RU2750480C2 - Method and apparatus for generation of electric power - Google Patents
Method and apparatus for generation of electric power Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750480C2 RU2750480C2 RU2017138779A RU2017138779A RU2750480C2 RU 2750480 C2 RU2750480 C2 RU 2750480C2 RU 2017138779 A RU2017138779 A RU 2017138779A RU 2017138779 A RU2017138779 A RU 2017138779A RU 2750480 C2 RU2750480 C2 RU 2750480C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- accelerator
- flow
- screw
- stator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/10—Submerged units incorporating electric generators or motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B17/00—Other machines or engines
- F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
- F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
- F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для производства электроэнергии на воздушных и водных потоках. Изобретение использует в качестве энергоносителя ветровой или водный поток переменной скорости, при этом позволяет делать электростанцию очень эффективной, лёгкой и недорогой.The invention relates to the field of energy and can be used to generate electricity on air and water streams. The invention uses a wind or water flow of variable speed as an energy carrier, and at the same time makes it possible to make a power plant very efficient, lightweight and inexpensive.
На данный момент времени ветроэнергетические установки делают с ветроколёсами большого диаметра до 100 м и более, которые через редуктор раскручивают ротор генератора значительно меньшего диаметра, не превышающего 1÷2 м. Такая схема выработки электроэнергии обладает очень низким КПД, за счет потерь энергии на трение. At this point in time, wind power plants are made with large-diameter wind wheels up to 100 m or more, which, through a gearbox, spin the rotor of a generator of a much smaller diameter, not exceeding 1 ÷ 2 m. Such a power generation scheme has a very low efficiency due to energy losses due to friction.
Мощность, вырабатываемая генератором за счет потока ветра или воды, равна: The power generated by the generator due to the flow of wind or water is equal to:
P = F ∙ ρ ∙ V3/2, P = F ∙ ρ ∙ V3 / 2,
где Р – вырабатываемая мощность Вт; F – площадь сечения потока, проходящего через турбину, м2; ρ – плотность потока вещества, проходящего через турбину, кг/м3; V – скорость потока вещества, проходящего через турбину, м/с. where P is the generated power W; F is the cross-sectional area of the flow passing through the turbine, m 2 ; ρ is the density of the substance flow passing through the turbine, kg / m 3 ; V is the speed of the substance flow passing through the turbine, m / s.
Для выработки большего количества электроэнергии можно увеличить площадь турбины или увеличить плотность потока, но наибольший рост мощности связан с увеличением скорости потока. Чтобы доказать на практике эффективность увеличения скорости потока был предложен способ создания “Ускорителей потока”. To generate more electricity, you can increase the turbine area or increase the flow density, but the largest increase in power is associated with an increase in the flow rate. In order to prove in practice the efficiency of increasing the flow rate, a method of creating “Flow Accelerators” was proposed.
В качестве аналога технического решения является способ производства электроэнергии [1] (А.Е. Волков – Патент РФ, RU 2348831, C2 F03D 11/00, 26.012.2007 г.), названный Парашютный захват. Для увеличения скорости ветра было предложено увеличить площадь захвата ветрового потока с целью его концентрации на ветротурбине. Турбина была установлена в узкой части сопла, в месте перехода конфузора в диффузор. Созданная новая электростанция позволила определить на практике эффективность применения ускорителя ветрового потока. При всей массе конструкции ветроэлектростанции равной 10 кг, при ветре 8 м/сек выработка электроэнергии достигала 1 КВт. Первые испытания, проведенные в мае 2007 г. в г. Нижняя Салда, показали, что ветростанция может работать на ветре 2,5÷3,5м/с. При такой скорости мачтовые ветростанции не работают. Для изготовления ускорителя в виде сопла не требуется больших затрат, так как он может быть создан из ткани. В отличие от классических ветростанций отпадает необходимость строительства высотных башен, использования редукторов и механизмов поворота конструкции под ветер. Испытания ветроэлектростанции с Ускорителем потока были проведены с использованием распространенного серийного генератора Air-X разработки США, стоимость которого достигала 1000 $. Главный недостаток серийного генератора, это невозможность работать выше скорости 12,5 м/сек, по превышению которой включается автоматическое торможение. Используя ускорители потока, способные увеличивать обычную скорость ветра в два, три, четыре и более раза, стандартные генераторы становятся непригодными. As an analogue of the technical solution is a method of generating electricity [1] (AE Volkov - RF Patent, RU 2348831, C2 F03D 11/00, 26.012.2007), called Parachute grip. To increase the wind speed, it was proposed to increase the capture area of the wind flow in order to concentrate it on the wind turbine. The turbine was installed in the narrow part of the nozzle, at the point where the converging tube passes into the diffuser. The created new power plant made it possible to determine in practice the effectiveness of the use of the wind flow accelerator. With the entire weight of the wind farm structure equal to 10 kg, with a wind of 8 m / s, power generation reached 1 kW. The first tests, carried out in May 2007 in the city of Nizhnaya Salda, showed that the wind farm can operate on a wind of 2.5 ÷ 3.5 m / s. At this speed, the mast wind farms do not work. It is not expensive to make an accelerator in the form of a nozzle, since it can be made of cloth. Unlike classical wind farms, there is no need to build high-rise towers, use gearboxes and mechanisms for turning the structure under the wind. The Stream Accelerator wind farm was tested using the widely used US-developed Air-X commercial generator, which cost up to $ 1000. The main disadvantage of the serial generator is the inability to work above a speed of 12.5 m / s, upon exceeding which automatic braking is activated. By using stream boosters that can double, three, four or more times normal wind speed, standard generators become unusable.
Генератор Air-x с ускорителем потока был испытан на реке, где скорость воды достигла 0,5 м/сек, но и там этот генератор оказался непригодным, так как не позволял разгонять ротор. The Air-x generator with a flow accelerator was tested on the river, where the water speed reached 0.5 m / s, but even there this generator turned out to be unsuitable, since it did not allow the rotor to accelerate.
Таким образом, возникла проблема создания нового генератора, использующего ускоритель для разгона потока до высоких скоростей и использующего ротор по диаметру превышающий диаметр винта [2] (Ю.А. Кулик – Электрические машины, - М.: Из-во “Высшая школа”, 1996 г., стр. 36). Величина э.д.с., индуктируемая генератором, прямо пропорциональна магнитному потоку Ф, создаваемому главными полюсами и частоте вращения ротора n: Thus, the problem arose of creating a new generator using an accelerator to accelerate the flow to high speeds and using a rotor in diameter exceeding the diameter of the screw [2] (Yu.A. Kulik - Electric machines, - M .: Iz-vo "Higher school", 1996, p. 36). The magnitude of the emf induced by the generator is directly proportional to the magnetic flux Ф created by the main poles and the rotor speed n:
E = CФn, E = CFn,
где C - постоянный коэффициент, учитывающий число витков обмотки якоря, число пар полюсов и другие постоянные величины. where C is a constant factor that takes into account the number of turns of the armature winding, the number of pole pairs and other constants.
Э.д.с. Eс одного активного проводника длиной l и индукцией B равна: , E.m.s. E with one active conductor of length l and induction B is equal to: ,
где Дa – внешний диаметр ротора. where Da is the outer diameter of the rotor.
[3]. (С.А. Мусский – Сто великих чудес техники – М.: Из-во “Вече”, 2003 г., стр.33÷35). Мощность, вырабатываемая генератором, пропорционально зависит от частоты вращения и диаметра ротора, то есть от линейной скорости перемещения полюсов ротора, относительно зубцов статора. [3]. (S. A. Mussky - One Hundred Great Wonders of Technology - M .: Iz-in "Veche", 2003, pp. 33 ÷ 35). The power generated by the generator is proportionally dependent on the speed and diameter of the rotor, that is, on the linear speed of movement of the rotor poles relative to the stator teeth.
В качестве прототипа предложен способ и устройство производства электроэнергии [4] (Изобретение по GB 2502779 А, 11.12.2013, F03B17/06, с.3-5, фиг.21-33, всего в документе 15 страниц). Из уровня техники известен способ производства электроэнергии методом захвата воздушных и водных потоков заключающийся в том, что ускорение вращения рабочих лопаток 10 винта 8 и магнитных полюсов 38 ротора 36 относительно статора 39 осуществляют за счет потока ветра или воды, ускоренного ускорителем потока являющегося соплом, состоящим из конфузора 2 и диффузора 3, при этом увеличение скорости вращения винта 8 производится за счет его размещения в критическом сечении сопла, а полюса 38 ротора 36 приобретают дополнительную скорость за счет их жесткого крепления и размещения за винтом 8, внутри корпуса ускорителя потока, таким образом, создается схема выработки электроэнергии, где минимальное количество механизмов - вращающийся винт 8 с ротором и стационарный статор 39 с корпусом, который одновременно выполняет функцию захвата и ускорителя потока, ротор 36 и статор 39 имеют диаметр, превышающий диаметр ускорителя, тем самым позволяя вырабатывать большее количество электроэнергии.As a prototype, the proposed method and device for generating electricity [4] (Invention according to GB 2502779 A, 11.12.2013, F03B17 / 06, p. 3-5, Fig. 21-33, in total there are 15 pages in the document). From the prior art, there is a known method of generating electricity by capturing air and water flows, which consists in the fact that the acceleration of rotation of the
[5]. (Б.В. Зубков, С.В. Чумаков – Энциклопедический словарь юного техника – М.: Из-во “Педагогика”, 1988 г., стр.87). Лопасти турбины вращает воздух, а не вода, поэтому пропорционально плотности воздуха, которая меньше, примерно, в 775 раз плотности воды, данный прототип вырабатывает с той же площади меньшее количество электроэнергии. Таким образом, схема, имея две ступени преобразования энергии, имеет низкий КПД по выработке электроэнергии. [five]. (B.V. Zubkov, S.V. Chumakov - Encyclopedic Dictionary of a Young Technician - M .: Publishing House "Pedagogy", 1988, p. 87). The turbine blades rotate air, not water, therefore, in proportion to the air density, which is approximately 775 times less than the water density, this prototype generates less electricity from the same area. Thus, the circuit, having two stages of energy conversion, has a low efficiency in terms of power generation.
Задачей изобретения является повышение эффективности использования и расширение технических возможностей за счёт более полной выработки электроэнергии с воздушного или водного потока, имеющего переменную скорость, снижение стоимости электростанций, повышение эффективности и снижение общей массы электростанции. The objective of the invention is to increase the efficiency of use and expand the technical capabilities due to a more complete generation of electricity from an air or water stream having a variable speed, reducing the cost of power plants, increasing efficiency and reducing the total weight of the power plant.
Поставленная задача достигается тем, что в способе производства электроэнергии методом захвата воздушных и/или водных потоков, заключающемся в том, что ускорение вращения рабочих лопаток винта и магнитных полюсов по меньшей мере одного ротора относительно статора осуществляют за счет потока ветра и/или воды, ускоренного ускорителем потока являющегося соплом, состоящим из конфузора и диффузора, при этом винт размещают в критическом сечении сопла, а полюса ротора закрепляют за винтом, диаметры ротора и статора выполняют превышающими диаметр ускорителя, согласно изобретению, ротор и статор размещают за корпусом ускорителя в отдельном внешнем корпусе, который закрепляют стойками на жестком корпусе ускорителя, при этом вращение ротору передают через ось, закрепленную на оси винта. The task is achieved by the fact that in the method of generating electricity by capturing air and / or water flows, which consists in the fact that the acceleration of rotation of the rotor blades and the magnetic poles of at least one rotor relative to the stator is carried out due to the flow of wind and / or water, accelerated a flow accelerator, which is a nozzle, consisting of a confuser and a diffuser, while the screw is placed in the critical section of the nozzle, and the rotor poles are fixed to the screw, the diameters of the rotor and stator are exceeding the diameter of the accelerator, according to the invention, the rotor and stator are placed behind the accelerator body in a separate outer casing , which is fixed by racks on the rigid body of the accelerator, while the rotation of the rotor is transmitted through the axis, fixed on the axis of the screw.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для производства электроэнергии из воздушных и/или водных потоков, содержащем ускоритель потока, выполненный в виде сопла, состоящего из конффузора и диффузора, механизмов в виде осей, подшипников, обтекателя, лопастей винта, преобразующих движение потока во вращение ротора относительно статора, составляющих генератор, при этом ускоритель представляет из себя жесткий корпус, всей площадью захватывающий неускоренный поток с возможностью его ускорения в критической части сопла, в которой на оси размещен винт, за которым закрепляют полюса ротора, обтекатель закреплен на корпусе укорителя, а диаметры ротора и статора превышают диаметр ускорителя, согласно изобретению, устройство снабжено муфтами сцепления, направляющими и выправляющими аппаратами, причем винт размещен на оси, закрепленной в подшипниках, удерживаемых в обтекателе, закрепленном через лопасти направляющего и выправляющего аппаратов на корпусе ускорителя, а ротор и статор размещены за корпусом ускорителя в отдельном внешнем корпусе, закрепленном стойками на жестком корпусе ускорителя, при этом вращение ротору передается через ось, закрепленную на оси винта. The task is achieved by the fact that in a device for generating electricity from air and / or water flows, containing a flow accelerator made in the form of a nozzle consisting of a cone and a diffuser, mechanisms in the form of axes, bearings, fairing, propeller blades that convert the flow of flow into rotation of the rotor relative to the stator that make up the generator, while the accelerator is a rigid body, the entire area captures the unaccelerated flow with the possibility of its acceleration in the critical part of the nozzle, in which a screw is placed on the axis, to which the rotor poles are fixed, the fairing is fixed on the accelerator body, and the diameters of the rotor and stator exceed the diameter of the accelerator, according to the invention, the device is equipped with clutches, guides and straightening devices, and the screw is located on an axis fixed in bearings held in a fairing fixed through the blades of the guide and straightening devices on the accelerator body, and the rotor and stator placed behind the body of the accelerator in a separate outer body, fixed by racks on the rigid body of the accelerator, while the rotation of the rotor is transmitted through the axis, fixed on the axis of the screw.
Винт установлен с возможностью раскручивания в разные стороны одного или нескольких роторов за счет муфт сцепления, а лопасти винта и лопасти направляющего и выправляющего аппаратов снабжены механизмами поворота для изменения угла наклона в зависимости от изменения скорости потока.The propeller is installed with the possibility of unwinding in different directions of one or several rotors due to clutches, and the propeller blades and blades of the guide and straightening devices are equipped with rotation mechanisms to change the angle of inclination depending on the change in the flow rate.
Ось установлена во втулке с манжетным уплотнением для предотвращения попадания воды на ротор и статор.The axle is housed in a lip seal sleeve to prevent water from entering the rotor and stator.
Ось выполнена мягкой с возможностью плавной передачи энергии вращения ротору от винта.The axis is made soft with the possibility of smooth transfer of rotational energy to the rotor from the screw.
Ось снабжена муфтой сцепления с возможностью подключения и отключения от ротора.The axle is equipped with a clutch with the ability to connect and disconnect from the rotor.
Муфта сцепления выполнена с возможностью включения за счет компьютерной программы, которая за счет датчиков слежения за скоростью потока улавливает наиболее скоростной поток, не реагируя на низкоскоростные потоки.The clutch is made with the possibility of switching on due to a computer program, which, due to the sensors for tracking the flow rate, catches the most high-speed flow, not responding to low-speed flows.
Устройство снабжено дополнительными гибкими и мягкими конфузором и диффузором, выполненными в виде дополнительного сопла и превышающими по площади жесткий корпус ускорителя. The device is equipped with additional flexible and soft confuser and diffuser, made in the form of an additional nozzle and exceeding the area of the hard body of the accelerator.
Предложенный способ реализует электростанция, представленная на фиг.1. Установка включает жесткий корпус ускорителя потока 1, выполненный в виде сужающегося и расширяющегося сопла, то есть конфузора и диффузора. К корпусу ускорителя через лопатки направляющего аппарата 2 и выправляющего аппарата 3 крепится обтекатель 4, который удерживает подшипники 5, где вращается ось 6, с закрепленными на ней лопастями винта 7. К вершинам лопастей винта крепятся штыри 8, которые удерживают ротор 9, размещенный в статоре 10. Таким образом, конструкция жесткого корпуса ускорителя является одновременно корпусом, где размещен генератор, при этом диаметр ротора превышает диаметр винта, но не превышает внутренний диаметр корпуса. На фиг.2 статор размещен внутри ротора. На фиг.3 показан вариант, который снабжен муфтой сцепления 11, диском 12, вторым статором 13 и вторым ротором 14. Этот вариант предназначен для выработки электроэнергии с потока ветра или воды, скорость которого изменяется в более широком диапазоне. По данной схеме внутри корпуса ускорителя возможно разместить более двух роторов, которые по мере увеличения скорости потока за счет муфт сцепления подключаются к винту или отключаются от него. Диаметр ротора может быть больше диаметра статора и наоборот. Зная в определенной местности диапазон скоростей ветра или воды, возможно, выбрать оптимальное количество роторов и статоров, которые будут вырабатывать электроэнергию. Электростанция может быть снабжена датчиками определения скорости потока в зависимости, от которой идет подключение - отключение роторов. Схема, предложенная для выработки электроэнергии, достаточно универсальная и может использоваться в различных модификациях электростанций.The proposed method is implemented by the power plant shown in Fig. 1. The installation includes a rigid body of the
На данный момент времени, наиболее сложно идет освоение выработки электроэнергии из морских волн. Проблема осложняется тем, что волна несет переменный по скорости поток, который меняет свое направление. При этом плотность энергии, запасенная в волнах, одна из самых высоких. На современных волновых электростанциях в основном преобразование энергии происходит за счет колебательных движений корпуса волнового генератора, где внутри конструкции расположен пружинный маятник или гидроцилиндр. Низкий КПД, разрабатываемых на Западе волновых электростанций, связан с потерей энергии на трение, так как они используют множество ступеней и механизмов. В связи с этим, наиболее целесообразно раскрыть сущность изобретения на схеме работы волновой или ветровой электростанции, использующих ускоритель потока и новую схему работы турбины. At this point in time, the most difficult is the development of power generation from sea waves. The problem is compounded by the fact that the wave carries a variable in speed stream, which changes its direction. At the same time, the energy density stored in the waves is one of the highest. At modern wave power plants, energy is mainly converted due to the oscillatory movements of the wave generator body, where a spring pendulum or hydraulic cylinder is located inside the structure. The low efficiency of wave power plants developed in the West is associated with the loss of energy due to friction, since they use many stages and mechanisms. In this regard, it is most expedient to disclose the essence of the invention on the scheme of operation of a wave or wind power plant using a flow accelerator and a new scheme of turbine operation.
На фиг.4 показан вариант волновой электростанции, использующей генератор, установленный в корпусе ускорителя потока, где два или более ротора размещены за несущим винтом. Эта волновая электростанция работает на вертикальной волне, ускоренной жестким корпусом ускорителя потока 1. Поток воды приводит во вращение винт 7, на котором размещены роторы 9 генератора. Корпус ускорителя закреплен на тросах 15 (или жестких стойках) и удерживается на стационарном регулируемом расстоянии относительно грунта за счет механизмов перемещения 16. Троса крепятся на якоря 17 и удерживают корпус, который легче воды. Вертикальный поток ускоряется за счет внутренней конфигурации корпуса, до максимальной скорости в узкой части сопла, раскручивая винт попеременно то в одну, то в другую сторону заставляя вращаться ротор в генераторе, что позволяет производить электроэнергию. Винт в одну и другую сторону может раскручивать один ротор или сразу несколько роторов, за счет их подключения через муфты сцепления. Поэтому производство электроэнергии возможно вести на оптимальных режимах, в зависимости от высоты волны. Для снижения потерь на трение в схеме отсутствуют механизмы и шестерни в виде редукторов, винт непосредственно предает движение на ротор. Все ротора работают от одного винта. Лопасти винта и лопасти направляющего, и выправляющего аппаратов могут быть снабжены механизмами поворота, то есть изменения угла наклона лопастей в зависимости от изменения скорости потока. Для вращения ротора только в одну сторону, возможно применение механизма изменения угла наклона лопастей, которые могут разворачиваться на 180°. Ротора имеют различный момент инерции, что позволяет при увеличении амплитуды волны и частоты вращения винта в систему вращения подключать большее количество роторов с большим моментом инерции. При уменьшении амплитуды волны и оборотов вращения винта система позволяет отключать ротора с большим моментом инерции за счет муфт сцепления. Для снижения трения ротора и их крепежа при вращении внутри корпуса ускорителя, путем накачки за счет насосов может создаваться газовая среда, которая за счет скользящих манжетных уплотнений 18, отделяется от воды.Figure 4 shows a variant of a wave power plant using a generator installed in the body of the flow accelerator, where two or more rotors are placed behind the rotor. This wave power plant operates on a vertical wave accelerated by the rigid body of the
С целью увеличения эффективности волновой электростанции фиг.5 ротор 9, возможно, делать больше внешнего диаметра корпуса ускорителя потока 1. Для этого ротор 9, возможно, вынести выше корпуса ускорителя потока 1 и вместе со статором разместить в отдельном внешнем корпусе 19 над корпусом ускорителя потока 1. Вращение ротору будет передаваться через ось 20 закрепленную на оси винта 7. Данная схема позволит снизить массу вращающихся деталей, так как ротор будет вращаться в воздухе. Длинная ось 20 установлена во втулке 21 с манжетным уплотнением 18, которая предотвращает попадание воды на ротор и статор. Внешний корпус 19, крепится на корпус ускорителя потока 1 за счет стоек 22. In order to increase the efficiency of the wave power plant of Fig. 5, the
Ось может быть, как жесткой, так и мягкой, типа резинового жгута, гибкой сцепки или пружины. Мягкая ось позволяет плавно передавать энергию вращения ротору от винта и накапливать энергию, обеспечивая более длительное и плавное вращение ротора. Ось может быть снабжена муфтой сцепления, которая включается и отключается по мере надобности. При вращении винта она подключается к ротору, при остановке отключается, позволяя ротору продолжать вращаться по инерции. Ось одновременно может быть гибкой и снабжаться муфтой сцепления. Муфта может быть особенно полезной при работе на волновой электростанции, где амплитуда, а значит скорость потока, не одинаковы и постоянны. Муфта может включаться по компьютерной программе, управляемой с помощью датчиков слежения за частотой волны и скоростью потока, выбирая определенные моменты включения - отключения ротора от винта. Тем самым, возможно, подобрать оптимальный режим выработки электроэнергии.The axle can be either rigid or soft, such as a rubber band, flexible hitch or spring. The soft axle allows for smooth transfer of rotational energy to the rotor from the propeller and accumulates energy, providing a longer and smoother rotor rotation. The axle can be equipped with a clutch that engages and disengages as needed. When the screw rotates, it connects to the rotor, when it stops, it turns off, allowing the rotor to continue rotating by inertia. The axle can be simultaneously flexible and equipped with a clutch. The clutch can be especially useful when working in a wave power plant, where the amplitude, and therefore the flow rate, is not the same and constant. The clutch can be turned on according to a computer program controlled by sensors tracking the wave frequency and flow rate, choosing certain moments of turning on - turning off the rotor from the screw. Thus, it is possible to choose the optimal mode of power generation.
Другим применением для практического использования новой схемы могут быть электростанции с ускорителем потока, где основную функцию по ускорению потока играют готовые природные препятствия, здания или сооружения, которые за счет большой площади ускоряют поток ветра, особенно на узких участках угловых стыков. Для практического использования, предлагается конструкция секционной линейной электростанции, которая размещается на угловых стыках плоскостей естественных преград или архитектурных сооружений. На фиг.6 изображена конструкция секционной линейной ветротурбины, установленной в жесткий корпус ускорителя потока 1, с размещенным по центру винтом 7 с закрепленным снаружи ротором 9 в статоре 10, установленных внутри корпуса. Винт в корпусе удерживается лопастями направляющего 2 и выправляющего 3 аппаратов, которые крепятся к обтекателю 4, где размещены подшипники и ось с винтом.Another application for the practical use of the new scheme can be power plants with a flow accelerator, where the main function of accelerating the flow is played by ready-made natural obstacles, buildings or structures that, due to their large area, accelerate the wind flow, especially in narrow sections of corner joints. For practical use, the design of a sectional linear power plant is proposed, which is located at the corner joints of the planes of natural barriers or architectural structures. Figure 6 shows the design of a sectional linear wind turbine installed in a rigid body of the
Для новой схемы с генератором, размещенным в жестком корпусе ускорителя потока, особый интерес представляют электростанции использующие потоки ветра, потоки речных и морских течений, которые применяют дополнительный гибкий и мягкий конфузор и диффузор, что позволяет значительно увеличить площадь захвата потока ускорителем и площадь диффузора. Конструкция этой установки, изображенной на фиг.7, так же включает жесткий корпус ускорителя потока 1, усиленный дополнительным мягким конфузором 23 и диффузором 24. К жесткому корпусу ускорителя, как и на уже показанной схеме фиг.1 через лопатки направляющего аппарата и выправляющего аппарата крепится обтекатель, который удерживает подшипники, где вращается ось с закрепленными на ней лопастями винта, которые удерживают ротор или ротора. Этот вариант предназначен для выработки электроэнергии с потока ветра или воды, скорость которого необходимо значительно увеличить. Эти станции будут особенно эффективны для ускорения потоков морских течений или для ускорения потоков ветра в северных широтах, что позволит вырабатывать очень большую мощность. По данной схеме внутри жесткого корпуса ускорителя возможно разместить более двух роторов, которые по мере увеличения скорости потока за счет муфт сцепления подключаются к винту или отключаются от него. Якорь 17 служит местом крепления всей электростанции и поворотной осью, удерживая станцию на тросах 15. От якоря возможно протянуть к месту потребления энергии трос-кабель, который соединяется на противоположном конце с генератором. Трос-кабель может совмещать в себе функции крепёжного устройства и кабеля. Мягкие конфузор и диффузор, которые выполнены в виде дополнительного сопла для увеличения площади жесткого корпуса ускорителя, снабжены каркасными кольцами, для того чтобы как можно больше захватывать ветровой или водный поток. Основное предназначение каркасных колец, это удержание конфузора и диффузора в развёрнутом состоянии в момент падения скорости потока, каркасные кольца могут быть как поперечными, так и продольными.For the new circuit with a generator located in a rigid body of the flow accelerator, power plants using wind flows, river and sea currents, which use an additional flexible and soft confuser and diffuser, are of particular interest, which allows to significantly increase the area of flow capture by the accelerator and the area of the diffuser. The design of this installation, shown in Fig. 7, also includes a rigid body of the
[5]. (И.Е. Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Под ред. М.О. Штейнберга. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.; Машиностроение, 1992, стр. 251). Для того чтобы предохранять электростанцию, использующую дополнительный конфузор и диффузор от разрушения при очень сильных потоках ветра и воды, надо закрывать конфузор. Для того чтобы предохранять гидростанцию от разрушения при столкновении с льдинами, кораблями или другими подобными объектами, необходимо её опускать или отводить в сторону. [five]. (IE Idelchik. Handbook on hydraulic resistance. Edited by MO Steinberg. - 3rd ed., Revised and supplemented - M .; Mechanical engineering, 1992, p. 251). In order to protect the power plant using an additional confuser and diffuser from destruction under very strong wind and water flows, it is necessary to close the confuser. In order to protect the hydroelectric power station from destruction in a collision with ice floes, ships or other similar objects, it is necessary to lower it or move it aside.
Все типы электростанций, изображенные на фиг.4, 5, 6, 7 используют жесткий корпус ускорителя потока, в котором по центру в критической части сопла размещен винт, за внешним диаметром которого, непосредственно на винте крепится ротор, вращающийся внутри или снаружи статора, которые крепятся внутри или снаружи корпуса ускорителя. Для увеличения производительности электроэнергии, электростанция может конструироваться из нескольких жестких корпусов ускорителей, которые могут вплотную друг к другу смыкаться в плоскости, смыкаться по линии или использовать дополнительные гибкие диффузоры и конфузоры, для захвата большего по площади потока.All types of power plants shown in Figs. 4, 5, 6, 7 use a rigid body of the flow accelerator, in which a screw is located in the center in the critical part of the nozzle, behind the outer diameter of which, directly on the screw, a rotor is attached, rotating inside or outside the stator, which are mounted inside or outside the body of the accelerator. To increase the productivity of electricity, the power plant can be constructed from several rigid bodies of accelerators, which can close closely to each other in a plane, close along a line, or use additional flexible diffusers and convergers to capture a larger flow area.
Предлагается схема создания электростанций, содержащая ускоритель потока с генератором внутри или с наружи корпуса и винтом, размещенным по центру, вокруг которого в одной или различных плоскостях размещен ротор. Электростанция будет иметь высокий КПД, низкую стоимость и высокую производительность. Поэтому данное изобретение будет полезно при производстве электроэнергии.A scheme for creating power plants is proposed, containing a flow accelerator with a generator inside or outside the housing and a screw located in the center, around which a rotor is placed in one or different planes. The power plant will have high efficiency, low cost and high productivity. Therefore, the present invention will be useful in power generation.
Claims (8)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138779A RU2750480C2 (en) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | Method and apparatus for generation of electric power |
PCT/RU2018/050137 WO2019093926A1 (en) | 2017-11-07 | 2018-11-07 | Method and device for producing electric power |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138779A RU2750480C2 (en) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | Method and apparatus for generation of electric power |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017138779A RU2017138779A (en) | 2019-05-07 |
RU2017138779A3 RU2017138779A3 (en) | 2020-11-03 |
RU2750480C2 true RU2750480C2 (en) | 2021-06-28 |
Family
ID=66430221
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017138779A RU2750480C2 (en) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | Method and apparatus for generation of electric power |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2750480C2 (en) |
WO (1) | WO2019093926A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116761938A (en) * | 2021-09-11 | 2023-09-15 | 伽玛特有限责任公司 | Method for generating electrical energy from surface waves |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4324985A (en) * | 1980-07-09 | 1982-04-13 | Grumman Aerospace Corp. | Portable wind turbine for charging batteries |
CN1869437A (en) * | 2006-06-05 | 2006-11-29 | 南京航空航天大学 | Built-in by-pass punching ram-air turbine generator |
US20100129193A1 (en) * | 2007-05-05 | 2010-05-27 | Gordon David Sherrer | System and method for extracting power from fluid using a tesla-type bladeless turbine |
ES2395688A1 (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-14 | Sendekia Arquitectura E Ingeniería Sostenible, S. L. | Hydraulic turbine having pivoting blades for the bidirectional use of fluids |
RU2493427C2 (en) * | 2006-10-28 | 2013-09-20 | ХЁРНИГ Мария | Wind-driven power plant, generator to generate power from ambient air and method to generate power from moving ambient air |
GB2502779A (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-11 | Predrag Paunovic | Annular turbine between main turbine duct and radially spaced diffuser ring |
RU2014132032A (en) * | 2014-08-01 | 2016-02-20 | Анатолий Евгеньевич Волков | METHOD AND DEVICE FOR ELECTRIC POWER PRODUCTION AT THE ACCOUNT OF TURBINES AND GENERATORS WITH VARIABLE MOMENT OF INERTIA |
WO2017052366A1 (en) * | 2015-09-21 | 2017-03-30 | Home Turbine B.V. | Device for converting wind energy to at least mechanical energy |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4720640A (en) * | 1985-09-23 | 1988-01-19 | Turbostar, Inc. | Fluid powered electrical generator |
RU119403U1 (en) * | 2011-12-23 | 2012-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" | ROTARY WIND POWER INSTALLATION OF VEHICLE |
-
2017
- 2017-11-07 RU RU2017138779A patent/RU2750480C2/en active
-
2018
- 2018-11-07 WO PCT/RU2018/050137 patent/WO2019093926A1/en active Application Filing
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4324985A (en) * | 1980-07-09 | 1982-04-13 | Grumman Aerospace Corp. | Portable wind turbine for charging batteries |
CN1869437A (en) * | 2006-06-05 | 2006-11-29 | 南京航空航天大学 | Built-in by-pass punching ram-air turbine generator |
RU2493427C2 (en) * | 2006-10-28 | 2013-09-20 | ХЁРНИГ Мария | Wind-driven power plant, generator to generate power from ambient air and method to generate power from moving ambient air |
US20100129193A1 (en) * | 2007-05-05 | 2010-05-27 | Gordon David Sherrer | System and method for extracting power from fluid using a tesla-type bladeless turbine |
ES2395688A1 (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-14 | Sendekia Arquitectura E Ingeniería Sostenible, S. L. | Hydraulic turbine having pivoting blades for the bidirectional use of fluids |
GB2502779A (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-11 | Predrag Paunovic | Annular turbine between main turbine duct and radially spaced diffuser ring |
RU2014132032A (en) * | 2014-08-01 | 2016-02-20 | Анатолий Евгеньевич Волков | METHOD AND DEVICE FOR ELECTRIC POWER PRODUCTION AT THE ACCOUNT OF TURBINES AND GENERATORS WITH VARIABLE MOMENT OF INERTIA |
WO2017052366A1 (en) * | 2015-09-21 | 2017-03-30 | Home Turbine B.V. | Device for converting wind energy to at least mechanical energy |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017138779A (en) | 2019-05-07 |
RU2017138779A3 (en) | 2020-11-03 |
WO2019093926A1 (en) | 2019-05-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8587144B2 (en) | Power generator | |
US8373297B2 (en) | Wind turbine generator and motor | |
US4205943A (en) | Hydro-electric generator | |
US4286347A (en) | Double acting turbine for converting wave energy of water to electrical power | |
US20100148512A1 (en) | Apparatus for generating electricity from flowing fluid using generally prolate turbine | |
CA2567923A1 (en) | High-efficiency vertical axis wind turbine blades for application around a cylindrical surface | |
WO2008093037A1 (en) | Apparatus for generating electrical power | |
RU2750480C2 (en) | Method and apparatus for generation of electric power | |
AU2011205330B2 (en) | Wind turbine generator and motor | |
US11549480B2 (en) | Floating drum turbine for electricity generation | |
GB2382381A (en) | Improvements in wind turbines | |
WO2018215890A1 (en) | Flag-shaped energy device | |
CN208518810U (en) | A kind of ultra low head power generation unit | |
CN204895822U (en) | Straight wing propeller of infinitely variable speed diversion vertical axis | |
RU2115825C1 (en) | Sail-type wind-electric generating plant-3 | |
CN108869154A (en) | A kind of ultra low head power generation unit | |
CN109209750A (en) | A kind of marine tidal-current energy, wave energy coupling power-generating apparatus | |
CN108626059A (en) | A kind of ocean energy harvester based on ocean current | |
CN209228524U (en) | A kind of marine tidal-current energy, wave energy coupling power-generating apparatus | |
RU2297549C2 (en) | Method and device for maximal extraction of kinetic energy from turbulizing air flow and its conversion into electrical energy | |
RU2698941C1 (en) | Wind-driven power plant | |
Chen et al. | Heave-Enhanced, Wave Energy Converter, with a Circular Sliding Generator | |
US20200102936A1 (en) | Speed-controlling transmission or apparatus | |
RU2244850C2 (en) | Method to convert energy of on-coming flow into electric energy | |
RU2263817C1 (en) | Air trap |