ITMI20130858A1 - PLANT TO CONVERT THE MECHANICAL ENERGY OF A FLUID IN ELECTRICITY OR VICEVERSA, ABLE TO WORK COMPLETELY IMMERSED - Google Patents
PLANT TO CONVERT THE MECHANICAL ENERGY OF A FLUID IN ELECTRICITY OR VICEVERSA, ABLE TO WORK COMPLETELY IMMERSEDInfo
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Description
IMPIANTO PER CONVERTIRE L'ENERGIA MECCANICA DI UN FLUIDO IN ENERGIA ELETTRICA O VICEVERSA, IN GRADO DI PLANT TO CONVERT THE MECHANICAL ENERGY OF A FLUID INTO ELECTRIC OR VICE-VERSE ENERGY, ABLE TO
FUNZIONARE COMPLETAMENTE IMMERSO WORK FULLY IMMERSED
Campo dell’invenzione Field of invention
[1] La presente invenzione riguarda un impianto per convertire l'energia meccanica di un fluido in energia elettrica o viceversa, funzionando completamente immerso in un flusso d'acqua o di altro liquido. Per produrre energia idroelettrica tale impianto può sfruttare per esempio l'energia di maree, di correnti sottomarine o di estuari di fiumi. [1] The present invention relates to a plant for converting the mechanical energy of a fluid into electrical energy or vice versa, operating completely immersed in a flow of water or other liquid. To produce hydroelectric energy, this plant can exploit, for example, the energy of tides, underwater currents or river estuaries.
Stato della tecnica State of the art
[2] Per ricavare energia idroelettrica da correnti marine -di marea e non- o correnti presenti negli estuari dei fiumi, sfruttando salti motori molto ridotti o praticamente nulli, sono stati concepiti nel tempo svariati tipi di dispositivi. In alcuni di essi il rotore della macchina elettrica che funge da generatore é calettato sull'albero della girante per ridurre al minimo le perdite di rendimento meccanico. Situare la girante a notevoli profondità -indicativamente diverse decine o centinaia di metrisarebbe vantaggioso sotto diversi aspetti: infatti quanto maggiore fosse la profondità , tanto maggiore sarebbe l'energia idroelettrica ottenibile e tanto minori sarebbero i rischi di collisione con le navi, o di danneggiamenti causati dalle reti da pesca. Tuttavia le notevoli pressioni presenti a tali profondità pongono notevoli problemi realizzativi, tant'é che gli impianti idroelettrici noti, completamente sommersi in mare o negli estuari fluviali, nel migliore dei casi non hanno finora superato lo stadio prototipale, e più spesso sono rimasti studi sulla carta. Uno di questi problemi sono le infiltrazioni d'acqua marina nella macchina, in particolare attraverso le interfacce tra parti fisse e parti rotanti, e i conseguenti problemi di corrosione, infiltrazione di detriti e altri contaminanti, disturbi dei flussi magnetici della macchina elettrica. [2] In order to obtain hydroelectric energy from marine currents - tidal and non-tidal currents - or currents present in river estuaries, using very little or practically zero motor jumps, various types of devices have been conceived over time. In some of them, the rotor of the electric machine that acts as a generator is keyed onto the impeller shaft to minimize mechanical performance losses. Placing the impeller at considerable depths - indicatively several tens or hundreds of meters would be advantageous under several aspects: in fact, the greater the depth, the greater the hydroelectric energy obtainable and the lower the risks of collision with ships, or damage caused. from fishing nets. However, the considerable pressures present at such depths pose considerable construction problems, so much so that the known hydroelectric plants, completely submerged in the sea or in river estuaries, in the best of cases have not so far passed the prototype stage, and more often studies have remained on paper. One of these problems is the infiltration of sea water into the machine, in particular through the interfaces between fixed and rotating parts, and the consequent problems of corrosion, infiltration of debris and other contaminants, disturbances of the magnetic flows of the electric machine.
[3] D'altra parte per la propulsione di navi e altre imbarcazioni sarebbe desiderabile poter disporre di eliche motrici azionate da motori elettrici direttamente calettati sullo stesso albero dell'elica. Volendo ridurre al minimo la lunghezza di tali alberi, si dovrebbe situare il motore al di fuori dello scafo della nave farcendolo funzionare costantemente e completamente sommerso e sotto la superficie marina, ma anche questo pone nuovamente il problema tecnico di isolare efficacemente il motore elettrico dall'acqua esterna. [3] On the other hand, for the propulsion of ships and other boats it would be desirable to have propellers driven by electric motors directly keyed on the same propeller shaft. Wanting to minimize the length of these shafts, the engine should be located outside the hull of the ship making it run constantly and completely submerged and under the sea surface, but this again poses the technical problem of effectively isolating the electric motor from the outdoor water.
[4] Uno scopo della presente invenzione à ̈ ovviare agli inconvenienti sopra menzionati dello stato della tecnica, in particolare fornendo una turbomacchina provvista di motore elettrico, o un generatore idroelettrico in grado di funzionare efficientemente e a lungo anche se completamente immerso in acqua. [4] An object of the present invention is to obviate the aforementioned drawbacks of the state of the art, in particular by providing a turbomachine equipped with an electric motor, or a hydroelectric generator capable of operating efficiently and for a long time even if completely immersed in water.
Sommario dell’invenzione Summary of the invention
[5] Tale scopo viene conseguito, in un primo aspetto della presente invenzione, con un impianto per produrre energia elettrica avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 1. [5] This object is achieved, in a first aspect of the present invention, with a plant for producing electrical energy having the characteristics according to claim 1.
In un secondo aspetto dell'invenzione, tale scopo viene conseguito con un procedimento avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 13. In a second aspect of the invention, this object is achieved with a process having the characteristics according to claim 13.
In un terzo aspetto dell'invenzione, tale scopo viene conseguito con un procedimento avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 14. In a third aspect of the invention, this object is achieved with a process having the characteristics according to claim 14.
Ulteriori caratteristiche del dispositivo sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Further characteristics of the device are the subject of the dependent claims.
I vantaggi conseguibili con la presente invenzione trovato risulteranno più evidenti, al tecnico del settore, dalla seguente descrizione dettagliata di alcuni esempi di realizzazione particolare a carattere non limitativo, illustrati con riferimento alle seguenti figure schematiche. The advantages achievable with the present invention will become more evident to those skilled in the art from the following detailed description of some particular non-limiting embodiments, illustrated with reference to the following schematic figures.
Elenco delle Figure List of Figures
Figura 1 mostra una vista laterale, parzialmente in sezione, di un impianto per per convertire l'energia meccanica di un fluido in energia elettrica o viceversa, secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione; Figure 1 shows a side view, partially in section, of a plant for converting the mechanical energy of a fluid into electrical energy or vice versa, according to a first embodiment of the invention;
Figura 2 mostra una vista laterale, parzialmente in sezione, della macchina elettrica dell'impianto di Figura 1; Figure 2 shows a side view, partially in section, of the electrical machine of the plant of Figure 1;
Figura 2A mostra una vista laterale, parzialmente in sezione, di un dettaglio della macchina elettrica di Figura 2; Figure 2A shows a side view, partially in section, of a detail of the electric machine of Figure 2;
Figura 2B mostra una vista prospettica, parzialmente in sezione, del dettaglio di Figura 2A; Figure 2B shows a perspective view, partially in section, of the detail of Figure 2A;
le Figure 3 e 4 mostrano viste laterali, parzialmente in sezione, rispettivamente di un impianto per convertire l'energia meccanica di un fluido in energia elettrica o viceversa, secondo una seconda e una terza forma di realizzazione dell'invenzione; Figures 3 and 4 show side views, partially in section, respectively of a plant for converting the mechanical energy of a fluid into electrical energy or vice versa, according to a second and a third embodiment of the invention;
Figura 5 mostra una vista prospettica di un impianto secondo una quarta forma di realizzazione dell'invenzione, utilizzato come propulsore di un'imbarcazione. Figure 5 shows a perspective view of a plant according to a fourth embodiment of the invention, used as a propeller for a boat.
Descrizione dettagliata Detailed description
[6]Nella presente descrizione, con l'espressione "trasversale" si intende che due corpi hanno un'inclinazione, l'uno rispetto all'altro, pari o maggiore a 45°; con l'espressione "longitudinale" si intende che due corpi hanno un'inclinazione, l'uno rispetto all'altro, minore di 45°. Le Figure 1-2A sono relative a un impianto per convertire l'energia meccanica di un fluido in energia elettrica o viceversa, secondo una prima forma di realizzazione particolare dell'invenzione, indicato con il riferimento complessivo 1. [6] In the present description, the expression "transversal" means that two bodies have an inclination, with respect to each other, equal to or greater than 45 °; the expression "longitudinal" means that two bodies have an inclination, relative to each other, of less than 45 °. Figures 1-2A relate to a plant for converting the mechanical energy of a fluid into electrical energy or vice versa, according to a first particular embodiment of the invention, indicated with the overall reference 1.
L'impianto 1 é predisposto per funzionare completamente immerso nel flusso d'acqua o di altro liquido da sfruttare, e comprende: System 1 is designed to operate completely immersed in the flow of water or other liquid to be exploited, and includes:
-una macchina elettrica 5 a sua volta comprendente un rotore 7 e uno statore 9; -an electric machine 5 in turn comprising a rotor 7 and a stator 9;
-una girante 11 predisposta per azionare il rotore 7, e che forma un propulsore a elica 13. Quest'ultimo può comprendere per esempio una porzione di elicoide di una coclea o un'elica a palette. - an impeller 11 arranged to drive the rotor 7, and which forms a propeller 13. The latter can comprise for example a helicoid portion of an auger or a vane propeller.
Il rotore 7 é solidale alla girante, si estende attorno al propulsore a elica 13 e comprende una pluralità di magneti permanenti 15A, 15B fissati solidalmente al rotore 7. The rotor 7 is integral with the impeller, extends around the propeller 13 and comprises a plurality of permanent magnets 15A, 15B fixed integrally with the rotor 7.
Lo statore 9 e il rotore 7 formano un circuito magnetico comprendente un traferro 19, almeno una porzione 190A, 190B del quale si estende perpendicolarmente, o comunque trasversalmente, all'asse di rotazione del rotore e della girante AR, ovvero le linee di flusso del campo magnetico nel traferro -o nei traferri- 19 hanno direzioni prevalentemente parallele, o comunque longitudinali, all'asse di rotazione del rotore stesso, a differenza degli ordinari motori a induzione nei quali le linee di flusso del campo magnetico nel traferro -o nei traferri- si estendono in direzioni prevalentemente radiali e perpendicolari all'asse di rotazione del rotore stesso; la macchina elettrica 5 é cioé del tipo cosiddetto "a flusso trasversale" (in inglese "transversal flux machine" o "transversal flux motor", spesso abbreviato TFM). La macchina elettrica 5 può essere per esempio, anche se non necessariamente, sincrona. The stator 9 and the rotor 7 form a magnetic circuit comprising an air gap 19, at least a portion 190A, 190B of which extends perpendicularly, or in any case transversely, to the axis of rotation of the rotor and the impeller AR, i.e. the flow lines of the magnetic field in the air gap -o in the air gaps- 19 have directions mainly parallel, or in any case longitudinal, to the axis of rotation of the rotor itself, unlike ordinary induction motors in which the flux lines of the magnetic field in the air gap -o in the air gaps - they extend in predominantly radial directions and perpendicular to the rotation axis of the rotor itself; the electric machine 5 is of the so-called "transverse flow" type (in English "transversal flux machine" or "transversal flux motor", often abbreviated TFM). The electric machine 5 can be, for example, although not necessarily synchronous.
[7] Le macchine elettriche -motori o generatori- a flusso trasversale, o trasverso, sono in se note e descritte per esempio nella domanda di brevetto europeo EP243425. [7] Electric machines - motors or generators - with transverse or transverse flow are known per se and described for example in European patent application EP243425.
Lo statore 9 può comprendere: The stator 9 can include:
-una o più bobine 23A, 23B di conduttori elettrici, bobine che circondano il rotore 7 formando per esempio uno o più anelli; -one or more coils 23A, 23B of electrical conductors, coils which surround the rotor 7 forming for example one or more rings;
-una pluralità di nuclei, ovvero di espansioni polari, 25A, 25B sostanzialmente a forma di U o di ferro di cavallo, inseriti a cavallo di una rispettiva bobina 23A, 23B e fatti per esempio di ferro dolce o altro materiale ferromagnetico. -a plurality of cores, or polar expansions 25A, 25B substantially U-shaped or horseshoe-shaped, inserted astride a respective coil 23A, 23B and made for example of soft iron or other ferromagnetic material.
Quando la macchina elettrica 5 funziona come motore elettrico, le bobine 23A, 23B possono essere alimentate per esempio da un opportuno inverter comandato da uno o più sensori non mostrati e posti sullo statore. When the electric machine 5 works as an electric motor, the coils 23A, 23B can be powered for example by a suitable inverter controlled by one or more sensors not shown and placed on the stator.
[8] La linea a doppio punto di Figura 2A mostra schematicamente l'andamento complessivo delle linee di flusso del campo magnetico che percorre il rotore e lo statore in una sezione radiale del rotore, cioé in una vista secondo un immaginario piano di sezione passante per l'asse di rotazione AR del rotore. Il riferimento 17 indica una barretta ferromagnetica avente la funzione di chiudere le linee di flusso del circuito magnetico in prossimità di uno dei traferri evitando di disperderle eccessivamente nel vuoto(Figure 2A, 2B). Vantaggiosamente la girante 11 comprende una porzione tubolare 21 contenente il propulsore a elica 13, dove l'asse della porzione tubolare 21 coincide sostanzialmente con l'asse di rotazione AR della girante 11. La porzione tubolare 21 contribuisce ad aumentare il rendimento fluidodinamico ed elettrico della macchina 5, nonché la sua velocità di rotazione. Vantaggiosamente gli spessori medi o minimi S1, S2 dei traferri 190A, 190B sono pari o superiori a 1 millimetro; più preferibilmente sono pari o superiori a 5 millimetri e, ancor più preferibilmente, sono pari o superiori a 10 millimetri. [8] The double-point line of Figure 2A schematically shows the overall trend of the flux lines of the magnetic field that runs through the rotor and the stator in a radial section of the rotor, that is, in a view according to an imaginary plane of through section for the rotor axis of rotation AR. Reference 17 indicates a ferromagnetic bar having the function of closing the flux lines of the magnetic circuit in proximity to one of the air gaps avoiding to disperse them excessively in the vacuum (Figures 2A, 2B). Advantageously, the impeller 11 comprises a tubular portion 21 containing the propeller 13, where the axis of the tubular portion 21 substantially coincides with the axis of rotation AR of the impeller 11. The tubular portion 21 contributes to increasing the fluid-dynamic and electrical efficiency of the machine 5, as well as its rotation speed. Advantageously, the average or minimum thicknesses S1, S2 of the air gaps 190A, 190B are equal to or greater than 1 millimeter; more preferably they are equal to or greater than 5 millimeters and, even more preferably, they are equal to or greater than 10 millimeters.
Vantaggiosamente la cavità interposta tra rotore 7 e statore 9, e formata dai traferri 190A, 190B e dall'intercapedine anulare 190C contiene un liquido ferromagnetico, quale per esempio un liquido a base di nanoparticelle al neodimio ricoperte da un tensioattivo o da un opportuno rivestimento di resina sintetica. Tale liquido ferromagnetico può comprendere per esempio una base costituita da olio minerale, preferibilmente olio a bassa densità quale per esempio quello usato nei circuiti frenanti, nel quale sono disperse le suddette nanoparticelle; in questo modo il liquido ferromagnetico ha anche funzione di lubrificante, limitando l'usura delle parti in movimento, per esempio delle guarnizioni 29A, 29B. Advantageously, the cavity interposed between rotor 7 and stator 9, and formed by the air gaps 190A, 190B and by the annular gap 190C, contains a ferromagnetic liquid, such as for example a liquid based on neodymium nanoparticles covered with a surfactant or a suitable coating of synthetic resin. Said ferromagnetic liquid can comprise for example a base consisting of mineral oil, preferably low-density oil such as that used in braking circuits, in which the aforesaid nanoparticles are dispersed; in this way the ferromagnetic liquid also acts as a lubricant, limiting the wear of the moving parts, for example of the gaskets 29A, 29B.
[9] Riducendo la dispersione delle linee di flusso del circuito magnetico, tale liquido ferromagnetico, aumenta il rendimento elettromeccanico della macchina. Preferibilmente il liquido ferromagnetico é mantenuto isolato dall'acqua e dall'ambiente esterno da opportune guarnizioni anulari 29A, 29B, che possono essere per esempio baderne, e preferibilmente baderne in PTFE, filato acrilico, ramie o fibra di vetro. Preferibilmente le baderne sono impregnate con un opportuno grasso idrorepellente per uso navale, che forma una ulteriore barriera più o meno fluida contro le infiltrazioni d'acqua. Eventualmente dell'ulteriore grasso idrorepellente può essere inoltre applicato sul lato della baderna affacciato sull'interno della cavità interposta tra rotore 7 e statore 9, e comprendente i traferri 190A, 190B e l'intercapedine anulare 190C, in modo da formare una ulteriore barriera contro le infiltrazioni dell'acqua esterna. [9] By reducing the dispersion of the magnetic circuit flux lines, this ferromagnetic liquid increases the electromechanical efficiency of the machine. Preferably the ferromagnetic liquid is kept isolated from water and the external environment by suitable annular seals 29A, 29B, which can be for example packing, and preferably packing made of PTFE, acrylic yarn, ramie or glass fiber. Preferably, the packings are impregnated with a suitable water-repellent grease for naval use, which forms an additional more or less fluid barrier against water infiltrations. If necessary, further water-repellent grease can also be applied on the side of the packing facing the inside of the cavity interposed between rotor 7 and stator 9, and comprising the air gaps 190A, 190B and the annular gap 190C, so as to form a further barrier against infiltrations of external water.
[10] Vantaggiosamente inoltre il liquido ferromagnetico é mantenuto in leggera sovrappressione rispetto all'acqua dell'ambiente esterno -per esempio almeno 0,05 bar relativi, e preferibilmente almeno 0,1 bar relativi-, evitando o comunque riducendo notevolmente le infiltrazioni di acqua esterna nei traferri. [10] Advantageously, moreover, the ferromagnetic liquid is kept in slight overpressure with respect to the water of the external environment - for example at least 0.05 relative bar, and preferably at least 0.1 relative bar -, avoiding or in any case significantly reducing the infiltration of external water in the air gaps.
Preferibilmente il rotore 7 é esternamente ricoperto da un rivestimento 31 che lo isola e protegge dal liquido ferromagnetico contenuto nei traferri, evitandone la corrosione. Preferably the rotor 7 is externally covered with a coating 31 which isolates it and protects it from the ferromagnetic liquid contained in the air gaps, avoiding its corrosion.
Il rivestimento 31 é preferibilmente di una opportuna resina epossidica. The coating 31 is preferably of a suitable epoxy resin.
[11] Le macchine elettriche -motori o generatori- a flusso trasversale, o trasverso, a parità di taglia e di potenza nominale possono funzionare con buoni rendimenti con traferri di spessori molto maggiori di quelli delle ordinarie macchine elettriche a flusso radiale, indicativamente maggiori di un ordine di grandezza. Ciò permette, o rende molto più agevole, isolare efficacemente dall'acqua esterna il rotore e lo statore della macchina elettrica, per esempio tramite le guarnizioni anulari 29A, 29B e il rivestimento 31 del rotore; in particolare in una macchina a flusso trasversale l'alterazione dello spessore complessivo dei traferri implicata dal rivestimenti 31 é percentualmente minore che non in una più comune macchina a flusso radiale, e parimenti minore é l'alterazione del flusso magnetico nei traferri. Le guarnizioni anulari 29A, 29B e il liquido ferromagnetico racchiuso al loro interno impediscono l'ingresso di acqua -in particolare di acqua marinanello spazio tra rotore e statore, con i seguenti vantaggi: [11] Electric machines - motors or generators - with transverse or transverse flow, with the same size and nominal power, can operate with good efficiency with gaps of thicknesses much greater than those of ordinary radial flow electric machines, indicatively greater than an order of magnitude. This allows, or makes it much easier, to effectively isolate the rotor and stator of the electric machine from the external water, for example by means of the annular seals 29A, 29B and the coating 31 of the rotor; in particular in a transverse flux machine the alteration of the overall thickness of the air gaps implied by the coatings 31 is less in percentage than in a more common radial flux machine, and equally less is the alteration of the magnetic flux in the air gaps. The annular seals 29A, 29B and the ferromagnetic liquid enclosed within them prevent the entry of water - in particular marine water - into the space between rotor and stator, with the following advantages:
-si evita l'ossidazione degli elementi ferrosi; - oxidation of ferrous elements is avoided;
-rotore e statore non si corrodono, o si corrodono molto di meno, evitando cortocircuiti e il blocco della macchina; - rotor and stator do not corrode, or corrode much less, avoiding short circuits and blocking of the machine;
-si evita o si riduce notevolmente la manutenzione che sarebbe altrimenti necessaria per eliminare l'acqua infiltrata all'interno. - maintenance that would otherwise be necessary to eliminate the infiltrated water inside is avoided or significantly reduced.
[12] Vantaggiosamente lo statore 9 comprende una o più camere 33A, 33B contenenti un opportuno liquido in pressione, preferibilmente olio per apparecchiature elettriche, garantendo in tal modo il raffreddamento dello statore 9. Come nelle forma di realizzazione delle Figure allegate, le due camere 33A, 33B possono essere tra loro fluidicamente separate. Vantaggiosamente il liquido contenuto nelle camere 33A, 33B é in leggera sovrappressione rispetto all'acqua marina o all'altro fluido presente nell'ambiente esterno -per esempio almeno 0,05 bar relativi, e preferibilmente almeno 0,1 bar relativi- in modo da proteggere la macchina 5 sia dalla pressione del fluido marino sia impedendone efficacemente le infiltrazioni verso l'interno. A tale scopo lo statore 9 comprende una o più regolatori di pressione 35A, 35B predisposti per regolare la pressione del liquido interno alle camere 33A, 33B. A loro volta i regolatori 35A, 35B possono essere per esempio provvisti di una molla regolabile, oppure predisposti per imporre al liquido interno alle camere 33A, 33B una sovrappressione fissa rispetto all'acqua marina esterna tramite per esempio una leva idraulica. [12] Advantageously, the stator 9 comprises one or more chambers 33A, 33B containing a suitable liquid under pressure, preferably oil for electrical equipment, thus ensuring the cooling of the stator 9. As in the embodiment of the attached Figures, the two chambers 33A, 33B can be fluidically separated from each other. Advantageously, the liquid contained in the chambers 33A, 33B is slightly overpressured with respect to sea water or other fluid present in the external environment - for example at least 0.05 relative bar, and preferably at least 0.1 relative bar - so to protect the machine 5 both from the pressure of the marine fluid and effectively preventing its infiltrations towards the inside. For this purpose the stator 9 comprises one or more pressure regulators 35A, 35B arranged to regulate the pressure of the liquid inside the chambers 33A, 33B. In turn, the regulators 35A, 35B can be provided, for example, with an adjustable spring, or arranged to impose a fixed overpressure on the liquid inside the chambers 33A, 33B with respect to the external sea water by means of a hydraulic lever, for example.
[13] Vantaggiosamente l'impianto 1 comprende un diffusore 40 disposto fluidicamente a valle della girante 11, in modo da aumentarne l'efficienza fluidodinamica e la velocità di rotazione, facendo funzionare la macchina elettrica a flusso trasversale in condizioni di funzionamento a maggiore efficienza elettrica (Figura 1). Il diffusore 40 di Figura 1 é formato da un unico condotto solidale, sostanzialmente indeformabile e dalla forma invariabile nel tempo; tuttavia un impianto secondo l'invenzione può avere anche un diffusore 40' dalla forma variabile nel tempo e a seconda delle condizioni di funzionamento (Figura 3). A tale scopo le pareti del diffusore 40' possono essere formate da una pluralità di segmenti troncoconici o svasati 400', 402' i cui diametri di estremità sono tali da sovrapporre parzialmente i reciproci bordi di estremità quando il diffusore 40' raggiunge la sua massima lunghezza assiale, permettendo invece di far rientrare il segmento di monte 400' dentro al segmento di valle 402' facendo scorrere quest'ultimo assialmente verso monte. Il segmento di valle 402' del diffusore può essere fatto scorrere assialmente per esempio da opportuni cilindri idraulici 404', disposti per esempio a corona attorno al diffusore stesso. [13] Advantageously, the plant 1 comprises a diffuser 40 fluidically arranged downstream of the impeller 11, so as to increase its fluid dynamic efficiency and rotation speed, making the transverse flow electric machine operate in operating conditions with greater electrical efficiency (Figure 1). The diffuser 40 of Figure 1 is formed by a single integral conduit, substantially non-deformable and whose shape is invariable over time; however, a plant according to the invention can also have a diffuser 40 'whose shape varies over time and according to the operating conditions (Figure 3). For this purpose, the walls of the diffuser 40 'can be formed by a plurality of truncated conical or flared segments 400', 402 'whose end diameters are such as to partially overlap the mutual end edges when the diffuser 40' reaches its maximum length. axial, allowing instead to make the upstream segment 400 're-enter into the downstream segment 402' making the latter slide axially upstream. The downstream segment 402 'of the diffuser can be made to slide axially for example by suitable hydraulic cylinders 404', arranged for example in a crown around the diffuser itself.
[14] Sempre per aumentare la velocità di rotazione della girante 11 e l'efficienza elettrica della macchina, vantaggiosamente a monte della girante 11 può essere disposta un collettore 42, predisposto per raccogliere una maggiore portata d'acqua da avviare alla girante 11 (Figura 4). Il collettore 42 può avere per esempio forma a imbuto o comunque di un tratto di condotto convergente. [14] Again to increase the rotation speed of the impeller 11 and the electrical efficiency of the machine, a manifold 42 can advantageously be arranged upstream of the impeller 11, designed to collect a greater flow of water to be sent to the impeller 11 (Figure 4). The manifold 42 can for example have the shape of a funnel or in any case of a section of converging duct.
[15] Una configurazione che aumenta in modo particolare la velocità di rotazione e quindi l'efficienza elettrica del generatore é quella di Figura 4, in cui la macchina elettrica 5 é interposta tra un collettore 42 a monte e un diffusore 40 a valle, venendosi a trovare sostanzialmente in corrispondenza della sezione ristretta di un tubo di Venturi. [15] A configuration that increases in particular the rotation speed and therefore the electrical efficiency of the generator is that of Figure 4, in which the electric machine 5 is interposed between a collector 42 upstream and a diffuser 40 downstream , being found substantially in correspondence with the restricted section of a Venturi tube.
Per semplicità costruttiva e limitare i problemi di infiltrazione d'acqua dall'esterno, preferibilmente il rotore 7 comprende un albero centrale 37 predisposto per ruotare coassialmente all'asse AR e attorno a cui é fissata la porzione di elicoide 13 o la palettatura ad elica. L'albero centrale 37 può ruotare su cuscinetti 39 a loro volta fissati allo statore per esempio tramite opportuni bracci 44. For constructive simplicity and to limit the problems of water infiltration from the outside, the rotor 7 preferably comprises a central shaft 37 designed to rotate coaxially to the AR axis and around which the helicoid portion 13 or the helical blade is fixed. . The central shaft 37 can rotate on bearings 39 which are in turn fixed to the stator, for example by means of suitable arms 44.
[16] Sempre per aumentare velocità di rotazione e rendimento elettrico della macchina 5, vantaggiosamente l'albero centrale 37' del rotore 7 é tubolare, o comunque cavo con le estremità aperte in modo da poter essere internamente attraversato da un flusso di acqua incidente (Figura 4). Per essere orientata parallelamente al flusso di acqua incidente, sfruttandone al meglio l'energia, la macchina elettrica 5 può essere vantaggiosamente montata su una base girevole 46, 46', 46" (Figure 1, 3, 4). [16] Again to increase the rotation speed and electrical efficiency of the machine 5, the central shaft 37 'of the rotor 7 is advantageously tubular, or in any case hollow with open ends so that it can be crossed internally by an incident water flow (Figure 4). To be oriented parallel to the incident water flow, making the most of its energy, the electric machine 5 can be advantageously mounted on a revolving base 46, 46 ', 46 "(Figures 1, 3, 4).
La Figura 5 é relativa a un impianto secondo una quarta forma di realizzazione dell'invenzione, utilizzato come motore per propulsione navale. Un propulsore 1'" comprendente una macchina elettrica 5 avente un rotore 7 e un'elica -o altra girante atta alla propulsionecalettati su un medesimo corto albero si presta ad essere montato completamente all'esterno dello scafo dell'imbarcazione e in modo da poter ruotare su se stesso attorno ad assi perpendicolari all'asse di rotazione dell'elica stessa, permettendo di variare l'orientazione della spinta della macchina e di eseguire cambiamenti di rotta più repentini, aumentando notevolmente la manovrabilità dell'imbarcazione. Figure 5 relates to a plant according to a fourth embodiment of the invention, used as a ship propulsion engine. A propeller 1 '"comprising an electric machine 5 having a rotor 7 and a propeller or other impeller suitable for propulsion finned on the same short shaft can be mounted completely outside the hull of the boat and so as to be able to rotate on itself around axes perpendicular to the axis of rotation of the propeller itself, allowing to vary the orientation of the thrust of the machine and to perform more sudden changes of course, considerably increasing the maneuverability of the boat.
Inoltre, quando l'imbarcazione é all'ancora, le macchine elettriche 5 possono funzionare come generatori di elettricità azionati dalle correnti che eventualmente investono i propulsori. Furthermore, when the boat is at anchor, the electric machines 5 can function as electricity generators driven by the currents which eventually hit the propellers.
Come propulsore di imbarcazioni da diporto sono particolarmente vantaggiosi propulsori 1'" provvisti di giranti di diametro relativamente piccolo, indicativamente aventi diametro esterno di circa 20-40 centimetri. Particularly advantageous as a propeller for pleasure boats are propellers 1 '"provided with impellers of relatively small diameter, indicatively having an external diameter of about 20-40 centimeters.
[17] Gli esempi di realizzazione precedentemente descritti sono suscettibili di diverse modifiche e variazioni pur senza fuoriuscire dall’ambito di protezione della presente invenzione. Per esempio lo statore 9 può essere provvisto anche di una sola bobina 23A, oppure di tre o più bobine. Il traferro o i traferri e la cavità tra rotore e statore possono contenere liquido anche liquidi non ferromagnetici, per esempio un semplice liquido in leggera sovrappressione rispetto all'ambiente esterno in modo che attraverso la guarnizioni 29A, 29B vi sia solo efflusso di liquido verso l'esterno della macchina 5 ma non ingresso di acqua ambientale. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. Per esempio i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche. Gli esempi ed elenchi di possibili varianti della presente domanda sono da intendersi come elenchi non esaustivi. [17] The embodiments described above are susceptible of various modifications and variations without departing from the scope of the present invention. For example, the stator 9 can also be provided with a single coil 23A, or with three or more coils. The air gap or the air gaps and the cavity between rotor and stator can contain liquid even non-ferromagnetic liquids, for example a simple liquid in slight overpressure with respect to the external environment so that through the seals 29A, 29B there is only outflow of liquid towards the outside the machine 5 but no environmental water ingress. Furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements. For example, the materials used, as well as the dimensions, may be any according to the technical requirements. The examples and lists of possible variants of this application are intended as non-exhaustive lists.
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| IT000858A ITMI20130858A1 (en) | 2013-05-27 | 2013-05-27 | PLANT TO CONVERT THE MECHANICAL ENERGY OF A FLUID IN ELECTRICITY OR VICEVERSA, ABLE TO WORK COMPLETELY IMMERSED |
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| ITMI20130858A1 true ITMI20130858A1 (en) | 2014-11-28 |
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| IT000858A ITMI20130858A1 (en) | 2013-05-27 | 2013-05-27 | PLANT TO CONVERT THE MECHANICAL ENERGY OF A FLUID IN ELECTRICITY OR VICEVERSA, ABLE TO WORK COMPLETELY IMMERSED |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2003025385A2 (en) * | 2001-09-17 | 2003-03-27 | Clean Current Power Systems Inc. | Underwater ducted turbine |
| US20070145751A1 (en) * | 2005-09-01 | 2007-06-28 | Roos Paul W | Integrated Fluid Power Conversion System |
| WO2008014584A1 (en) * | 2006-08-04 | 2008-02-07 | Clean Current Power Systems Incorporated | Axial air gap machine having stator and rotor discs formed of multiple detachable segments |
-
2013
- 2013-05-27 IT IT000858A patent/ITMI20130858A1/en unknown
Patent Citations (3)
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