WO2010002359A1 - Plant for converting medium flow energy - Google Patents

Plant for converting medium flow energy Download PDF

Info

Publication number
WO2010002359A1
WO2010002359A1 PCT/UA2009/000027 UA2009000027W WO2010002359A1 WO 2010002359 A1 WO2010002359 A1 WO 2010002359A1 UA 2009000027 W UA2009000027 W UA 2009000027W WO 2010002359 A1 WO2010002359 A1 WO 2010002359A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
turbine
rotor
blades
stator
annular
Prior art date
Application number
PCT/UA2009/000027
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Станислав Иванович ГУСАК
Сергей Николаевич ГАНЗЕЛИНСКИЙ
Александр Викторович ДЕМЕНТИЕНКО
Original Assignee
Gusak Stanislav Ivanovich
Ganselinskiy Sergeiy Nikolaevi
Dementienko Alexander Viktorov
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 Gusak Stanislav Ivanovich, Ganselinskiy Sergeiy Nikolaevi, Dementienko Alexander Viktorov filed Critical Gusak Stanislav Ivanovich
Publication of WO2010002359A1 publication Critical patent/WO2010002359A1/en

Links

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
    • 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
    • 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
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F03D1/025—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors coaxially arranged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/60—Application making use of surplus or waste energy
    • F05B2220/602—Application making use of surplus or waste energy with energy recovery turbines
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/50—Hydropower in dwellings
    • 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

Definitions

  • the invention relates to the field of wind energy and hydropower, in particular to installations for converting the energy of a medium stream, which are designed to convert the energy of a medium stream into electrical energy.
  • ring (with off-axis alignment) rotors both with vertical and horizontal axis of rotation of the rotors, including in wind-driven installations of a tower type.
  • a known installation of energy conversion of the medium flow comprising a first turbine with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, first means for centering the first rotor with a gap relative to the first stator in the first electric generator, second means for centering the second rotor with a gap relative to the second stator in the second electric generator, the first and the second electric generators contains means for transmitting the electricity generated by them.
  • the first and second means for centering the first and second rotors are made in the form of concentrically arranged first and second shafts. On these shafts, the first and second turbines are located in one plane, respectively (one turbine is inside the other) (UA, A, 59090).
  • the main disadvantage of this conversion setup energy of the flow of the medium is the use of radial bearings to secure the blades of the first (larger) turbine to the first shaft, which reduces both the speed of the flow of the medium through the blades of the second turbine by increasing the resistance to the flow of the medium, and reduces the fastening strength of the blades of the first turbine.
  • a known installation of energy conversion of the medium flow comprising a pipe with a first turbine located therein with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, the first means of centering the annular first rotor with a gap relative to the first stator in the first electric generator, the second means of centering the annular second rotor with a gap relative to the second the stator in the second electric generator, while the outer parts of the blades of the first turbine are fixed in the annular first rotor, and the outer parts opatok second turbine mounted on an annular second rotor, the first and second generators comprises means for transmitting power generated by them.
  • the installation uses off-axis centering of the rotors of electric generators in the form of rolling elements in the gap between the surfaces of the corresponding rotor and stator facing each other (RU, ⁇ 2, 2320889).
  • This technical solution is selected as a prototype.
  • the advantage of the prototype in comparison with the analogue is a slight increase in the efficiency of using the wind flow by reducing the resistance to the flow of the medium for the blades of the second turbine. And also due to the greater use of the medium flow along the axis of rotation of the turbines. This is due to off-axis centering of the turbines with the corresponding rotors.
  • the main disadvantage of this installation of converting the energy of the medium flow is the insufficient efficiency of using the wind stream, which passes along the axis of rotation of the turbines, in particular at low speeds of this stream. This is due to a decrease in the torque that acts on the turbine blades in the radial direction to the axis of rotation.
  • another disadvantage of this installation is the use in the rotors of the excitation system of electric generators of permanent magnets of large mass.
  • Another disadvantage is the location of the turbines of the electric generators in series in the direction of the wind flow, which reduces the efficiency of the subsequent generators.
  • the objective of the invention is to create an effective installation for converting the energy of the flow of the medium by creating a single rotatable block of components in the form of the first and at least second electric generators with corresponding turbine blades. This will improve the efficiency of the use of the medium flow along the axis of rotation of this single rotatable block, in particular at low flow rates of the medium through the installation.
  • the energy stream energy conversion installation comprises a pipe with a first turbine located therein with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, the first means of centering the annular first rotor with a gap relative to the first stator in the first electric generator, the second means of centering the annular the second rotor with a gap relative to the second stator in the second generator, while the outer parts of the blades of the first turbine are fixed in the first first rotor, and the outer parts of the blades of the second turbine are mounted on the annular second rotor, the first and second electric generators contain means for transmitting the electricity generated by them.
  • the annular first rotor with the first turbine and the second generator with the second turbine are made in the form of a single rotatable block in which the internal parts of the blades of the first turbine are mounted on the second stator of the second generator.
  • the windings of the second stator are connected respectively to the windings of the annular first rotor via AC to DC converters.
  • the means of transmission of electricity generated by the second electric generator are located inside the blades of the first turbine.
  • the blades of the first and second turbines are made to ensure their rotation in opposite directions. Also, the blades of the first and second turbines can be made to ensure their rotation in one direction.
  • a single rotatable block of the annular first rotor with the first turbine and the second electric generator with the second turbine may also contain, according to at least a third generator with a third turbine, while the inner parts of the blades of the previous turbine are mounted on the stator of the subsequent generator.
  • the windings of the subsequent stator are connected respectively to the windings of the annular previous rotor via AC to DC converters.
  • the blades of neighboring turbines are made to ensure their rotation in opposite directions.
  • the corresponding stators and rotors are enclosed in annular fairings, which are made with an annular groove for the passage of the corresponding rotor in it.
  • the first stator of the first electric generator contains the main windings and additional windings, while the main windings are connected to electric power transmission means generated by the first electric generator at a medium flow rate not higher than the nominal one, and the additional windings of the first stator are additionally connected when the medium flow rate is higher than the nominal one.
  • the execution of the annular first rotor with the first turbine and the second generator with the second turbine in the form of a single rotatable block, in which the internal parts of the blades of the first turbine are mounted on the second stator of the second electric generator, allows to increase the efficiency of the use of the medium flow in the direction of the rotation axis of this single rotatable block. This is due to the fact that the use of the medium flow in the direction of the axis of rotation of the first turbine is reduced due to a decrease in the radius of rotation of the first turbine and its greater rotational mass (the mass of the blades of the first turbine, the rotor of the first generator, the stator second electric generator).
  • the location of the second (smaller) turbine concentrically and inside the first turbine increases the use of the medium flow between the stator of the second generator and the axis of rotation, in particular due to the smaller rotational mass of the second turbine (mass of the blades of the second turbine and the mass of the rotor of the second generator). And this provides an increase in the speed of rotation of the first and second turbines even at low flow rates of the medium, in particular, a sufficient speed of rotation with a wind flow of less than 4 m / s is provided.
  • connection by means of the transmission of electric power generated by the second electric generator of the windings of the second stator, respectively, with the windings of the annular first rotor through AC to DC converters, allows for the effective excitation of the first stator without using massive permanent magnets in the first rotor.
  • an increase in the speed of rotation of the second turbine with the second rotor and a corresponding increase in the transmitted constant power by the second electric generator in the field windings of the first rotor are provided.
  • the location of the means of transmission of electricity generated by the second electric generator inside the blades of the first turbine allows for the non-contact transmission of the generated power by the second electric generator to the excitation windings of the first rotor, without changing the aerodynamic shape of the blades of the first turbine.
  • the rotation of the blades of the first and second turbines in opposite directions significantly increases the generated power second electric generator. This power or part of it can be used both for powering the field winding of the first rotor, and for auxiliary needs of the installation, in particular for anti-icing heating of the blades of the first turbine.
  • the rotation of the blades of the first and second turbines in one direction also ensures the operation of the installation due to the fact that the rotation speed of the second turbine, due to its lower mass, will always be greater than the rotation speed of the first turbine.
  • rotation of the first and second turbines in one direction provides a more uniform wind flow after them.
  • connection by means of the transmission of electric power generated by the subsequent electric generator of the windings of the subsequent stator, respectively, with the windings of the annular previous rotor through AC to DC converters, allows for a sequential stepwise increase in power to power the field windings of the first rotor.
  • connection of the main windings of the first stator to the means of electric power generation produced by the first generator at a medium flow rate not higher than the nominal one, and additional windings of the first stator additionally at a medium flow rate higher than the nominal one allows providing an active mode of increasing the output power of the first generator with an increase in the medium flow rate nominal, without a passive decrease in the speed of its rotor.
  • the immediate technical result which can be obtained by implementing the set of essential features of the claimed invention, is to increase the efficiency of using the medium flow along the axis of rotation of a single rotatable block in the form of an annular first rotor with a first turbine and a second electric generator with a second turbine, in particular at low medium flow rates through installation.
  • the applicants have not revealed any information about the influence of the distinguishing features of the invention on the achieved technical result. This circumstance allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of “inventive level” (IS).
  • Figure 1 - shows a diagram of the installation of energy conversion of the flow of the medium, a longitudinal section
  • Figure 2 - shows a diagram of the installation of energy conversion of the flow of the medium, a cross section
  • Fig.Z view of the installation of the conversion of the energy of the flow of the medium in a perspective view with a cutout of one quarter and the location of the first rotor in the end design.
  • the preferred embodiment of the installation of the energy conversion of the flow of the medium is made in the form of a wind power installation of a tower type.
  • the installation comprises a pipe 1, inside which there is a first turbine with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, the first means of centering the annular first rotor 2 with a gap 3 relative to the first stator 4 in the first electric generator, the second centering means an annular second rotor 5 with a gap of 6 relative to the second stator 7 in the second generator.
  • the annular first rotor 2 with the first turbine and the second generator with the second turbine are made in the form of a single rotatable block, in which the inner parts 8 of the blades 9.1 - 9.N of the first turbine are mounted on the second stator 7, from the outside, in the second generator.
  • the outer parts 10 of the blades 9.1- 9.N of the first turbine are mounted on an annular first rotor 2, from its inner side, in the first electric generator.
  • the outer parts 11 of the blades 12.1-12.M of the second turbine are fixed on the inner side of the annular second rotor 5.
  • the second turbine with the second electric generator is located concentrically inside the first turbine with the first electric generator, ensuring independent rotation of their rotors with the corresponding turbines.
  • the stators and rotors are made in the form of, respectively, the first and second parts with a gap between them, the configuration of which is sufficient to make it a conical surface for rolling elements
  • the centering means of the annular first rotor 2 relative to the first stator 4 are made in the form of rolling elements 13, which are located in the conical portion 14 of the gaps between the first stator 4 and the annular first rotor 2.
  • the centering means of the second ring rotor 5 relative to the second stator 7 are made in the form of rolling elements 15 which are located in the conical portion 16 of the gaps between the second stator 7 and the annular second rotor 5.
  • Other well-known technical methods can also be used as centering means in the installation s solutions to ensure centering of the ring of the rotor relative to the stator, including a variety of arrangement of rolling elements.
  • the first and second electric generators contain means for transmitting the electricity generated by them.
  • the windings of the second stator 7 are connected respectively to the windings of the annular first rotor 2 through AC / DC converters (not shown), for example, in the form of semiconductor rectifier elements.
  • the means for transmitting electric power generated by the second electric generator are located inside the blades 9.1- 9.N of the first turbine.
  • the installation comprises, in a single rotatable block with an annular first rotor 2 with a first turbine and a second electric generator with a second turbine, at least a third electric generator with a third turbine (not shown).
  • the internal parts of the blades of the previous turbine starting from the blades of the first turbine) are fixed on the stator of the subsequent generator.
  • each subsequent (in the direction of decreasing their size) turbine with a corresponding electric generator is located concentrically inside the previous (larger) turbine with a corresponding electric generator, ensuring independent rotation of their ring rotors with corresponding turbines.
  • the windings of the subsequent stator are connected respectively to the windings of the annular previous rotor through AC converters current in constant.
  • These transmission means or their elements, from the stator of the subsequent electric generator to the annular rotor of the previous electric generator, are located in the blades of the previous turbine.
  • the last generator the smallest in diameter, its ring rotor may contain permanent magnets to excite current in its stator.
  • various known schemes of excitation or self-excitation without the use of permanent magnets can be used, for example, as described in the patent of Ukraine with N ° 50195 A.
  • the corresponding stators and ring rotors are enclosed in ring (in plan) fairings 19, which are made with an annular groove 20 for the passage of the corresponding ring rotor.
  • the blades of adjacent turbines are located at an angle of attack, which ensures the rotation of neighboring turbines in either opposite directions or in one direction.
  • Means for centering the rotors relative to the respective stators can be structurally made of other types, which can provide centering of the ring rotors.
  • power generators of a larger capacity and, accordingly, larger size can be used with step-by-step power supply of the rotors of previous power generators from the subsequent ones, with power being supplied to the consumer, and power generators of lower power and correspondingly smaller size can also be used with step-by-step power supply of the rotors of the previous power generators from the subsequent ones, with power output for independent power auxiliary installation circuits.
  • the rotors of the last electric generators have permanent magnets.
  • the installation of converting the energy of the flow of the medium can be made in the form of a hydraulic installation (not shown), in which the fluid flow through the pipe drives the turbines of the electric generators of the installation, the windings of the rotors and stators of which are waterproofed.
  • the first stator of the first electric generator contains the main windings and additional windings, while the main windings are connected to the means for transmitting electricity generated by the first electric generator at a medium flow rate not higher than the nominal one, and additional windings of the first stator are additionally connected at a medium flow rate above par.
  • the rotor of each of them may contain permanent magnets or other known excitation (self-excitation) schemes can be used without the use of permanent magnets.
  • Parts of the blades of all turbines can be fixed on the shells (not shown) of the respective rotors and stators, with which centering elements in the form of rolling elements can also contact.
  • the installation of energy conversion of the flow of the medium which is made in the form of a tower-type wind power installation, works as follows.
  • the medium flow in the form of an ascending wind stream (shown in Fig. 1 and Fig. 3 by arrows) in the tower interacts with blades 9.1- 9.N of the first turbine and blades 12.1-12.M of the second turbine.
  • the second turbine with the second ring rotor 5 starts to rotate first.
  • the first turbine with the first ring rotor 2 of the first electric generator and the second stator 7 of the second electric generator starts to rotate, but at a lower speed -for their greater mass.
  • Rotating permanent magnets of the annular second rotor 5 excite currents in the windings of the second stator 7 of the second generator, the output voltage from which is rectified and supplied to the excitation windings of the annular first rotor 2.
  • the output power of the first generator is directed to the consumer.
  • the second electric generator When the blades of the first and second turbines rotate in opposite directions, the second electric generator generates a large output power due to the greater difference in the rotational speeds of the annular first rotor 2 and the annular second rotor 5, which provides a large excitation power in the first annular rotor 2.
  • stepwise excitation of the rotors of all electric generators from the last electric generator is carried out, the elements of which are of the smallest size and small permanent magnets are used in the ring rotor masses.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

The invention relates to wind and hydraulic power engineering. The plant comprises a pipe (1) in which are arranged: a first turbine with a first electrical generator, a second turbine with a second electrical generator, first means for centring a first ring-type rotor (2) with a gap (3) to a first stator (4) in the first electrical generator and second means for centring a second ring-type rotor (5) with a gap (6) to a second stator (7) in the second electrical generator. The outer parts (1) of the blades (9.1-9.N) of the first turbine are secured in the first ring-type rotor (2), the outer parts (11) of the blades (21.1-12.M) of the second turbine being secured on the second ring-type rotor (5). The electrical generators are provided with means for transmitting electrical energy produced thereby. The first ring-type rotor (2) with the first turbine and the second electrical generator with the second turbine are designed in the form of a single rotating unit in which the inner parts (8) of the blades (9.1-9.N) of the first turbine are secured on the second stator (7). Said invention increases the efficiency of use of a medium flow.

Description

УСТАНОВКА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПОТОКА СРЕДЫ SETTING ENVIRONMENTAL ENERGY FLOW TRANSFORMATION
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области ветроэнергетики и гидроэнергетики, в частности к установкам преобразования энергии потока среды, которые предназначены для преобразования энергии потока среды в электрическую энергию. С использованием кольцевых (с внеосевой центровкой) роторов, как с вертикальной, так и с горизонтальной осью вращения роторов, в том числе в ветроэнергетических установках башенного типа.The invention relates to the field of wind energy and hydropower, in particular to installations for converting the energy of a medium stream, which are designed to convert the energy of a medium stream into electrical energy. Using ring (with off-axis alignment) rotors, both with vertical and horizontal axis of rotation of the rotors, including in wind-driven installations of a tower type.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известна установка преобразования энергии потока среды, содержащая первую турбину с первым электрогенератором и вторую турбину со вторым электрогенератором, первые средства центрирования первого ротора с зазором относительно первого статора в первом электрогенераторе, вторые средства центрирования второго ротора с зазором относительно второго статора во втором электрогенераторе, первый и второй электрогенераторы содержит средства передачи вырабатываемой ими электроэнергии. При этом первые и вторые средства центрирования первого и второго роторов выполнены в виде концентрически расположенных первого и второго валов. На этих валах расположены в одной плоскости соответственно первая и вторая турбины (одна турбина находится внутри другой) (UA, А, 59090).A known installation of energy conversion of the medium flow, comprising a first turbine with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, first means for centering the first rotor with a gap relative to the first stator in the first electric generator, second means for centering the second rotor with a gap relative to the second stator in the second electric generator, the first and the second electric generators contains means for transmitting the electricity generated by them. Moreover, the first and second means for centering the first and second rotors are made in the form of concentrically arranged first and second shafts. On these shafts, the first and second turbines are located in one plane, respectively (one turbine is inside the other) (UA, A, 59090).
Основным недостатком данной установки преобразования энергии потока среды является использование радиальных опор для закрепления лопаток первой (большего размера) турбины к первому валу, что снижает как скорость потока среды через лопатки второй турбины за счет повышения сопротивление потоку среды, так и снижает прочность крепления лопаток первой турбины.The main disadvantage of this conversion setup energy of the flow of the medium is the use of radial bearings to secure the blades of the first (larger) turbine to the first shaft, which reduces both the speed of the flow of the medium through the blades of the second turbine by increasing the resistance to the flow of the medium, and reduces the fastening strength of the blades of the first turbine.
Другим недостатком данной установки является недостаточная эффективность использования потока среды, который проходит вдоль оси вращения турбин, что обусловлено снижением момента вращения лопаток второй турбины в радиальном направлении к оси вращения турбин из-за использования осевого центрирования турбин в виде первого и второго валов и соответствующего осевого конусного обтекателя.Another disadvantage of this installation is the insufficient efficiency of using the fluid flow that runs along the axis of rotation of the turbines, due to a decrease in the moment of rotation of the blades of the second turbine in the radial direction to the axis of rotation of the turbines due to the use of axial centering of the turbines in the form of the first and second shafts and the corresponding axial cone fairing.
Известна установка преобразования энергии потока среды, содержащая трубу с расположенными в ней первой турбиной с первым электрогенератором и второй турбиной со вторым электрогенератором, первые средства центрирования кольцевого первого ротора с зазором относительно первого статора в первом электрогенераторе, вторые средства центрирования кольцевого второго ротора с зазором относительно второго статора во втором электрогенераторе, при этом внешние части лопаток первой турбины закреплены в кольцевом первом роторе, а внешние части лопаток второй турбины закреплены на кольцевом втором роторе, первый и второй электрогенераторы содержит средства передачи вырабатываемой ими электроэнергии. При этом в установке используется внеосевое центрирование роторов электрогенераторов в виде элементов качения в зазоре между обращенными друг к другу поверхностями соответствующих ротора и статора (RU, С 2, 2320889).A known installation of energy conversion of the medium flow, comprising a pipe with a first turbine located therein with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, the first means of centering the annular first rotor with a gap relative to the first stator in the first electric generator, the second means of centering the annular second rotor with a gap relative to the second the stator in the second electric generator, while the outer parts of the blades of the first turbine are fixed in the annular first rotor, and the outer parts opatok second turbine mounted on an annular second rotor, the first and second generators comprises means for transmitting power generated by them. At the same time, the installation uses off-axis centering of the rotors of electric generators in the form of rolling elements in the gap between the surfaces of the corresponding rotor and stator facing each other (RU, С 2, 2320889).
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа. Преимуществом прототипа по сравнению с аналогом является некоторое повышение эффективности использования ветрового потока за счет снижения сопротивления потоку среды для лопаток второй турбины. А также за счет большего использования потока среды вдоль оси вращения турбин. Это обусловлено внеосевым центрированием турбин с соответствующими роторами.This technical solution is selected as a prototype. The advantage of the prototype in comparison with the analogue is a slight increase in the efficiency of using the wind flow by reducing the resistance to the flow of the medium for the blades of the second turbine. And also due to the greater use of the medium flow along the axis of rotation of the turbines. This is due to off-axis centering of the turbines with the corresponding rotors.
Вместе с тем основным недостатком и данной установки преобразования энергии потока среды является недостаточная эффективность использования ветрового потока, который проходит вдоль оси вращения турбин, в частности при малых скоростях этого потока. Это обусловлено снижением момента вращения, который действует на лопатки турбин, в радиальном направлении к оси их вращения. Кроме того, другим недостатком данной установки является использование в роторах системы возбуждения электрогенераторов постоянных магнитов большой массы. Также недостатком является расположение турбин электрогенераторов последовательно в направлении ветрового потока, что снижает эффективность работы последующих за первым электрогенераторов.At the same time, the main disadvantage of this installation of converting the energy of the medium flow is the insufficient efficiency of using the wind stream, which passes along the axis of rotation of the turbines, in particular at low speeds of this stream. This is due to a decrease in the torque that acts on the turbine blades in the radial direction to the axis of rotation. In addition, another disadvantage of this installation is the use in the rotors of the excitation system of electric generators of permanent magnets of large mass. Another disadvantage is the location of the turbines of the electric generators in series in the direction of the wind flow, which reduces the efficiency of the subsequent generators.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является создание эффективной установки преобразования энергии потока среды путем создания единого вращаемого блока из составляющих в виде первого и, по крайней мере, второго электрогенераторов с соответствующими лопатками турбин. Это позволит повысить эффективность использования потока среды вдоль оси вращения этого единого вращаемого блока, в частности при малых скоростях потока среды через установку. Согласно изобретению эта задача решается тем, что установка преобразования энергии потока среды содержит трубу с расположенными в ней первой турбиной с первым электрогенератором и второй турбиной со вторым электрогенератором, первые средства центрирования кольцевого первого ротора с зазором относительно первого статора в первом электрогенераторе, вторые средства центрирования кольцевого второго ротора с зазором относительно второго статора во втором электрогенераторе, при этом внешние части лопаток первой турбины закреплены в кольцевом первом роторе, а внешние части лопаток второй турбины закреплены на кольцевом втором роторе, первый и второй электрогенераторы содержит средства передачи вырабатываемой ими электроэнергии. При этом кольцевой первый ротор с первой турбиной и второй электрогенератор со второй турбиной выполнены в виде единого вращаемого блока, в котором внутренние части лопаток первой турбины закреплены на втором статоре второго электрогенератора. Кроме того, посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, обмотки второго статора соединены соответственно с обмотками кольцевого первого ротора через преобразователи переменного тока в постоянный. А средства передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, расположены внутри лопаток первой турбины. Лопатки первой и второй турбин выполнены для обеспечения их вращения в противоположных направлениях. Также лопатки первой и второй турбин могут быть выполнены для обеспечения их вращения в одном направлении. Кроме того, единый вращаемый блок кольцевого первого ротора с первой турбиной и второго электрогенератора со второй турбиной может также содержать, по крайней мере, третий электрогенератор с третьей турбиной, при этом внутренние части лопаток предыдущей турбины закреплены на статоре последующего электрогенератора. При этом посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой последующим электрогенератором, обмотки последующего статора соединены соответственно с обмотками кольцевого предыдущего ротора через преобразователи переменного тока в постоянный. А лопатки соседних турбин выполнены для обеспечения их вращения в противоположных направлениях. Также в установке, начиная со второго электрогенератора, соответствующие статоры и роторы заключены в кольцевые в плане обтекатели, которые выполнены с кольцевым пазом для прохождения в нем соответствующего ротора. Кроме того, первый статор первого электрогенератора содержит основные обмотки и дополнительные обмотки, при этом основные обмотки подсоединены к средствам передачи электроэнергии, вырабатываемой первым электрогенератором, при скорости потока среды не выше номинальной, а дополнительные обмотки первого статора дополнительно подсоединены при скорости потока среды выше номинальной. Выполнение кольцевого первого ротора с первой турбиной и второго электрогенератора со второй турбиной в виде единого вращаемого блока, в котором внутренние части лопаток первой турбины закреплены на втором статоре второго электрогенератора, позволяет повысить эффективность использование потока среды в направлении к оси вращения этого единого вращаемого блока. Это обусловлено тем, что использования потока среды в направлении к оси вращения первой турбины снижается из-за уменьшения радиуса вращения первой турбины и большей её вращаемой массой (массой лопаток первой турбины, ротора первого электрогенератора, статора второго электрогенератора). В то же время расположение второй (меньшего размера) турбины концентрически и внутри первой турбины повышает использования потока среды между статором второго электрогенератора и осью их вращения, в частности за счет меньшей вращаемой массы второй турбины (массы лопаток второй турбины и массы ротора второго электрогенератора). А это обеспечивает увеличение скорости вращения первой и второй турбин даже при малых скоростях потока среды, в частности обеспечивается достаточная скорость вращения при ветровом потоке менее чем 4 м/сек.The objective of the invention is to create an effective installation for converting the energy of the flow of the medium by creating a single rotatable block of components in the form of the first and at least second electric generators with corresponding turbine blades. This will improve the efficiency of the use of the medium flow along the axis of rotation of this single rotatable block, in particular at low flow rates of the medium through the installation. According to the invention, this problem is solved in that the energy stream energy conversion installation comprises a pipe with a first turbine located therein with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, the first means of centering the annular first rotor with a gap relative to the first stator in the first electric generator, the second means of centering the annular the second rotor with a gap relative to the second stator in the second generator, while the outer parts of the blades of the first turbine are fixed in the first first rotor, and the outer parts of the blades of the second turbine are mounted on the annular second rotor, the first and second electric generators contain means for transmitting the electricity generated by them. In this case, the annular first rotor with the first turbine and the second generator with the second turbine are made in the form of a single rotatable block in which the internal parts of the blades of the first turbine are mounted on the second stator of the second generator. In addition, by means of transmission of electric power generated by the second electric generator, the windings of the second stator are connected respectively to the windings of the annular first rotor via AC to DC converters. And the means of transmission of electricity generated by the second electric generator are located inside the blades of the first turbine. The blades of the first and second turbines are made to ensure their rotation in opposite directions. Also, the blades of the first and second turbines can be made to ensure their rotation in one direction. In addition, a single rotatable block of the annular first rotor with the first turbine and the second electric generator with the second turbine may also contain, according to at least a third generator with a third turbine, while the inner parts of the blades of the previous turbine are mounted on the stator of the subsequent generator. In this case, by means of the transmission of electricity generated by the subsequent electric generator, the windings of the subsequent stator are connected respectively to the windings of the annular previous rotor via AC to DC converters. And the blades of neighboring turbines are made to ensure their rotation in opposite directions. Also, in the installation, starting from the second electric generator, the corresponding stators and rotors are enclosed in annular fairings, which are made with an annular groove for the passage of the corresponding rotor in it. In addition, the first stator of the first electric generator contains the main windings and additional windings, while the main windings are connected to electric power transmission means generated by the first electric generator at a medium flow rate not higher than the nominal one, and the additional windings of the first stator are additionally connected when the medium flow rate is higher than the nominal one. The execution of the annular first rotor with the first turbine and the second generator with the second turbine in the form of a single rotatable block, in which the internal parts of the blades of the first turbine are mounted on the second stator of the second electric generator, allows to increase the efficiency of the use of the medium flow in the direction of the rotation axis of this single rotatable block. This is due to the fact that the use of the medium flow in the direction of the axis of rotation of the first turbine is reduced due to a decrease in the radius of rotation of the first turbine and its greater rotational mass (the mass of the blades of the first turbine, the rotor of the first generator, the stator second electric generator). At the same time, the location of the second (smaller) turbine concentrically and inside the first turbine increases the use of the medium flow between the stator of the second generator and the axis of rotation, in particular due to the smaller rotational mass of the second turbine (mass of the blades of the second turbine and the mass of the rotor of the second generator). And this provides an increase in the speed of rotation of the first and second turbines even at low flow rates of the medium, in particular, a sufficient speed of rotation with a wind flow of less than 4 m / s is provided.
Соединение посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, обмотки второго статора соответственно с обмотками кольцевого первого ротора через преобразователи переменного тока в постоянный, позволяет обеспечить эффективное возбуждение первого статора без использования массивных постоянных магнитов в первом роторе. При этом за счет особенностей выполнения указанного единого вращаемого блока обеспечивается повышение скорости вращения второй турбины со вторым ротором и соответствующее повышение отдаваемой постоянной мощности вторым электрогенератором в обмотки возбуждения первого ротора.The connection by means of the transmission of electric power generated by the second electric generator of the windings of the second stator, respectively, with the windings of the annular first rotor through AC to DC converters, allows for the effective excitation of the first stator without using massive permanent magnets in the first rotor. In this case, due to the peculiarities of the execution of the indicated single rotatable block, an increase in the speed of rotation of the second turbine with the second rotor and a corresponding increase in the transmitted constant power by the second electric generator in the field windings of the first rotor are provided.
Расположение средств передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, внутри лопаток первой турбины позволяет обеспечить бесконтактную передачу вырабатываемой мощности вторым электрогенератором в обмотки возбуждения первого ротора, без изменения аэродинамической формы лопаток первой турбины.The location of the means of transmission of electricity generated by the second electric generator inside the blades of the first turbine allows for the non-contact transmission of the generated power by the second electric generator to the excitation windings of the first rotor, without changing the aerodynamic shape of the blades of the first turbine.
Вращение лопаток первой и второй турбин в противоположных направлениях значительно повышает вырабатываемую мощность вторым электрогенератором. Эта мощность или часть её может использоваться как на питание обмотки возбуждения первого ротора, так и на вспомогательные нужды установки, в частности на противообледенительный нагрев лопаток первой турбины. Вращение лопаток первой и второй турбин в одном направлении также обеспечивает работу установки за счет того, что скорость вращения второй турбины, из-за меньшей её массы, будет всегда больше чем скорость вращения первой турбины. Кроме того, вращение в одном направлении первой и второй турбин обеспечивает более однородный ветровой поток после них.The rotation of the blades of the first and second turbines in opposite directions significantly increases the generated power second electric generator. This power or part of it can be used both for powering the field winding of the first rotor, and for auxiliary needs of the installation, in particular for anti-icing heating of the blades of the first turbine. The rotation of the blades of the first and second turbines in one direction also ensures the operation of the installation due to the fact that the rotation speed of the second turbine, due to its lower mass, will always be greater than the rotation speed of the first turbine. In addition, rotation of the first and second turbines in one direction provides a more uniform wind flow after them.
Дополнение единого вращаемого блока с кольцевым первым ротором с первой турбиной и вторым электрогенератором со второй турбиной, по крайней мере, третьим электрогенератором с третьей турбиной, с закреплением внутренних частей лопаток предыдущей турбины на статоре последующего электрогенератора позволяет обеспечить выработку различных уровней мощности. Причем эти различные уровни мощности можно использовать как на вспомогательные нужды, так и для последовательного ступенчатого повышения мощности для питания обмоток возбуждения первого ротора.The addition of a single rotatable block with an annular first rotor with a first turbine and a second electric generator with a second turbine, at least a third electric generator with a third turbine, with the internal parts of the blades of the previous turbine secured to the stator of the subsequent generator allows the generation of various power levels. Moreover, these various power levels can be used both for auxiliary needs, and for a sequential stepwise increase in power to power the field windings of the first rotor.
Соединение посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой последующим электрогенератором, обмоток последующего статора соответственно с обмотками кольцевого предыдущего ротора через преобразователи переменного тока в постоянный позволяет обеспечить последовательное ступенчатое повышения мощности для питания обмоток возбуждения первого ротора.The connection by means of the transmission of electric power generated by the subsequent electric generator of the windings of the subsequent stator, respectively, with the windings of the annular previous rotor through AC to DC converters, allows for a sequential stepwise increase in power to power the field windings of the first rotor.
Вращение лопаток соседних турбин в противоположных направлениях значительно повышает вырабатываемую мощность последующими электрогенераторами.The rotation of the blades of adjacent turbines in opposite directions significantly increases the generated power subsequent electric generators.
Заключение, начиная со второго электрогенератора, соответствующих статора и ротора в кольцевые в плане обтекатели позволяет как снизить сопротивление потоку среды в местах расположения этих статоров и роторов, так и предохранить зазор между ними от попадания в него посторонних предметов.Conclusion, starting with the second electric generator, the corresponding stator and rotor in the annular cowls, both allow reducing the resistance to the flow of the medium at the locations of these stators and rotors, and protect the gap between them from foreign objects entering it.
Подсоединение основных обмоток первого статора к средствам передачи электроэнергии, вырабатываемой первым электрогенератором, при скорости потока среды не выше номинальной, а дополнительные обмотки первого статора дополнительно при скорости потока среды выше номинальной, позволяет обеспечить активный режим повышения выходной мощности первого электрогенератора при росте скорости потока среды выше номинальной, без пассивного снижения скорости его ротора.The connection of the main windings of the first stator to the means of electric power generation produced by the first generator at a medium flow rate not higher than the nominal one, and additional windings of the first stator additionally at a medium flow rate higher than the nominal one, allows providing an active mode of increasing the output power of the first generator with an increase in the medium flow rate nominal, without a passive decrease in the speed of its rotor.
Заявителями не установлены какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о технических решениях, которые идентичны заявляемому. Это позволяет, по мнению заявителей, сделать вывод о соответствии изобретения критерию «нoвизнa» (N).The applicants have not established any sources of information that would contain information about technical solutions that are identical to the claimed. This allows, according to the applicants, to conclude that the invention meets the criterion of "novelty" (N).
Непосредственным техническим результатом, который может быть получен при реализации совокупности существенных признаков заявленного изобретения, является повышение эффективности использования потока среды вдоль оси вращения единого вращаемого блока в виде кольцевого первого ротора с первой турбиной и второго электрогенератора со второй турбиной, в частности при малых скоростях потока среды через установку. Заявителями не выявлены какие-либо сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию ,,изoбpeтaтeльcкий ypoвeнь» (IS).The immediate technical result, which can be obtained by implementing the set of essential features of the claimed invention, is to increase the efficiency of using the medium flow along the axis of rotation of a single rotatable block in the form of an annular first rotor with a first turbine and a second electric generator with a second turbine, in particular at low medium flow rates through installation. The applicants have not revealed any information about the influence of the distinguishing features of the invention on the achieved technical result. This circumstance allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of “inventive level” (IS).
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Заявленное изобретение поясняется чертежом, на котором одинаковые элементы имеют одинаковые цифровые обозначения и где на:The claimed invention is illustrated in the drawing, in which the same elements have the same digital designations and where:
Фиг.1 - изображена схема установки преобразования энергии потока среды, продольный разрез;Figure 1 - shows a diagram of the installation of energy conversion of the flow of the medium, a longitudinal section;
Фиг.2 — изображена схема установки преобразования энергии потока среды, поперечный разрез;Figure 2 - shows a diagram of the installation of energy conversion of the flow of the medium, a cross section;
Фиг.З - вид установки преобразования энергии потока среды в аксонометрии с вырезом одной четверти и расположением первого ротора в торцевом исполнении.Fig.Z - view of the installation of the conversion of the energy of the flow of the medium in a perspective view with a cutout of one quarter and the location of the first rotor in the end design.
Подробное описание осуществления изобретенияDetailed Description of the Invention
Предпочтительный вариант установки преобразования энергии потока среды выполнен в виде ветроэнергетической установки башенного типа. В соответствии с Фиг.l - 2 установка содержит трубу 1, внутри которой расположены первая турбина с первым электрогенератором и вторая турбина со вторым электрогенератором, первые средства центрирования кольцевого первого ротора 2 с зазором 3 относительно первого статора 4 в первом электрогенераторе, вторые средства центрирования кольцевого второго ротора 5 с зазором 6 относительно второго статора 7 во втором электрогенераторе. При этом кольцевой первый ротор 2 с первой турбиной и второй электрогенератор со второй турбиной выполнены в виде единого вращаемого блока, в котором внутренние части 8 лопаток 9.1- 9.N первой турбины закреплены на втором статоре 7, с внешней его стороны, во втором электрогенераторе. Внешние части 10 лопаток 9.1- 9.N первой турбины закреплены на кольцевом первом роторе 2, с внутренней его стороны, в первом электрогенераторе. Внешние части 11 лопаток 12.1- 12.M второй турбины закреплены на внутренней стороне кольцевого второго ротора 5. Конструктивно вторая турбина со вторым электрогенератором расположена концентрически внутри первой турбины с первым электрогенератором, с обеспечением независимого вращения их роторов с соответствующими турбинами. Статоры и роторы выполнены в виде соответственно первой и второй частей с промежутком между ними, конфигурация которого достаточна для выполнения в нем конусной поверхности для элементов каченияThe preferred embodiment of the installation of the energy conversion of the flow of the medium is made in the form of a wind power installation of a tower type. In accordance with Fig. 1 - 2, the installation comprises a pipe 1, inside which there is a first turbine with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, the first means of centering the annular first rotor 2 with a gap 3 relative to the first stator 4 in the first electric generator, the second centering means an annular second rotor 5 with a gap of 6 relative to the second stator 7 in the second generator. In this case, the annular first rotor 2 with the first turbine and the second generator with the second turbine are made in the form of a single rotatable block, in which the inner parts 8 of the blades 9.1 - 9.N of the first turbine are mounted on the second stator 7, from the outside, in the second generator. The outer parts 10 of the blades 9.1- 9.N of the first turbine are mounted on an annular first rotor 2, from its inner side, in the first electric generator. The outer parts 11 of the blades 12.1-12.M of the second turbine are fixed on the inner side of the annular second rotor 5. Structurally, the second turbine with the second electric generator is located concentrically inside the first turbine with the first electric generator, ensuring independent rotation of their rotors with the corresponding turbines. The stators and rotors are made in the form of, respectively, the first and second parts with a gap between them, the configuration of which is sufficient to make it a conical surface for rolling elements
Средства центрирования кольцевого первого ротора 2 относительно первого статора 4 выполнены в виде элементов 13 качения, которые расположены в конусной части 14 зазоров между первым статором 4 и кольцевым первым ротором 2. Средства центрирования кольцевого второго ротора 5 относительно второго статора 7 выполнены в виде элементов 15 качения, которые расположены в конусной части 16 зазоров между вторым статором 7 и кольцевым вторым ротором 5. Также в качестве средств центрирования в установке могут быть использованы и другие известные технические решения, обеспечивающие центрирование кольцевого ротора относительно статора, в том числе и с различным расположением элементов качения. При этом взаимное расположение статоров и роторов с зазором друг относительно друга также может быть различным (например, как показано на Фиг. 3 - торцевое расположение ротора 17 относительно статора 18). Первый и второй электрогенераторы содержат средства передачи вырабатываемой ими электроэнергии. Посредством средств передачи второго электрогенератора обмотки второго статора 7 соединены соответственно с обмотками кольцевого первого ротора 2 через преобразователи (не показаны) переменного тока в постоянный, например, в виде полупроводниковых выпрямительных элементов. При этом средства передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, расположены внутри лопаток 9.1- 9.N первой турбины.The centering means of the annular first rotor 2 relative to the first stator 4 are made in the form of rolling elements 13, which are located in the conical portion 14 of the gaps between the first stator 4 and the annular first rotor 2. The centering means of the second ring rotor 5 relative to the second stator 7 are made in the form of rolling elements 15 which are located in the conical portion 16 of the gaps between the second stator 7 and the annular second rotor 5. Other well-known technical methods can also be used as centering means in the installation s solutions to ensure centering of the ring of the rotor relative to the stator, including a variety of arrangement of rolling elements. In this case, the mutual arrangement of the stators and rotors with a gap relative to each other can also be different (for example, as shown in Fig. 3 - the end position of the rotor 17 relative to the stator 18). The first and second electric generators contain means for transmitting the electricity generated by them. By means of transmission means of the second electric generator, the windings of the second stator 7 are connected respectively to the windings of the annular first rotor 2 through AC / DC converters (not shown), for example, in the form of semiconductor rectifier elements. At the same time, the means for transmitting electric power generated by the second electric generator are located inside the blades 9.1- 9.N of the first turbine.
В одном из вариантов выполнения установка содержит в едином вращаемом блоке с кольцевым первым ротором 2 с первой турбиной и вторым электрогенератором со второй турбиной, по крайней мере, третий электрогенератор с третьей турбиной (не показана). При этом внутренние части лопаток предыдущей турбины (начиная с лопаток первой турбины) закреплены на статоре последующего электрогенератора. Конструктивно каждая последующая (в сторону уменьшения их размеров) турбина с соответствующим электрогенератором расположена концентрически внутри предыдущей (большей по размеру) турбины с соответствующим электрогенератором, с обеспечением независимого вращения их кольцевых роторов с соответствующими турбинами. При этом посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой последующим электрогенератором, обмотки последующего статора соединены соответственно с обмотками кольцевого предыдущего ротора через преобразователи переменного тока в постоянный. Эти средства передачи или их элементы, от статора последующего электрогенератора к кольцевому ротору предыдущего электрогенератора, расположены в лопатках предыдущей турбины. В последнем электрогенераторе, в самом меньшем по диаметру, его кольцевой ротор может содержать постоянные магниты для возбуждения тока в его статоре. В других вариантах могут быть использованы различные известные схемы возбуждения или самовозбуждения без использования постоянных магнитов, например, как это приведено в патенте Украины с N° 50195 А.In one embodiment, the installation comprises, in a single rotatable block with an annular first rotor 2 with a first turbine and a second electric generator with a second turbine, at least a third electric generator with a third turbine (not shown). The internal parts of the blades of the previous turbine (starting from the blades of the first turbine) are fixed on the stator of the subsequent generator. Structurally, each subsequent (in the direction of decreasing their size) turbine with a corresponding electric generator is located concentrically inside the previous (larger) turbine with a corresponding electric generator, ensuring independent rotation of their ring rotors with corresponding turbines. In this case, by means of transmission of electricity generated by the subsequent electric generator, the windings of the subsequent stator are connected respectively to the windings of the annular previous rotor through AC converters current in constant. These transmission means or their elements, from the stator of the subsequent electric generator to the annular rotor of the previous electric generator, are located in the blades of the previous turbine. In the last generator, the smallest in diameter, its ring rotor may contain permanent magnets to excite current in its stator. In other embodiments, various known schemes of excitation or self-excitation without the use of permanent magnets can be used, for example, as described in the patent of Ukraine with N ° 50195 A.
Начиная со второго электрогенератора, соответствующие статоры и кольцевые роторы заключены в кольцевые (в плане) обтекатели 19, которые выполнены с кольцевым пазом 20 для прохождения в нем соответствующего кольцевого ротора. Лопатки соседних турбин расположены под углом атаки, который обеспечивает вращение соседних турбин или в противоположных направлениях, или в одном направлении.Starting from the second electric generator, the corresponding stators and ring rotors are enclosed in ring (in plan) fairings 19, which are made with an annular groove 20 for the passage of the corresponding ring rotor. The blades of adjacent turbines are located at an angle of attack, which ensures the rotation of neighboring turbines in either opposite directions or in one direction.
Средства центрирования роторов относительно соответствующих статоров конструктивно могут быть выполнены других типов, которые позволяют обеспечить центрирование кольцевых роторов.Means for centering the rotors relative to the respective stators can be structurally made of other types, which can provide centering of the ring rotors.
Также электрогенераторы большей мощности и соответственно большего размера могут использоваться со ступенчатым питанием роторов предыдущих электрогенераторов от последующих, с отдачей мощности потребителю, а электрогенераторы меньшей мощности и соответственно меньшего размера могут использоваться также со ступенчатым питанием роторов предыдущих электрогенераторов от последующих, с отдачей мощности для независимого питания вспомогательных цепей установки. При этом в обоих случаях роторы последних электрогенераторов имеют постоянные магниты.Also, power generators of a larger capacity and, accordingly, larger size can be used with step-by-step power supply of the rotors of previous power generators from the subsequent ones, with power being supplied to the consumer, and power generators of lower power and correspondingly smaller size can also be used with step-by-step power supply of the rotors of the previous power generators from the subsequent ones, with power output for independent power auxiliary installation circuits. Moreover, in both In cases, the rotors of the last electric generators have permanent magnets.
Также в одном из вариантов выполнения установка преобразования энергии потока среды может быть выполнена в виде гидротехнической установки (не показана), в которой поток жидкости через трубу приводит во вращение турбины электрогенераторов установки, обмотки роторов и статоров которой выполнены гидроизолированными.Also, in one embodiment, the installation of converting the energy of the flow of the medium can be made in the form of a hydraulic installation (not shown), in which the fluid flow through the pipe drives the turbines of the electric generators of the installation, the windings of the rotors and stators of which are waterproofed.
В одном из вариантов выполнения установки первый статор первого электрогенератора содержит основные обмотки и дополнительные обмотки, при этом основные обмотки присоединены к средствам передачи электроэнергии, вырабатываемой первым электрогенератором, при скорости потока среды не выше номинальной, а дополнительные обмотки первого статора дополнительно присоединяют при скорости потока среды выше номинальной.In one embodiment of the installation, the first stator of the first electric generator contains the main windings and additional windings, while the main windings are connected to the means for transmitting electricity generated by the first electric generator at a medium flow rate not higher than the nominal one, and additional windings of the first stator are additionally connected at a medium flow rate above par.
В случае независимой работы каждого электрогенератора, ротор каждого из них может содержать постоянные магниты или могут быть использованы иные известные схемы возбуждения (самовозбуждения) без использования постоянных магнитов.In the case of independent operation of each electric generator, the rotor of each of them may contain permanent magnets or other known excitation (self-excitation) schemes can be used without the use of permanent magnets.
Части лопаток всех турбин могут быть закреплены на обечайках (не показаны) соответствующих роторов и статоров, с которыми также могут контактировать элементы центрирования в виде элементов качения. Установка преобразования энергии потока среды, которая выполнена в виде ветроэнергетической установки башенного типа, работает следующим образом.Parts of the blades of all turbines can be fixed on the shells (not shown) of the respective rotors and stators, with which centering elements in the form of rolling elements can also contact. The installation of energy conversion of the flow of the medium, which is made in the form of a tower-type wind power installation, works as follows.
Поток среды в виде восходящего ветрового потока (на Фиг. 1 и Фиг. 3 показан стрелками) в башне вступает во взаимодействие с лопатками 9.1- 9.N первой турбины и лопатками 12.1- 12.M второй турбины. При этом в силу меньшей инерционности, из-за меньшей своей массы, сначала начинает вращаться вторая турбина с кольцевым вторым ротором 5. Потом начинает вращаться первая турбина с кольцевым первым ротором 2 первого электрогенератора и вторым статором 7 второго электрогенератора, но уже с меньшей скоростью из-за большей их массы. Вращающиеся постоянные магниты кольцевого второго ротора 5 возбуждают токи в обмотках второго статора 7 второго электрогенератора, выходное напряжение с которого выпрямляется и подается на обмотки возбуждения кольцевого первого ротора 2. Выходная мощность первого электрогенератора направляется потребителю.The medium flow in the form of an ascending wind stream (shown in Fig. 1 and Fig. 3 by arrows) in the tower interacts with blades 9.1- 9.N of the first turbine and blades 12.1-12.M of the second turbine. Moreover, due to the lower inertia, due to its lower mass, the second turbine with the second ring rotor 5 starts to rotate first. Then the first turbine with the first ring rotor 2 of the first electric generator and the second stator 7 of the second electric generator starts to rotate, but at a lower speed -for their greater mass. Rotating permanent magnets of the annular second rotor 5 excite currents in the windings of the second stator 7 of the second generator, the output voltage from which is rectified and supplied to the excitation windings of the annular first rotor 2. The output power of the first generator is directed to the consumer.
При вращении лопаток первой и второй турбин в противоположные стороны вторым электрогенератором вырабатывается большая выходная мощность в силу большей разности в скоростях вращения кольцевого первого ротора 2 и кольцевого второго ротора 5, что обеспечивает большую мощность возбуждения в первом кольцевом роторе 2.When the blades of the first and second turbines rotate in opposite directions, the second electric generator generates a large output power due to the greater difference in the rotational speeds of the annular first rotor 2 and the annular second rotor 5, which provides a large excitation power in the first annular rotor 2.
В варианте выполнения установки преобразования энергии потока среды в виде ветроэнергетической установки башенного типа, по крайней мере, с третьим электрогенератором с третьей турбиной выполняется ступенчатое возбуждение роторов всех электрогенераторов от последнего электрогенератора, элементы которого имеют самые меньшие размеры и в кольцевом роторе которого используются постоянные магниты небольшой массы.In an embodiment of the installation for converting the energy of a medium flow in the form of a tower-type wind turbine, at least with a third electric generator with a third turbine, stepwise excitation of the rotors of all electric generators from the last electric generator is carried out, the elements of which are of the smallest size and small permanent magnets are used in the ring rotor masses.
Хотя здесь показаны и описаны варианты, которые признаны лучшими для осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что можно осуществлять разнообразные изменения и модификации, и элементы можно заменять на эквивалентные, не выходя при этом за пределы объема притязаний настоящего изобретения. В частности такие термины, как ,,пepвый", ,,втopoй", ,,тpeтий" приведены в настоящей заявке из соображений удобства и не являются терминами, которые ограничивают объем прав по заявке. При этом термин «cooтвeтcтвyющиe» следует понимать как первый элемент установки с другим первым элементом, второй - со вторым и т.д. А термины «пpeдыдyщий» и «пocлeдyющий» следует понимать как рядом расположенные турбины и/или электрогенераторы, если считать от первого (большего размера) к последнему (меньшего размера).Although shown and described as being the best for carrying out the present invention, those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made, and elements can be made. replaced by equivalent, without going beyond the scope of the claims of the present invention. In particular, terms such as “first”, “second”, “third” are given in this application for convenience and are not terms that limit the scope of rights in the application. Moreover, the term “valid” should be understood as the first element installations with another first element, the second with the second, etc. And the terms “leading” and “next” should be understood as adjacent turbines and / or generators, if we count from the first (larger) to the last (smaller).
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Возможность промышленного применения заявляемого технического решения подтверждается известными и описанными здесь средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения. Предложенная установка преобразования энергии потока среды может быть изготовлена промышленным способом с использованием известных технологий производства аналогичных установок, что подтверждает соответствие настоящего изобретения критерию промышленная применимость))" (IA). The possibility of industrial application of the claimed technical solution is confirmed by the known and described here means and methods by which the invention can be implemented. The proposed installation of energy conversion of the flow of the medium can be manufactured industrially using well-known technologies for the production of similar plants, which confirms the compliance of the present invention with the criterion of industrial applicability)) "(IA).

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Установка преобразования энергии потока среды, содержащая трубу (1) с расположенными в ней первой турбиной с первым электрогенератором и второй турбиной со вторым электрогенератором, первые средства центрирования кольцевого первого ротора (2) с зазором (3) относительно первого статора (4) в первом электрогенераторе, вторые средства центрирования кольцевого второго ротора (5) с зазором (6) относительно второго статора (7) во втором электрогенераторе, при этом внешние части (10) лопаток (9.1- 9.N) первой турбины закреплены в кольцевом первом роторе (2), а внешние части (11) лопаток (12.1- 12M) второй турбины закреплены на кольцевом втором роторе (5), первый и второй электрогенераторы содержит средства передачи вырабатываемой ими электроэнергии, отличающаяся тем, что кольцевой первый ротор (2) с первой турбиной и второй электрогенератор со второй турбиной выполнены в виде единого вращаемого блока, в котором внутренние части (8) лопаток (9.1- 9.N) первой турбины закреплены на втором статоре (7) второго электрогенератора.1. Installation of energy conversion of the medium flow, containing a pipe (1) with a first turbine located in it with a first electric generator and a second turbine with a second electric generator, the first means of centering the annular first rotor (2) with a gap (3) relative to the first stator (4) in the first generator, the second centering means of the annular second rotor (5) with a gap (6) relative to the second stator (7) in the second generator, while the outer parts (10) of the blades (9.1- 9.N) of the first turbine are fixed in the annular first rotor ( 2), and the outer parts (11) of the blades (12.1-12M) of the second turbine are mounted on an annular second rotor (5), the first and second electric generators contain means for transmitting the electricity generated by them, characterized in that the annular first rotor (2) with the first turbine and the second electric generator with the second turbine is made in the form of a single rotatable block in which the internal parts (8) of the blades (9.1- 9.N) of the first turbine are mounted on the second stator (7) of the second electric generator.
2. Установка по п.l, отличающаяся тем, что посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, обмотки второго статора (7) соединены соответственно с обмотками кольцевого первого ротора (2) через преобразователи переменного тока в постоянный.2. Installation according to claim 1, characterized in that by means of the transmission of electric power generated by the second electric generator, the windings of the second stator (7) are connected respectively to the windings of the annular first rotor (2) through AC / DC converters.
3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что средства передачи электроэнергии, вырабатываемой вторым электрогенератором, расположены внутри лопаток (9.1- 9.N) первой турбины. 3. Installation according to claim 2, characterized in that the means for transmitting electric power generated by the second electric generator are located inside the blades (9.1-9.N) of the first turbine.
4. Установка по п.l, отличающаяся тем, что лопатки (9.1- 9.N) первой и лопатки (12.1- 12M) второй турбин выполнены для обеспечения их вращения в противоположных направлениях.4. Installation according to claim 1, characterized in that the blades (9.1- 9.N) of the first and the blades (12.1-12M) of the second turbine are made to ensure their rotation in opposite directions.
5. Установка по п.l, отличающаяся тем, что лопатки (9.1- 9.N) первой и лопатки (12.1- 12M) второй турбин выполнены для обеспечения их вращения в одном направлении.5. Installation according to claim 1, characterized in that the blades (9.1- 9.N) of the first and the blades (12.1-12M) of the second turbine are made to ensure their rotation in one direction.
6. Установка по п.l, отличающаяся тем, что единый вращаемый блок кольцевого первого ротора (2) с первой турбиной и второго электрогенератора со второй турбиной содержит, по крайней мере, третий электрогенератор с третьей турбиной, при этом внутренние части лопаток предыдущей турбины закреплены на статоре последующего электрогенератора.6. Installation according to claim 1, characterized in that the single rotatable block of the annular first rotor (2) with the first turbine and the second electric generator with the second turbine contains at least a third electric generator with a third turbine, while the inner parts of the blades of the previous turbine are fixed on the stator of the subsequent generator.
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что посредством средств передачи электроэнергии, вырабатываемой последующим электрогенератором, обмотки последующего статора соединены соответственно с обмотками кольцевого предыдущего ротора через преобразователи переменного тока в постоянный.7. The installation according to claim 6, characterized in that by means of the transmission of electricity generated by the subsequent electric generator, the windings of the subsequent stator are connected respectively to the windings of the annular previous rotor through AC / DC converters.
8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что лопатки соседних турбин выполнены для обеспечения их вращения в противоположных направлениях.8. Installation according to claim 6, characterized in that the blades of adjacent turbines are made to ensure their rotation in opposite directions.
9. Установка по п.6, отличающаяся тем, что, начиная со второго электрогенератора, соответствующие статоры и роторы заключены в кольцевые обтекатели (19), которые выполнены с кольцевым пазом (20) для прохождения в нем соответствующего ротора.9. Installation according to claim 6, characterized in that, starting from the second electric generator, the respective stators and rotors are enclosed in annular cowls (19), which are made with an annular groove (20) for passage of the corresponding rotor therein.
10. Установка по любому из п.п. 1 или 7, отличающаяся тем, что первый статор (4) первого электрогенератора содержит основные обмотки и дополнительные обмотки, при этом основные обмотки подсоединены к средствам передачи вырабатываемой первым электрогенератором электроэнергии при скорости потока среды не выше номинальной, а дополнительные обмотки первого статора (4) дополнительно подсоединены при скорости потока среды выше номинальной. 10. Installation according to any one of paragraphs. 1 or 7, characterized in that the first stator (4) of the first electric generator contains the main windings and additional windings, while the main windings are connected to the transmission means generated by the first an electric power generator at a medium flow rate not higher than the nominal, and additional windings of the first stator (4) are additionally connected at a medium flow rate above the nominal.
PCT/UA2009/000027 2008-07-01 2009-06-25 Plant for converting medium flow energy WO2010002359A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200808681A UA89452C2 (en) 2008-07-01 2008-07-01 Installation for conversion of medium flow energy
UAA200808681 2008-07-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010002359A1 true WO2010002359A1 (en) 2010-01-07

Family

ID=41466224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2009/000027 WO2010002359A1 (en) 2008-07-01 2009-06-25 Plant for converting medium flow energy

Country Status (2)

Country Link
UA (1) UA89452C2 (en)
WO (1) WO2010002359A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013075193A1 (en) * 2011-11-25 2013-05-30 Monteiro De Barros Marcelo Wind turbine for generating energy for electric and hybrid vehicles
WO2013075192A1 (en) * 2011-11-25 2013-05-30 Monteiro De Barros Marcelo Multiple electrical energy-generating wind turbine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0045264A2 (en) * 1980-07-29 1982-02-03 Megatec - Industrie Wind driven electric generator
SU1590626A1 (en) * 1988-10-11 1990-09-07 Предприятие П/Я А-1097 Wind motor
GB2382381A (en) * 2001-11-21 2003-05-28 John Freer Green Improvements in wind turbines
RU2320889C2 (en) * 2006-02-06 2008-03-27 Станислав Иванович Гусак Electric machine for power plant with medium flowing through pipe

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0045264A2 (en) * 1980-07-29 1982-02-03 Megatec - Industrie Wind driven electric generator
SU1590626A1 (en) * 1988-10-11 1990-09-07 Предприятие П/Я А-1097 Wind motor
GB2382381A (en) * 2001-11-21 2003-05-28 John Freer Green Improvements in wind turbines
RU2320889C2 (en) * 2006-02-06 2008-03-27 Станислав Иванович Гусак Electric machine for power plant with medium flowing through pipe

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013075193A1 (en) * 2011-11-25 2013-05-30 Monteiro De Barros Marcelo Wind turbine for generating energy for electric and hybrid vehicles
WO2013075192A1 (en) * 2011-11-25 2013-05-30 Monteiro De Barros Marcelo Multiple electrical energy-generating wind turbine

Also Published As

Publication number Publication date
UA89452C2 (en) 2010-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8362635B2 (en) Wind-driven electric power generation system adapted for mounting along the side of vertical, man-made structures such as large buildings
EP2378117A1 (en) Wind turbine
Lebsir et al. Electric generators fitted to wind turbine systems: An up-to-date comparative study
CN102364094A (en) Bidirectional wind barrel type magnetic suspension wind power generation device
CN102780340A (en) Synchronous wind turbine generator
US10746155B2 (en) Water turbine support structure
CN202326021U (en) Two-way air duct type magnetic suspension wind power generation device
JP4461078B2 (en) Wind power generator
KR100839485B1 (en) The vertical axis-wind power system having multiple rotor blade-type
WO2010002359A1 (en) Plant for converting medium flow energy
US20100129219A1 (en) Systems and Methods for Generating Energy Using Wind Power
KR101085471B1 (en) Wind power generator
WO2017200504A1 (en) Shaftless multi blade wind turbine
RU2381379C1 (en) Unit to convert medium flow power
CN104632529A (en) Vertical axis efficient hollow-core megawatt wind driven generator and generator set
CN110454325A (en) A kind of half straight drive radial compound dual-port permanent magnet synchronous wind generator
KR101191434B1 (en) Vertical wind power generator
CN110460194A (en) A kind of double group paddle permanent magnet direct-driving aerogenerators of vertical axis dual-port
JP5245271B2 (en) Wind power generator
JP6047961B2 (en) Wind power generator
CN108282064A (en) A kind of exchange and permanent magnetism mixing excitation doubly-fed wind turbine and electricity generation system
US20210372360A1 (en) Hydrokinetic Power-Generation Turbine Systems Using Electronic Torque Control
US20130043683A1 (en) Fluid driven energy conversion apparatus and method
Yadav Electricity Production by Magnet (Maglev Mill)
US20130056990A1 (en) Modular Wind Turbine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09773872

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09773872

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1