WO2013002665A1 - Method and plant for generating electrical energy - Google Patents

Method and plant for generating electrical energy Download PDF

Info

Publication number
WO2013002665A1
WO2013002665A1 PCT/RU2011/000466 RU2011000466W WO2013002665A1 WO 2013002665 A1 WO2013002665 A1 WO 2013002665A1 RU 2011000466 W RU2011000466 W RU 2011000466W WO 2013002665 A1 WO2013002665 A1 WO 2013002665A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
rotor
flow
liquid
rotation
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000466
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Юрий Семенович ПОТАПОВ
Семен Юрьевич ПОТАПОВ
Илья Викторович РОДИОНОВ
Original Assignee
Potapov Yuriy Semenovich
Potapov Semen Yuriyevich
Rodionov Llya Viktorovich
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 Potapov Yuriy Semenovich, Potapov Semen Yuriyevich, Rodionov Llya Viktorovich filed Critical Potapov Yuriy Semenovich
Priority to PCT/RU2011/000466 priority Critical patent/WO2013002665A1/en
Publication of WO2013002665A1 publication Critical patent/WO2013002665A1/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
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B5/00—Machines or engines characterised by non-bladed rotors, e.g. serrated, using friction
    • 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 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • 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
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/16—Air or water being indistinctly used as working fluid, i.e. the machine can work equally with air or water without any modification
    • 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
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/20—Geometry three-dimensional
    • F05B2250/23—Geometry three-dimensional prismatic
    • F05B2250/232—Geometry three-dimensional prismatic conical
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to the field of electric energy, and can be used in energy, industry, and as an engine in aviation, shipbuilding, automobiles, transport by rail, and in domestic conditions.
  • the inventive method and installation work without burning traditional fuels (coal, firewood, oil, gas, nuclear fuel, hydrogen) and without harmful exhaust gases or harmful emissions, and does not depend on natural wind or solar radiation.
  • the power plant is described in the patent for invention RU N 2 2177562 dated 12/27/2001, authors: Potapov Yu.S., Potapov S.Yu., Tolmachev G.F.
  • the turbine is made of small blades in front of which a conical fairing is mounted.
  • the conical fairing directs the flow to the blades, which additionally increases its speed.
  • the turbine operates at lower flow rates and at high speeds.
  • a turbine with small blades and a conical fairing is kinematically connected to an electric generator that generates electrical energy for consumers.
  • this patent describes a wind turbine, which, as a rule, is installed at a height of 10 m or more from the ground. The higher the wind turbine is installed from the ground, the more likely it is to get the necessary wind flow.
  • hydropower stations can be used on rivers, but rivers must be of great depth and with a constant speed of water movement of at least 3 m / s, which is rare.
  • the objective of the present invention is to provide a method and installation for producing electric energy, working independently and regardless of the speed of the natural wind flow, gas or the speed of the fluid. Such an installation should work with high efficiency and low noise using the kinetic and potential environmental energies (liquid, gas).
  • a method for producing electric energy including the creation of an artificial free flow of gas or liquid directed into at least one turbine having conical and cylindrical fairings and a group of guide holes and / or blades accelerating the free flow of gas or liquid, and kinematically associated with an electric generator configured to provide electrical energy to the consumer and the electric drive motor in rotation of the frame, to Jerusalem installed at least one turbine and associated generator with a predetermined radius of rotation.
  • a free flow of gas or liquid is imparted at a constant speed to ensure operation of at least one turbine and associated generator with maximum load.
  • the incoming gas or liquid flow can be twisted in the direction of rotation of the turbine rotor by means of a group of guide vanes and / or holes.
  • the turbine can be rotated at least 0.5 meters in radius at a predetermined speed by the frame drive electric motor.
  • they can supply part of the generated electrical energy to the electric motor drive in rotation of the frame.
  • the oncoming flow of gas or liquid can be pre-twisted, compressed, accelerated, and then re-twisted and sent to the working surface of the rotor at an angle of not more than 90 ° through a conical and annular fairings.
  • heavy gases, gas mixtures, or air can be used as the gas.
  • the present invention describes an apparatus for producing electric energy, comprising an electric generator, a rotor associated with said electric generator, a device for twisting, compressing and holding an incoming flow of gas or liquid, equipped with a group of guide vanes and / or holes twisting the air flow in the direction rotor rotation, and a means of transferring energy to the consumer and for their own needs.
  • the rotor can be made in the form of a disk, and a group of blades and / or holes can be located in its peripheral part and at an angle to the surface of the rotor disk, and these blades and / or holes can be provided with a concave working surface, made with the possibility of creating a reactive effect .
  • These holes can be made cylindrical, conical or in the form of nozzles.
  • the installation may include a group of guide vanes and / or holes made with the possibility of directing the incoming flow of gas or liquid onto the rotor at an angle with preliminary twisting it in the direction of rotation of the rotor.
  • the installation may include an annular cowl mounted with the ability to completely hold the incoming flow of gas or liquid and its full direction on the working surface of the guide vanes and / or holes.
  • the installation may include a conical fairing with blades to increase the speed of the incoming flow of gas or liquid and create the necessary pressure of the specified flow on the rotor.
  • the installation may also include a frame that is mounted to rotate and create an artificial free flow of gas or liquid, while the set radius of rotation can be at least 0.5 m and create the desired speed of the specified free flow.
  • the installation may include a drive electric motor in the rotation of the frame, equipped with a gearbox, mounted with the possibility of rotation of the frame and the creation of an incoming flow of gas or liquid of the required speed, while part of the generated electrical energy is transmitted for own needs.
  • Installation can be performed with the possibility of battery life.
  • the rotor and guide holes and / or blades can be made with the possibility of eliminating the disruption of the oncoming flow of gas or liquid at speeds of more than 15 m / s.
  • Figure 1 presents a diagram of a turbine with an electric motor.
  • Figure 2 presents the installation diagram with small-bladed turbines mounted on a rotating frame in the air.
  • Fig. 3 shows small-bladed turbines operating in a liquid medium.
  • Figure 4 presents the installation diagram with a vertical arrangement of turbines operating in a gas environment.
  • An artificial free flow rotates the turbine rotor at a constant optimal speed, which ensures the continuous receipt of electrical energy in nominal mode.
  • the installation is equipped with conical and annular fairings, a group of guide vanes and / or holes and a rotor with small blades or inclined holes.
  • conical and annular radomes As devices for swirling, compressing and holding an incoming flow of gas or liquid, it is possible to use conical and annular radomes.
  • the rotor is kinematically connected to the generator.
  • the unit is mounted on a rotating frame.
  • the frame drive operates continuously and autonomously from the unit’s own electricity (i.e., generated by it) or from the network.
  • the efficiency of the method and device is not less than 75%.
  • two or more two energy modules are installed on a rotating frame, having a rotation radius of at least 0.5 m.
  • part of the generated electrical energy goes to the consumer, and the other part goes to the rotation of the frame.
  • the installation starts from an external current source, battery, mechanically, or from a mobile power station.
  • one frame is installed with the energy modules vertically on top of each other.
  • the required number of vertical energy modules is recruited to increase power.
  • the number of modules can be arbitrary (1, 2, 3, 4, 5, 6, etc.). However, it is more preferable to use two or another even number of modules (4, 6, 8, etc.).
  • the occupied area and foundation of the proposed vertical power plant are several times smaller than those of similar power plants currently used.
  • the frame of the power plant can be made of a pipe that has less resistance to the flow of incoming gas or liquid.
  • the frequency of rotation of the frame depends on the required speed of the incoming flow.
  • the speed of the incident flow is usually equal to the angular (tangential) speed of a point located at a certain radius of rotation. For example, a free-stream velocity of more than 10 m / s is needed.
  • a radius of rotation of 2.5 meters Then at 60 rpm of this frame, the speed of the incoming air flow, at the extreme point, will be equal to 15 m / s. At this airflow rate, even traditional wind farms can operate at full capacity.
  • the implementation of a small-bladed turbine in which the holes and / or guide vanes are similar to small blades, will work better than a traditional wind farm, since its speed is two to three times higher and the losses are much lower.
  • the holes and / or blades in the rotor can be made cylindrical, straight and concave at the required angle to the plane of the disk - rotor. They can also be conical or in the form of nozzles, which can help accelerate the rotation of the rotor and create a reactive effect.
  • the upper part of the rotor with blades is closed by an annular cowl, which significantly reduces the loss of its rotation in a gas or liquid medium.
  • the proposed installation operates in a steady optimal mode (i.e., in the mode generated the necessary amount of energy is sufficient to maintain the work of itself and consumers)
  • the power can be transferred from the rotor to the generator without an accelerating multi-stage gearbox (multiplier).
  • multiplier multi-stage gearbox
  • a speed reducer will be needed.
  • a group of mechanical elements of a conventional wind turbine is not required in the new method and device. This increases reliability, reduces maintenance and extends the life of the proposed installation.
  • the proposed method and installation for energy production can operate continuously, autonomously throughout the year, having an annual efficiency of 95% - 98%, and not 20% - 25%, as in traditional wind farms, which depend on the natural wind flow.
  • the additional use of simultaneously a group of turbines allows you to give even more energy to the consumer.
  • the noise characteristics of the proposed power plants are lower than conventional ones, they do not have the formation of infrasound, since the ends of the small blades are closed by an annular cowl. Therefore, the proposed installation can be placed near the facility using the generated electricity, which will reduce the cost of installing and repairing the power line.
  • the manufacture of the described turbines with annular cowls positively affects the rotor speed.
  • the absence of traditional large blades in the proposed turbine dramatically increases the frequency of rotation and energy production.
  • the rotor rotates due to the formation of the pressure of the oncoming flow of gas or liquid and the reactive effect (also used in rocket and aircraft construction), and not due to the lifting force of the wing.
  • a torque is generated simultaneously on all working surfaces of the turbine rotor, which increases the characteristics of the turbine.
  • the working surfaces of the turbine rotor are all surfaces of the holes or guide vanes of the rotor and its annular cowls.
  • the overall dimensions of the proposed turbine are 4-5 times smaller than the diameter of the blades of traditional wind farms, and, consequently, its weight is much less at the same power.
  • Testing of a small-bladed turbine with guide vanes and / or holes showed that at the same flow rate, its power is several times higher than that of a conventional wind turbine with large blades, where the lifting force works, like the wing of an airplane.
  • Modern installations for converting wind energy into electricity have reached, in part, the limits of their efficiency.
  • the proposed method and installation can significantly increase the efficiency of the process of converting energy of gas (air) and / or liquid due to the incident flow at speeds from 1 m / s to 60 m / s. In this speed range, conventional wind farms do not work or work poorly.
  • Electricity production by the proposed method and installation does not depend on gusts of natural wind, therefore it is autonomous, continuous, uniform and adjustable, which is very important for providing electricity to the consumer.
  • the installation is installed under a canopy or in a container with gas or liquid with installed turbines. Therefore, it is not affected by precipitation and solar radiation, which increases its service life.
  • the roof or canopy above the installation is made of inexpensive but durable materials.
  • a protective net is installed, which prevents birds or animals from entering the work area, but provides air access.
  • the flow of liquid or gas is twisted in the direction of rotation of the turbine rotor by means of guide holes and / or vanes and leaves tangential to the path of rotation. It is possible to supply part of the electric energy to an electric motor through a frequency regulator of revolutions. At the same time, frames with turbines and generators are rotated in different directions so that the gas or liquid flow does not rotate like a tornado.
  • an example is a turbine and one embodiment of a method and apparatus for generating electrical energy by rotating a rotor under pressure of a swirling flow.
  • the device includes an electric generator 1, an annular fairing 2, guide vanes 3, swirling the air flow, a turbine rotor with blades 4, a conical fairing 5, preliminary twisting blades 6, an annular fairing of the rotor 7.
  • FIG. 2 shows the installation diagram with two small-bladed turbines.
  • the frame 8 is mounted on a movable support 9.
  • the frame 8 is driven by a motor (electric motor) 10 by means of a gearbox 1 1.
  • the rotation of the frame 8 occurs at a constant optimal speed.
  • the engine 10 is connected to an energy source for starting 12.
  • the installation is equipped with a casing 13, with a protective net 14.
  • the gearbox is connected to the frame through a coupling.
  • Fig.3 presents a diagram of a plant operating in a liquid (H 2 0).
  • the support 15 with the electric motor 10 and the gearbox 1 1 is closed hermetically.
  • Figure 4 presents the installation operating in a heavy environment inert gas argon (Ar) in the container 16 on a vertical rack 17.
  • the principle of operation of the installation on a natural wind flow and an oncoming flow of gas or liquid is similar. Only the speed of the incident gas or liquid flow can be constant not lower than 12 m / s. The calculated angular velocities and the actual velocity of the incident flow of gas or liquid coincide. The dimensions of the proposed installation are several times smaller (with the same power) than traditional large-bladed wind farms.
  • the presented installation works as follows. Electric current from the network 12 is supplied to an electric motor 10, which rotates the gearbox 1 1.
  • the gearbox 1 1 is kinematically connected with the movable support 9, on which the rotating frame 8. is mounted.
  • the frame 8 rotates at a predetermined speed.
  • At the ends of the frame 8 there are installed turbines with a rotor 4 kinematically connected to an electric generator 1.
  • the inventive method and installation allow the production of electric energy in an autonomous, environmentally friendly way and without burning traditional fuel, since inertia, kinetic and potential energy are used together.
  • the moment of inertia of the rotating frame with electric generators and turbines helps to reduce energy costs (by analogy with the flywheel) for the rotation of the frame, which was confirmed during testing.
  • a device including an electric generator 1, a rotor 4 with an annular fairing 7, guide vanes 3, an annular fairing 2, conical fairing 5 at an angle of 90 ° with preliminary twisting blades 6.
  • the inner diameter of the annular fairing 2 is 100 mm.
  • the number of blades on the rotor and guide vanes is sixteen.
  • the electric generator 1 is three-phase, with a power of 1 kW.
  • the rotor 4 is mounted on the axis of the generator 1.
  • the frame 8 is mounted on the movable support 9.
  • the support 9 is kinematically connected with the output shaft of the gearbox 1 1.
  • the gearbox 1 1 rotates the electric motor 10 connected to the network 12 to start.
  • the power of the electric motor 10 is 0.25 kW.
  • the gear ratio of the gearbox 1 1 is 39.
  • the number of revolutions of the electric motor is 1500 rpm. Therefore, the frame 8 rotates at a speed of 38 rpm.
  • the radius of rotation is 2.5 meters.
  • We get the speed of the free stream is 9.9 m / s.
  • the generators of both turbines generate a rated power of 1 kW and enter the operating mode, which allows providing electricity to both the installation and the consumer. It should be noted that the power consumption of the electric motor 10 decreased to 0, 12 kW.
  • the installation includes a support 15, four generators 1, with a power of 0.2 kW each, an annular cowl 2 with a diameter of 150 mm, a conical cowl 5 at an angle of 70 °, guide vanes 3 at an angle of 45 °.
  • Generators 1 are mounted on a movable frame 8, on which four identical turbines are installed. Turbines with electric generators are immersed in a liquid.
  • the turbine has 16 blades and 16 guide vanes. Four energy modules are in the same weight state.
  • the electric motor 10 of the drive frame 8 in rotation has a power of 0.2 kW at 1500 rpm
  • the gearbox 1 1 has a gear ratio of 1: 100.
  • the radius of rotation is set to 1 meter.
  • Starting the installation is carried out analogously to example 1.
  • Frame 8 rotates at a speed of 15 rpm, and the oncoming fluid flow has a speed of 1, 57 m / s. At such a free flow rate, the turbine and generators operate in nominal mode. In steady state, one of the generators is switched to the electric motor 10, and three generators are connected to the consumer. Installation works stably and almost silently with high efficiency.
  • An installation has been manufactured for the production of electrical energy in a gas medium having a density higher than that of air.
  • the installation includes a container 16 with a rack 17, a generator 1 on one frame 8 and two electric generators on another frame, rotating in the opposite direction.
  • the container where the frames with turbines and generators rotate is sealed and filled with an inert gas, for example, argon (Ar).
  • the turbines are made with a diameter of 290 mm with guide holes with a diameter of 80 mm at an angle of 45 °. Similar holes are made on the rotor.
  • the rotor has 8 holes and guide holes are also 8 pieces.
  • the total power of the installation is 0.8 kW.
  • Two electric motors for driving the frames into rotation have a power of 0.2 kW.
  • the frames rotate in different directions at a speed of 15 rpm.
  • the incoming gas flow has a speed of 1, 57 m / s with a radius of rotation of 1 meter.
  • Such a free gas flow rate provides the unit's nominal operating mode with an efficiency of 50%.
  • the results obtained indicate that the proposed method and installation for generating electricity works stably and regardless of environmental conditions, which increases the energy necessary for the consumer.
  • the production of useful electricity by this installation can be from 50% to 75% of the total energy generated by the installation.

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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of the generation of autonomous electrical energy by means of the artificial production of an incident flow of gas or liquid onto a power module (turbine) using a cylindrical and a conical deflector. The power module spins, compresses the air flow and directs the air flow onto the working surface of a rotor with no blades or small blades. The rotor is designed in such a way that a reactive effect is produced on the working surfaces thereof. This improves the characteristics of the turbine. In the proposed method for generating electrical energy, use is made of the moment of inertia and the kinetic and potential energy of the flow, as well as a dedicated electric drive. The efficiency of the method is no less than 50%, 75% with a decreased consumption of traditional fuel and a reduction in CO2 emissions into the atmosphere.

Description

СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ  METHOD AND INSTALLATION FOR
ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ  OF PRODUCING ELECTRIC ENERGY
Область техники  Technical field
Изобретение относится к области получения электрической энергии, и может быть использовано в энергетике, промышленности, и как двигатель в авиации, судостроении, автомобилях, транспорте на железной дороге, и в бытовых условиях. Заявляемые способ и установка работают, не сжигая традиционных видов топлива (уголь, дрова, нефть, газ, ядерное топливо, водород) и без вредных выхлопных газов или вредных излучений, и не зависит от природного ветра или солнечного излучения.  The invention relates to the field of electric energy, and can be used in energy, industry, and as an engine in aviation, shipbuilding, automobiles, transport by rail, and in domestic conditions. The inventive method and installation work without burning traditional fuels (coal, firewood, oil, gas, nuclear fuel, hydrogen) and without harmful exhaust gases or harmful emissions, and does not depend on natural wind or solar radiation.
Предшествующий уровень техники  State of the art
Хорошо известны различные способы получения электрической энергии с использованием двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных двигателей, работающих на традиционных видах топлива. При работе этих двигателей сжигается топливо и ухудшается экологическое состояние атмосферы. Известны также способы получения электрической энергии за счет преобразования солнечной энергии. Однако эффективность солнечных батарей, например Е19/318 США достигает 19,5%. Со временем их эффективность постоянно снижается из-за загрязнения поверхности солнечных батарей. Вместе с этим солнечные батареи занимают, как правило, большие площади и являются дорогостоящими изделиями. Несмотря на эти недостатки, солнечные батареи находят широкое применение для производства электрической энергии в солнечные дни.  Various methods for producing electrical energy using internal combustion engines and gas turbine engines using traditional fuels are well known. During the operation of these engines, fuel is burned and the environmental condition of the atmosphere deteriorates. Methods for producing electrical energy by converting solar energy are also known. However, the efficiency of solar panels, for example E19 / 318 USA reaches 19.5%. Over time, their effectiveness is constantly reduced due to contamination of the surface of solar cells. Along with this, solar panels occupy, as a rule, large areas and are expensive products. Despite these shortcomings, solar panels are widely used for the production of electrical energy on sunny days.
В настоящее время созданы ветростанции, имеющие лопастные ветротурбины больших диаметров (до 60 м), которые кинематически связаны с электрическим генератором.  At present, wind farms have been created that have large-diameter vane wind turbines (up to 60 m) that are kinematically connected to an electric generator.
При скорости ветра 8-12 м/с, но не более 15 м/с современные ветростанции вырабатывают электрическую энергию в номинальном режиме.  At a wind speed of 8-12 m / s, but not more than 15 m / s, modern wind farms produce electric energy in nominal mode.
Наиболее близкая к заявленному изобретению энергетическая установка описана в патенте на изобретение RU N2 2177562 от 27.12.2001 г., авторы: Потапов Ю.С., Потапов С.Ю., Толмачев Г.Ф. В этом изобретении турбина выполнена из мелких лопастей, перед которыми установлен конический обтекатель. Конический обтекатель направляет поток на лопасти, что дополнительно увеличивает его скорость. При этом турбина работает и с меньшими скоростями потока, и с большими оборотами. Турбина с мелкими лопатками и коническим обтекателем кинематически связана с электрогенератором, который вырабатывает электрическую энергию для потребителей. Но в этом патенте описывается ветровая турбина, которая, как правило, устанавливается на высоте от земли 10 м и более. Чем выше от земли устанавливается ветровая турбина, тем больше вероятность получить необходимый ветровой поток. Closest to the claimed invention, the power plant is described in the patent for invention RU N 2 2177562 dated 12/27/2001, authors: Potapov Yu.S., Potapov S.Yu., Tolmachev G.F. In this invention, the turbine is made of small blades in front of which a conical fairing is mounted. The conical fairing directs the flow to the blades, which additionally increases its speed. At the same time, the turbine operates at lower flow rates and at high speeds. A turbine with small blades and a conical fairing is kinematically connected to an electric generator that generates electrical energy for consumers. But this patent describes a wind turbine, which, as a rule, is installed at a height of 10 m or more from the ground. The higher the wind turbine is installed from the ground, the more likely it is to get the necessary wind flow.
Недостатком данной известного уровня техники ветроэнергетической установки и способа получения электрической энергии является прямая зависимость от скорости ветра. Как правило, производство электрической энергии приостанавливается из-за отсутствия необходимой скорости воздушного потока. Этот недостаток имеют все современные ветростанции независимо от конструкции ветровой турбины. Другим недостатком рассматриваемой ветроэнергетической установки является то, что необходимо ветровую турбину устанавливать на высокую опору, которая закрепляется на массивной плите из бетона. Это необходимо для ее устойчивости во время сильного ветра (более 20 м/с). Естественно такая конструкция удорожает проект и приводит к большому расходу материалов.  The disadvantage of this prior art wind power installation and method for producing electrical energy is a direct dependence on wind speed. As a rule, the production of electrical energy is suspended due to the lack of the necessary air flow rate. All modern wind farms have this drawback regardless of the design of the wind turbine. Another disadvantage of the considered wind power installation is that it is necessary to install the wind turbine on a high support, which is fixed on a massive slab of concrete. This is necessary for its stability during strong winds (more than 20 m / s). Naturally, such a design increases the cost of the project and leads to a large consumption of materials.
Еще одним недостатком рассматриваемой ветростанции является отсутствие направляющих ветер лопаток и кольцевого обтекателя. Это приводит к снижению КПД ветровой турбины, так как воздушный поток попадает на лопатки турбины не под оптимальным углом. Затем воздушный поток отражается от лопаток и уходит по радиусу в разные стороны за счет центробежных сил. Из-за этих явлений воздушный поток не производит достаточно полной работы на ветровой турбине и, следовательно, снижается ее КПД до 30%. Также известно, что коэффициент использования ветрового потока не может превышать более 59%, так называемого коэффициента Бетца.  Another drawback of this wind farm is the lack of wind-guiding blades and an annular cowl. This leads to a decrease in the efficiency of the wind turbine, since the air flow does not reach the turbine blades at an optimal angle. Then the air flow is reflected from the blades and leaves along the radius in different directions due to centrifugal forces. Due to these phenomena, the air flow does not perform enough full work on the wind turbine and, therefore, its efficiency is reduced to 30%. It is also known that the utilization of the wind flow cannot exceed 59%, the so-called Betz coefficient.
Другим известным способом получения электрической энергии являются гидростанции различного типа. Хорошо известны гидроэлектростанции гравитационного типа. Для их работы необходимо строительство гигантских плотин, которые увеличивают верхний уровень воды. Вода из водохранилища сбрасывается на гидротурбины, вращает их и вращает электрогенератор. Недостатком гидроэлектростанций такого типа является высокая стоимость сооружения плотин и нарушение экологии от гигантских водохранилищ, а также низкий КПД гидротурбины. За последнее время получили развитие подводные гидростанции, работающие от природных подводных течений в морях и океанах. Однако подводные течения необходимой скорости имеются не у всех побережий морей и океанов. Кроме того эффективность таких лопастных гидротурбин не на много выше, чем у современных ветростанций. К тому же подводные течения не постоянны по скорости и направлению, что также снижает КПД этих гидростанций. Можно использовать такие гидростанции на реках, но реки должны быть большой глубины и с постоянной скоростью движения воды, не менее 3 м/с, что бывает редко. Another well-known method for generating electrical energy is hydrostations of various types. Gravity type hydroelectric power plants are well known. Their work requires the construction of giant dams that increase the upper water level. Water from the reservoir is discharged to the turbines, rotates them and rotates the generator. The disadvantage of this type of hydroelectric power plants is the high cost of dam construction and environmental damage from giant reservoirs, as well as the low efficiency of hydraulic turbines. Recently, underwater hydropower plants operating from natural underwater currents in the seas and oceans have been developed. However, underwater currents of the required speed are not available on all coasts of the seas and oceans. In addition, the efficiency of such blade turbines is not much higher than that of modern wind farms. In addition, underwater currents are not constant in speed and direction, which also reduces the efficiency of these hydroelectric stations. Such hydropower stations can be used on rivers, but rivers must be of great depth and with a constant speed of water movement of at least 3 m / s, which is rare.
Задачей настоящего изобретения, является создание способа и установки для получения электрической энергии, работающих автономно и независимо от скорости природного ветрового потока, газа или скорости движения жидкости. Такая установка должна работать с высоким КПД и малым шумом используя кинетическую и потенциальную энергии окружающей среды (жидкость, газ).  The objective of the present invention is to provide a method and installation for producing electric energy, working independently and regardless of the speed of the natural wind flow, gas or the speed of the fluid. Such an installation should work with high efficiency and low noise using the kinetic and potential environmental energies (liquid, gas).
Раскрытие изобретения  Disclosure of invention
Для достижения указанных технических результатов разработан способ получения электрической энергии, включающий создание искусственного набегающего потока газа или жидкости направляемого в по меньшей мере одну турбину, имеющую конический и цилиндрический обтекатели и группу направляющих отверстий и/или лопаток, ускоряющих набегающий поток газа или жидкости, и кинематически связанную с электрическим генератором, выполненным с возможностью обеспечения электрической энергией потребителя и электромотора привода во вращение рамы, на которой установлены по меньшей мере одна турбина и связанный с ней генератор с заранее установленным радиусом вращения.  To achieve these technical results, a method for producing electric energy has been developed, including the creation of an artificial free flow of gas or liquid directed into at least one turbine having conical and cylindrical fairings and a group of guide holes and / or blades accelerating the free flow of gas or liquid, and kinematically associated with an electric generator configured to provide electrical energy to the consumer and the electric drive motor in rotation of the frame, to Torah installed at least one turbine and associated generator with a predetermined radius of rotation.
В одном из вариантов осуществления способа придают набегающему потоку газа или жидкости постоянную скорость, обеспечивающую работу по меньшей мере одной турбин и связанного с ней генератора с максимальной нагрузкой.  In one embodiment of the method, a free flow of gas or liquid is imparted at a constant speed to ensure operation of at least one turbine and associated generator with maximum load.
Набегающий поток газа или жидкости могут закручивать в направлении вращения ротора турбины посредством группы направляющих лопаток и/или отверстий. В другом варианте осуществления турбину могут вращать по радиусу по меньшей мере 0,5 метра с заданной скоростью посредством электромотора привода рамы. The incoming gas or liquid flow can be twisted in the direction of rotation of the turbine rotor by means of a group of guide vanes and / or holes. In another embodiment, the turbine can be rotated at least 0.5 meters in radius at a predetermined speed by the frame drive electric motor.
Еще в одном варианте могут осуществлять подачу части вырабатываемой электрической энергии на электромотор привода во вращение рамы.  In another embodiment, they can supply part of the generated electrical energy to the electric motor drive in rotation of the frame.
Кроме того, в одном из вариантов осуществления набегающий поток газа или жидкости могут предварительно закручивать, сжимать, ускорять, а затем повторно закручивать и направлять на рабочую поверхность ротора под углом не более 90° посредством конического и кольцевого обтекателей.  In addition, in one embodiment, the oncoming flow of gas or liquid can be pre-twisted, compressed, accelerated, and then re-twisted and sent to the working surface of the rotor at an angle of not more than 90 ° through a conical and annular fairings.
В другом варианте при вращении рамы могут использовать момент инерции, кинетическую, потенциальную энергии набегающего потока газа или жидкости и часть вырабатываемой электрической энергии.  In another embodiment, when rotating the frame, they can use the moment of inertia, the kinetic, potential energy of the incident flow of gas or liquid and part of the generated electrical energy.
Также могут одновременно создавать реактивный эффект на всех рабочих поверхностях ротора.  They can also simultaneously create a reactive effect on all working surfaces of the rotor.
Во всех вариантах осуществления в качестве газа могут использовать тяжелые газы, газовые смеси или воздух.  In all embodiments, heavy gases, gas mixtures, or air can be used as the gas.
Кроме того, настоящее изобретение описывает установку для получения электрической энергии, включающую электрический генератор, ротор, связанный с указанным электрическим генератором, устройство закручивания, сжатия и удержания набегающего потока газа или жидкости, снабженное группой направляющих лопаток и/или отверстий, закручивающих воздушный поток в направлении вращения ротора, и средство передачи энергии потребителю и на собственные нужды.  In addition, the present invention describes an apparatus for producing electric energy, comprising an electric generator, a rotor associated with said electric generator, a device for twisting, compressing and holding an incoming flow of gas or liquid, equipped with a group of guide vanes and / or holes twisting the air flow in the direction rotor rotation, and a means of transferring energy to the consumer and for their own needs.
Ротор может быть выполнен в виде диска, а группа лопаток и/или отверстий может быть расположена в его периферийной части и под углом к поверхности диска ротора, причем указанные лопатки и/или отверстия могут быть снабжены вогнутой рабочей поверхностью, выполненной с возможностью создания реактивного эффекта.  The rotor can be made in the form of a disk, and a group of blades and / or holes can be located in its peripheral part and at an angle to the surface of the rotor disk, and these blades and / or holes can be provided with a concave working surface, made with the possibility of creating a reactive effect .
Указанные отверстия могут быть выполнены цилиндрическими, коническими или в виде сопел.  These holes can be made cylindrical, conical or in the form of nozzles.
В одном из вариантов осуществления установка может включать группу направляющих лопаток и/или отверстий, выполненных с возможностью направления набегающего потока газа или жидкости на ротор под углом с предварительным закручиванием его в направлении вращения ротора. In one embodiment, the installation may include a group of guide vanes and / or holes made with the possibility of directing the incoming flow of gas or liquid onto the rotor at an angle with preliminary twisting it in the direction of rotation of the rotor.
В другом варианте осуществления установка может включать кольцевой обтекатель, установленный с возможностью полного удержания набегающего потока газа или жидкости и его полного направления на рабочую поверхность направляющих лопаток и/или отверстий.  In another embodiment, the installation may include an annular cowl mounted with the ability to completely hold the incoming flow of gas or liquid and its full direction on the working surface of the guide vanes and / or holes.
Кроме того установка может включать конический обтекатель с лопатками для увеличения скорости набегающего потока газа или жидкости и создания необходимого давления указанного потока на ротор.  In addition, the installation may include a conical fairing with blades to increase the speed of the incoming flow of gas or liquid and create the necessary pressure of the specified flow on the rotor.
Также установка может включать раму, установленную с возможностью вращения и создания искусственного набегающего потока газа или жидкости, при этом установленный радиус вращения может составлять по меньшей мере 0,5 м и создавать требуемую скорость указанного набегающего потока.  The installation may also include a frame that is mounted to rotate and create an artificial free flow of gas or liquid, while the set radius of rotation can be at least 0.5 m and create the desired speed of the specified free flow.
Дополнительно установка может включать электромотор привода во вращения рамы, снабженный редуктором, установленный с возможностью вращения рамы и создания набегающего потока газа или жидкости необходимой скорости, при этом часть вырабатываемой электрической энергии передается на собственные нужды.  Additionally, the installation may include a drive electric motor in the rotation of the frame, equipped with a gearbox, mounted with the possibility of rotation of the frame and the creation of an incoming flow of gas or liquid of the required speed, while part of the generated electrical energy is transmitted for own needs.
Установка может быть выполнена с возможностью автономной работы. Installation can be performed with the possibility of battery life.
Ротор и направляющие отверстия и/или лопатки могут быть выполнены с возможностью исключения срыва набегающего потока газа или жидкости при скоростях более 15 м/с. The rotor and guide holes and / or blades can be made with the possibility of eliminating the disruption of the oncoming flow of gas or liquid at speeds of more than 15 m / s.
Краткое описание чертежей  Brief Description of the Drawings
На фиг.1 представлена схема турбины с электромотором.  Figure 1 presents a diagram of a turbine with an electric motor.
На фиг.2 представлена схема установки с мелколопастными турбинами, установленными на вращающейся раме в воздушной среде.  Figure 2 presents the installation diagram with small-bladed turbines mounted on a rotating frame in the air.
На фиг.З представлены мелколопастные турбины, работающие в жидкой среде.  Fig. 3 shows small-bladed turbines operating in a liquid medium.
На фиг.4 представлена схема установки с вертикальным расположением турбин, работающих в газовой среде.  Figure 4 presents the installation diagram with a vertical arrangement of turbines operating in a gas environment.
Варианты осуществления изобретения  Embodiments of the invention
Указанные технические результаты достигаются в данном способе получения электрической энергии, путем создания набегающего потока газа или жидкости необходимой скорости, в сочетании с мелколопастными турбинами либо безлопастными турбинами. The specified technical results are achieved in this method of generating electrical energy by creating an oncoming flow of gas or liquid of the required speed, in combination with small-bladed turbines or bladeless turbines.
Искусственный набегающий поток вращает ротор турбины, с постоянной оптимальной скоростью, что и обеспечивает непрерывное получение электрической энергии в номинальном режиме.  An artificial free flow rotates the turbine rotor at a constant optimal speed, which ensures the continuous receipt of electrical energy in nominal mode.
Установка снабжена коническим и кольцевым обтекателями, группой направляющих лопаток и/или отверстий и ротором с мелкими лопатками или наклонными отверстиями. В качестве устройств закручивания, сжатия и удержания набегающего потока газа или жидкости возможно использование конусного и кольцевого обтекателей. Ротор кинематически связан с генератором. Установка смонтирована на вращающейся раме. Привод рамы работает непрерывно и автономно от собственной электроэнергии установки (т.е. вырабатываемой ею) либо от сети. Эффективность способа и устройства не менее 75%.  The installation is equipped with conical and annular fairings, a group of guide vanes and / or holes and a rotor with small blades or inclined holes. As devices for swirling, compressing and holding an incoming flow of gas or liquid, it is possible to use conical and annular radomes. The rotor is kinematically connected to the generator. The unit is mounted on a rotating frame. The frame drive operates continuously and autonomously from the unit’s own electricity (i.e., generated by it) or from the network. The efficiency of the method and device is not less than 75%.
В одном из вариантов осуществления способа и установки для автономного производства электрической энергии происходит при радиусе вращения не менее 0,5 метра с тангенциальной (угловой) скоростью не более 60 м/с.  In one of the embodiments of the method and installation for the autonomous production of electric energy occurs at a radius of rotation of not less than 0.5 meters with a tangential (angular) speed of not more than 60 m / s.
В одном из вариантов осуществления изобретения на вращающейся раме устанавливаются два или более двух энергетических модуля (турбины), имеющих радиус вращения не менее 0,5 м. Обычно, часть вырабатываемой электрической энергии идет потребителю, а другая часть идет на вращение рамы. Запускается установка от внешнего источника тока, аккумулятора, механически, либо от передвижной электрической станции.  In one embodiment of the invention, two or more two energy modules (turbines) are installed on a rotating frame, having a rotation radius of at least 0.5 m. Usually, part of the generated electrical energy goes to the consumer, and the other part goes to the rotation of the frame. The installation starts from an external current source, battery, mechanically, or from a mobile power station.
Учитывая, что мощность турбин растет с увеличением скорости набегающего потока газа или жидкости в кубической степени, то мы получаем достаточно энергии и для потребителя, и для вращения рамы. Так как возникающее сопротивление вращению рамы практически растет линейно, то и затраты энергии на вращение рамы будут не велики. Это и обеспечивает получение высокого КПД.  Given that the power of the turbines increases with an increase in the speed of the incoming flow of gas or liquid in a cubic degree, we get enough energy for both the consumer and the rotation of the frame. Since the resulting resistance to rotation of the frame practically grows linearly, the energy costs for rotating the frame will not be large. This ensures high efficiency.
В другом варианте осуществления устанавливается одна рама с энергетическими модулями наддругой вертикально. Таким образом, набирается необходимое количество вертикальных энергетических модулей для увеличения мощности. Количество модулей (турбин) может быть произвольным (1 , 2, 3, 4, 5, 6, и т.д.). Однако более предпочтительным является использование двух или другого четного количества модулей (4, 6, 8 и т.д.) Занимаемая площадь и фундамент предлагаемой вертикальной электростанции в несколько раз меньше, чем у аналогичных по мощности электростанций используемых в настоящее время. In another embodiment, one frame is installed with the energy modules vertically on top of each other. Thus, the required number of vertical energy modules is recruited to increase power. The number of modules (turbines) can be arbitrary (1, 2, 3, 4, 5, 6, etc.). However, it is more preferable to use two or another even number of modules (4, 6, 8, etc.). The occupied area and foundation of the proposed vertical power plant are several times smaller than those of similar power plants currently used.
В предложенном способе получения набегающего потока газа или жидкости возможно использование и обычных ветростанций, имеющих лопасти диаметром до 60 метров. Однако известные недостатки крупнолопастных ветростанций будут проявляться и в предлагаемом способе. (См. Таблицу 1 ). Поэтому использование традиционных ветростанций, при набегающем потоке газа (воздуха), экономически не целесообразно из-за больших потерь мощности и больших габаритов.  In the proposed method for producing an incident flow of gas or liquid, it is possible to use conventional wind farms having blades with a diameter of up to 60 meters. However, the known disadvantages of large-bladed wind farms will be manifested in the proposed method. (See Table 1). Therefore, the use of traditional wind farms, with a free flow of gas (air), is not economically feasible due to large power losses and large dimensions.
Таблица N2 1 Table N 2 1
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001
Из таблицы N2 1 видно, что суммарные потери у крупнолопастных турбин достигают 52%, а у мелколопастных турбин только 25%. Таким образом, использование мелколопастных турбин при набегающем потоке газа или жидкости будет предпочтительней. From table N 2 1 shows that the total losses in large-bladed turbines reach 52%, and in small-bladed turbines only 25%. Thus, the use of small-bladed turbines in an incident flow of gas or liquid will be preferable.
В одном из вариантов осуществления изобретения рама электростанции может быть выполнена из трубы, которая имеет меньшее сопротивление потоку набегающего газа или жидкости. Частота вращения рамы зависит от необходимой скорости набегающего потока. Скорость набегающего потока обычно равна угловой (тангенциальной) скорости точки, находящейся на определенном радиусе вращения. Например, необходима скорость набегающего потока более 10 м/с. Принимаем радиус вращения 2,5 метра. Тогда при 60 об/мин данной рамы, скорость набегающего потока воздуха, в крайней точке, будет равна 15 м/с. При такой скорости воздушного потока даже традиционные ветростанции могут работать на полную мощность. В одном из вариантов осуществления мелколопастная турбина, у которой отверстия и/или направляющие лопатки подобны мелким лопастям, будет работать лучше традиционной ветростанции, так как ее обороты в два-три раза выше, а потери значительно ниже. Отверстия и/или лопасти в роторе могут выполняться цилиндрическими, прямыми и вогнутыми под необходимым углом к плоскости диска - ротора. Также они могут быть коническими или в виде сопел, что может способствовать ускорению вращения ротора и созданию реактивного эффекта. Верхняя часть ротора с лопастями закрыта кольцевым обтекателем, что существенно снижает потери на его вращение в газовой или жидкостной среде. In one embodiment of the invention, the frame of the power plant can be made of a pipe that has less resistance to the flow of incoming gas or liquid. The frequency of rotation of the frame depends on the required speed of the incoming flow. The speed of the incident flow is usually equal to the angular (tangential) speed of a point located at a certain radius of rotation. For example, a free-stream velocity of more than 10 m / s is needed. We take a radius of rotation of 2.5 meters. Then at 60 rpm of this frame, the speed of the incoming air flow, at the extreme point, will be equal to 15 m / s. At this airflow rate, even traditional wind farms can operate at full capacity. In one embodiment, the implementation of a small-bladed turbine, in which the holes and / or guide vanes are similar to small blades, will work better than a traditional wind farm, since its speed is two to three times higher and the losses are much lower. The holes and / or blades in the rotor can be made cylindrical, straight and concave at the required angle to the plane of the disk - rotor. They can also be conical or in the form of nozzles, which can help accelerate the rotation of the rotor and create a reactive effect. The upper part of the rotor with blades is closed by an annular cowl, which significantly reduces the loss of its rotation in a gas or liquid medium.
Учитывая, что предлагаемая установка работает в установившемся оптимальном режиме (т.е. в режиме вырабатываемом необходимое количество энергии, достаточном для поддержания работы себя и потребителей), то передача мощности от ротора на генератор может осуществляться без ускоряющего многоступенчатого редуктора (мультипликатора). Наоборот, в некоторых случаях, при высоких скоростях вращения ротора будет необходим понижающий обороты редуктор. В нашем способе отсутствует необходимость применения системы управления механизмом поворота в направлении природного ветра, а также применения механизма поворота лопастей. Группа механических элементов обычной ветровой установки не требуется в новом способе и устройстве. Это повышает надежность, сокращает техническое обслуживание и увеличивает срок службы предлагаемой установки.  Considering that the proposed installation operates in a steady optimal mode (i.e., in the mode generated the necessary amount of energy is sufficient to maintain the work of itself and consumers), the power can be transferred from the rotor to the generator without an accelerating multi-stage gearbox (multiplier). Conversely, in some cases, at high rotor speeds, a speed reducer will be needed. In our method, there is no need to use a control system of the rotation mechanism in the direction of the natural wind, as well as the use of the rotation mechanism of the blades. A group of mechanical elements of a conventional wind turbine is not required in the new method and device. This increases reliability, reduces maintenance and extends the life of the proposed installation.
Вертикально осевые установки, в противоположность обычным горизонтально осевым, применять в данном способе возможно, но технически значительно сложнее из-за больших габаритов лопастей. Существенное преимущество вертикально осевых установок Георга Дарриуса (расположение агрегатов внизу) по сравнению с горизонтально осевыми, в настоящем способе не имеет технического преимущества, так как сам энергетический модуль (представляющий собой турбину, показанную на Фиг. 1 ), включающий электрогенератор, кольцевой и конический обтекатели, ротор, направляющие отверстия и/или лопатки, расположен на раме невысоко над поверхностью Земли и удобен в техническом обслуживании и ремонте.  Vertically axial installations, as opposed to conventional horizontally axial, it is possible to apply in this method, but it is technically much more difficult due to the large dimensions of the blades. The significant advantage of the vertically axial installations of Georg Darrius (the location of the units below) compared with the horizontally axial ones does not have a technical advantage in this method, since the energy module itself (which is a turbine shown in Fig. 1), including an electric generator, annular and conical radomes , the rotor, guide holes and / or blades, is located on the frame not high above the Earth's surface and is convenient in maintenance and repair.
Повышая коэффициент быстроходности ротора турбины возможно увеличить выход вырабатываемой энергии при больших скоростях набегающего потока газа или жидкости до 60 м/с, что практически неосуществимо при крупнолопастных ветротурбинах из-за срыва воздушного потока на лопастях при скоростях ветра более 15 м/с. Поэтому число часов использования установленной мощности предлагаемой турбины, с набегающим потоком, будет значительно больше, по сравнению с традиционными ветровыми турбинами, имеющими лопасти диаметром до 100 метров. Increasing the speed coefficient of the turbine rotor is possible to increase the yield of generated energy at high speeds of a free flow of gas or liquid up to 60 m / s, which is practically not feasible with large-bladed wind turbines due to disruption of the air flow on the blades at wind speeds of more than 15 m / s. Therefore, the number of hours of using the installed capacity of the proposed turbine with an oncoming flow will be significantly larger compared to traditional wind turbines having blades with a diameter of up to 100 meters.
Предлагаемый способ и установка для производства энергии могут работать непрерывно, автономно в течение года, имея годовой коэффициент полезного действия 95% - 98%, а не 20% - 25%, как у традиционных ветростанций, которые зависят отприродного ветрового потока. Дополнительное использование одновременно группы турбин позволяет давать еще больше энергии потребителю. При этом шумовые характеристики предлагаемых электростанций ниже, чем у обычных, у них нет образования инфразвука, так как концы мелких лопастей закрыты кольцевым обтекателем. Следовательно, предлагаемая установка может быть размещена вблизи объекта, использующего произведенную электроэнергию, что сократит расходы на установку и ремонт линии электропередачи.  The proposed method and installation for energy production can operate continuously, autonomously throughout the year, having an annual efficiency of 95% - 98%, and not 20% - 25%, as in traditional wind farms, which depend on the natural wind flow. The additional use of simultaneously a group of turbines allows you to give even more energy to the consumer. Moreover, the noise characteristics of the proposed power plants are lower than conventional ones, they do not have the formation of infrasound, since the ends of the small blades are closed by an annular cowl. Therefore, the proposed installation can be placed near the facility using the generated electricity, which will reduce the cost of installing and repairing the power line.
Можно отметить и то, что изготовление описанных турбин с кольцевыми обтекателями положительно влияет и на скорость вращения ротора. Отсутствие традиционных крупных лопастей в предлагаемой турбине резко увеличивает частоту вращения и выработку энергии. В предлагаемом изобретении, ротор вращается за счет образования давления набегающего потока газа или жидкости и реактивного эффекта (используемого также в ракето- и самолетостроении), а не за счет подъемной силы крыла. При этом крутящий момент образуется одновременно на всех рабочих поверхностях ротора турбины, что повышает характеристики турбины. Рабочими поверхностями ротора турбины являются все поверхности отверстий или направляющих лопаток ротора и его кольцевые обтекатели.  It can also be noted that the manufacture of the described turbines with annular cowls positively affects the rotor speed. The absence of traditional large blades in the proposed turbine dramatically increases the frequency of rotation and energy production. In the present invention, the rotor rotates due to the formation of the pressure of the oncoming flow of gas or liquid and the reactive effect (also used in rocket and aircraft construction), and not due to the lifting force of the wing. In this case, a torque is generated simultaneously on all working surfaces of the turbine rotor, which increases the characteristics of the turbine. The working surfaces of the turbine rotor are all surfaces of the holes or guide vanes of the rotor and its annular cowls.
Практика показала, что потери на трение в такой турбине достигают 20%, но суммарные потери по сравнению с лопастями традиционных ветростанций в два раза ниже.  Practice has shown that friction losses in such a turbine reach 20%, but the total losses compared to the blades of traditional wind farms are two times lower.
Габаритные размеры предлагаемой турбины в 4-5 раз меньше, чем диаметр лопастей у традиционных ветростанций, а, следовательно, и вес ее значительно меньше при одинаковой мощности. Испытание мелколопастной турбины с направляющими лопатками и/или отверстиями показало, что при одинаковой скорости потока, ее мощность в несколько раз выше, чем у обычной ветровой турбины с крупными лопастями, где работает подъемная сила, как у крыла самолета. Современные установки по преобразованию энергии ветра в электроэнергию достигли, отчасти границы своей экономичности. Однако, предлагаемый способ и установка могут существенно повысить экономичность процесса преобразования энергии газа (воздуха) и/или жидкости за счет набегающего потока на скоростях от 1 м/с и до 60 м/с. В этом диапазоне скоростей обычные ветростанции не работают или работают плохо. The overall dimensions of the proposed turbine are 4-5 times smaller than the diameter of the blades of traditional wind farms, and, consequently, its weight is much less at the same power. Testing of a small-bladed turbine with guide vanes and / or holes showed that at the same flow rate, its power is several times higher than that of a conventional wind turbine with large blades, where the lifting force works, like the wing of an airplane. Modern installations for converting wind energy into electricity have reached, in part, the limits of their efficiency. However, the proposed method and installation can significantly increase the efficiency of the process of converting energy of gas (air) and / or liquid due to the incident flow at speeds from 1 m / s to 60 m / s. In this speed range, conventional wind farms do not work or work poorly.
Естественно, что этот большой энергетический потенциал возможно реализовать на практике. Увеличивая скорость набегающего потока газа или жидкости и уменьшая габариты турбины. Так как мощность турбины возрастает в кубической степени к скорости набегающего потока газа или жидкости, то и рост количества дополнительной энергии будет весьма значительным. При таких скоростях, более 15 м/с, лопасти обычных ветростанций попадают в закритический режим (это режим сваливания "крыла", аналогично сваливанию крыла в авиации). Поэтому и мощность у них резко падает, а выработка электроэнергии равна нулю.  Naturally, this great energy potential can be realized in practice. Increasing the speed of the oncoming flow of gas or liquid and reducing the dimensions of the turbine. Since the power of the turbine increases in a cubic degree to the speed of the incident flow of gas or liquid, the increase in the amount of additional energy will be very significant. At such speeds, more than 15 m / s, the blades of conventional wind farms fall into the supercritical mode (this is the “wing” stall mode, similar to the stall wing in aviation). Therefore, their power drops sharply, and the generation of electricity is zero.
Производство электроэнергии предлагаемым способом и установкой не зависит от порывов природного ветра, поэтому оно автономно, непрерывно, равномерно и регулируемо, что очень важно для обеспечения электроэнергией потребителя.  Electricity production by the proposed method and installation does not depend on gusts of natural wind, therefore it is autonomous, continuous, uniform and adjustable, which is very important for providing electricity to the consumer.
В заявляемом способе отпадает необходимость в каких-либо накопителях энергии или аккумуляторах, а это значительно упрощает конструкцию, уменьшает ее габариты и увеличивает ее энергопроизводительность.  In the inventive method, there is no need for any energy storage devices or batteries, and this greatly simplifies the design, reduces its dimensions and increases its energy productivity.
В одном из вариантов осуществления изобретения установка устанавливается под навесом или в контейнере с газом или жидкостью с установленными в нем турбинами. Поэтому на нее не воздействуют атмосферные осадки и солнечное излучение, что увеличивает ее срок службы. Крыша или навес над установкой изготавливаются из недорогих, но прочных материалов. В нижней части крыши устанавливается защитная сетка, которая препятствует попаданию в рабочую зону птиц или животных, но обеспечивает доступ воздуха. In one of the embodiments of the invention, the installation is installed under a canopy or in a container with gas or liquid with installed turbines. Therefore, it is not affected by precipitation and solar radiation, which increases its service life. The roof or canopy above the installation is made of inexpensive but durable materials. In the lower part of the roof, a protective net is installed, which prevents birds or animals from entering the work area, but provides air access.
Описанный выше процесс образования набегающего потока газа или жидкости на турбину приводится здесь только в общих чертах для понимания сущности изобретения. При закручивании молекул воздуха по криволинейной траектории в направляющих лопатках и/или отверстиях их движение становится менее хаотичным, причем под действием трения центробежных сил и самопроизвольного нагрева начинается ускорение движения молекул газа или жидкости в направлении закрутки ротора. При этом ускорение движения молекул происходит и в направлении, оставленном свободным для расширения, в нашем случае, в направлении выхода из направляющих лопаток или отверстий, и кольцевого обтекателя на роторе турбины. Набегающий поток имеет заранее заданную скорость, необходимую для оптимальной работы турбины и электрогенератора. Поток жидкости или газа закручивается в направлении вращения ротора турбины посредством направляющих отверстий и/или лопаток и уходит по касательной к траектории вращения. Подачу части электрической энергии на электромотор возможно осуществлять через частотный регулятор оборотов. При этом рамы с турбинами и генераторами вращают в разные стороны, чтобы поток газа или жидкости не вращался как торнадо.  The above-described process of formation of an oncoming flow of gas or liquid onto a turbine is given here only in general terms for understanding the essence of the invention. When air molecules twist along a curved path in the guide vanes and / or holes, their movement becomes less chaotic, and under the action of friction of centrifugal forces and spontaneous heating, acceleration of the movement of gas or liquid molecules in the direction of rotation of the rotor begins. In this case, the acceleration of the movement of molecules occurs in the direction left free for expansion, in our case, in the direction of exit from the guide vanes or holes, and the annular cowl on the turbine rotor. The incoming flow has a predetermined speed necessary for optimal operation of the turbine and electric generator. The flow of liquid or gas is twisted in the direction of rotation of the turbine rotor by means of guide holes and / or vanes and leaves tangential to the path of rotation. It is possible to supply part of the electric energy to an electric motor through a frequency regulator of revolutions. At the same time, frames with turbines and generators are rotated in different directions so that the gas or liquid flow does not rotate like a tornado.
Причем, если в обычных газовых турбинах молекулы газа под давлением ударяют в лопатки турбины под углом около 30°, то в данном изобретении, возможно направлять молекулы газа (воздуха) или жидкости на рабочую поверхность турбины под углом 90°.  Moreover, if in ordinary gas turbines gas molecules under pressure hit the turbine blades at an angle of about 30 °, then in this invention, it is possible to direct gas (air) or liquid molecules to the working surface of the turbine at an angle of 90 °.
Закручивание потока перед ротором ускоряет движение и расход молекул газа или жидкости, чего не достигается в обычных ветростанциях. Известно, что, при закручивании потока расход газа или жидкости увеличивается, а, следовательно, увеличивается, и кинетическая энергия молекул, а значит мощность турбины возрастает.  Twisting the flow in front of the rotor accelerates the movement and flow of gas or liquid molecules, which is not achieved in conventional wind farms. It is known that, when the flow swirls, the flow of gas or liquid increases, and, consequently, the kinetic energy of the molecules increases, which means that the turbine power increases.
Подобный эффект не используется ни в одной из известных установок для преобразования энергии газа (воздуха) в электрическую энергию. Вместе с этим газ (воздух) или жидкость не изменяет своего физико-химического состояния, он остается экологически чистым. Соответственно, предлагаемый способ и установка отличаются в лучшую сторону по экологическим и шумовым характеристикам. Часть шума создаваемого ротором турбины и направляющими лопатками и/или отверстиями гасится кольцевым обтекателем и крышей контейнера, а общие шумовые характеристики небольшие из-за отсутствия крупных лопастей, которые и создают шумовое поле или низкочастотные колебания (инфразвук). A similar effect is not used in any of the known installations for converting gas (air) energy into electrical energy. At the same time, gas (air) or liquid does not change its physicochemical state; it remains environmentally friendly. Accordingly, the proposed method and installation differ for the better in environmental and noise characteristics. Part of the noise generated by the turbine rotor and guide vanes and / or holes is suppressed by the annular cowl and the roof of the container, and the overall noise characteristics are small due to the absence of large blades, which create a noise field or low-frequency vibrations (infrasound).
Кроме этого, наряду с повышением КПД и упрощением конструкции, отсутствие крупных лопастей, фундамента, можно отметить также дополнительные положительные эффекты изобретения, как значительное уменьшение габаритов установки, уменьшение веса. Возможно получение различного диапазона выходной мощности, вплоть до очень высокой, используя группы модулей, установленных в вертикальной плоскости, или увеличивая скорость набегающего потока газа или жидкости. Использование группы энергетических модулей на одной раме повышает КПД. Предлагаемый способ обеспечивает электрической энергией двигатель привода рамы с установленными турбинами непрерывно и длительное время независимо от природного ветра.  In addition, along with an increase in efficiency and simplification of the design, the absence of large blades, foundation, it is also possible to note additional positive effects of the invention, such as a significant reduction in the dimensions of the installation, weight reduction. It is possible to obtain a different range of output power, up to a very high one, using groups of modules installed in a vertical plane, or increasing the speed of the incoming flow of gas or liquid. Using a group of energy modules on one frame increases efficiency. The proposed method provides electric energy to the frame drive engine with installed turbines continuously and for a long time regardless of natural wind.
На фиг. 1 в качестве примера приведена турбина и один из вариантов осуществления способа и устройства для получения электрической энергии посредством вращения ротора под давлением набегающего закрученного потока. В этом варианте устройство включает электрогенератор 1 , кольцевой обтекатель 2, направляющие лопатки 3, закручивающие воздушный поток, ротор турбины с лопатками 4, конический обтекатель 5, лопатки предварительного закручивания 6, кольцевой обтекатель ротора 7.  In FIG. 1, an example is a turbine and one embodiment of a method and apparatus for generating electrical energy by rotating a rotor under pressure of a swirling flow. In this embodiment, the device includes an electric generator 1, an annular fairing 2, guide vanes 3, swirling the air flow, a turbine rotor with blades 4, a conical fairing 5, preliminary twisting blades 6, an annular fairing of the rotor 7.
На фиг. 2 представлена схема установки с двумя мелколопастными турбинами. Рама 8 установлена на подвижную опору 9. Рама 8 приводится во вращение двигателем (электромотором) 10 посредством редуктора 1 1. Вращение рамы 8 происходит с постоянной оптимальной скоростью. Двигатель 10 подключен к источнику энергии для старта 12. Установка снабжена кожухом 13, с защитной сеткой 14. Соединение редуктора с рамой осуществляется через муфту.  In FIG. 2 shows the installation diagram with two small-bladed turbines. The frame 8 is mounted on a movable support 9. The frame 8 is driven by a motor (electric motor) 10 by means of a gearbox 1 1. The rotation of the frame 8 occurs at a constant optimal speed. The engine 10 is connected to an energy source for starting 12. The installation is equipped with a casing 13, with a protective net 14. The gearbox is connected to the frame through a coupling.
На фиг.З представлена схема установки, работающей в жидкости (Н20). Опора 15 с электромотором 10 и редуктором 1 1 закрыта герметично. On Fig.3 presents a diagram of a plant operating in a liquid (H 2 0). The support 15 with the electric motor 10 and the gearbox 1 1 is closed hermetically.
На фиг.4 представлены установки, работающие в среде тяжелого инертного газа аргона (Аг) в контейнере 16 на вертикальной стойке 17. Figure 4 presents the installation operating in a heavy environment inert gas argon (Ar) in the container 16 on a vertical rack 17.
Принцип работы установки на природном ветровом потоке и набегающем потоке газа или жидкости аналогичный. Только скорость набегающего потока газа или жидкости постоянна может быть не ниже 12 м/с. Расчетные угловые скорости и действительная скорость набегающего потока газа или жидкости совпадают. Габариты предлагаемой установки меньше в несколько раз (при одинаковой мощности), чем у традиционных крупнолопастных ветростанций.  The principle of operation of the installation on a natural wind flow and an oncoming flow of gas or liquid is similar. Only the speed of the incident gas or liquid flow can be constant not lower than 12 m / s. The calculated angular velocities and the actual velocity of the incident flow of gas or liquid coincide. The dimensions of the proposed installation are several times smaller (with the same power) than traditional large-bladed wind farms.
Представленная установка работает следующим образом. Электрический ток от сети 12 подается на электромотор 10, который вращает редуктор 1 1. Редуктор 1 1 , кинематически связан с подвижной опорой 9, на которой установлена вращающаяся рама 8. Рама 8 вращается с заранее заданной скоростью. На концах рамы 8 установлены турбины с ротором 4, кинематически связанным с электрогенератором 1. Набегающий поток газа ли жидкости со скоростью 15 м/с давит на лопатки ротора 4 и вращает его.  The presented installation works as follows. Electric current from the network 12 is supplied to an electric motor 10, which rotates the gearbox 1 1. The gearbox 1 1 is kinematically connected with the movable support 9, on which the rotating frame 8. is mounted. The frame 8 rotates at a predetermined speed. At the ends of the frame 8 there are installed turbines with a rotor 4 kinematically connected to an electric generator 1. An incoming gas or liquid flow at a speed of 15 m / s presses on the rotor blades 4 and rotates it.
При получении номинального электрического тока переключаем питание электромотора 10, на генератор 1. Установка продолжает вращаться с заданной скоростью. Второй генератор дает ток потребителю. Полезная работа такой установки может достигать высоких значений, а с использованием четырех турбин предлагаемой конструкции КПД будет не менее 75%.  Upon receipt of the rated electric current, switch the power of the electric motor 10 to the generator 1. The installation continues to rotate at a given speed. The second generator gives current to the consumer. The useful work of such an installation can reach high values, and using four turbines of the proposed design, the efficiency will be at least 75%.
Таким образом, заявляемый способ и установка позволяют производить электрическую энергию автономно, экологически чистым способом и без сжигания традиционного топлива, так как используются совместно инерция, кинетическая и потенциальная энергия. При этом момент возникающий инерции вращающейся рамы с электрогенераторами и турбинами способствует снижению затрат энергии (по аналогии с маховиком) на вращение рамы, что подтвердилось при испытаниях.  Thus, the inventive method and installation allow the production of electric energy in an autonomous, environmentally friendly way and without burning traditional fuel, since inertia, kinetic and potential energy are used together. In this case, the moment of inertia of the rotating frame with electric generators and turbines helps to reduce energy costs (by analogy with the flywheel) for the rotation of the frame, which was confirmed during testing.
Учитывая, что установка состоит из небольшого количества деталей надежность ее резко возрастает. Расчетный ресурс работы может достигать 85 тысяч часов и более, так как отсутствуют быстро изнашивающиеся детали, сроки работы до 30 лет и более.  Given that the installation consists of a small number of parts, its reliability increases dramatically. The estimated life of the work can reach 85 thousand hours or more, since there are no rapidly wearing parts, working periods of up to 30 years or more.
Пример 1 Example 1
Изготовлено устройство, включающее электрогенератор 1 , ротор 4 с кольцевым обтекателем 7, направляющие лопатки 3, кольцевой обтекатель 2, конический обтекатель 5 под углом 90° с лопатками предварительного закручивания 6. Внутренний диаметр кольцевого обтекателя 2 равен 100 мм. Количество лопаток на роторе и направляющих лопаток равно шестнадцати. Электрогенератор 1 трехфазный, мощностью 1 кВт. Ротор 4 установлен на оси генератора 1. Рама 8, установлена на подвижной опоре 9. Опора 9 кинематически связана с выходным валом редуктора 1 1. Редуктор 1 1 , вращает электромотор 10, подключенный к сети 12 для старта. Мощность электромотора 10 равна 0,25 кВт. A device is made, including an electric generator 1, a rotor 4 with an annular fairing 7, guide vanes 3, an annular fairing 2, conical fairing 5 at an angle of 90 ° with preliminary twisting blades 6. The inner diameter of the annular fairing 2 is 100 mm. The number of blades on the rotor and guide vanes is sixteen. The electric generator 1 is three-phase, with a power of 1 kW. The rotor 4 is mounted on the axis of the generator 1. The frame 8 is mounted on the movable support 9. The support 9 is kinematically connected with the output shaft of the gearbox 1 1. The gearbox 1 1 rotates the electric motor 10 connected to the network 12 to start. The power of the electric motor 10 is 0.25 kW.
Передаточное отношение редуктора 1 1 , равно 39. Число оборотов электромотора равно 1500 об/мин. Следовательно, рама 8 вращается со скоростью 38 об/мин. Радиус вращения равен 2,5 метра. Получаем, скорость набегающего потока равна 9,9 м/с. При такой скорости набегающего потока через 7 секунд генераторы обеих турбин вырабатывают номинальную мощность 1 кВт и выходят на режим работы, позволяющий обеспечивать электроэнергией и установку и потребителя. Следует отметить, что потребляемая мощность электромотора 10 уменьшилась до 0, 12 кВт.  The gear ratio of the gearbox 1 1 is 39. The number of revolutions of the electric motor is 1500 rpm. Therefore, the frame 8 rotates at a speed of 38 rpm. The radius of rotation is 2.5 meters. We get the speed of the free stream is 9.9 m / s. At this free flow rate, after 7 seconds, the generators of both turbines generate a rated power of 1 kW and enter the operating mode, which allows providing electricity to both the installation and the consumer. It should be noted that the power consumption of the electric motor 10 decreased to 0, 12 kW.
Пример 2 Example 2
Изготовлена установка с четырьмя турбинами для производства электрической энергии. Установка включает в себя опору 15, четыре генератора 1 , мощностью по 0,2 кВт, кольцевой обтекатель 2 диаметром 150 мм, конический обтекатель 5 под углом 70°, направляющие лопатки 3 под углом 45°. Генераторы 1 установлены на подвижной раме 8, на которой установлены четыре одинаковых турбины. Турбины с электрогенераторами погружены в жидкость.  An installation with four turbines for the production of electric energy was manufactured. The installation includes a support 15, four generators 1, with a power of 0.2 kW each, an annular cowl 2 with a diameter of 150 mm, a conical cowl 5 at an angle of 70 °, guide vanes 3 at an angle of 45 °. Generators 1 are mounted on a movable frame 8, on which four identical turbines are installed. Turbines with electric generators are immersed in a liquid.
Турбина имеет 16 лопаток и 16 направляющих лопаток. Четыре энергетических модуля находятся в одинаковом весовом состоянии. Электромотор 10 привода рамы 8 во вращение имеет мощность 0,2 кВт при 1500 об/мин. Редуктор 1 1 имеет передаточное отношение 1 : 100. Радиус вращения установлен 1 метр. Запуск установки осуществляем аналогично примеру 1. Рама 8 вращается со скоростью 15 об/мин, а набегающий поток жидкости имеет скорость 1 ,57 м/с. С такой скоростью набегающего потока жидкости турбина и генераторы работают в номинальном режиме. При установившемся режиме один из генераторов, переключаем на электромотор 10, а три генератора подключаем к потребителю. Установка работает стабильно и почти бесшумно с высокой эффективностью. The turbine has 16 blades and 16 guide vanes. Four energy modules are in the same weight state. The electric motor 10 of the drive frame 8 in rotation has a power of 0.2 kW at 1500 rpm The gearbox 1 1 has a gear ratio of 1: 100. The radius of rotation is set to 1 meter. Starting the installation is carried out analogously to example 1. Frame 8 rotates at a speed of 15 rpm, and the oncoming fluid flow has a speed of 1, 57 m / s. At such a free flow rate, the turbine and generators operate in nominal mode. In steady state, one of the generators is switched to the electric motor 10, and three generators are connected to the consumer. Installation works stably and almost silently with high efficiency.
Пример 3 Example 3
Изготовлено установка для производства электрической энергии в газовой среде, имеющей плотность выше, чем у воздуха.  An installation has been manufactured for the production of electrical energy in a gas medium having a density higher than that of air.
Установка включает в себя контейнер 16 со стойкой 17, генератора 1 на одной раме 8 и два электрогенератора на другой раме, вращающейся в противоположную сторону. Контейнер, где вращаются рамы с турбинами и генераторами герметичен и заполнен инертным газом, например, аргоном (Аг). Турбины изготовлены диаметром 290 мм с направляющими отверстиями диаметром 80 мм под углом 45°. Аналогичные отверстия изготовлены на роторе. Ротор имеет 8 отверстий и направляющих отверстий тоже 8 штук. Мощность электрогенераторов 0,2 кВт. Общая мощность установки 0,8 кВт. Два электромотора привода рам во вращение имеют мощность по 0,2 кВт. Рамы вращаются в разные стороны со скоростью 15 об/мин. Набегающий поток газа имеет скорость 1 ,57 м/с при радиусе вращения 1 метр. Такая скорость набегающего потока газа обеспечивает номинальный режим работы установки с КПД 50%.  The installation includes a container 16 with a rack 17, a generator 1 on one frame 8 and two electric generators on another frame, rotating in the opposite direction. The container where the frames with turbines and generators rotate is sealed and filled with an inert gas, for example, argon (Ar). The turbines are made with a diameter of 290 mm with guide holes with a diameter of 80 mm at an angle of 45 °. Similar holes are made on the rotor. The rotor has 8 holes and guide holes are also 8 pieces. Power generators 0.2 kW. The total power of the installation is 0.8 kW. Two electric motors for driving the frames into rotation have a power of 0.2 kW. The frames rotate in different directions at a speed of 15 rpm. The incoming gas flow has a speed of 1, 57 m / s with a radius of rotation of 1 meter. Such a free gas flow rate provides the unit's nominal operating mode with an efficiency of 50%.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что предлагаемый способ и установка для получения электроэнергии работает стабильно и независимо от природных условий, что повышает энергию необходимую для потребителя. Производство полезной электроэнергии данной установкой может составлять от 50% до 75% от общей энергии вырабатываемой установкой.  The results obtained indicate that the proposed method and installation for generating electricity works stably and regardless of environmental conditions, which increases the energy necessary for the consumer. The production of useful electricity by this installation can be from 50% to 75% of the total energy generated by the installation.
Промышленная применимость  Industrial applicability
На практике использование заявляемых способа и установки позволит уменьшить количество сжигаемого топлива и улучшит экологическую ситуацию. Использование предлагаемого способа и установки в промышленности, по сравнению с известными, позволит повысить КПД и уменьшить габариты и вес электростанций. Особый интерес для промышленности и транспорта представляет использование этого способа вырабатывания электрической энергии для создания электромобилей, электрических летательных аппаратов, электровозов для железных дорог, электрических кораблей, а также электрическое снабжение космических станций и аппаратов.  In practice, the use of the proposed method and installation will reduce the amount of fuel burned and improve the environmental situation. Using the proposed method and installation in industry, in comparison with the known, will increase efficiency and reduce the size and weight of power plants. Of particular interest to industry and transport is the use of this method of generating electrical energy to create electric vehicles, electric aircraft, electric locomotives for railways, electric ships, as well as the electrical supply of space stations and vehicles.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ получения электрической энергии, включающий создание искусственного набегающего потока газа или жидкости направляемого в по меньшей мере одну турбину, имеющую конический и цилиндрический обтекатели и группу направляющих отверстий и/или лопаток, ускоряющих набегающий поток газа или жидкости, и кинематически связанную с электрическим генератором, выполненным с возможностью обеспечения электрической энергией потребителя и электромотора привода во вращение рамы, на которой установлены по меньшей мере одна турбина и связанный с ней генератор с заранее установленным радиусом вращения.  1. A method of producing electric energy, including creating an artificial free flow of gas or liquid directed into at least one turbine having conical and cylindrical fairings and a group of guide holes and / or blades accelerating the free flow of gas or liquid, and kinematically connected with an electric generator made with the possibility of providing electrical energy to the consumer and the electric drive motor in rotation of the frame on which at least one turbine and associated it generator with a predetermined radius of rotation.
2. Способ по п. 1 , в котором придают набегающему потоку газа или жидкости постоянную скорость, обеспечивающую работу по меньшей мере одной турбин и связанного с ней генератора с максимальной нагрузкой.  2. The method according to p. 1, which give the incoming flow of gas or liquid a constant speed, ensuring the operation of at least one turbine and associated generator with a maximum load.
3. Способ по п. 2, в котором набегающий поток газа или жидкости закручивают в направлении вращения ротора турбины посредством группы направляющих лопаток и/или отверстий.  3. The method according to claim 2, in which the incident flow of gas or liquid is twisted in the direction of rotation of the turbine rotor through a group of guide vanes and / or holes.
4. Способ по п. 3, в котором турбину вращают по радиусу по меньшей мере 0,5 метра с заданной скоростью посредством электромотора привода рамы.  4. The method according to p. 3, in which the turbine is rotated along the radius of at least 0.5 meters with a given speed by means of an electric motor to drive the frame.
5. Способ по п. 4, в котором осуществляют подачу части вырабатываемой электрической энергии на электромотор привода во вращение рамы.  5. The method according to claim 4, in which part of the generated electrical energy is supplied to the electric drive motor in rotation of the frame.
6. Способ по п. 1 , в котором набегающий поток газа или жидкости предварительно закручивают, сжимают, ускоряют, затем повторно закручивают и направляют на рабочую поверхность ротора под углом не более 90° посредством конического и кольцевого обтекателей.  6. The method according to p. 1, in which the incident flow of gas or liquid is pre-twisted, compressed, accelerated, then re-twisted and sent to the working surface of the rotor at an angle of not more than 90 ° by means of a conical and annular fairings.
7. Способ по п. 6, в котором при вращении рамы используют момент инерции, кинетическую, потенциальную энергии набегающего потока газа или жидкости и часть вырабатываемой электрической энергии.  7. The method according to p. 6, in which when rotating the frame use the moment of inertia, the kinetic, potential energy of the incident flow of gas or liquid and part of the generated electrical energy.
8. Способ по п. 7, в котором одновременно создают реактивный эффект на всех рабочих поверхностях ротора.  8. The method according to p. 7, in which at the same time create a reactive effect on all working surfaces of the rotor.
9. Способ по любому из п. 1 -8, в котором в качестве газа используют тяжелые газы, газовые смеси или воздух.  9. The method according to any one of p. 1-8, in which heavy gases, gas mixtures or air are used as gas.
10. Установка для получения электрической энергии, включающая электрический генератор, ротор, связанный с указанным электрическим генератором, устройство закручивания, сжатия и удержания набегающего потока газа или жидкости, снабженное группой направляющихлопатоки/или отверстий, закручивающих воздушный поток в направлении вращения ротора, и средство передачи энергии потребителю и на собственные нужды. 10. Installation for generating electrical energy, including an electric generator, a rotor associated with the specified electric generator, a device for twisting, compressing and holding an incoming flow of gas or liquid, equipped with a group of guide vanes / or holes, twisting the air flow in the direction of rotation of the rotor, and means for transmitting energy to the consumer and for their own needs.
1 1. Установка по п. 10, в которой ротор выполнен в виде диска, а группа лопаток и/или отверстий расположена в его периферийной части и под углом к поверхности диска ротора, причем указанные лопатки и/или отверстия снабжены вогнутой рабочей поверхностью, выполненной с возможностью создания реактивного эффекта.  1 1. The installation according to claim 10, in which the rotor is made in the form of a disk, and the group of blades and / or holes is located in its peripheral part and at an angle to the surface of the rotor disk, said blades and / or holes having a concave working surface made with the ability to create a reactive effect.
12. Установка по п. 1 1 , в которой указанные отверстия выполнены цилиндрическими, коническими или в виде сопел.  12. Installation according to p. 1 1, in which these holes are made cylindrical, conical or in the form of nozzles.
13. Установка по п. 1 1 , которая включает группу направляющих лопаток и/или отверстий, выполненных с возможностью направления набегающего потока газа или жидкости на ротор под углом с предварительным закручиванием его в направлении вращения ротора.  13. The installation according to p. 1 1, which includes a group of guide vanes and / or holes made with the possibility of directing the incoming flow of gas or liquid onto the rotor at an angle with its preliminary twisting in the direction of rotation of the rotor.
14. Установка по п. 13, которая включает кольцевой обтекатель, установленный с возможностью полного удержания набегающего потока газа или жидкости и его полного направления на рабочую поверхность направляющих лопаток и/или отверстий.  14. Installation according to claim 13, which includes an annular cowl mounted with the ability to completely hold the incoming flow of gas or liquid and its full direction on the working surface of the guide vanes and / or holes.
15. Установка по п. 14, которая включает конический обтекатель с лопатками для увеличения скорости набегающего потока газа или жидкости и создания необходимого давления указанного потока на ротор.  15. The installation according to p. 14, which includes a conical fairing with blades to increase the speed of the incoming flow of gas or liquid and create the necessary pressure of the specified flow on the rotor.
16. Установка по п. 15, которая включает раму, установленную с возможностью вращения и создания искусственного набегающего потока газа или жидкости, при этом установленный радиус вращения составляет по меньшей мере 0,5 м и создает требуемую скорость указанного набегающего потока.  16. The installation according to p. 15, which includes a frame mounted to rotate and create an artificial free flow of gas or liquid, while the set radius of rotation is at least 0.5 m and creates the required speed of the specified free flow.
17. Установка по п. 16, которая включает электромотор привода во вращения рамы, снабженный редуктором, установленный с возможностью вращения рамы и создания набегающего потока газа или жидкости необходимой скорости, при этом часть вырабатываемой электрической энергии передается на собственные нужды.  17. The installation according to p. 16, which includes an electric motor drive in rotation of the frame, equipped with a gearbox, mounted with the possibility of rotation of the frame and create an incident flow of gas or liquid of the required speed, while part of the generated electrical energy is transferred to your own needs.
18. Установка по п. 17, которая выполнена с возможностью автономной работы. 18. Installation according to p. 17, which is made with the possibility of autonomous work.
19. Установка по п. 17, в которой ротор и направляющие отверстия и/или лопатки выполнены с возможностью исключения срыва набегающего потока газа или жидкости при скоростях более 15 м/с.  19. The installation according to claim 17, in which the rotor and the guide holes and / or blades are made with the possibility of eliminating the disruption of the oncoming flow of gas or liquid at speeds of more than 15 m / s.
PCT/RU2011/000466 2011-06-29 2011-06-29 Method and plant for generating electrical energy WO2013002665A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2011/000466 WO2013002665A1 (en) 2011-06-29 2011-06-29 Method and plant for generating electrical energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2011/000466 WO2013002665A1 (en) 2011-06-29 2011-06-29 Method and plant for generating electrical energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013002665A1 true WO2013002665A1 (en) 2013-01-03

Family

ID=47424366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000466 WO2013002665A1 (en) 2011-06-29 2011-06-29 Method and plant for generating electrical energy

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013002665A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001050149A (en) * 1999-05-31 2001-02-23 Sanyo Giken Kogyo Kk Wind power generator
RU2205291C2 (en) * 2001-05-28 2003-05-27 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Power plant
RU2245457C2 (en) * 2002-07-12 2005-01-27 Кочергин Игорь Николаевич Electromotive force source
WO2008043165A2 (en) * 2006-10-10 2008-04-17 Rafael Camilotti Power generating device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001050149A (en) * 1999-05-31 2001-02-23 Sanyo Giken Kogyo Kk Wind power generator
RU2205291C2 (en) * 2001-05-28 2003-05-27 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Power plant
RU2245457C2 (en) * 2002-07-12 2005-01-27 Кочергин Игорь Николаевич Electromotive force source
WO2008043165A2 (en) * 2006-10-10 2008-04-17 Rafael Camilotti Power generating device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
O.F. KABARDIN, FIZIKA.: "Spravochnye materialy. Uchebnoe posobie dlya uchaschikhsya.", PROSVESCHENIE, 1991, MOSCOW, pages 51 - 53 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100171314A1 (en) Vertically Oriented Wind Tower Generator
Williamson et al. Experimental optimisation of a low-head pico hydro turgo turbine
EP2476898A1 (en) Method and solar-powered wind plant for producing electric power
JP2017075597A (en) Storage container storing type flywheel integral formation vertical shaft wind turbine power generator
US9537371B2 (en) Contra rotor wind turbine system using a hydraulic power transmission device
Ehsan et al. A proposal of implementation of ducted wind turbine integrated with solar system for reliable power generation in Bangladesh
WO2013095178A1 (en) Method and apparatus for producing electrical energy
WO2013002665A1 (en) Method and plant for generating electrical energy
KR101611857B1 (en) Underwater installation type small hydroelectric power generator
WO2017160825A1 (en) Wind energy harvesting utilizing air shaft and centrifugal impellor wheels
Asif et al. Parametric study of turbine mounted on train for electricity generation
RU2210000C1 (en) Rotary windmill
Chong et al. Design and wind tunnel testing of a Savonius wind turbine integrated with the omni-direction-guide-vane
EA016225B1 (en) Method for generating electric power and airodynemic power plant therefor
RU2802564C1 (en) Wind and solar power plant
RU2802563C1 (en) Wind and solar power plant
CN103195667A (en) Distributive-type liquid control frequency-stabilization vertical-axis wind power generating system
US11111898B2 (en) Voltage converter-controlled damless hydrokinetic river turbines
RU217787U1 (en) WIND SOLAR POWER PLANT
US20210348595A1 (en) Fluid turbine
KR20070107580A (en) Wind power plant having a rotating wind-collecting device
Balashanmugam et al. Power generation from small wind mill
KR101162429B1 (en) Energy generating facilities using air pressure and water power
Acosta et al. Advance high efficient aerodynamic blades for vertical axis wind turbine modular aggregate
Kulkarni et al. Comprehensive Evaluation of Some Innovative Wind Turbines

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: 11868744

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: 11868744

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1