RU2381379C1 - Unit to convert medium flow power - Google Patents

Unit to convert medium flow power Download PDF

Info

Publication number
RU2381379C1
RU2381379C1 RU2008127650/06A RU2008127650A RU2381379C1 RU 2381379 C1 RU2381379 C1 RU 2381379C1 RU 2008127650/06 A RU2008127650/06 A RU 2008127650/06A RU 2008127650 A RU2008127650 A RU 2008127650A RU 2381379 C1 RU2381379 C1 RU 2381379C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
electric generator
rotor
blades
stator
Prior art date
Application number
RU2008127650/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Станислав Иванович Гусак (UA)
Станислав Иванович Гусак
Сергей Николаевич Ганзелинский (UA)
Сергей Николаевич Ганзелинский
Александр Викторович Дементиенко (UA)
Александр Викторович Дементиенко
Original Assignee
Станислав Иванович Гусак
Сергей Николаевич Ганзелинский
Александр Викторович Дементиенко
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 Станислав Иванович Гусак, Сергей Николаевич Ганзелинский, Александр Викторович Дементиенко filed Critical Станислав Иванович Гусак
Priority to RU2008127650/06A priority Critical patent/RU2381379C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2381379C1 publication Critical patent/RU2381379C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: invention relates to wind and water power engineering, particularly to medium flow power converters that serve to convert flow power into electric power. Proposed unit comprises tube 1 accommodating first turbine with first electric generator and second turbine with second electric generator, first and second devices to center circular first rotor 2 and circular second rotor 5. Note here that circular first rotor 2 with first turbine and second electric generator with second turbine represent an integrated rotary unit wherein inner parts 8 of blades 9.1-9.N of first turbine are attached to second stator 7 of second electric generator. Outer parts 10 of blades 9.1-9.N of first turbine are attached to circular first rotor 2 of first electric generator. ^ EFFECT: higher efficiency of low power utilisation at particularly low medium flow rates. ^ 10 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области ветроэнергетики и гидроэнергетики, в частности к установкам преобразования энергии потока среды, которые предназначены для преобразования энергии потока среды в электрическую энергию. С использованием кольцевых (с внеосевой центровкой) роторов как с вертикальной, так и с горизонтальной осью вращения роторов, в том числе в ветроэнергетических установках башенного типа.The invention relates to the field of wind energy and hydropower, in particular to installations for converting the energy of a medium stream, which are designed to convert the energy of a medium stream into electrical energy. Using ring (with off-axis alignment) rotors with both vertical and horizontal axis of rotation of the rotors, including in wind-driven installations of a tower type.

Известна установка преобразования энергии потока среды, которая описана в патенте Украины №59090 А, опубл. 2003.08.15, МПК 7 F03D 1/02, содержащая первую турбину с первым электрогенератором и вторую турбину с вторым электрогенератором, первые средства центрирования первого ротора с зазором относительно первого статора в первом электрогенераторе, вторые средства центрирования второго ротора с зазором относительно второго статора во втором электрогенераторе, первый и второй электрогенераторы содержат средства передачи вырабатываемой ими электроэнергии. При этом первые и вторые средства центрирования первого и второго роторов выполнены в виде концентрически расположенных первого и второго валов. На этих валах расположены в одной плоскости соответственно первая и вторая турбины (одна турбина находится внутри другой).Known installation of energy conversion of the flow of the medium, which is described in the patent of Ukraine No. 59090 A, publ. 2003.08.15, IPC 7 F03D 1/02, containing the first turbine with the first electric generator and the second turbine with the second electric generator, the first means of centering the first rotor with a gap relative to the first stator in the first electric generator, the second means of centering the second rotor with a gap relative to the second stator in the second an electric generator, the first and second electric generators contain means for transmitting the electricity generated by them. The first and second means of centering the first and second rotors are made in the form of concentrically arranged first and second shafts. On these shafts, the first and second turbines are located in one plane, respectively (one turbine is inside the other).

Основным недостатком данной установки преобразования энергии потока среды является использование радиальных опор для закрепления лопаток первой (большего размера) турбины к первому валу, что снижает как скорость потока среды через лопатки второй турбины за счет повышения сопротивления потоку среды, так и снижает прочность крепления лопаток первой турбины.The main disadvantage of this installation of converting the energy of the flow of the medium is the use of radial supports for fixing the blades of the first (larger) turbine to the first shaft, which reduces both the speed of the flow of the medium through the blades of the second turbine by increasing the resistance to the flow of the medium and reduces the fastening strength of the blades of the first turbine .

Другим недостатком данной установки является недостаточная эффективность использования потока среды, который проходит вдоль оси вращения турбин, что обусловлено снижением момента вращения лопаток второй турбины в радиальном направлении к оси вращения турбин из-за использования осевого центрирования турбин в виде первого и второго валов и соответствующего осевого конусного обтекателя.Another disadvantage of this installation is the insufficient efficiency of using the fluid flow that runs along the axis of rotation of the turbines, due to a decrease in the moment of rotation of the blades of the second turbine in the radial direction to the axis of rotation of the turbines due to the use of axial centering of the turbines in the form of the first and second shafts and the corresponding axial cone fairing.

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является установка преобразования энергии потока среды, которая описана в патенте Российской Федерации №2320889, опубл. 2008.03.27, МПК (2006) F03D 9/00, H02K 19/00, содержащая трубу с расположенными в ней первой турбиной с первым электрогенератором и второй турбиной со вторым электрогенератором, первые средства центрирования кольцевого первого ротора с зазором относительно первого статора в первом электрогенераторе, вторые средства центрирования кольцевого второго ротора с зазором относительно второго статора во втором электрогенераторе, при этом внешние части лопаток первой турбины закреплены в кольцевом первом роторе, а внешние части лопаток второй турбины закреплены на кольцевом втором роторе, первый и второй электрогенераторы содержат средства передачи вырабатываемой ими электроэнергии. При этом в установке используется внеосевое центрирование роторов электрогенераторов в виде элементов качения в зазоре между обращенными друг к другу поверхностями соответствующих ротора и статора.Closest to the claimed solution on the technical nature and the technical result achieved is the installation of energy conversion of the medium flow, which is described in the patent of the Russian Federation No. 2320889, publ. 2008.03.27, IPC (2006) F03D 9/00, H02K 19/00, comprising a pipe with a first turbine located therein with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, the first means of centering the annular first rotor with a gap relative to the first stator in the first electric generator , the second means of centering the annular second rotor with a gap relative to the second stator in the second generator, while the outer parts of the blades of the first turbine are fixed in the annular first rotor, and the outer parts of the blades of the second turbine are fixed They are located on an annular second rotor, the first and second electric generators contain means for transmitting the electricity generated by them. At the same time, the installation uses off-axis centering of the rotors of electric generators in the form of rolling elements in the gap between the surfaces of the respective rotor and stator facing each other.

Преимуществом прототипа по сравнению с аналогом является некоторое повышение эффективности использования ветрового потока за счет снижения сопротивления потоку среды для лопаток второй турбины. А также за счет большего использования потока среды вдоль оси вращения турбин. Это обусловлено внеосевым центрированием турбин с соответствующими роторами.The advantage of the prototype in comparison with the analogue is a slight increase in the efficiency of using the wind flow by reducing the resistance to the flow of the medium for the blades of the second turbine. And also due to the greater use of the medium flow along the axis of rotation of the turbines. This is due to off-axis centering of the turbines with the corresponding rotors.

Вместе с тем основным недостатком данной установки преобразования энергии потока среды является недостаточная эффективность использования ветрового потока, который проходит вдоль оси вращения турбин, в частности, при малых скоростях этого потока. Это обусловлено снижением момента вращения, который действует на лопатки турбин, в радиальном направлении к оси их вращения. Кроме того, другим недостатком данной установки является использование в роторах системы возбуждения электрогенераторов постоянных магнитов большой массы. Также недостатком является расположение турбин электрогенераторов последовательно в направлении ветрового потока, что снижает эффективность работы последующих за первым электрогенераторов.At the same time, the main disadvantage of this installation for converting the energy of a medium stream is the insufficient efficiency of using the wind stream that passes along the axis of rotation of the turbines, in particular, at low speeds of this stream. This is due to a decrease in the torque that acts on the turbine blades in the radial direction to the axis of rotation. In addition, another disadvantage of this installation is the use in the rotors of the excitation system of electric generators of permanent magnets of large mass. Another disadvantage is the location of the turbines of the electric generators in series in the direction of the wind flow, which reduces the efficiency of the subsequent generators.

В основу изобретения положена задача создания эффективной установки преобразования энергии потока среды путем создания единого вращаемого блока из составляющих в виде первого и, по крайней мере, второго электрогенераторов с соответствующими лопатками турбин. Это позволит повысить эффективность использования потока среды вдоль оси вращения этого единого вращаемого блока, в частности, при малых скоростях потока среды через установку.The basis of the invention is the task of creating an effective installation for converting the energy of a medium flow by creating a single rotatable block of components in the form of the first and at least second electric generators with corresponding turbine blades. This will improve the efficiency of the use of the medium flow along the axis of rotation of this single rotatable block, in particular, at low medium flow rates through the installation.

Поставленная задача решается тем, что установка преобразования энергии потока среды содержит трубу с расположенными в ней первой турбиной с первым электрогенератором и второй турбиной со вторым электрогенератором, первые средства центрирования кольцевого первого ротора с зазором относительно первого статора в первом электрогенераторе, вторые средства центрирования кольцевого второго ротора с зазором относительно второго статора во втором электрогенераторе, при этом внешние части лопаток первой турбины закреплены в кольцевом первом роторе, а внешние части лопаток второй турбины закреплены на кольцевом втором роторе, первый и второй электрогенераторы содержат средства передачи вырабатываемой ими электроэнергии. При этом кольцевой первый ротор с первой турбиной и второй электрогенератор со второй турбиной выполнены в виде единого вращаемого блока, в котором внутренние части лопаток первой турбины закреплены на втором статоре второго электрогенератора. Кроме того, посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, обмотки второго статора соединены соответственно с обмотками кольцевого первого ротора через преобразователи переменного тока в постоянный. А средства передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, расположены внутри лопаток первой турбины. Лопатки первой и второй турбин выполнены для обеспечения их вращения в противоположных направлениях. Также лопатки первой и второй турбин могут быть выполнены для обеспечения их вращения в одном направлении. Кроме того, единый вращаемый блок кольцевого первого ротора с первой турбиной и второго электрогенератора со второй турбиной может также содержать, по крайней мере, третий электрогенератор с третьей турбиной, при этом внутренние части лопаток предыдущей турбины закреплены на статоре последующего электрогенератора. При этом посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой последующим электрогенератором, обмотки последующего статора соединены соответственно с обмотками кольцевого предыдущего ротора через преобразователи переменного тока в постоянный. А лопатки соседних турбин выполнены для обеспечения их вращения в противоположных направлениях. Также в установке, начиная со второго электрогенератора, соответствующие статоры и роторы заключены в кольцевые в плане обтекатели, которые выполнены с кольцевым пазом для прохождения в нем соответствующего ротора. Кроме того, первый статор первого электрогенератора содержит основные обмотки и дополнительные обмотки, при этом основные обмотки подсоединены к средствам передачи электроэнергии, вырабатываемой первым электрогенератором, при скорости потока среды не выше номинальной, а дополнительные обмотки первого статора дополнительно подсоединены при скорости потока среды выше номинальной.The problem is solved in that the installation of converting the energy of the medium stream comprises a pipe with a first turbine located therein with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, the first means of centering the annular first rotor with a gap relative to the first stator in the first electric generator, the second means of centering the ring second rotor with a gap relative to the second stator in the second generator, while the outer parts of the blades of the first turbine are fixed in an annular first m rotor and the outer portion of the second turbine blades fixed to the annular second rotor, the first and second generators include means for transmitting power generated by them. In this case, the annular first rotor with the first turbine and the second electric generator with the second turbine are made in the form of a single rotatable block in which the internal parts of the blades of the first turbine are mounted on the second stator of the second electric generator. In addition, by means of transmission of electric power generated by the second electric generator, the windings of the second stator are connected respectively to the windings of the annular first rotor via AC to DC converters. And the means of transmission of electricity generated by the second electric generator are located inside the blades of the first turbine. The blades of the first and second turbines are made to ensure their rotation in opposite directions. Also, the blades of the first and second turbines can be made to ensure their rotation in one direction. In addition, a single rotatable block of an annular first rotor with a first turbine and a second electric generator with a second turbine may also contain at least a third electric generator with a third turbine, while the inner parts of the blades of the previous turbine are fixed to the stator of the subsequent generator. In this case, by means of transmission of electricity generated by the subsequent electric generator, the windings of the subsequent stator are connected respectively to the windings of the annular previous rotor via AC to DC converters. And the blades of neighboring turbines are made to ensure their rotation in opposite directions. Also, in the installation, starting from the second electric generator, the corresponding stators and rotors are enclosed in annular fairings, which are made with an annular groove for the passage of the corresponding rotor in it. In addition, the first stator of the first electric generator contains the main windings and additional windings, while the main windings are connected to electric power transmission means generated by the first electric generator at a medium flow rate not higher than the nominal one, and the additional windings of the first stator are additionally connected when the medium flow rate is higher than the nominal one.

Выполнение кольцевого первого ротора с первой турбиной и второго электрогенератора со второй турбиной в виде единого вращаемого блока, в котором внутренние части лопаток первой турбины закреплены на втором статоре второго электрогенератора, позволяет повысить эффективность использования потока среды в направлении к оси вращения этого единого вращаемого блока. Это обусловлено тем, что использование потока среды в направлении к оси вращения первой турбины снижается из-за уменьшения радиуса вращения первой турбины, и большей ее вращаемой массой (массой лопаток первой турбины, ротора первого электрогенератора, статора второго электрогенератора). В то же время расположение второй (меньшего размера) турбины концентрически и внутри первой турбины повышает использование потока среды между статором второго электрогенератора и осью их вращения, в частности, за счет меньшей вращаемой массы второй турбины (массы лопаток второй турбины и массы ротора второго электрогенератора). А это обеспечивает увеличение скорости вращения первой и второй турбин даже при малых скоростях потока среды, в частности, обеспечивается достаточная скорость вращения при ветровом потоке менее чем 4 м/сек.The execution of the annular first rotor with the first turbine and the second generator with the second turbine in the form of a single rotatable unit, in which the internal parts of the blades of the first turbine are mounted on the second stator of the second electric generator, allows to increase the efficiency of the use of the medium flow in the direction of the axis of rotation of this single rotatable block. This is due to the fact that the use of the medium flow in the direction of the axis of rotation of the first turbine is reduced due to a decrease in the radius of rotation of the first turbine and its greater rotational mass (the mass of the blades of the first turbine, the rotor of the first generator, the stator of the second generator). At the same time, the location of the second (smaller) turbine concentrically and inside the first turbine increases the use of the fluid flow between the stator of the second generator and the axis of rotation, in particular, due to the smaller rotational mass of the second turbine (mass of the blades of the second turbine and the mass of the rotor of the second generator) . And this provides an increase in the rotational speed of the first and second turbines even at low flow rates of the medium, in particular, a sufficient rotational speed with a wind flow of less than 4 m / s is provided.

Соединение посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, обмотки второго статора соответственно с обмотками кольцевого первого ротора через преобразователи переменного тока в постоянный, позволяет обеспечить эффективное возбуждение первого статора без использования массивных постоянных магнитов в первом роторе. При этом за счет особенностей выполнения указанного единого вращаемого блока обеспечивается повышение скорости вращения второй турбины со вторым ротором и соответствующее повышение отдаваемой постоянной мощности вторым электрогенератором в обмотки возбуждения первого ротора.The connection by means of the transmission of electric power generated by the second electric generator of the windings of the second stator, respectively, with the windings of the annular first rotor through AC to DC converters, allows for the effective excitation of the first stator without using massive permanent magnets in the first rotor. In this case, due to the peculiarities of the execution of the indicated single rotatable block, an increase in the speed of rotation of the second turbine with the second rotor and a corresponding increase in the transmitted constant power by the second electric generator in the field windings of the first rotor are provided.

Расположение средств передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, внутри лопаток первой турбины позволяет обеспечить бесконтактную передачу вырабатываемой мощности вторым электрогенератором в обмотки возбуждения первого ротора без изменения аэродинамической формы лопаток первой турбины.The location of the means of transmission of electric power generated by the second electric generator inside the blades of the first turbine allows for the non-contact transmission of the generated power by the second electric generator to the field windings of the first rotor without changing the aerodynamic shape of the blades of the first turbine.

Вращение лопаток первой и второй турбин в противоположных направлениях значительно повышает вырабатываемую мощность вторым электрогенератором. Эта мощность или часть ее может использоваться как на питание обмотки возбуждения первого ротора, так и на вспомогательные нужды установки, в частности на противообледенительный нагрев лопаток первой турбины.The rotation of the blades of the first and second turbines in opposite directions significantly increases the generated power by the second electric generator. This power or part of it can be used both for powering the field winding of the first rotor and for auxiliary needs of the installation, in particular for anti-icing heating of the blades of the first turbine.

Вращение лопаток первой и второй турбин в одном направлении также обеспечивает работу установки за счет того, что скорость вращения второй турбины из-за меньшей ее массы будет всегда больше чем скорость вращения первой турбины. Кроме того, вращение в одном направлении первой и второй турбин обеспечивает более однородный ветровой поток после них.The rotation of the blades of the first and second turbines in one direction also ensures the operation of the installation due to the fact that the rotation speed of the second turbine due to its lower mass will always be greater than the rotation speed of the first turbine. In addition, rotation of the first and second turbines in one direction provides a more uniform wind flow after them.

Дополнение единого вращаемого блока с кольцевым первым ротором с первой турбиной и вторым электрогенератором со второй турбиной, по крайней мере, третьим электрогенератором с третьей турбиной, с закреплением внутренних частей лопаток предыдущей турбины на статоре последующего электрогенератора позволяет обеспечить выработку различных уровней мощности. Причем эти различные уровни мощности можно использовать как на вспомогательные нужды, так и для последовательного ступенчатого повышения мощности для питания обмоток возбуждения первого ротора.The addition of a single rotatable block with an annular first rotor with a first turbine and a second electric generator with a second turbine, at least a third electric generator with a third turbine, with the internal parts of the blades of the previous turbine secured to the stator of the subsequent generator allows the generation of various power levels. Moreover, these various power levels can be used both for auxiliary needs, and for a sequential stepwise increase in power to power the field windings of the first rotor.

Соединение посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой последующим электрогенератором, обмоток последующего статора соответственно с обмотками кольцевого предыдущего ротора через преобразователи переменного тока в постоянный позволяет обеспечить последовательное ступенчатое повышение мощности для питания обмоток возбуждения первого ротора.The connection by means of the transmission of electric power generated by the subsequent electric generator of the windings of the subsequent stator, respectively, with the windings of the annular previous rotor through AC / DC converters, allows for a sequential stepwise increase in power to power the field windings of the first rotor.

Вращение лопаток соседних турбин в противоположных направлениях значительно повышает вырабатываемую мощность последующими электрогенераторами.The rotation of the blades of adjacent turbines in opposite directions significantly increases the generated power by subsequent generators.

Заключение, начиная со второго электрогенератора, соответствующих статора и ротора в кольцевые в плане обтекатели позволяет как снизить сопротивление потоку среды в местах расположения этих статоров и роторов, так и предохранить зазор между ними от попадания в него посторонних предметов.Conclusion, starting with the second electric generator, the corresponding stator and rotor in the annular cowls, both allow reducing the resistance to the flow of the medium at the locations of these stators and rotors, and protect the gap between them from foreign objects entering it.

Подсоединение основных обмоток первого статора к средствам передачи электроэнергии, вырабатываемой первым электрогенератором, при скорости потока среды не выше номинальной, а дополнительные обмотки первого статора дополнительно при скорости потока среды выше номинальной позволяет обеспечить активный режим повышения выходной мощности первого электрогенератора при росте скорости потока среды выше номинальной без пассивного снижения скорости его ротора.The connection of the main windings of the first stator to the means of electricity transmission generated by the first electric generator at a medium flow rate not higher than the nominal, and additional windings of the first stator additionally at a medium flow rate higher than the nominal one, can provide an active mode of increasing the output power of the first electric generator when the medium flow rate increases above the nominal without a passive decrease in the speed of its rotor.

Изложенное выше подтверждает наличие причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом.The above confirms the presence of causal relationships between the totality of the essential features of the claimed invention and the achieved technical result.

Данная совокупность существенных признаков по сравнению с прототипом установки преобразования энергии потока среды позволяет повысить эффективность использования потока среды вдоль оси вращения единого вращаемого блока в виде кольцевого первого ротора с первой турбиной и второго электрогенератора со второй турбиной, в частности, при малых скоростях потока среды через установку.This set of essential features compared with the prototype of the installation of the conversion of energy of the medium flow allows you to increase the efficiency of the medium flow along the axis of rotation of a single rotatable block in the form of an annular first rotor with a first turbine and a second generator with a second turbine, in particular, at low flow rates of the medium through the installation .

Заявленное изобретение поясняется чертежами, на котором одинаковые элементы имеют одинаковые цифровые обозначения и где на:The claimed invention is illustrated by drawings, in which the same elements have the same digital designations and where:

Фиг.1 изображена схема установки преобразования энергии потока среды, продольный разрез;Figure 1 shows a diagram of an installation for converting the energy of a medium flow, a longitudinal section;

Фиг.2 изображена схема установки преобразования энергии потока среды, поперечный разрез;Figure 2 shows a diagram of the installation of the conversion of energy of the flow of the medium, a cross section;

Фиг.3 - вид установки преобразования энергии потока среды в аксонометрии с вырезом одной четверти и расположением первого ротора в торцевом исполнении.Figure 3 is a view of the installation of the conversion of the energy of the flow of the medium in a perspective view with a cutout of one quarter and the location of the first rotor in the end design.

Предпочтительный вариант установки преобразования энергии потока среды выполнен в виде ветроэнергетической установки башенного типа.The preferred embodiment of the installation of the energy conversion of the flow of the medium is made in the form of a wind power installation of a tower type.

В соответствии с Фиг.1-2 установка содержит трубу 1, внутри которой расположены первая турбина с первым электрогенератором и вторая турбина со вторым электрогенератором, первые средства центрирования кольцевого первого ротора 2 с зазором 3 относительно первого статора 4 в первом электрогенераторе, вторые средства центрирования кольцевого второго ротора 5 с зазором 6 относительно второго статора 7 во втором электрогенераторе. При этом кольцевой первый ротор 2 с первой турбиной и второй электрогенератор со второй турбиной выполнены в виде единого вращаемого блока, в котором внутренние части 8 лопаток 9.1-9.N первой турбины закреплены на втором статоре 7, с внешней его стороны, во втором электрогенераторе. Внешние части 10 лопаток 9.1-9.N первой турбины закреплены на кольцевом первом роторе 2, с внутренней его стороны, в первом электрогенераторе. Внешние части 11 лопаток 12.1-12.М второй турбины закреплены на внутренней стороне кольцевого второго ротора 5. Конструктивно вторая турбина со вторым электрогенератором расположена концентрически внутри первой турбины с первым электрогенератором с обеспечением независимого вращения их роторов с соответствующими турбинами. Статоры и роторы выполнены в виде соответственно первой и второй частей с промежутком между ними, конфигурация которого достаточна для выполнения в нем конусной поверхности для элементов каченияIn accordance with Fig.1-2, the installation contains a pipe 1, inside which there is a first turbine with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, the first means for centering the annular first rotor 2 with a gap 3 relative to the first stator 4 in the first electric generator, the second means for centering the annular the second rotor 5 with a gap of 6 relative to the second stator 7 in the second generator. In this case, the annular first rotor 2 with the first turbine and the second generator with the second turbine are made in the form of a single rotatable block, in which the internal parts 8 of the blades 9.1-9.N of the first turbine are mounted on the second stator 7, from the outside, in the second generator. The outer parts 10 of the blades 9.1-9.N of the first turbine are mounted on an annular first rotor 2, from its inner side, in the first electric generator. The outer parts 11 of the blades 12.1-12.M of the second turbine are fixed on the inner side of the annular second rotor 5. Structurally, the second turbine with the second electric generator is located concentrically inside the first turbine with the first electric generator, ensuring independent rotation of their rotors with the corresponding turbines. The stators and rotors are made in the form of, respectively, the first and second parts with a gap between them, the configuration of which is sufficient to make it a conical surface for rolling elements

Средства центрирования кольцевого первого ротора 2 относительно первого статора 4 выполнены в виде элементов 13 качения, которые расположены в конусной части 14 зазоров между первым статором 4 и кольцевым первым ротором 2. Средства центрирования кольцевого второго ротора 5 относительно второго статора 7 выполнены в виде элементов 15 качения, которые расположены в конусной части 16 зазоров между вторым статором 7 и кольцевым вторым ротором 5. Также в качестве средств центрирования в установке могут быть использованы и другие известные технические решения, обеспечивающие центрирование кольцевого ротора относительно статора, в том числе и с различным расположением элементов качения. При этом взаимное расположение статоров и роторов с зазором друг относительно друга также может быть различным (например, как показано на Фиг.3, - торцевое расположение ротора 17 относительно статора 18).The centering means of the annular first rotor 2 relative to the first stator 4 are made in the form of rolling elements 13, which are located in the conical portion 14 of the gaps between the first stator 4 and the annular first rotor 2. The centering means of the second ring rotor 5 relative to the second stator 7 are made in the form of rolling elements 15 which are located in the conical portion 16 of the gaps between the second stator 7 and the annular second rotor 5. Other well-known technical methods can also be used as centering means in the installation s solutions to ensure centering of the ring of the rotor relative to the stator, including a different arrangement of the rolling elements. In this case, the relative position of the stators and rotors with a gap relative to each other can also be different (for example, as shown in FIG. 3, the end position of the rotor 17 relative to the stator 18).

Первый и второй электрогенераторы содержат средства передачи вырабатываемой ими электроэнергии. Посредством средств передачи второго электрогенератора обмотки второго статора 7 соединены соответственно с обмотками кольцевого первого ротора 2 через преобразователи (не показаны) переменного тока в постоянный, например, в виде полупроводниковых выпрямительных элементов. При этом средства передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, расположены внутри лопаток 9.1-9.N первой турбины.The first and second electric generators contain means for transmitting the electricity generated by them. By means of transmission means of the second electric generator, the windings of the second stator 7 are connected respectively to the windings of the annular first rotor 2 through AC / DC converters (not shown), for example, in the form of semiconductor rectifier elements. At the same time, the means for transmitting electric power generated by the second electric generator are located inside the blades 9.1-9.N of the first turbine.

В одном из вариантов выполнения установка содержит в едином вращаемом блоке с кольцевым первым ротором 2 с первой турбиной и вторым электрогенератором со второй турбиной, по крайней мере, третий электрогенератор с третьей турбиной (не показана). При этом внутренние части лопаток предыдущей турбины (начиная с лопаток первой турбины) закреплены на статоре последующего электрогенератора. Конструктивно каждая последующая (в сторону уменьшения их размеров) турбина с соответствующим электрогенератором расположена концентрически внутри предыдущей (большей по размеру) турбины с соответствующим электрогенератором с обеспечением независимого вращения их кольцевых роторов с соответствующими турбинами. При этом посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой последующим электрогенератором, обмотки последующего статора соединены соответственно с обмотками кольцевого предыдущего ротора через преобразователи переменного тока в постоянный. Эти средства передачи или их элементы от статора последующего электрогенератора к кольцевому ротору предыдущего электрогенератора расположены в лопатках предыдущей турбины.In one embodiment, the installation comprises, in a single rotatable block with an annular first rotor 2 with a first turbine and a second electric generator with a second turbine, at least a third electric generator with a third turbine (not shown). The internal parts of the blades of the previous turbine (starting from the blades of the first turbine) are fixed on the stator of the subsequent generator. Structurally, each subsequent (in the direction of decreasing their size) turbine with a corresponding electric generator is located concentrically inside the previous (larger) turbine with a corresponding electric generator, ensuring independent rotation of their ring rotors with corresponding turbines. In this case, by means of transmission of electricity generated by the subsequent electric generator, the windings of the subsequent stator are connected respectively to the windings of the annular previous rotor via AC to DC converters. These transmission means or their elements from the stator of the subsequent electric generator to the annular rotor of the previous electric generator are located in the blades of the previous turbine.

В последнем электрогенераторе, в самом меньшем по диаметру, его кольцевой ротор может содержать постоянные магниты для возбуждения тока в его статоре. В других вариантах могут быть использованы различные известные схемы возбуждения или самовозбуждения без использования постоянных магнитов, например, как это приведено в патенте Украины с №50195 А.In the last generator, the smallest in diameter, its ring rotor may contain permanent magnets to excite current in its stator. In other embodiments, various known schemes of excitation or self-excitation without the use of permanent magnets can be used, for example, as described in the patent of Ukraine with No. 50195 A.

Начиная со второго электрогенератора, соответствующие статоры и кольцевые роторы заключены в кольцевые (в плане) обтекатели 19, которые выполнены с кольцевым пазом 20 для прохождения в нем соответствующего кольцевого ротора.Starting from the second electric generator, the corresponding stators and ring rotors are enclosed in ring (in plan) fairings 19, which are made with an annular groove 20 for the passage of the corresponding ring rotor.

Лопатки соседних турбин расположены под углом атаки, который обеспечивает вращение соседних турбин или в противоположных направлениях или в одном направлении.The blades of adjacent turbines are located at an angle of attack, which ensures the rotation of neighboring turbines in either opposite directions or in the same direction.

Средства центрирования роторов относительно соответствующих статоров конструктивно могут быть выполнены других типов, которые позволяют обеспечить центрирование кольцевых роторов.Means for centering the rotors relative to the respective stators can be structurally made of other types, which can provide centering of the ring rotors.

Также электрогенераторы большей мощности и соответственно большего размера могут использоваться со ступенчатым питанием роторов предыдущих электрогенераторов от последующих с отдачей мощности потребителю, а электрогенераторы меньшей мощности и соответственно меньшего размера могут использоваться также со ступенчатым питанием роторов предыдущих электрогенераторов от последующих с отдачей мощности для независимого питания вспомогательных цепей установки. При этом в обоих случаях роторы последних электрогенераторов имеют постоянные магниты.Also, generators of a larger capacity and, accordingly, larger size can be used with stepwise supply of rotors of the previous generators from the subsequent ones with power output to the consumer, and generators of lower power and correspondingly smaller sizes can also be used with stepwise supply of the rotors of the previous generators from the next ones with power output for independent power supply of auxiliary circuits installation. Moreover, in both cases, the rotors of the last electric generators have permanent magnets.

Также в одном из вариантов выполнения установка преобразования энергии потока среды может быть выполнена в виде гидротехнической установки (не показана), в которой поток жидкости через трубу приводит во вращение турбины электрогенераторов установки, обмотки роторов и статоров которой выполнены гидроизолированными.Also, in one embodiment, the installation of converting the energy of the flow of the medium can be made in the form of a hydraulic installation (not shown), in which the fluid flow through the pipe drives the turbines of the electric generators of the installation, the windings of the rotors and stators of which are waterproofed.

В одном из вариантов выполнения установки первый статор первого электрогенератора содержит основные обмотки и дополнительные обмотки, при этом основные обмотки присоединены к средствам передачи электроэнергии, вырабатываемой первым электрогенератором, при скорости потока среды не выше номинальной, а дополнительные обмотки первого статора дополнительно присоединяют при скорости потока среды выше номинальной.In one embodiment of the installation, the first stator of the first electric generator contains the main windings and additional windings, while the main windings are connected to the means for transmitting electricity generated by the first electric generator at a medium flow rate not higher than the nominal one, and additional windings of the first stator are additionally connected at a medium flow rate above par.

В случае независимой работы каждого электрогенератора ротор каждого из них может содержать постоянные магниты или могут быть использованы иные известные схемы возбуждения (самовозбуждения) без использования постоянных магнитов.In the case of independent operation of each electric generator, the rotor of each of them may contain permanent magnets or other known excitation (self-excitation) schemes can be used without the use of permanent magnets.

Части лопаток всех турбин могут быть закреплены на обечайках (не показаны) соответствующих роторов и статоров, с которыми также могут контактировать элементы центрирования в виде элементов качения.Parts of the blades of all turbines can be fixed on the shells (not shown) of the respective rotors and stators, with which centering elements in the form of rolling elements can also contact.

Установка преобразования энергии потока среды, которая выполнена в виде ветроэнергетической установки башенного типа, работает следующим образом.The installation of energy conversion of the flow of the medium, which is made in the form of a tower-type wind power installation, works as follows.

Поток среды в виде восходящего ветрового потока (на Фиг.1 и 3 показан стрелками) в башне вступает во взаимодействие с лопатками 9.1-9.N первой турбины и лопатками 12.1-12.М второй турбины. При этом в силу меньшей инерционности из-за меньшей своей массы сначала начинает вращаться вторая турбина с кольцевым вторым ротором 5. Потом начинает вращаться первая турбина с кольцевым первым ротором 2 первого электрогенератора и вторым статором 7 второго электрогенератора, но уже с меньшей скоростью из-за большей их массы. Вращающиеся постоянные магниты кольцевого второго ротора 5 возбуждают токи в обмотках второго статора 7 второго электрогенератора, выходное напряжение с которого выпрямляется и подается на обмотки возбуждения кольцевого первого ротора 2. Выходная мощность первого электрогенератора направляется потребителю.The medium flow in the form of an upward wind flow (shown in arrows in Figs. 1 and 3) in the tower interacts with the blades 9.1-9.N of the first turbine and the blades 12.1-12.M of the second turbine. Moreover, due to its lower inertia, due to its lower mass, the second turbine with the second ring rotor 5 starts to rotate first. Then the first turbine begins to rotate with the ring first rotor 2 of the first generator and the second stator 7 of the second generator, but at a lower speed because their greater mass. Rotating permanent magnets of the annular second rotor 5 excite currents in the windings of the second stator 7 of the second generator, the output voltage from which is rectified and supplied to the excitation windings of the annular first rotor 2. The output power of the first generator is directed to the consumer.

При вращении лопаток первой и второй турбин в противоположные стороны вторым электрогенератором вырабатывается большая выходная мощность в силу большей разности в скоростях вращения кольцевого первого ротора 2 и кольцевого второго ротора 5, что обеспечивает большую мощность возбуждения в первом кольцевом роторе 2.When the blades of the first and second turbines rotate in opposite directions, the second electric generator generates a large output power due to the greater difference in the rotational speeds of the annular first rotor 2 and the annular second rotor 5, which provides a large excitation power in the first annular rotor 2.

В варианте выполнения установки преобразования энергии потока среды в виде ветроэнергетической установки башенного типа, по крайней мере, с третьим электрогенератором с третьей турбиной выполняется ступенчатое возбуждение роторов всех электрогенераторов от последнего электрогенератора, элементы которого имеют самые меньшие размеры и в кольцевом роторе которого используются постоянные магниты небольшой массы.In an embodiment of the installation for converting the energy of a medium flow in the form of a tower-type wind power installation, at least a third electric generator with a third turbine performs stepwise excitation of the rotors of all electric generators from the last electric generator, the elements of which are of the smallest size and in the ring rotor of which permanent magnets are small masses.

Хотя здесь показаны и описаны варианты, которые признаны лучшими для осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что можно осуществлять разнообразные изменения и модификации и элементы можно заменять на эквивалентные, не выходя при этом за пределы объема притязаний настоящего изобретения. В частности, такие термины, как «первый», «второй», «третий», приведены в настоящей заявке из соображений удобства и не являются терминами, которые ограничивают объем прав по заявке. При этом термин «соответствующие» следует понимать как первый элемент установки с другим первым элементом, второй - с вторым и т.д. А термины «предыдущий» и «последующий» следует понимать как рядом расположенные турбины и/или электрогенераторы, если считать от первого (большего размера) к последнему (меньшего размера).Although shown and described as the best embodiments for carrying out the present invention, those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made and elements can be replaced with equivalent ones without departing from the scope of the present invention. In particular, terms such as “first”, “second”, “third” are given in this application for convenience and are not terms that limit the scope of rights in the application. Moreover, the term “relevant” should be understood as the first installation element with another first element, the second with the second, etc. And the terms “previous” and “subsequent” should be understood as adjacent turbines and / or generators, if you count from the first (larger) to the last (smaller).

Claims (10)

1. Установка преобразования энергии потока среды, содержащая трубу с расположенными в ней первой турбиной с первым электрогенератором и второй турбиной со вторым электрогенератором, первые средства центрирования кольцевого первого ротора с зазором относительно первого статора в первом электрогенераторе, вторые средства центрирования кольцевого второго ротора с зазором относительно второго статора во втором электрогенераторе, при этом внешние части лопаток первой турбины закреплены в кольцевом первом роторе, а внешние части лопаток второй турбины закреплены на кольцевом втором роторе, первый и второй электрогенераторы содержат средства передачи вырабатываемой ими электроэнергии, отличающаяся тем, что кольцевой первый ротор с первой турбиной и второй электрогенератор со второй турбиной выполнены в виде единого вращаемого блока, в котором внутренние части лопаток первой турбины закреплены на втором статоре второго электрогенератора.1. Installation of energy conversion of the medium flow, comprising a pipe with a first turbine with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator located in it, the first means for centering the annular first rotor with a gap relative to the first stator in the first electric generator, the second means for centering the annular second rotor with a gap relative to the second stator in the second generator, while the outer parts of the blades of the first turbine are fixed in the annular first rotor, and the outer parts of the blades the second turbine is mounted on an annular second rotor, the first and second electric generators contain means for transmitting electricity generated by them, characterized in that the annular first rotor with a first turbine and the second electric generator with a second turbine are made in the form of a single rotatable unit in which the inner parts of the blades of the first turbine are fixed on the second stator of the second power generator. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, обмотки второго статора соединены соответственно с обмотками кольцевого первого ротора через преобразователи переменного тока в постоянный.2. Installation according to claim 1, characterized in that by means of the transmission of electricity generated by the second electric generator, the windings of the second stator are connected respectively to the windings of the annular first rotor through AC / DC converters. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что средства передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, расположены внутри лопаток первой турбины.3. The installation according to claim 2, characterized in that the means for transmitting electric power generated by the second electric generator are located inside the blades of the first turbine. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что лопатки первой и второй турбин выполнены для обеспечения их вращения в противоположных направлениях.4. Installation according to claim 1, characterized in that the blades of the first and second turbines are made to ensure their rotation in opposite directions. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что лопатки первой и второй турбин выполнены для обеспечения их вращения в одном направлении.5. Installation according to claim 1, characterized in that the blades of the first and second turbines are made to ensure their rotation in one direction. 6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что единый вращаемый блок кольцевого первого ротора с первой турбиной и второго электрогенератора со второй турбиной содержит, по крайней мере, третий электрогенератор с третьей турбиной, при этом внутренние части лопаток предыдущей турбины закреплены на статоре последующего электрогенератора.6. Installation according to claim 1, characterized in that the single rotatable block of the annular first rotor with the first turbine and the second electric generator with the second turbine contains at least a third electric generator with a third turbine, while the inner parts of the blades of the previous turbine are mounted on the stator of the subsequent electric generator. 7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой последующим электрогенератором, обмотки последующего статора соединены соответственно с обмотками кольцевого предыдущего ротора через преобразователи переменного тока в постоянный.7. The installation according to claim 6, characterized in that by means of the transmission of electricity generated by the subsequent electric generator, the windings of the subsequent stator are connected respectively to the windings of the annular previous rotor through AC / DC converters. 8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что лопатки соседних турбин выполнены для обеспечения их вращения в противоположных направлениях.8. Installation according to claim 6, characterized in that the blades of adjacent turbines are made to ensure their rotation in opposite directions. 9. Установка по п.6, отличающаяся тем, что начиная со второго электрогенератора соответствующие статоры и роторы заключены в кольцевые
обтекатели, которые выполнены с кольцевым пазом для прохождения в нем соответствующего ротора.9. Installation according to claim 6, characterized in that starting from the second electric generator, the corresponding stators and rotors are enclosed in ring
fairings, which are made with an annular groove for the passage of the corresponding rotor in it. 10. Установка по любому из пп.1 или 7, отличающаяся тем, что первый статор первого электрогенератора содержит основные обмотки и дополнительные обмотки, при этом основные обмотки подсоединены к средствам передачи вырабатываемой первым электрогенератором электроэнергии при скорости потока среды не выше номинальной, а дополнительные обмотки первого статора дополнительно подсоединены при скорости потока среды выше номинальной. 10. Installation according to any one of claims 1 or 7, characterized in that the first stator of the first electric generator contains the main windings and additional windings, while the main windings are connected to transmission means of the electricity generated by the first electric generator at a medium flow rate not higher than nominal, and additional windings the first stator is additionally connected at a flow rate above the nominal.
RU2008127650/06A 2008-07-07 2008-07-07 Unit to convert medium flow power RU2381379C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008127650/06A RU2381379C1 (en) 2008-07-07 2008-07-07 Unit to convert medium flow power

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008127650/06A RU2381379C1 (en) 2008-07-07 2008-07-07 Unit to convert medium flow power

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2381379C1 true RU2381379C1 (en) 2010-02-10

Family

ID=42123832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008127650/06A RU2381379C1 (en) 2008-07-07 2008-07-07 Unit to convert medium flow power

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2381379C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599223C2 (en) * 2011-09-30 2016-10-10 Энел Грин Пауэр С.П.А. Wind turbine with horizontal axis and secondary wind rotor
RU2774014C1 (en) * 2021-05-31 2022-06-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Installation for alternative energy supply for electrochemical protection of main gas pipeline

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599223C2 (en) * 2011-09-30 2016-10-10 Энел Грин Пауэр С.П.А. Wind turbine with horizontal axis and secondary wind rotor
US9476405B2 (en) 2011-09-30 2016-10-25 Enel Green Power, S.P.A. Horizontal axis wind turbine and secondary wind rotor
RU2774014C1 (en) * 2021-05-31 2022-06-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Installation for alternative energy supply for electrochemical protection of main gas pipeline

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2010294856B2 (en) Wind or water energy installation
US7839048B2 (en) Electrical machine with double-sided stator
US20140284932A1 (en) Turbine generator
EP2378117A1 (en) Wind turbine
US8358026B2 (en) Wave energy turbine for oscillating water column systems
US8461730B2 (en) Radial flux permanent magnet alternator with dielectric stator block
Lebsir et al. Electric generators fitted to wind turbine systems: An up-to-date comparative study
EP2647105A2 (en) Improved rotating electric machine
US8536725B2 (en) Compact wind and water turbine systems
KR100839485B1 (en) The vertical axis-wind power system having multiple rotor blade-type
JP4461078B2 (en) Wind power generator
RU2381379C1 (en) Unit to convert medium flow power
CN110454325A (en) A kind of half straight drive radial compound dual-port permanent magnet synchronous wind generator
WO2010002359A1 (en) Plant for converting medium flow energy
JP2006266107A (en) Wind power generation device
WO2010101796A2 (en) Compact wind and water turbine systems
US20130043683A1 (en) Fluid driven energy conversion apparatus and method
Popescu et al. Aspects regarding the application of electric generators to wind energy conversion using counter rotating turbines
RU2382231C2 (en) Hydro-generator driven by sea current
KR101479863B1 (en) Generator unit
KR101516205B1 (en) Vertical type generator
Deb et al. A HTS synchronous machine with rotating armature for wind power applications
RU2320889C2 (en) Electric machine for power plant with medium flowing through pipe
RU194052U1 (en) Hydroelectric turbine
RU2422674C1 (en) Independent wind-driven power station

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110708