RU2802898C2 - Hydraulic system of stepless speed control with hydraulic and pneumatic speed control and method for its use - Google Patents

Hydraulic system of stepless speed control with hydraulic and pneumatic speed control and method for its use Download PDF

Info

Publication number
RU2802898C2
RU2802898C2 RU2021123518A RU2021123518A RU2802898C2 RU 2802898 C2 RU2802898 C2 RU 2802898C2 RU 2021123518 A RU2021123518 A RU 2021123518A RU 2021123518 A RU2021123518 A RU 2021123518A RU 2802898 C2 RU2802898 C2 RU 2802898C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydraulic
electric generator
pneumatic
input shaft
turbine
Prior art date
Application number
RU2021123518A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021123518A (en
Inventor
Доуглас С. ХИРШ
Радован ХРИНДА
Original Assignee
Просто Винд Повер
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 Просто Винд Повер filed Critical Просто Винд Повер
Publication of RU2021123518A publication Critical patent/RU2021123518A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2802898C2 publication Critical patent/RU2802898C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: transport engineering.
SUBSTANCE: stepless speed control system has a turbine output shaft and an electric generator input shaft and contains a hydraulic system, a pneumatic system, a controller for controlling the electric generator output. The hydraulic system has hydraulic chambers connected to a turbine and an electric generator. The hydraulic chambers communicate with each other. The pneumatic system has pneumatic chambers connected to the turbine and electric generator and storage tank. The controller for controlling the output of the electric generator is connected to the input shaft of the electric generator. The engine output control method includes providing said hydraulic system for stepless speed control between the engine and the electric generator, and controlling the electric generator input shaft speed using a controller, a hydraulic system, and a pneumatic system.
EFFECT: improved control of the frequency of rotation of the transmission shaft.
8 cl, 3 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD

Настоящее изобретение относится к системе, использующей бесступенчато-регулируемую трансмиссию с пневматическим усилением для управления частотой вращения на микроуровне и оптимизации выработки электроэнергии турбиной (ветряной или водяной) путем оценки электрических характеристик переменного тока и нагрузки/линии после осуществления выработки энергии всей силовой установкой.The present invention relates to a system that uses a pneumatically assisted continuously variable transmission to control rotational speed at a micro-level and optimize the power generation of a turbine (wind or water) by evaluating the AC and load/line electrical characteristics after the entire power plant has generated power.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

Бесступенчато-регулируемые передачи (Continuous Variable Transmission, CVT) известны и используются в велосипедах, автомобилях, лебедках, подъемниках, для передачи мощности и т.п.Существует множество вариантов конструкции, которые были разработаны для этих устройств, в число типичных представителей которых входят шкивы с переменным диаметром с ремнями, тороидальные или роликовые, фрикционные, гидростатические, храповые, магнитные и т.д.Continuously Variable Transmissions (CVT) are known and used in bicycles, automobiles, winches, hoists, power transmission, etc. There are many designs that have been developed for these devices, typical examples of which include pulleys with variable diameter with belts, toroidal or roller, friction, hydrostatic, ratchet, magnetic, etc.

В число примеров патентов США, которые относятся к CVT, входят патенты под номерами 4565110, 4970862, 4945482, 4922717, 5072587, 4916900, 4914914, 4850192 и 4838024, каждый из которых полностью включен в настоящий документ путем ссылки. В известном уровне техники описывают бесступенчато-регулируемую передачу частоты вращения посредством насосов, поршней, шестерней, ремней, шкивов, муфт или клапанов для регулирования на макроуровне скорости вторичного вала для транспортных средств.Examples of US patents that relate to CVT include patent numbers 4,565,110, 4,970,862, 4,945,482, 4,922,717, 5,072,587, 4,916,900, 4,914,914, 4,850,192, and 4,838,024, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. The prior art describes continuously variable speed transmission via pumps, pistons, gears, belts, pulleys, couplings or valves for macro-level control of output shaft speed for vehicles.

Другой пример CVT можно найти в патенте США №7679207, также включенном в настоящий документ. В этом патенте в общем виде описана система, которая содержит ветроэнергетическую установку, CVT, генератор и управление CVT. Ветряная установка описана очень подробно, в то время как CVT и тахометр определены в общих чертах. Методы управления бесступенчато-регулируемой передачей частоты вращения вала осуществляют на основе шага и отклонения лопаток турбин и посредством внедрения контроллера. Другими словами, контроллер компенсирует частоту вращения на выходе CVT путем регулирования частоты вращения привода турбины посредством физических характеристик самой турбины. Ветряная турбина любой конфигурации имеет приводной вал и это устройство можно рассматривать как двигатель. Вообще, бесступенчато-регулируемая передача (CVT) обеспечивает способ регулируемой передачи частоты вращения между двигателем и генератором, при этом генератор вырабатывает электричество в результате работы ветряной турбины или двигателя.Another example of a CVT can be found in US Pat. No. 7,679,207, also included herein. This patent generally describes a system that includes a wind turbine, a CVT, a generator, and a CVT control. The wind turbine is described in great detail, while the CVT and tachometer are defined in general terms. Methods for controlling the continuously variable shaft speed transmission are carried out based on the pitch and deflection of turbine blades and through the implementation of a controller. In other words, the controller compensates for the CVT output speed by adjusting the turbine drive speed through the physical characteristics of the turbine itself. A wind turbine of any configuration has a drive shaft and this device can be considered as an engine. In general, a continuously variable transmission (CVT) provides a method of regulated speed transfer between an engine and a generator, with the generator producing electricity as a result of the operation of the wind turbine or engine.

Однако существует потребность в усовершенствованиях CVT, учитывая их сложные с механической точки зрения и дорогостоящие конструкции, и ограниченные режимы управления. Для удовлетворения этой потребности в настоящем изобретении предложена усовершенствованная CVT.However, there is a need for improvements to CVTs given their mechanically complex and expensive designs and limited control modes. To meet this need, the present invention provides an improved CVT.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

В настоящем изобретении предложена пневмоусиленная гидравлическая CVT, которая не требует насосов, шестерней, ремней, шкивов, муфт или клапанов для изменения давления гидравлической жидкости для работы. Одна часть управления работой осуществляется с помощью программируемого логического контроллера или аналогичного устройства или средства, которое контролирует вывод с выхода инвертора на электрическую нагрузку/линию, а затем управляет системой, в том числе как гидравлическими, так и пневматическими аспектами, для управления переменной скоростью CVT для создания источника электроэнергии с реактивным балансом и минимизации нестабильности нагрузки.The present invention provides an air-assisted hydraulic CVT that does not require pumps, gears, belts, pulleys, couplings or valves to vary the hydraulic fluid pressure for operation. One part of the operation control is done through a programmable logic controller or similar device or means that controls the output from the inverter output to the electrical load/line and then controls the system, including both the hydraulic and pneumatic aspects, to control the variable speed CVT for creating a source of electricity with a reactive balance and minimizing load instability.

В настоящем изобретении также предложен накопитель пневматической энергии для приведения в действие генератора при отсоединении от ветряной турбины для выработки электричества в условиях очень слабого или очень сильного ветра.The present invention also provides a pneumatic energy storage device for driving a generator when disconnected from a wind turbine to generate electricity under very low or very high wind conditions.

В число признаков настоящего изобретения входят:Features of the present invention include:

устройство с гидравлической бесступенчато-регулируемой передачей (CVT) для регулировок частоты вращения на макроуровне;device with hydraulic continuously variable transmission (CVT) for macro-level speed adjustments;

пневматическая система для регулировок частоты вращения CVT на микроуровне;pneumatic system for adjusting the CVT rotation speed at the micro level;

способ накопления пневматической энергии для прямого привода генератора турбины;a method for accumulating pneumatic energy for direct drive of a turbine generator;

способ пневматического управления для тормозного генератора, иa pneumatic control method for a brake generator, and

система управления, которая измеряет электрическую характеристику переменного тока на выходе энергетической системы в нагрузку/линию, причем система управления может активировать ряд управляющих клапанов для регулировки частоты вращения CVT на микроуровне.a control system that measures the electrical characteristic of the alternating current output of the power system to the load/line, wherein the control system may activate a number of control valves to regulate the speed of the CVT at a micro level.

Точнее говоря, настоящее изобретение включает как гидравлическую систему бесступенчатого регулирования скорости, так и способ ее использования. Система имеет выходной вал турбины и входной вал генератора. Система содержит гидравлическую систему, имеющую первую гидравлическую камеру, связанную с выходным валом турбины, и вторую гидравлическую камеру, связанную с входным валом электрогенератора. Первая и вторая гидравлические камеры гидравлически сообщаются друг с другом, причем первая и вторая гидравлические камеры предназначены для регулировки частоты вращения входного вала электрогенератора на макроуровне.More specifically, the present invention includes both a continuously variable speed control hydraulic system and a method for using it. The system has a turbine output shaft and a generator input shaft. The system contains a hydraulic system having a first hydraulic chamber connected to the turbine output shaft, and a second hydraulic chamber connected to the electric generator input shaft. The first and second hydraulic chambers are in hydraulic communication with each other, and the first and second hydraulic chambers are designed to adjust the rotation speed of the electric generator input shaft at a macro level.

Система также имеет пневматическую систему, имеющую первую и вторую пневматические камеры. Первая пневматическая камера связана с выходным валом турбины для создания сжатого воздуха и сохранения его по меньшей мере в одном накопительном баке. Вторая пневматическая камера связана с входным валом электрогенератора и по меньшей мере одним накопительным баком для одного или более из микрорегулировки частоты вращения входного вала электрогенератора, торможения входного вала электрогенератора и прямого привода входного вала электрогенератора.The system also has a pneumatic system having first and second pneumatic chambers. The first pneumatic chamber is connected to the turbine output shaft to create compressed air and store it in at least one storage tank. The second pneumatic chamber is connected to the electric generator input shaft and at least one storage tank for one or more of micro-adjustment of the electric generator input shaft speed, braking of the electric generator input shaft, and direct drive of the electric generator input shaft.

Система также содержит контроллер, причем контроллер контролирует выход электрогенератора, соединенного с входным валом электрогенератора, сравнивает выход на нагрузку/в линию электрораспределительной сети и регулирует частоту вращения вала электрогенератора на основе измерений нагрузки/линии электрораспределительной сети с использованием одного или более из гидравлической системы и пневматической системы для управления мощностью, подаваемой в электрораспределительную сеть.The system also includes a controller, wherein the controller monitors the output of an electric generator coupled to an input shaft of the electric generator, compares the output to the load/electrical distribution line, and adjusts the rotational speed of the electric generator shaft based on measurements of the load/electrical distribution line using one or more of a hydraulic system and a pneumatic system. systems for controlling the power supplied to the electrical distribution network.

Гидравлическая система может содержать ряд лопастных колес с гидравлическим приводом, при этом по меньшей мере одно лопастное колесо, связанно с первой гидравлической камерой и множество лопастных колес связаны со второй гидравлической камерой. Каждое лопастное колесо имеет выходной и выходной клапан, причем работой входного и выходного клапанов управляет контроллер.The hydraulic system may comprise a plurality of hydraulically driven impellers, with at least one impeller coupled to a first hydraulic chamber and a plurality of impellers coupled to a second hydraulic chamber. Each impeller has an outlet and an outlet valve, the operation of the inlet and outlet valves being controlled by a controller.

Лопастные колеса во второй гидравлической камере имеют разный размер предпочтительно в диапазоне размеров от самого маленького до самого большого по направлению к электрогенератору, чтобы увеличивать или уменьшать частоту вращения входного вала электрогенератора. Гидравлическая система также содержит резервуар, гидравлически сообщающийся с первой и второй гидравлическими камерами.The impellers in the second hydraulic chamber are of different sizes, preferably ranging in size from the smallest to the largest towards the electric generator, to increase or decrease the rotational speed of the electric generator input shaft. The hydraulic system also includes a reservoir in hydraulic communication with the first and second hydraulic chambers.

Пневматическая система содержит по меньшей мере одно лопастное колесо, связанное с первой пневматической камерой, и по меньшей мере одно лопастное колесо, связанное со второй пневматической камерой.The pneumatic system includes at least one impeller connected to the first pneumatic chamber and at least one impeller connected to the second pneumatic chamber.

Изобретение также включает в себя способ управления выходом турбины, включающий обеспечение вышеописанной гидравлической системы бесступенчатого регулирования частоты вращения между турбиной и электрогенератором и управление частотой вращения входного вала электрогенератора, гидравлической системой и пневматической системой.The invention also includes a method for controlling the output of a turbine, including providing the above-described hydraulic system for continuously variable speed control between the turbine and the electric generator, and controlling the rotation speed of the input shaft of the electric generator, the hydraulic system and the pneumatic system.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На Фиг. 1 изображен один вариант осуществления турбинной системы для генерирования электроэнергии посредством устройства управления энергией, который включает в себя CVT.In FIG. 1 depicts one embodiment of a turbine system for generating electric power through an energy control device that includes a CVT.

На Фиг. 2 приведено более подробное изображение CVT, показанной на Фиг. 1, включающее признаки, относящиеся к гидравлическому макроуправлению частотой вращения, пневматическому микрорегулированию частоты вращения и операциями резервирования CVT.In FIG. 2 is a more detailed view of the CVT shown in FIG. 1, including features related to hydraulic macro speed control, pneumatic micro speed control, and CVT backup operations.

На Фиг. 3 показан пример конфигурации лопастного колеса пневматического и гидравлического модулей для CVT, изображенной на Фиг. 1 и 2.In FIG. 3 shows an example of the pneumatic and hydraulic module paddle wheel configuration for CVT shown in FIG. 1 and 2.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

На Фиг. 1 показан вариант осуществления системы 700, которая содержит турбину или ветряной двигатель 500, встроенную пневмоусиленную гидравлическую CVT 503 и генератор 505. CVT 503 расположена между двигателем 500 и генератором 505. CVT имеет переходники вала 101А и 101В для соединения с двигателем 500 и генератором 505, соответственно. Может быть добавлен тахометр 501 для работы пневматического предохранительного тормоза, если требуется.In FIG. 1 shows an embodiment of a system 700 that includes a turbine or wind engine 500, an integrated air-assisted hydraulic CVT 503, and a generator 505. The CVT 503 is located between the engine 500 and the generator 505. The CVT has shaft adapters 101A and 101B for connection to the engine 500 and the generator 505. respectively. A 501 tachometer can be added to operate the air safety brake if required.

CVT имеет ряд гидравлических клапанов 216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256 и 257. Эти клапаны обеспечивают выбора первичных гидравлических камер для управления частотой вращения. Также предусмотрены пневматические управляющие клапаны 306, 311, 314 и 319, и эти клапаны обеспечивают вспомогательную поддержку управлению частотой вращения CVT 503.The CVT has a series of hydraulic valves 216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256 and 257. These valves provide a selection of primary hydraulic chambers for speed control. Pneumatic control valves 306, 311, 314 and 319 are also provided and these valves provide auxiliary support for the CVT 503 speed control.

Предусмотрен гидравлический резервуар 290 с клапаном 291. Гидравлический резервуар 290 обеспечивает гидравлическую жидкость для работы. В состав системы также входят множество пневматических накопительных баков, из которых приведены два 308 и 338, но могут быть предусмотрены дополнительные накопительные баки, если существует потребность в большем объеме хранения. Пневматические накопительные баки 308 и 338 предназначены для операций с воздухом использованием множества отдельных управляющих клапанов, два из которых показаны как 329, 339, для вспомогательной поддержки CVT 503 и накопления пневматической энергии для непрерывного производства электроэнергии.A hydraulic reservoir 290 is provided with a valve 291. The hydraulic reservoir 290 provides hydraulic fluid for operation. The system also includes a variety of pneumatic storage tanks, of which the 308 and 338 are two shown, but additional storage tanks can be provided if there is a need for more storage capacity. Pneumatic storage tanks 308 and 338 are designed for air handling operations using a variety of individual control valves, two of which are shown as 329, 339, to assist in supporting the CVT 503 and storing pneumatic energy for continuous power generation.

В целях безопасности на каждом пневматическом накопительном баке 308 и 338 предусмотрены предохранительные сбросные клапаны 330 и 340, соответственно.For safety purposes, each pneumatic storage tank 308 and 338 is provided with safety relief valves 330 and 340, respectively.

Предусмотрен системный контроллер 502, который расположен после преобразователя/инвертора 508. Контроллер 502 контролирует выходные электрические характеристики системы 700 генерирования энергии по сравнению с нагрузкой или электрической распределительной сетью 510 для постоянного регулирования работы системы 700 генерирования энергии.A system controller 502 is provided and located downstream of the converter/inverter 508. The controller 502 monitors the electrical output characteristics of the power generation system 700 relative to the load or electrical distribution network 510 to continuously regulate the operation of the power generation system 700.

На Фиг. 2 подробно показана встроенная пневмоусиленная гидравлическая CVT 503. Переходник 101А вала присоединен к двигателю 500 и обеспечивает приводной вал 102 через верхнюю пневматическую камеру 350 и верхнюю гидравлическую камеру 200.In FIG. 2 shows in detail the integrated air-assisted hydraulic CVT 503. A shaft adapter 101A is attached to the engine 500 and provides a drive shaft 102 through an upper air chamber 350 and an upper hydraulic chamber 200.

Над пневматической камерой 350 предусмотрена коническая шестерня 301, которая прикреплена к приводному валу 102 для выборочной работы встроенного воздушного компрессора 303, находящегося в пневматической камере 350. Компрессор 303 работает, когда сопрягаемые коническая шестерня 302, которая соединена с валом 304, и коническая шестерня 301 вводятся в зацепление пневматическим исполнительным механизмом 321, который управляется клапаном 322. Пневматическую энергию подают в накопительный бак 308 через управляющий клапан 306 и отверстие 307. Эта пневматическая энергия может быть также использована для отключения исполнительного механизма 321 и разъединения шестерней 301 и 302. Приток и выпуск подаваемого воздуха происходит через отверстие 323 в пневматической камере.Above the air chamber 350, a bevel gear 301 is provided which is attached to the drive shaft 102 to selectively operate an integral air compressor 303 located in the air chamber 350. The compressor 303 operates when the mating bevel gear 302, which is coupled to the shaft 304, and the bevel gear 301 are engaged. into engagement with pneumatic actuator 321, which is controlled by valve 322. Pneumatic energy is supplied to storage tank 308 through control valve 306 and port 307. This pneumatic energy may also be used to disengage actuator 321 and disengage gears 301 and 302. air flow occurs through hole 323 in the air chamber.

CVT 503 также содержит гидравлические камеры 200 и 201, причем камера 200 является основным источником для подачи текучей среды. Через гидравлические камеры 200 и 201 проходит система гидравлических линий 204, 205, 214, 215, 224, 225, 234, 235, 244, 245, 254 и 255, тогда как каждая из внешних гидравлических линий 206, 207 соединяет между собой ряд управляющих клапанов 216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256 и 257. На линии 207 предусмотрен выпускной клапан 260 для выпуска воздуха. Для линии 206 предусмотрен резервуарный клапан 291, и этот клапан обеспечивает возможность перепуска гидравлической жидкости для гидравлического отключения двигателя 500 от генератора 505.CVT 503 also includes hydraulic chambers 200 and 201, with chamber 200 being the primary source for supplying fluid. A system of hydraulic lines 204, 205, 214, 215, 224, 225, 234, 235, 244, 245, 254 and 255 pass through the hydraulic chambers 200 and 201, while each of the external hydraulic lines 206, 207 interconnects a number of control valves. 216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256 and 257. A vent valve 260 is provided at line 207 to release air. A reservoir valve 291 is provided for line 206, and this valve provides the ability to bypass hydraulic fluid to hydraulically disconnect engine 500 from generator 505.

Гидравлическая камера 200 имеет основное гидравлическое лопастное колесо 202, которое находится во внутренней камере 203. Лопастное колесо 202 продвигает гидравлическую жидкость со скоростью, основанной на частоте вращения турбины, к выбранным вспомогательным гидравлическим приводам 212, 222, 232, 242 или 252, которые находятся во вспомогательной гидравлической камере 201. Гидравлическую жидкость направляют к одному или более вспомогательным гидравлическим приводам в зависимости от выбора пары управляющих клапанов 216/217, 226/227, 236/237, 246/247 или 256/257. Вспомогательные гидравлические приводы также представляют собой лопастные колеса 212, 222, 232, 242 и 252, причем эти лопастные колеса находятся во внутренних камерах 213, 223, 233, 243 и 253, соответственно. Размер лопастных колес 212, 222, 232, 242 и 252 пропорционален увеличению или уменьшению частоты вращения турбины, требуемой для макроопераций генератора 505 в широком диапазоне.Hydraulic chamber 200 has a main hydraulic impeller 202, which is located in an inner chamber 203. Impeller 202 propels hydraulic fluid at a rate based on turbine speed to selected auxiliary hydraulic actuators 212, 222, 232, 242, or 252, which are located in auxiliary hydraulic chamber 201. Hydraulic fluid is directed to one or more auxiliary hydraulic actuators depending on the choice of a pair of control valves 216/217, 226/227, 236/237, 246/247 or 256/257. The auxiliary hydraulic actuators are also impellers 212, 222, 232, 242, and 252, these impellers being located in inner chambers 213, 223, 233, 243, and 253, respectively. The size of the impellers 212, 222, 232, 242 and 252 is proportional to the increase or decrease in turbine speed required for the macro-operations of the generator 505 over a wide range.

Между генератором и вспомогательной гидравлической камерой 201 предусмотрена и расположена вспомогательная пневматическая камера 351. Вспомогательная пневматическая камера 351 обеспечивает возможность оптимизации частоты вращения генератора 505 для сведения к минимуму дисбалансов нагрузки или линии 510. Для увеличения частот вращения генератора 505 подают сжатый воздух из накопительного бака 308 через отверстие 310, тогда как для уменьшения частот вращения генератора 505 используют отверстие 314. Для управления этими макрооперациями управления частотой вращения предусмотрены и используются управляющие клапаны 311, 314 и 319. Вспомогательная пневматическая камера 351 содержит лопастное колесо 317, которое находится во вспомогательной камере 318 вспомогательной пневматической камеры 351. Лопастное колесо 317 обеспечивает средство для регулировки частоты вращения генератора 505 небольшими приращениями, так что регулирование мощности, подаваемой на нагрузку/в линию 510, происходит почти мгновенно. Это позволяет управлять стабильностью и качеством мощности, подаваемой на нагрузку/в линию 510.An auxiliary air chamber 351 is provided and located between the generator and the auxiliary hydraulic chamber 201. The auxiliary air chamber 351 provides the ability to optimize the rotation speed of the generator 505 to minimize load imbalances or line 510. To increase the rotation speeds of the generator 505, compressed air is supplied from the storage tank 308 through port 310, while port 314 is used to reduce the rotation speeds of the generator 505. To control these macro speed control operations, control valves 311, 314, and 319 are provided and used. The auxiliary air chamber 351 includes a paddle wheel 317, which is located in the auxiliary air chamber 318. chamber 351. Impeller 317 provides a means for adjusting the speed of generator 505 in small increments so that control of the power supplied to load/line 510 occurs almost instantaneously. This allows you to control the stability and quality of the power supplied to the load/510 line.

Встроенная пневмоусиленная повышающая гидравлическая CVT 503 может быть также использована для работы генератора 505 в условиях отсутствия или минимального вращения двигателя/турбины 500. С помощью серии накопительных баков 338 и т.д., сопряженных с основным накопительным баком 308, осуществляют управление управляющими клапанами 311, 314, 319, 320 и 329, которые подают сжатый воздух на лопастное колесо 317, и управляющими клапанами 260 и 291, которые могут перекрывать подачу гидравлики в гидравлические камеры 200 и 201, чтобы вращать внутренний вал 103, который, в свою очередь, вращает вал генератора 505 посредством муфты 101В сопряжения для производства электроэнергии при управляемой мощности, соответствующей нагрузке/линии 510.The built-in air-assisted boost hydraulic CVT 503 can also be used to operate the generator 505 in conditions of no or minimal rotation of the engine/turbine 500. A series of storage tanks 338, etc., interfaced with the main storage tank 308, control the control valves 311, 314, 319, 320 and 329, which supply compressed air to the impeller 317, and control valves 260 and 291, which can shut off the hydraulic supply to the hydraulic chambers 200 and 201 to rotate the internal shaft 103, which in turn rotates the shaft generator 505 via coupling 101B to produce electricity at a controlled power corresponding to load/line 510.

На Фиг. 3 приведены подробности лопастного колеса для использования в CVT 503. Как описано выше, камера 200 имеет лопастное колесо 202, а камера 201 имеет лопастные колеса 212, 222, 232, 242 и 252, причем каждое лопастное колесо расположено в своей соответствующей внутренней камере 203, 213, 223, 233, 243 и 253. Например, лопастное колесо 202 содержит ряд лопастей 209, которые находятся под углом X градусов при осевом вращении вокруг колеса 203. Вокруг внутренней камеры 203 под углом Y градусов при вращении вокруг оси находятся уплотнения 210, создающие четыре изолированные области во время вращения лопастного колеса 202. Одна из изолированных областей показана как «А», причем две лопасти 209' и 209'' сталкиваются с уплотнениями 210' и 210''. Периоды между протирками обеспечивают возможность самосмазки лопастного колеса 202.In FIG. 3 provides details of a paddle wheel for use in the CVT 503. As described above, chamber 200 has a paddle wheel 202 and chamber 201 has paddle wheels 212, 222, 232, 242 and 252, with each paddle wheel located in its respective inner chamber 203. 213, 223, 233, 243 and 253. For example, impeller 202 includes a number of blades 209 that are at an angle of X degrees when axially rotated about the impeller 203. Around the inner chamber 203 at an angle of Y degrees when rotated about the axis are seals 210, creating four isolated regions during rotation of the impeller 202. One of the isolated regions is shown as "A", with two blades 209' and 209'' impinging on the seals 210' and 210''. The periods between wipes allow the impeller 202 to self-lubricate.

Впускная труба 204 позволяет гидравлической жидкости поступать в камеру по мере необходимости в зависимости от выпуска жидкости из лопастного колеса 202 через трубку 205 по мере вращения вала 102. Жидкость из трубки 205 поступает в трубку 206 и протекает через выбранный управляющий клапан 217, 227, 237, 247 или 257 к соответствующему лопастному колесу 212, 222, 232, 242 и 252, причем выпущенная жидкость из внутренней камеры 213, 223, 233, 243 и 253 высвобождается через выпускные отверстия 214, 224, 234, 244 и 254 в трубку 207 через выбранный взаимодействующий управляющий клапан 216, 226, 236, 246 и 256. Трубка 207 возвращает жидкость в основную подающую трубку 204 камеры 203 лопастного колеса и лопастного колеса 202 для завершения гидравлического цикла макроуправления частотой вращения в CVT 503. Как правило, для этого макроуровня предусмотрены коэффициенты увеличения и уменьшения частоты вращения в 2 и 3 раза по сравнению с частотами вращения турбины.The inlet pipe 204 allows hydraulic fluid to enter the chamber as needed depending on the release of fluid from the impeller 202 through the tube 205 as the shaft 102 rotates. The fluid from the tube 205 enters the tube 206 and flows through the selected control valve 217, 227, 237, 247 or 257 to the corresponding impeller 212, 222, 232, 242 and 252, wherein the released liquid from the inner chamber 213, 223, 233, 243 and 253 is released through the outlets 214, 224, 234, 244 and 254 into the tube 207 through the selected interacting control valve 216, 226, 236, 246 and 256. Tube 207 returns fluid to main supply tube 204 of paddle wheel chamber 203 and paddle wheel 202 to complete the macro speed control hydraulic cycle in CVT 503. Typically, magnification factors are provided for this macro level and reducing the rotation speed by 2 and 3 times compared to the turbine speed.

Пневматический аспект CVT 503 позволяет устанавливать частоты вращения на микроуровне между соотношением частот вращения на макроуровне. Точнее говоря, когда коническая шестерня 301, прикрепленная к приводному валу 102, вводится в зацепление с конической шестерней 302 посредством поршня 304, воздушный компрессор 303 спирального или винтового типа приводится в действие при наличии скоростей ветра. Это позволяет атмосферному воздуху поступать во впускную трубку 323 в сжатом состоянии и выходить через управляющий клапан 306 в накопительный бак 308 через отверстие 307. После этого сжатый воздух может быть подан из накопительного бака 308 через отверстия 310 и 311. Управляющие клапаны 311 и 314 повторно активируются либо для уменьшения, либо для резкого увеличения частоты вращения вала 103 посредством лопастного колеса 317. Чтобы гидравлическая система могла выполнять эти микрорегулировки, выпускной клапан 260 и резервуарный клапан 291 мгновенно открываются для обеспечения компенсации давления. При увеличении частоты вращения вала генератора 505 давление воздуха сбрасывается через выпускной клапан 319. Уменьшение частоты вращения вала 103 происходит, когда управляющий клапан 314 приводится в действие, и выпускной клапан 319 закрывается импульсными циклами, так что сжатый воздух в линии 315 направляется обратно к лопастному колесу 317. Синхронизация этих импульсных циклов для управления частотой вращения на микроуровне формируется контроллером 502 для согласования формы электрического сигнала переменного тока нагрузки/линии 510, чтобы обеспечить максимальное увеличение коэффициентов мощности.The pneumatic aspect of the CVT 503 allows micro-level speeds to be set between macro-level speed ratios. More specifically, when the bevel gear 301 attached to the drive shaft 102 is engaged with the bevel gear 302 by the piston 304, the scroll or screw type air compressor 303 is driven in the presence of wind speeds. This allows atmospheric air to enter the inlet tube 323 in a compressed state and exit through the control valve 306 into the storage tank 308 through the opening 307. Compressed air can then be supplied from the storage tank 308 through the openings 310 and 311. The control valves 311 and 314 are reactivated to either reduce or dramatically increase the rotational speed of shaft 103 via paddle wheel 317. To allow the hydraulic system to make these micro-adjustments, release valve 260 and reservoir valve 291 are momentarily opened to provide pressure compensation. As the shaft speed of generator 505 increases, air pressure is released through exhaust valve 319. A decrease in shaft speed 103 occurs when control valve 314 is actuated and exhaust valve 319 is closed in pulse cycles so that compressed air in line 315 is directed back to the impeller. 317. The timing of these pulse cycles for micro-level speed control is generated by the controller 502 to match the AC electrical waveform of the load/line 510 to maximize power factors.

Две пневматические камеры 350 и 351 позволяют тормозить генератор до полной остановки путем полного открытия управляющего клапана/выпускного клапана 260 и резервуарного клапана 291 с закрытием при этом всех гидравлических управляющих клапанов 216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256 и 257. После этого жидкость просто циклически проходит из лопастного колеса 202 через резервуар 290, при этом пневматический управляющий клапан 314 открывается, а 319 закрывается, создавая противодавление для остановки вращения вала 103.Two pneumatic chambers 350 and 351 allow the generator to be braked to a complete stop by fully opening the control valve/discharge valve 260 and reservoir valve 291 while closing all hydraulic control valves 216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256 and 257. Fluid then simply cycles from impeller 202 through reservoir 290 as pneumatic control valve 314 opens and 319 closes, creating back pressure to stop rotation of shaft 103.

Множество пневматических накопительных баков 308, 338,... могут также подавать накопленную пневматическую энергию для вращения вала 103 и приведения в действие генератора 505, когда нет ветра для приведения в действие турбины 500. В этом режиме управляющий клапан/выпускной клапан 260 и резервуарный клапан 291 полностью открыты, а все гидравлические управляющие клапаны 216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256 и 257 закрыты. В этом рабочем состоянии гидравлическая система находится в нейтральном состоянии. Затем управляющие клапаны 311 и 319 могут быть открыты, и это позволяет пневматической энергии управлять лопастным колесом 317, что приводит к вращению вала 103 с надлежащей частотой вращения для управления генератором 505, чтобы согласовать с формой электрического сигнала переменного тока нагрузки/сети 510.The plurality of pneumatic storage tanks 308, 338,... may also supply stored pneumatic energy to rotate the shaft 103 and drive the generator 505 when there is no wind to drive the turbine 500. In this mode, the control valve/outlet valve 260 and the reservoir valve 291 is fully open and all hydraulic control valves 216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256 and 257 are closed. In this operating state, the hydraulic system is in neutral. Control valves 311 and 319 can then be opened and this allows pneumatic energy to drive the impeller 317, causing the shaft 103 to rotate at the proper speed to drive the generator 505 to match the load/mains AC electrical waveform 510.

Система и способ настоящего изобретения обеспечивают гораздо усовершенствованный способ отбора вращения вала двигателя, например, ветряной турбины, и передачи этого вращения генератору с управлением частотой вращения как на макроуровне, так и на микроуровне. Настоящее изобретение также обеспечивает возможность либо отсоединения двигателя от генератора, либо работы генератора, когда двигатель не вращается или вращается на незначительном уровне.The system and method of the present invention provides a much improved method for taking rotation of a motor shaft, such as a wind turbine, and transmitting that rotation to a generator with speed control at both the macro and micro levels. The present invention also allows the engine to be either disconnected from the generator or the generator to be operated while the engine is not rotating or is rotating at a low level.

Изобретение, как таковое, было описано в виде предпочтительных вариантов его осуществления, которые удовлетворяют всем без исключения целям настоящего изобретения, как указано выше, и обеспечивают новую и улучшенную систему для выработки энергии с использованием двигателя, CVT и генератора и способ ее использования.The invention, as such, has been described in terms of preferred embodiments thereof, which satisfy any and all objects of the present invention as stated above and provide a new and improved system for generating power using an engine, CVT and generator and a method for using it.

Разумеется, специалисты в данной области техники могут предположить различные изменения, модификации и альтернативные варианты осуществления идей настоящего изобретения в пределах его заявленной сущности и объема. Предполагается, что данное изобретение ограничено лишь условиями приложенной формулой изобретения.Of course, those skilled in the art may contemplate various changes, modifications, and alternative embodiments of the teachings of the present invention within its stated spirit and scope. It is intended that the present invention be limited only by the terms of the appended claims.

Claims (11)

1. Система бесступенчатого регулирования частоты вращения, имеющая выходной вал турбины и входной вал электрогенератора, содержащая:1. A system for stepless speed control, having a turbine output shaft and an electric generator input shaft, containing: - гидравлическую систему, имеющую первую гидравлическую камеру, связанную с выходным валом турбины, и вторую гидравлическую камеру, связанную с входным валом электрогенератора, первая и вторая гидравлические камеры гидравлически сообщаются друг с другом, причем первая и вторая гидравлические камеры предназначены для регулировки частоты вращения входного вала электрогенератора на макроуровне;- a hydraulic system having a first hydraulic chamber connected to the output shaft of the turbine, and a second hydraulic chamber connected to the input shaft of the electric generator, the first and second hydraulic chambers are hydraulically connected to each other, and the first and second hydraulic chambers are designed to adjust the rotation speed of the input shaft electric generator at the macro level; - пневматическую систему, имеющую первую пневматическую камеры, связанную с выходным валом турбины для создания сжатого воздуха и сохранения его по меньшей мере в одном накопительном баке, вторую пневматическую камеру, связанную с выходным валом электрогенератора и по меньшей мере одним накопительным баком для одного или более из регулировки частоты вращения на макроуровне, торможения выходного вала электрогенератора и прямого привода входного вала электрогенератора, и- a pneumatic system having a first pneumatic chamber connected to the output shaft of the turbine for creating compressed air and storing it in at least one storage tank, a second pneumatic chamber connected to the output shaft of the electric generator and at least one storage tank for one or more of adjusting the rotation speed at the macro level, braking the output shaft of the electric generator and direct drive of the input shaft of the electric generator, and - контроллер для контроля выхода электрогенератора, соединенного с входным валом электрогенератора, сравнения выхода на нагрузку/в линию электрораспределительной сети и регулирования частоты вращения вала электрогенератора на основе измерений нагрузки/линии электрораспределительной сети с использованием одного или более из гидравлической системы и пневматической системы для управления мощностью, подаваемой в электрораспределительную сеть.- a controller for monitoring the output of an electric generator coupled to the input shaft of the electric generator, comparing the output to the load/distribution line, and adjusting the rotational speed of the electric generator shaft based on load/distribution line measurements using one or more of a hydraulic system and a pneumatic system to control power supplied to the power distribution network. 2. Система по п.1, дополнительно содержащая ряд лопастных колес с гидравлическим приводом, причем по меньшей мере одно лопастное колесо связано с первой гидравлической камерой и множество лопастных колес связаны со второй гидравлической камерой, при этом каждое лопастное колесо имеет входной и выходной клапан, а работа входного и выходного клапанов управляется контроллером.2. The system of claim 1, further comprising a plurality of hydraulically actuated impellers, wherein at least one impeller is coupled to the first hydraulic chamber and a plurality of impellers are coupled to the second hydraulic chamber, each impeller having an inlet and an outlet valve, and the operation of the inlet and outlet valves is controlled by the controller. 3. Система по п.2, в которой лопастные колеса во второй гидравлической камере разного размера.3. The system according to claim 2, in which the impellers in the second hydraulic chamber are of different sizes. 4. Система по п.3, в которой размер лопастных колес во второй гидравлической камере меняется в диапазоне размеров от самого маленького до самого большого по направлению к электрогенератору, чтобы увеличивать или уменьшать частоту вращения входного вала электрогенератора.4. The system of claim 3, wherein the size of the impellers in the second hydraulic chamber varies in a range of sizes from the smallest to the largest towards the electric generator to increase or decrease the rotation speed of the input shaft of the electric generator. 5. Система по п.1, дополнительно содержащая резервуар, сообщающийся с первой и второй гидравлическими камерами.5. The system according to claim 1, further comprising a reservoir in communication with the first and second hydraulic chambers. 6. Система по п.1, в которой пневматическая система содержит по меньшей мере одно лопастное колесо, связанное с первой пневматической камерой, и по меньшей мере одно лопастное колесо, связанное со второй пневматической камерой.6. The system of claim 1, wherein the pneumatic system comprises at least one impeller coupled to the first pneumatic chamber and at least one impeller coupled to the second pneumatic chamber. 7. Способ управления выходом двигателя, включающий обеспечение гидравлической системы бесступенчатого регулирования частоты вращения по п.1 между двигателем и электрогенератором и управление частотой вращения входного вала электрогенератора с использованием контроллера, гидравлической системы и пневматической системы.7. A method for controlling the output of an engine, including providing a continuously variable speed control hydraulic system according to claim 1 between the engine and the electric generator, and controlling the rotation speed of the input shaft of the electric generator using a controller, a hydraulic system and a pneumatic system. 8. Способ по п.1, в котором двигатель является ветряной турбиной.8. The method according to claim 1, wherein the engine is a wind turbine.
RU2021123518A 2019-01-08 2020-01-07 Hydraulic system of stepless speed control with hydraulic and pneumatic speed control and method for its use RU2802898C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/789,643 2019-01-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021123518A RU2021123518A (en) 2023-02-10
RU2802898C2 true RU2802898C2 (en) 2023-09-05

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2635753C2 (en) * 2012-05-04 2017-11-15 Пань-чиэнь ЛИНЬ Wind turbine with gearbox of single-stage speed multiplier with high gear ratio
RU2653333C2 (en) * 2012-09-28 2018-05-07 Брп-Ротакс Гмбх Унд Ко. Кг Pneumatically assisted continuously variable transmission

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2635753C2 (en) * 2012-05-04 2017-11-15 Пань-чиэнь ЛИНЬ Wind turbine with gearbox of single-stage speed multiplier with high gear ratio
RU2653333C2 (en) * 2012-09-28 2018-05-07 Брп-Ротакс Гмбх Унд Ко. Кг Pneumatically assisted continuously variable transmission

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2729010C2 (en) Method of transmission actuation
NO791374L (en) PUMP SYSTEM AND PROCEDURE TO INCREASE THE ENERGY EFFICIENCY OF A PUMP STATION
CZ2004419A3 (en) The title is not available
CN109072956B (en) Pneumatic engine and related method of operating the same
CN110805521B (en) Novel frequency modulation control system and control method for energy storage type hydraulic wind generating set
JP2017032063A (en) Hydraulic circuit and control device for the same
RU2802898C2 (en) Hydraulic system of stepless speed control with hydraulic and pneumatic speed control and method for its use
WO2008007220A2 (en) Vehicular belt-driven continuously variable transmission and control method thereof
CN107504151B (en) Power multi-branch hydraulic planetary speed regulating device
CN113382918B (en) Hydraulic stepless speed change system with hydraulic and pneumatic speed control functions and using method
CN100582516C (en) Hydraulic hybrid powertrain system
CN102112332A (en) Hybrid earth mover
JP4254516B2 (en) Hydraulic control device for belt type continuously variable transmission
CN211117430U (en) Power transmission device and power train
KR20220156845A (en) Turner gear assembly for wind turbine and method of using it
JP3007646B2 (en) Hydraulic control device for continuously variable transmission
CN219795437U (en) Three-machine type energy storage pump capable of self-adapting power adjustment
US10316962B2 (en) Vehicle transmission with accumulator
JPS61215853A (en) Oil hydraulic controller of belt driven type continuously variable transmission for vehicle
US10054205B2 (en) Torque inline hydraulic pump for CVTs
KR102074096B1 (en) Control valve, hydraulic coupling apparatus and pump system using the same
US20230392501A1 (en) Multi-chamber configuration for hydraulic vane device
CN101443578B (en) Low noise gear pump
EP0074210A1 (en) Improved variable speed transmission
CN204253780U (en) The hydraulic speed increasing device of high speed ratio