно оптимизировать под ситуацию конкретного потока. Например, при работе на трубопроводах может не хватать места, которое ограничивается располагаемыми диаметрами трубопроводов, поэтому может быть предпочтительным ротор с относительно малыми минимальным и максимальным наружными диаметрами, например 1 и 2 м соответственно. В таких случаях может быть целесообразным ротор большей длины, которая позволит иметь пространство для удлинения пары конических спиралей для оптимизации выходной мощности. При установке на приливной турбине свободного места может быть достаточно, и для значительного повышения выходной мощности можно использовать роторы больших диаметров, например 10 и 20 м соответственно. При этом можно использовать ротор меньшей длины, чтобы сократить расходы на обустройство посадочного места и монтаж.
- 10 030338
Поверхности роторных лопастей образуются при соединении друг с другом пары конических спиралей в радиальном направлении. В показанных на фигурах чертежей роторах имеется по три идентичных роторных лопасти 2. В иных вариантах может быть больше или меньше роторных лопастей 2, расположенных с одинаковым интервалом вокруг ротора. Роторные лопасти 2 проходят между внутренней периферической поверхностью 3 и наружным ободом 1 и прикреплены либо к внутренней периферической поверхности, либо к наружному ободу 1 для вращения вместе с ними.
Гидродинамическое сопротивление возникает на твёрдой поверхности, когда протекающее над твёрдой поверхностью текучее тело испытывает изменение импульса. Согласно второму закону Ньютона равнодействующая гидродинамических сил, действующих на текучее тело в определённом направлении, равна скорости изменения импульса текучего тела. По третьему закону Ньютона на твёрдую поверхность, граничащую с текучим телом, действует равная и противоположно направленная сила гидродинамического сопротивления. Примерами таких сил гидродинамического сопротивления являются силы, возникающие, когда водяная струя ударяет в стену, или сила, ощущаемая в трубопроводной системе, когда текучую среду принуждают совершить поворот или загиб, или сила, которая ощущается на твёрдом теле, когда его погружают в текущую текучую среду, и которая заставляет текучую среду обтекать его.
В описываемых в настоящем изобретении роторах твёрдая поверхность, граничащая с текучим телом образуется передней и задней сторонами пары роторных лопастей и внутренним и наружным ободьями ротора. При протекании текучего тела через имеющий специальную геометрическую форму ротор и его сложные проточные каналы, оно постоянно вынуждено изменять направление, диктуемое геометрической формой лопастей и уменьшающимся от входа к выходу шагом спирали, т.е. увеличивающейся частотой спирали, что приводит к постоянному изменению импульса. Это изменение импульса обязательно приводит к возникновению силы гидродинамического сопротивления, воздействующей на твёрдые поверхности ротора. Так как коническая спираль имеет конкретное геометрическое направление - по часовой стрелке или против часовой стрелки, то сила гидродинамического сопротивления действует в противоположном направлении, а так как центр силы гидродинамического сопротивления смещён радиально на некоторое расстояние от продольной оси, то возникает закручивающая сила, действующая вокруг продольной оси ротора и стремящаяся его закрутить.
Образующая коническую спираль математическая кривая может быть спиралью Архимеда, Эйлера, Фибоначчи, гиперболической спиралью, литуусом, логарифмической спиралью, пифагорейской спиралью или любой другой спиралью известного типа, имеющей радиус г, изменяющийся как функция полярной координаты θ, но также имеющей и третью переменную, - длину 1, также изменяющуюся как функция полярной координаты θ. По изложенным выше соображениям очевидно, что образующая спираль, имеющая быстрее изменяющиеся по полярной координате θ внутренний и наружный радиус г будет порождать более быстрое изменение импульса, и неминуемо - более сильное гидродинамическое сопротивление. Это сродни сравнению пологого и крутого изгибов трубопровода. Хорошо известно, что в ощущаемая в трубопроводной системе сила растёт, когда текучую среду принуждают проходить через более крутое колено из двух имеющихся.
В описанных выше вариантах осуществления по соображениям упрощения образующая кривая построена в виде Архимедовой спирали, в которой радиус г линейно увеличивается по полярной координате θ. Однако в равной степени целесообразно построение ротора с нелинейно изменяющимися по полярной координате θ внутренним и наружным радиусами г путём использования в качестве образующих иных математических спиралей, например спирали Эйлера, Фибоначчи, гиперболической спирали, литууса, логарифмической спирали, пифагорейской спирали или любой другой спирали известного типа, имеющей радиус г, изменяющийся как функция полярной координаты θ, но также имеющей и третью переменную, - длину 1, также изменяющуюся как функция полярной координаты θ. Использование Архимедовой спирали с линейным увеличением радиуса г по полярной координате θ даёт коническую спираль, построенную на усечённом конусе, изображённом на фигурах чертежей. В противном случае нелинейное увеличение внутреннего и внешнего радиусов г по полярной координате θ даст другую фигуру, в которой, например, внутренняя и наружная конические поверхности могут быть искривлёнными.
В иллюстрируемых в настоящем документе предпочтительных вариантах осуществления изобретения выбирают пару конических спиралей с линейным увеличением радиусов г по полярной координате θ вдоль продольной оси, но с разными начальными радиусами. В некоторых вариантах осуществления, таких как изображённые на фиг. 4А-5В, увеличивающиеся радиусы конических спиралей могут увеличиваться с разной, - с меньшей или большей скоростью, что приведёт к построению пары непараллельных конических спиралей. В других вариантах осуществления, таких как показаны на фиг. 1А-3В, радиусы могут увеличиваться с одинаковой скоростью, что приведёт к построению пары параллельных конических спиралей. Одновременно уменьшается шаг спирали путём изменения 1 по координате θ непрерывно или ступенчато вдоль продольной оси 4. Скорость уменьшения шага спирали или скорость увеличения частоты спирали в изображённых на фигурах чертежей вариантах осуществления линейна. Впрочем, она может быть нелинейной.
- 11 030338
Сочетание геометрической формы спирали, увеличения радиуса и уменьшения шага задаёт общую силу гидродинамического сопротивления, воздействующего на ротор и, соответственно, крутящий момент и выходную мощность. Эти параметры можно оптимизировать для обеспечения максимального выделения мощности из данного потока текучей среды или, если то будет необходимо, - ограничить извлечение мощности из данного потока текучей среды. Следующей системой уравнений описываются силы гидродинамического сопротивления и порождаемые крутящие моменты.
™ [1]
Гх = т(и7 - лЭ [2.1]
Гу = т&г- гц) [2.2]
ΓΞ = - ну) [2.3]
Тх = ΓΞ ху - Гу χζ [3.1]
Гу = Γχχζ-ΓΞ хх [3.2]
ΓΞ = Гу хх-Гхх у [3.3]
Согласно уравнению [1] массовый расход т в ротор постоянен. Силы гидродинамического сопротивления Рх, Ру и Ρζ неизбежно возникают за счёт постоянного уменьшения шага спирали или, другими словами, за счёт постоянного изменения направления потока текучей среды, т.е. изменения составляющих скорости и, ν и V текучей среды между условными первым и вторым поперечными сечениями, находящимися на разных расстояниях на длине ротора. Это приводит к изменению импульса и сил гидродинамического сопротивления согласно уравнениям с [2.1] по [2.3]. По правилу правой руки крутящие моменты Тх, Ту и Τζ вокруг осей х, у и ζ ротора порождаются неуравновешенным векторным произведением составляющих силы гидродинамического сопротивления и соответствующих расстояний х, у и ζ от продольной оси, вокруг которой они действуют, как показано уравнениями с [3.1] по [3.3].
Согласно данной системе уравнений можно понять, что изменение скорости уменьшения шага спирали выразится в увеличении или уменьшении закручивающих сил и выходной мощности. Уменьшение закручивающей силы достигается замедлением уменьшения шага спирали, а увеличение закручивающей силы достигается ускорением уменьшения шага спирали.
Расстояние от продольной оси, на котором действуют силы гидродинамического сопротивления, постоянно увеличивается или уменьшается изменением радиуса пары конических спиралей. Для каждого сложного проточного канала порождается отдельная система закручивающих сил, а полная закручивающая сила вокруг продольной оси ротора представляет собой сумму всех закручивающих сил, действующих вокруг продольной оси ротора.
В случае, когда увеличивающиеся радиусы пары конических спиралей увеличиваются с одинаковой скоростью, образуя пару параллельных конических спиралей, это даёт одинаковое увеличение расстояния от продольной оси, на котором действуют силы гидродинамического сопротивления, т.е. увеличение закручивающей силы и выходной мощности согласно уравнениям с [3.1] по [3.3]. В таком случае площади поперечного сечения на первом и втором условных сечениях ротора увеличиваются с одинаковой скоростью и, так как массовый расход постоянен, разницы скоростей и, следовательно, силы гидродинамического сопротивления также являются постоянными. Возрастание закручивающей силы и выходной мощности зависит только от той скорости, с которой увеличивается радиус пары конических спиралей.
Когда радиусы пары конических спиралей увеличиваются с меньшей или большей скоростью, образуя пару непараллельных конических спиралей, это равноценно изменению скорости, с которой увеличиваются площади поперечных сечений в первом и втором условных сечениях ротора. Когда внутренняя коническая спираль увеличивается в радиусе с меньшей скоростью, чем наружная коническая спираль, площади условных поперечных сечений увеличиваются быстрее. Это равноценно уменьшению изменений составляющих скорости, и так как массовый расход постоянен, порождаемые силы гидродинамического сопротивления становятся меньше. Когда внутренняя коническая спираль увеличивается в радиусе с большей скоростью, чем наружная коническая спираль, площади условных поперечных сечений увеличиваются медленнее. Это равноценно увеличению изменений составляющих скорости, и так как массовый расход постоянен, порождаемые силы гидродинамического сопротивления становятся больше. Т.е. путём манипулирования параметрами ротора можно манипулировать извлекаемой выходной мощностью и оптимизировать или ограничивать её по желанию.
Кроме того, соединение между парой конических пружин не обязательно должно быть прямым. Соединение может быть искривлённым, например, можно использовать вогнутую поверхность, чтобы увеличивать площадь поверхности вдоль поверхности имеющей специальную геометрическую форму лопасти ротора с целью распределения порождаемых сил гидродинамического сопротивления по большей площади и снижения внутренних напряжений. Аналогичным образом, пара конических спиралей для простоты обычно соосна, но может быть немного несоосной с целью выгодного изменения поверхностных характеристик конических спиралей.
- 12 030338
Согласно вышеприведённому рассмотрению различные параметры ротора и геометрическую форму лопасти можно варьировать в зависимости от назначения ротора и условий, в которых он будет работать, например, расхода текучей среды и т.д. фиг. 14-16 иллюстрируют то, как изменение этих параметров влияет на эксплуатационные качества ротора.
Фиг. 14 является графиком, иллюстрирующим влияние изменения отношения максимального наружного диаметра Όο ротора к минимальному наружному диаметру бо. В данном случае радиусы пары конических спиралей увеличиваются с одинаковой скоростью, образуя пару параллельных конических спиралей. Увеличение диаметра означает увеличение расстояния от продольной оси, на котором действуют силы гидродинамического сопротивления, т.е. возрастание закручивающей силы. Возрастание закручивающей силы зависит от скорости, с которой увеличиваются радиусы пары конических спиралей.
В качестве контрольной на фиг. 14 используется конструкция без изменения диаметра, т.е. в которой отношение максимального радиуса к минимальному радиусу [Όο/бо] равно единице. В таком роторе радиусы конических спиралей не увеличиваются, т.е. образующей ротора является цилиндрическая, а не коническая спираль. Описываемые в настоящем изобретении роторы имеют лопасти, образованные коническими спиралями, и имеют превышающее единицу отношение [Όο/бо], за счёт чего происходит мультипликация крутящего момента и возрастание КПД, что показано фигурой чертежа.
В некоторых из рассмотренных выше вариантах осуществления внутренняя и наружная конические спирали построены на непараллельных конических поверхностях. Фиг. 15 является графиком, иллюстрирующим влияние увеличения или уменьшения отношения радиусов пары конических спиралей, образующих непараллельные конические спирали. Когда внутренняя коническая спираль увеличивается в своём радиусе медленнее, чем наружная коническая спираль (т.е. когда [Дп/Ь]/[Дго/Ь]<1), площади условных поперечных сечений на первом и втором расстоянии вдоль ротора увеличиваются быстрее. Это равноценно уменьшению изменений составляющих скорости и, так как массовый расход постоянен, порождаемые силы гидродинамического сопротивления и закручивающие силы уменьшаются. Когда радиус внутренней конической спирали увеличивается быстрее радиуса наружной конической спирали (т.е. когда [Дп/Ь]/[Дго/Ь]>1), площади условных поперечных сечений на первом и втором расстоянии вдоль ротора увеличиваются медленнее. Это равноценно увеличению изменений составляющих скорости и, так как массовый расход постоянен, порождаемые силы гидродинамического сопротивления и закручивающие силы растут. Точка, в которой [Дп/Ь]/[Дго/Ь]=1 соответствует ротору, у которого радиусы пары конических спиралей увеличиваются одинаково быстро, образуя пару параллельных конических спиралей.
В других рассмотренных выше вариантах используются разные скорости уменьшения шага конических спиралей. Фиг. 16 является графиком, иллюстрирующим влияние изменений скорости уменьшения шага спирали, приводящих к изменению скорости увеличения частоты спирали Δί. Согласно иллюстрации изменение такого рода приведёт к усилению или ослаблению закручивающих сил, т.е. и выходной мощности. Ослабление закручивающей силы достигается более медленным уменьшением шага спирали или более медленным увеличением частоты спирали, а усиление закручивающей силы достигается более быстрым уменьшением шага спирали или более быстрым увеличением частоты спирали. На фиг. 16 ротор, соответствующий Δί=0,1, построен в виде ротора, представленного на фиг. 1А-3В. Для сравнения, ротор, соответствующий Δί=0,05, построен в виде ротора, представленного на фиг. 6А и 6В, а ротор, соответствующий Δί=0,25, построен в виде ротора, представленного на фиг. 7А и 7В.
Подводя итог вышесказанному, описанными в настоящем документе предпочтительными вариантами осуществления изобретения предлагается компактное низкой сложности двухступенчатое роторное устройство, идеальное для выработки электроэнергии от приливного потока. Двухступенчатое роторное устройство, тем не менее, можно эффективно применять в любой системе жидкостных потоков, в которой течение жидкости поступательно, возвратно-поступательно или циклично. Конструкцию роторов и лопастей можно подстроить к конкретному применению путём варьирования параметров согласно вышеприведённому описанию. Параметры не ограничиваются приведёнными здесь значениями и сочетаниями значений. Т.е. для достижения требуемых эксплуатационных качеств можно варьировать параметры по отдельности или в сочетаниях. Такие отличительные особенности гарантируют эффективную работу двухступенчатого роторного устройства в нестабильных условиях и сценариях, характерных для потоков жидких текучих сред.
- 13 030338

Claims (16)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Роторное устройство для получения энергии из однонаправленных или двунаправленных потоков текучей среды, содержащее первый ротор (7), установленный с возможностью вращения вокруг оси (4) вращения в первом направлении вращения и имеющий по меньшей мере одну спиральную лопасть (2); и второй ротор (8), установленный с возможностью вращения вокруг той же самой оси (4) вращения в противоположном направлении и имеющий по меньшей мере одну спиральную лопасть (2), причем покидающая первый ротор (7) текучая среда переходит во второй ротор (8), отличающееся тем, что лопасть (2) первого ротора (7) имеет шаг, уменьшающийся в направлении вдоль указанной оси (4) вращения, а лопасть (2) второго ротора (8) имеет шаг, увеличивающийся в том же самом направлении вдоль этой оси (4) вращения.
2. Роторное устройство по п.1, отличающееся тем, что является роторным устройством для получения энергии из приливных потоков.
3. Роторное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что первый и/или второй ротор/роторы (7, 8) на впускном или выпускном торце роторного устройства имеют отверстие, выполненное с возможностью приёма или испускания текучей среды, протекающей главным образом в аксиальном направлении.
4. Роторное устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что первый и второй роторы (7, 8) на противостоящих торцах имеют отверстия, выполненные с возможностью приёма или испускания текучей среды, имеющей наряду с аксиальной составляющей и радиальную составляющую потока.
5. Роторное устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первый и второй роторы (7, 8) имеют противостоящие торцы одного диаметра.
6. Роторное устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первый ротор (7) и/или второй ротор (8) имеют лопасть или лопасти (2), образованные поверхностью, проходящей между внутренней и наружной коническими спиралями (5, 6), причём каждая из конических спиралей имеет шаг, уменьшающийся с увеличением радиуса спирали.
7. Роторное устройство по п.6, отличающееся тем, что два ротора (7, 8) противостоят друг другу торцами большего диаметра, который одинаков у обоих роторов.
8. Роторное устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что первый ротор (7) и второй ротор (8) имеют лопасть или лопасти (2) одинаковой геометрической формы, образованной аналогичными коническими спиралями (5, 6).
9. Роторное устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что содержит вокруг обоих роторов (7, 8) корпус (9), обеспечивающий роторам опору для вращения вокруг указанной оси (4) вращения.
10. Роторное устройство по п.9, отличающееся тем, что у роторного корпуса (9) имеются впускная и выпускная секции, причём впускная геометрия (16) роторного корпуса выполнена способствующей увеличению линейной скорости потока жидкости, поступающей на вход ротора, а выпускная геометрия роторного корпуса выполнена способствующей торможению потока жидкости в управляемом режиме.
11. Генератор, содержащий роторное устройство по любому из предшествующих пунктов.
12. Применение роторного устройства по любому из пп.1-10 для получения кинетической энергии вращения из потока текучей среды.
13. Применение по п.12, в котором роторное устройство используют для получения энергии из приливного потока.
- 14 030338
14. Способ изготовления роторного устройства по п.1, содержащий этапы, на которых устанавливают первый ротор (7) с возможностью вращения вокруг оси (4) вращения, причём у первого ротора имеется по меньшей мере одна спиральная лопасть (2); и устанавливают второй ротор (8) с возможностью вращения вокруг той же самой оси (4) вращения в противоположном направлении, причём у второго ротора имеется по меньшей мере одна спиральная лопасть (2), отличающийся тем, что лопасть первого ротора имеет шаг, который уменьшается в направлении вдоль указанной оси вращения, а лопасть второго ротора имеет шаг, который увеличивается в том же самом направлении вдоль этой оси вращения.
- 15 030338
- 16 030338
EA201391055A 2011-01-20 2012-01-20 Роторное устройство EA030338B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1101010.5A GB2487404A (en) 2011-01-20 2011-01-20 Rotor for extracting energy from bidirectional fluid flows
PCT/GB2012/000056 WO2012098363A2 (en) 2011-01-20 2012-01-20 Rotor apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201391055A1 EA201391055A1 (ru) 2014-11-28
EA030338B1 true EA030338B1 (ru) 2018-07-31

Family

ID=43769365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201391055A EA030338B1 (ru) 2011-01-20 2012-01-20 Роторное устройство

Country Status (15)

Country Link
US (1) US9599090B2 (ru)
EP (1) EP2665903B1 (ru)
JP (1) JP6038809B2 (ru)
KR (1) KR101890965B1 (ru)
AP (1) AP2013007052A0 (ru)
BR (1) BR112013018127B1 (ru)
CA (1) CA2823971C (ru)
CO (1) CO6751266A2 (ru)
EA (1) EA030338B1 (ru)
ES (1) ES2626269T3 (ru)
GB (1) GB2487404A (ru)
MX (1) MX336701B (ru)
PL (1) PL2665903T3 (ru)
WO (1) WO2012098363A2 (ru)
ZA (1) ZA201305750B (ru)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012012925A1 (de) * 2012-06-28 2014-01-02 Toni Hübler Wasserkraftschnecke mit integriertem Ringgenerator
WO2014035358A1 (ru) * 2012-08-27 2014-03-06 Товариство 3 Обмежемою Вiдповiдальнicтю "Антанта Eко" Система преобразования энергии текучих сред
JP5809126B2 (ja) * 2012-10-24 2015-11-10 タカノ株式会社 マイクロ水力発電機
US9217332B2 (en) * 2012-11-05 2015-12-22 Mohammad Ismail Abbassi Shakibapour Uni-directional axial turbine blade assembly
KR101518378B1 (ko) * 2014-06-10 2015-05-07 진흥구 무단변속장치
ES2574132B1 (es) * 2014-11-14 2017-03-24 Rafael APARICIO SÁNCHEZ Turbina para aprovechamiento de la energía de las olas del mar
JP6103449B2 (ja) * 2015-03-04 2017-03-29 悠一 桐生 潮流発電パネルと係留索
CA2893119A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-16 Peter K. O'hagan Improved wind turbine suitable for mounting without a wind turbine tower
CN104747238B (zh) * 2015-03-19 2016-08-17 华南理工大学 一种空间曲线微槽结构导流的空气动力马达
US10197038B2 (en) * 2015-09-18 2019-02-05 Charles B. Culpepper Helical longitudinal blade turbine system including a funnel throat valve comprising a plurality of semi-circular valve plates
US9759179B2 (en) * 2015-09-18 2017-09-12 Charles B. Culpepper Hydroelectric generator system including helical longitudinal blades forming an open bore and aligned with a current direction
AU2016358308A1 (en) * 2015-11-23 2017-07-20 Helberg Holdings Pty Ltd Hydroelectric installation
JP6126287B1 (ja) * 2016-09-29 2017-05-10 株式会社ドリームバード 垂直軸型螺旋タービン
BR112019010879A2 (pt) * 2016-12-09 2019-12-03 Kinetic Nrg Tech Pty Ltd gerador hidrocinético
US20180171981A1 (en) * 2016-12-18 2018-06-21 Hush Turb Ltd. Integrated modular wind turbine
JPWO2018194105A1 (ja) * 2017-04-19 2020-04-30 株式会社ドリームバード 垂直軸型タービン
UA123088C2 (uk) * 2017-08-07 2021-02-17 Владлен Анатолійович Снісар Турбіна та спосіб її обертання
JP6598264B2 (ja) * 2018-03-29 2019-10-30 株式会社エイワット 水力発電用タービン及び水力発電装置
US20200049124A1 (en) * 2018-08-09 2020-02-13 Matthew Wayne Harker Harker oceanic power station
RS63961B1 (sr) 2019-03-13 2023-03-31 Natel Energy Inc Hidraulična turbina
CN110397545B (zh) * 2019-07-08 2021-05-18 武汉大学 一种螺旋叶对旋式双转轮水轮机
CN110318928A (zh) * 2019-07-09 2019-10-11 宝鸡市林山环保科技推广有限公司 一种涡轮水轮机
NL2024653B1 (nl) * 2020-01-13 2021-09-07 Ephebe B V Systeem voor het opwekken van elektrische energie uit een waterstroming in een waterreservoir, en civiele constructie.
BR102020007224B1 (pt) * 2020-04-10 2021-10-26 Mauricio Otaviano De Queiroz Unidade coletora de energia de corrente
GB2616384B (en) * 2021-07-22 2024-04-03 The Fish Friendly Hydropower Company Ltd Hydroelectric turbine
US20240093677A1 (en) * 2022-09-21 2024-03-21 Phillip Galinsky Energy generating device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US587814A (en) * 1897-08-10 Current water-motor
US4722665A (en) * 1984-11-07 1988-02-02 Tyson Warren N Turbine
US5760515A (en) * 1994-04-19 1998-06-02 Burns; David Johnston Electrical power generating apparatus and an electrical vehicle including such apparatus
US20090022597A1 (en) * 2004-11-30 2009-01-22 Bowie Malcolm Maclean Apparatus For The Generation Of Power From A Flowing Fluid

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US622474A (en) * 1899-04-04 Fluid-actuated or fluid-forcing device
SE377829B (ru) 1974-09-16 1975-07-28 Karlstad Mekaniska Ab
US4526321A (en) 1981-05-12 1985-07-02 Gerni A/S Apparatus for cleaning surfaces
DE59406124D1 (de) 1993-10-30 1998-07-09 Honeywell Ag Rückspülbare Filtereinrichtung
US5527159A (en) * 1993-11-10 1996-06-18 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Rotary blood pump
JPH09224885A (ja) 1996-02-23 1997-09-02 Eiichi Ikeda 打部を有する真空掃除機の先端ノズル
US5997242A (en) * 1996-12-02 1999-12-07 Alden Research Laboratory, Inc. Hydraulic turbine
DE19828171A1 (de) 1998-06-24 1999-12-30 Mecana Umwelttechnik Ag Reiche Verfahren und Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeit
US6595743B1 (en) * 1999-07-26 2003-07-22 Impsa International Inc. Hydraulic seal for rotary pumps
WO2001007787A1 (en) * 1999-07-26 2001-02-01 Impsa International Inc. Continuous flow rotary pump
US6247892B1 (en) * 1999-07-26 2001-06-19 Impsa International Inc. Continuous flow rotary pump
US6431926B1 (en) * 1999-07-29 2002-08-13 Jonathan B. Rosefsky Ribbon drive propulsion system and method
US6527520B2 (en) * 1999-07-29 2003-03-04 Jonathan B. Rosefsky Ribbon drive pumping with centrifugal contaminant removal
GB2369694B (en) * 2000-11-29 2002-10-16 Sun Microsystems Inc Efficient memory modification tracking
CN2640574Y (zh) 2003-03-25 2004-09-15 卢普伦 自动调压反冲洗过滤器
CN101014397A (zh) 2004-07-21 2007-08-08 阿米阿得过滤系统（1997）有限公司 过滤器清洁头
CA2481820C (en) * 2004-09-17 2009-09-01 Clean Current Power Systems Incorporated Flow enhancement for underwater turbine generator
US20070199885A1 (en) 2005-11-14 2007-08-30 Gil Shmuel Method for cleaning a filtering system and a filtering system having cleaning capabilities
WO2008065985A1 (fr) * 2006-11-27 2008-06-05 Nidec Corporation Ventilateur axial en série
GB0710318D0 (en) * 2007-05-30 2007-07-11 Isis Innovation Water turbine
JP5419887B2 (ja) * 2007-11-16 2014-02-19 エレメンタル・エナジー・テクノロジーズ・リミテッド 発電機
US20100148512A1 (en) * 2008-08-22 2010-06-17 Natural Power Concepts, Inc. Apparatus for generating electricity from flowing fluid using generally prolate turbine
CN101474770A (zh) 2009-01-17 2009-07-08 杨君德 反推式对转刷水下除污装置
CN201357010Y (zh) 2009-02-05 2009-12-09 上海松岩机电设备成套有限公司 全自动清洗过滤器
CN201461213U (zh) * 2009-05-08 2010-05-12 单运秋 螺旋式水轮机
EP2498924A2 (en) 2009-11-12 2012-09-19 Filter Safe Ltd. Filter proximity nozzle
DE102009060763A1 (de) 2009-12-30 2011-07-07 Habek, Nenad, Dr., 86154 Geometrische Anordnung von Teilen eines Energiewandlers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US587814A (en) * 1897-08-10 Current water-motor
US4722665A (en) * 1984-11-07 1988-02-02 Tyson Warren N Turbine
US5760515A (en) * 1994-04-19 1998-06-02 Burns; David Johnston Electrical power generating apparatus and an electrical vehicle including such apparatus
US20090022597A1 (en) * 2004-11-30 2009-01-22 Bowie Malcolm Maclean Apparatus For The Generation Of Power From A Flowing Fluid

Also Published As

Publication number Publication date
US9599090B2 (en) 2017-03-21
GB201101010D0 (en) 2011-03-09
KR101890965B1 (ko) 2018-08-22
WO2012098363A2 (en) 2012-07-26
GB2487404A (en) 2012-07-25
MX336701B (es) 2016-01-28
BR112013018127A2 (pt) 2016-11-08
PL2665903T3 (pl) 2017-10-31
CA2823971C (en) 2019-03-12
JP6038809B2 (ja) 2016-12-07
EA201391055A1 (ru) 2014-11-28
WO2012098363A3 (en) 2012-09-27
EP2665903A2 (en) 2013-11-27
US20140017065A1 (en) 2014-01-16
CN103380276A (zh) 2013-10-30
AP2013007052A0 (en) 2013-08-31
CA2823971A1 (en) 2012-07-26
EP2665903B1 (en) 2017-03-01
CO6751266A2 (es) 2013-09-16
ZA201305750B (en) 2014-10-29
KR20140006877A (ko) 2014-01-16
ES2626269T3 (es) 2017-07-24
MX2013008357A (es) 2013-11-04
BR112013018127B1 (pt) 2021-05-25
JP2014503048A (ja) 2014-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA030338B1 (ru) Роторное устройство
WO2012098362A1 (en) Rotor
US8310072B2 (en) Wind power installation, generator for generation of electrical power from ambient air, and method for generation of electrical power from ambient air in motiion
US20120074712A1 (en) Multi-rotor fluid turbine drive with speed converter
JP5400887B2 (ja) タービンならびにタービン用ローター
RU132140U1 (ru) Конусная полая спиральная турбина для преобразования энергии
EP2538070B1 (en) Turbine with radial inlet and outlet rotor for use in bidirectional flows
EP3613980A1 (en) Vertical-shaft turbine
JP6954739B2 (ja) 発電機用のロータ
RU2462612C1 (ru) Ортогональный энергетический агрегат для преобразования энергии потоков воды или воздуха
JP5738252B2 (ja) 波力発電プラントにおいて逆転双方向空気流とともに使用される衝動空気タービン装置
RU2383775C1 (ru) Роторная ветроустановка
KR20100047131A (ko) 듀얼 로터 풍력발전기
US8007235B1 (en) Orthogonal power unit
CN103380276B (zh) 转子装置
CN105041550A (zh) 高速外传螺旋环驱动发电系统
KR20210053944A (ko) 전방향 발전 장치
GB2508814A (en) Concentric turbine arrangement
RU2492353C1 (ru) Высокоэффективная ветроэнергетическая установка модульного типа и модуль ветрогенератора для нее
US20220381216A1 (en) Hydroelectric turbine for generating electricity by converting energy of ocean waves
RU119083U1 (ru) Вентиляторная установка градирни
WO2024080891A1 (ru) Напорно-вакуумная ветроэнергетическая установка &#34;квадратор тандем&#34;

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