PL225932B1

PL225932B1 - Miniature electrical energy generator

Info

Publication number: PL225932B1
Application number: PL405257A
Authority: PL
Inventors: Roman Kaczyński; Roman Kaczynski; Bogusław Hościło; Boguslaw Hoscilo; Sławomir Kędzierski; Slawomir Kedzierski
Original assignee: Biatel Spolka Akcyjna W Upadlosci Likwidacyjnej; Politechnika Bialostocka
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2018-06-29
Also published as: PL405257A1

Abstract

Miniaturowy hydrogenerator energii elektrycznej posiada wirnik (6) ułoży skowany w pokrywie dolnej i górnej hydrogeneratora charakteryzujący się stożkową geometrią części górnej (z kierunku napływającej wody) z kątem wierzchołkowym "Alfa" w zakresie 70-110° zależnym od kąta pochylenia osi wirnika, przy czym oś wirnika jest pochylona w kierunku kanału wlotowego w zakresie 15-50° w stosunku do płaszczyzny prostopadłej do kierunku przepływu. Kierownica wlotowa (3) jest niesymetryczna i przesunięta względem osi kanału wlotowego o wymiar A, który mieści się w zakresie od 0 do 45% średnicy kanału zasilającego, okno wlotowe B jest mniejsze lub równe oknu wylotowemu C. Okno wlotowe (4) stanowi od 30 do 50% powierzchni przekroju rury wlotowej. Pokrywa turbiny pełni rolę korpusu generatora energii.The miniature electric energy generator has a rotor (6) placed in the lower and upper covers of the hydrogen generator, characterized by a conical geometry of the upper part (from the direction of the incoming water) with an "Alpha" apex angle in the range of 70-110° depending on the angle of inclination of the rotor axis, and the rotor axis is inclined towards the inlet channel in the range of 15-50° in relation to the plane perpendicular to the flow direction. The inlet guide (3) is asymmetrical and offset from the axis of the inlet channel by dimension A, which ranges from 0 to 45% of the diameter of the supply channel, the inlet window B is smaller or equal to the outlet window C. The inlet window (4) is from 30 up to 50% of the cross-sectional area of the inlet pipe. The turbine cover serves as the body of the energy generator.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest miniaturowy hydrogenerator energii elektrycznej, w szczególności wykorzystywany w instalacjach wodociągowych do zasilania urządzeń monitorujących tam, gdzie zasilanie sieciowe jest utrudnione lub niemożliwe.The subject of the invention is a miniature electric energy hydrogenerator, used in particular in water supply systems to supply monitoring devices where mains supply is difficult or impossible.

Urządzenia przetwarzające energię przepływającego medium w energię elektryczną są wykorzystywane w wielu dziedzinach gospodarki. Obecnie istnieją liczne rozwiązania miniaturowych turbinek wodnych napędzających generatory elektryczne. Ze znanych konstrukcji należy przytoczyć maszyny ujęte w opracowaniach np.: CN202140231 (U)-2012-02-08, CN202300801 (U)-2012-07-04, RO125865(B1)-2012-03-30, CN201513279 (U)-2010-06-23. Konstrukcje dostępne na rynku, są przystosowane do pracy przy znacznych spadach i dużym przepływie masowym, stosowane w hydroelektrowniach, wytwarzające moce od kilkuset wat do megawatów. Istnieją także rozwiązania miniaturowe, wykorzystywane w sprzęcie gospodarstwa domowego, są to np. generatory umieszczane w słuchawkach prysznicowych czy gazowych ogrzewaczach wody. Jednakże te rozwiązania bazują na znacznej prędkości przepływu wody i dużej różnicy ciśnień przed turbiną i za nią. Brakuje rozwiązań możliwych do zastosowania w rurociągach o średnicach 40-200 mm, zapewniających zasilanie na poziomie kilku, kilkunastu wat i pracujących przy małych stratach ciśnienia i przepływu.Devices converting the energy of the flowing medium into electricity are used in many areas of the economy. Today, there are numerous solutions for miniature water turbines to power electric generators. From the known constructions, the machines included in the studies should be mentioned, e.g .: CN202140231 (U) -2012-02-08, CN202300801 (U) -2012-07-04, RO125865 (B1) -2012-03-30, CN201513279 (U) - 2010-06-23. The structures available on the market are adapted to work with significant drops and high mass flow, used in hydroelectric power plants, generating powers from several hundred watts to megawatts. There are also miniature solutions used in household appliances, such as generators placed in shower heads or gas water heaters. However, these solutions are based on a high water flow rate and a large pressure difference upstream and downstream of the turbine. There are no solutions that can be used in pipelines with diameters of 40-200 mm, providing power at the level of a few or a dozen or so watts and operating at low pressure and flow losses.

Istotą rozwiązania jest urządzenie składające się z miniaturowej hydroturbiny i połączonego z nią generatora energii elektrycznej. Całość jest łatwa do zamocowania w rurociągu z pomocą ogólnie dostępnych systemów mocowania (np. mocowanie kołnierzowe). W cylindrycznej przestrzeni umieszczono obracający się wirnik turbiny. Oś wirnika jest pochylona nieznacznie w kierunku kanału wlotowego w stosunku do płaszczyzny prostopadłej do kierunku przepływu. Wirnik charakteryzuje się stożkową geometrią części górnej (z kierunku napływającej wody) z kątem wierzchołkowym „Alfa w zakresie 70-110° zależnym od kąta pochylenia osi wirnika, przy czym oś wirnika jest pochylona w kierunku kanału wlotowego w zakresie 15-50° w stosunku do płaszczyzny prostopadłej do kierunku przepływu. Kierownica wlotowa jest niesymetryczna i przesunięta względem osi kanału wlotowego o wymiar A, który mieści się w zakresie od 0 do 45% średnicy kanału zasilającego, okno wlotowe B jest mniejsze lub równe oknu wylotowemu C. Okno wlotowe stanowi od 30 do 50% powierzchni przekroju rury wlotowej. Pokrywa turbiny pełni rolę korpusu generatora energii.The essence of the solution is a device consisting of a miniature hydroturbine and an electricity generator connected to it. The whole thing is easy to fix in the pipeline with the help of generally available fixing systems (e.g. flange mounting). A rotating turbine rotor is placed in the cylindrical space. The rotor axis is slightly inclined towards the inlet channel with respect to a plane perpendicular to the flow direction. The rotor is characterized by a conical geometry of the upper part (from the direction of incoming water) with the apex angle "Alpha in the range of 70-110 ° depending on the angle of inclination of the rotor axis, with the rotor axis inclined towards the inlet channel in the range of 15-50 ° in relation to a plane perpendicular to the flow direction. The inlet guide is asymmetric and offset from the axis of the inlet channel by the dimension A, which is in the range from 0 to 45% of the diameter of the supply channel, the inlet port B is less than or equal to the outlet port C. The inlet port is 30 to 50% of the cross-sectional area of the pipe. inlet. The turbine cover acts as the body of the energy generator.

Przedmiot wynalazku pokazany jest na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia schemat miniaturowej hydroturbiny, fig. 2 widok wirnika zastosowanego w urządzeniu, fig. 3 układ kierownic wlotowej i wylotowej.The subject of the invention is shown in the drawings, where Fig. 1 shows a diagram of a miniature hydroturbine, Fig. 2 a view of a rotor used in the device, Fig. 3 - an inlet and outlet guide system.

Miniaturowy hydrogenerator energii elektrycznej, będący przedmiotem zgłoszenia, montowany może być w rurociągach o średnicach zależnych od średnicy przyłącza, a tym samym średnicy kanału zasilającego 1 korpusu 2. Woda zasilająca wpływa kanałem 1 i jest kierowana poprzez kierownicę wlotową 3 i okno wlotowe 4 do kanału turbiny 5. W kanale tym, znajduje się wirnik 6 osadzony na wale 7 łożyskowanym w pokrywach górnej 8 i dolnej 9. Pokrywa górna pełni rolę korpusu generatora energii elektrycznej 10. Generator zbudowano jako maszynę elektryczną z magnesami trwałymi, przystosowaną do pracy w wysokim zawilgoceniu. Zainstalowano go w górnej pokrywie bezpośrednio na wale turbiny. Woda po przejściu pomiędzy łopatkami turbiny trafia przez okno wylotowe 11 do kanału odprowadzającego 12, w którym zamontowana jest kierownica 13 kształtująca strumień wylotowy. Hydroturbina posiada uproszczony układ dwóch kierownic kształtujących strugę wody docierającą do kanału wirnika i z niego odpływającą. Kierownica wlotowa jest niesymetryczna względem osi kanału wlotowego, przesunięcie oznaczono wymiarem A. Posiada także mniejsze okno wlotowe - wymiar B w stosunku do okna wylotowego - wymiar C. Przesunięcie A zależy od oczekiwanych parametrów pracy hydrogeneratora i rurociągu, i mieści się w zakresie od 0 do 45% średnicy kanału zasilającego. Wymiary B i C mają wpływ na wielkości okien wlotowego i wylotowego. Okno wlotowe stanowi od 30 do 50% powierzchni przekroju rury wlotowej. Okno wylotowe zaś nie mniej niż 50% przekroju rury.The miniature electric power generator, which is the subject of the application, can be installed in pipelines with diameters depending on the diameter of the connection, and thus the diameter of the feed channel 1 of the body 2. The feed water flows through the channel 1 and is directed through the inlet guide 3 and the inlet port 4 to the turbine channel. 5. In this channel, there is a rotor 6 mounted on a shaft 7 bearing in the upper 8 and lower covers 9. The upper cover acts as the body of the electricity generator 10. The generator is built as an electric machine with permanent magnets, adapted to work in high humidity. It is installed in the top cover directly on the turbine shaft. After passing between the turbine blades, the water goes through the outlet window 11 to the discharge channel 12, in which a guide 13 is mounted, shaping the outlet stream. The hydroturbine has a simplified system of two blades shaping the water stream reaching the rotor channel and flowing out of it. The inlet guide is asymmetrical with respect to the axis of the inlet channel, the displacement is marked with the dimension A. It also has a smaller inlet window - dimension B in relation to the outlet port - dimension C. The shift A depends on the expected parameters of the hydrogenerator and the pipeline, and ranges from 0 to 45% of the supply channel diameter. The dimensions B and C influence the size of the inlet and outlet ports. The inlet port is 30 to 50% of the cross sectional area of the inlet pipe. The outlet window, and not less than 50% of the pipe cross-section.

Claims

Patent claims

1.A miniature electric power hydrogenerator using a flowing medium, in particular used in water supply systems to supply monitoring devices where mains supply is difficult or impossible, characterized in that the rotor (6) mounted in the bottom and top covers of the hydrogenerator is characterized by a conical geometry of parts upper (from the direction of incoming water) with the apical angle "Alpha

PL 225 932 Β1 in the range of 70-110 ° depending on the angle of inclination of the rotor axis, with the rotor axis inclined towards the inlet channel in the range of 15-50 ° in relation to the plane perpendicular to the flow direction.

2. A miniature hydrogenerator according to claim The inlet guide (3) as claimed in claim 1, characterized in that the inlet guide (3) is asymmetric and shifted with respect to the axis of the inlet conduit by the dimension A, which is in the range from 0 to 45% of the diameter of the supply conduit, the inlet port S is less than or equal to the outlet port C.

3. A miniature hydrogenerator according to Claim The inlet port of claim 2, characterized in that the inlet port (4) represents from 30 to 50% of the cross-sectional area of the inlet pipe.

4. A miniature hydrogenerator according to Claim The process of claim 3, characterized in that the turbine cover acts as the body of the energy generator.