NL8101401A

NL8101401A - Conversion system of mechanical energy into electrical energy - has liquid pump with shaft linked to source via gearbox with flow regulator, choke and exchanger

Info

Publication number: NL8101401A
Application number: NL8101401A
Authority: NL
Original assignee: Berg A P Ingbureau
Priority date: 1981-03-21
Filing date: 1981-03-21
Publication date: 1982-10-18
Also published as: NL186649B; NL186649C

Abstract

The system consists of a source such as wind or water with mechanical energy, which is coupled to an electrical generator. It consists of a liq. pump, which is connected to the energy source. The liq. is sucked out of a reservoir via a pipe. The drive shaft of the pump is connected to the mechanical energy source via a gearbox. The pump motor is regulated. There is also a choke and a heat exchanger. The flow regulator contains an electrically controlled regulator valve, whose control current is proportional to the speed of the liq. motor or the generator.

Description

Lx 5S33Lx 5S33

Stelsel voor het in elektrische energie omzetten van veranderlijke mechanische energie.System for converting variable mechanical energy into electrical energy.

Er bestaat behoefte aan stelsels, die een doeltreffende benutting van mechanische- energiebronnen, in het bijzonder van de windenergie, mogelijk maken.There is a need for systems which allow efficient use of mechanical energy sources, in particular wind energy.

Windenergie kan op eenvoudige wijze in elektrische energie 5 worden omgezet door een elektrische generator met een windmotor of dergelijke te koppelen. Daar de windkracht nooit standvastig is, zal bij een rechtstreekse koppeling het door de generator afgegeven vermogen, en ia het bijzonder de spanning en/of de frequentie, dienovereenkomstig schommelen, hetgeen meestal ongewenst is. Er zal dan 10 ook meestal een stabiliserende regeling worden toegepast, zoals bijvoorbeeld een de snelheid begrenzende rem en/of een elektrische regeling voor de generatorspanning of dergelijke.Wind energy can be converted into electrical energy in a simple manner by coupling an electric generator to a wind motor or the like. Since the wind force is never stable, a direct coupling means that the power delivered by the generator, and in particular the voltage and / or the frequency, will fluctuate accordingly, which is usually undesirable. A stabilizing control will then usually also be applied, such as for instance a speed-limiting brake and / or an electrical control for the generator voltage or the like.

Dergelijke regelingen hebben echter het bezwaar, dat daarbij een aanmerkelijk deel van het beschikbare vermogen onbenut verlo-15 ren gaat, aangezien een dergelijk stelsel bij een zekere minimale windsterkte al voldoende moet kunnen werken, zodat bij sterkere wind de regeling in werking moet komen om het energie-overschot af te voeren.Such controls have the drawback, however, that a considerable part of the available power is lost in this process, since such a system must already be able to operate sufficiently at a certain minimum wind strength, so that the control must be activated in stronger winds in order to to dissipate energy surplus.

De uitvinding verschaft een voor dit doel bestemd stelsel, 20 dat toelaat alle.door een windmotor of vergelijkbare energiebron geleverde energie doeltreffend te benutten.The invention provides a system intended for this purpose, which permits the efficient use of all energy supplied by a wind motor or comparable energy source.

. Daartoe wordt het stelsel volgens de uitvinding gekenmerkt door een met de energiebron verbonden vloeistofpomp, door een door tussenkomst van een vloeistofleiding met een daarin opgenomen stro-25 mingsregelaar daarmede verbonden vloeistofmotor, welke regelaar is ingericht voor het met een vaste snelheid doen draaien van deze motor, die met een elektrische generator is verbonden, door een tussen de drukuitgang van de.pomp en de regelaar met de pompleiding verbonden aftakleiding, die van een smooronderdeel is voorzien, door een met 30 dit smooronderdeel verbonden warmtewisselaar, die is ingericht om de door het smoren veroorzaakte warmte op een warmte-overdrachtsmiddel over te dragen, en door een vloeistofvoorraad, waarin de uitgangs-. zijden van de vloeistofmotor en de warmtewisselaar en de inlaatzijde van de vloeistofpomp uitmonden.. To this end, the system according to the invention is characterized by a liquid pump connected to the energy source, by a liquid motor connected thereto via a liquid line with a flow regulator incorporated therein, which regulator is arranged for running this motor at a fixed speed which is connected to an electric generator, by a branch pipe connected to the pump line between the pressure output of the pump and the regulator and provided with a throttling part, by a heat exchanger connected to this throttling part, which is arranged to throttling caused heat to transfer to a heat transfer agent, and through a liquid supply containing the starting materials. sides of the liquid motor and heat exchanger and the inlet side of the liquid pump.

35 In het bijzonder kan de stromingsregelaar zijn ingericht 81 01 4 01 - 2 - voor het handhaven van een vaste vloeistofstroomsnelheid, welke stro-mingsregelaar een elektrisch bestuurde regelklep kan omvatten, waarbij de stuurstroom afhankelijk is van de draaisnelheid van de vloei-stofmotor of de generator» 5 Voorts kan tussen de pomp en de stromingsregelaar een buf fervat met de pompleiding zijn verbonden, terwijl verder met de pomp-leiding een druktaster kan zijn verbonden, die is ingericht voor het besturen van een met de aandrijving van de vloeistofpomp samenwerkende rem, die wordt ingeschakeld, wanneer de draaisnelheid van de aan-10 drijving te groot wordt, welke rem in het bijzonder een vloeistofrem kan zijn, die met behulp van de door de pomp geleverde vloeistof wordt bediend.In particular, the flow controller may be configured to maintain a fixed liquid flow rate, which flow controller may comprise an electrically controlled control valve, the control flow being dependent on the speed of rotation of the liquid engine or generator »5 Furthermore, a buffer valve can be connected to the pump line between the pump and the flow controller, while a pressure sensor can also be connected to the pump line, which device is arranged for controlling a brake cooperating with the drive of the liquid pump, which is engaged when the speed of rotation of the drive becomes too great, which brake may in particular be a liquid brake operated by means of the liquid supplied by the pump.

Het smooronderdeel kan voorts door een veiligheidsklep zijn overbrugd, die bij een te hoge druk wordt geopend, welk smooronder-15 deel voorts in de warmtewisselaar kan zijn opgenomen, zodat ook de in het smooronderdeel vrij*»komende warmte doeltreffend kan worden benut. Ook de uit laat van de vloeistofmotor kan met de warmtewisselaar zijn verbonden om de in de motor opgewekte warmte te kunnen benutten.The throttle part can further be bridged by a safety valve, which is opened at too high a pressure, which throttle part can also be incorporated in the heat exchanger, so that the heat released in the throttle part can also be used efficiently. The outlet of the liquid motor can also be connected to the heat exchanger in order to utilize the heat generated in the motor.

Het kan soms aanbeveling verdienen de aandrijving van de 20 vloeistofpomp van een versnellende overbrenging te voorzien, teneinde ook bij geringe snelheden van het aandrijfmiddel een voldoende snelheid te kunnen verkrijgen.It may sometimes be advisable to provide the drive of the liquid pump with an accelerating transmission, in order to be able to obtain a sufficient speed even at low speeds of the drive means.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht aan de hand van een tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld 25 van het stelsel volgens de uitvinding schematisch is weergegeven.The invention will be explained in more detail below with reference to a drawing, which schematically shows an embodiment of the system according to the invention.

' Het afgebeelde stelsel omvat een voorraadhouder 1 voor een geschikte vloeistof, bijvoorbeeld olie, welke vloeistof door een leiding 2 d*m.v. een vloeistofpomp 3 daaruit kan worden aangezogen. De aandrijfas b van de pomp’ 3 staat door tussenkomst van een in het bij-30 zonder versnellende overbrenging 5 met een bron van mechanische energie 6, in het bijzonder een windmotor of windschroef, ia'verbinding. Uiteraard'kan deze bron ook een andere bron van mechanische energie zijn, bijvoorbeeld een waterrad, een rookgasturbine of dergelijke.The illustrated system comprises a storage container 1 for a suitable liquid, for instance oil, which liquid passes through a conduit 2 by means of. a liquid pump 3 can be drawn therefrom. The drive shaft b of the pump 3 is arranged by means of an, in particular, accelerating transmission 5 with a source of mechanical energy 6, in particular a wind motor or wind screw, connection. Naturally, this source can also be another source of mechanical energy, for example a water wheel, a flue gas turbine or the like.

De uitgangszijde van de pomp 3 staat in verbinding met een 35 drukleiding 7t die naar een stromingsregelaar 8 voert, die anderzijds met een vloeistofmotor 9 is verbonden. Deze motor drijft een elektrische generator 10 aan. De uitgangszijde van de pomp 3 staat door middel van een leiding 11 weer met de voorraadhouder 1 in verbinding.The outlet side of the pump 3 communicates with a pressure pipe 7t which leads to a flow regulator 8, which is on the other hand connected to a liquid motor 9. This motor drives an electric generator 10. The outlet side of the pump 3 is in communication again with the supply container 1 by means of a line 11.

De generator 10 is van een onderdeel 12 voorzien, dat is 81014 01 - 3 - 9 9 ingericht voor het meten van de werkingstoestand van de generator, bijvoorbeeld de draaisnelheid, de spanning, de frequentie of dergelijke. Dit onderdeel 12 is verbonden met een bedieningsonderdeel 13 van de regelaar 8, teneinde de werking van de motor 9 zodanig te re-5 gelen, dat de gemeten grootheid op een vaste waarde wordt gehouden. Het onderdeel 12 kan bijvoorbeeld een snelheidsmeetgenerator zijn, die rechtstreeks met een bedieningsmagneet voor de regelaar 8 is gekoppeld.The generator 10 is provided with a part 12, which is 81014 01 - 3 - 9 9, adapted to measure the operating state of the generator, for example the rotational speed, the voltage, the frequency or the like. This part 12 is connected to an operating part 13 of the controller 8 in order to control the operation of the motor 9 so that the measured quantity is kept at a fixed value. The component 12 may, for example, be a speed measurement generator, which is directly coupled to an actuating magnet for the controller 8.

In plaats van een op deze wijze door een meetgrootheid van 10 de generator 10 bestuurde regelaar 8 kan ook een regelaar worden gebruikt, die een vaste vloeistofstroomsnelheid in stand kan houden, terwijl uiteraard ook andere regelmiddelen kunnen worden toegepast, die de gewenste standvastige werking van de generator 10 kunnen bewerkstelligen. De motor 3, «ie overbrenging 5 en <ie windmotor 6 of 15 dergelijke zijn zodanig gekozen, dat bij een bepaalde minimale windkracht de generator 10 het gewenste vermogen kan afgeven, waarbij op niet nader aangeduide wijze ervoor kan worden gezorgd,dat bij te geringe snelheden de vloeistoftoevoer naar de motor 9 wordt uitgeschakeld, hetgeen eventueel door de regelaar 8 zelf kan geschieden.Instead of a controller 8 controlled in this way by a measured variable of the generator 10, a controller can also be used, which can maintain a fixed liquid flow rate, while of course also other control means can be used, which provide the desired steady operation of the generator 10. The motor 3, ie transmission 5 and the wind motor 6 or 15 or the like are chosen such that, at a certain minimum wind force, the generator 10 can deliver the desired power, whereby it can be ensured in an unspecified manner that, in the event of too little the liquid supply to the motor 9 is switched off, which can optionally be effected by the controller 8 itself.

20 Wanneer de pomp 3 sneller dan met de minimale snelheid wordt aangedreven, moet de vloeistofovermaat worden afgevoerd. Dit geschiedt door een aftakleiding 14, waarin een smooronderdeel 15 is opgenomen. De stromingsweerstand daarvan is normalerwijs groter dan die van de regelaar 8 en de motor 9, zodat alleen een vloeistofover- -25 maat door de leiding 14 zal worden afgevoerd. De andere zijde van het smooronderdeel 15 staat in verbinding met de afvoerleiding 11, waarin voorts een warmtewisselaar 16 is opgenomen.20 If the pump 3 is driven faster than at the minimum speed, the excess liquid must be drained. This is done by a branch pipe 14, in which a throttle part 15 is included. The flow resistance thereof is normally greater than that of the regulator 8 and the motor 9, so that only a liquid excess will be discharged through the conduit 14. The other side of the throttle part 15 is in communication with the discharge pipe 11, in which a heat exchanger 16 is also included.

In de warmtewisselaar 16 wordt de warmte, die bij het smoren van de vloeistof in het onderdeel 15 ontstaat, alsmede de in de 30 vloeistofmotor 9 opgewekte warmte, op een warmte-overdrachtsmiddel overgedragen, dat in een niet nader aangeduide kringloop 1? wordt rondgevoerd. Deze kringloop kan bijvoorbeeld deel uitmaken van een verwarmingsstelsel, of kan naar andere toestellen voeren, waarin de warmte verder kan worden benut of opgeslagen.In the heat exchanger 16, the heat generated when the liquid is choked in the part 15, as well as the heat generated in the liquid motor 9, is transferred to a heat transfer medium, which is circulated in an unspecified cycle 1. is being carried around. This cycle can for instance form part of a heating system, or it can be supplied to other appliances in which the heat can be further utilized or stored.

35 Aldus wordt het mogelijk de noodzakelijkerwijs in het stel sel optredende energie-overmaat, die anders onbenut verloren zou gaan, zo doeltreffend mogelijk te benutten.It thus becomes possible to make the most effective use of the energy excess that necessarily arises in the system, which would otherwise be wasted.

De wijze van overdracht kan nog op vele wijzen worden gewijzigd. Het smooronderdeel kan bijvoorbeeld deel uitmaken van de 81014 01 - k - warmtewisselaar, die bijvoorbeeld nauwe leidingen kan omvatten, waarin de gewenste smoring optreedt, 20dat dan de warmte onmiddellijk tijdens de vorming kan worden overgedragen· In dat geval dient de van de motor 9 afkomstige leiding 11 buiten deze smoordoorgangen van 5 de warmtewisselaar om worden gevoerd, en eventueel van een eigen warmtewisselaargedeelte te worden voorzien. In elk geval verdient bet aanbeveling bet smooronderdeel 15 zo dicbt mogelijk bij de warmtewisselaar 16 te plaatsen·The method of transfer can still be changed in many ways. The throttle part can for instance form part of the 81014 01 - k heat exchanger, which can for instance comprise narrow pipes, in which the desired throttling occurs, so that the heat can then be transferred immediately during the formation. In that case, the motor 9 conduit 11 is passed around these throttle passages of the heat exchanger, and optionally provided with its own heat exchanger section. In any case, it is recommended to place the throttle part 15 as close as possible to the heat exchanger 16

Het smooronderdeel 15 is verder overbrugd met een veilig-10 heidsklep 18, die bij te grote druktoeneming, bijvoorbeeld bij sterke windstoten, een deel van de vloeistof kan afleiden. Eventueel kan bet smooronderdeel 15 zijn uitgevoerd als een regelbare smoordoorgang, die bij drukstoten wordt geopend.The throttle part 15 is further bridged with a safety valve 18, which can divert part of the liquid when the pressure increase is too great, for example with strong gusts of wind. Optionally, the throttle part 15 can be designed as an adjustable throttle passage which is opened by pressure impacts.

Door middel van een terugslagklep 19 is een drukvat 20 met 15 de leiding 7 verbonden, terwijl een door een druktaster 21 bestuurde regelklep 22 met dit drukvat in verbinding staat, welke klep bij bet overschrijden van een bepaalde druk in de leiding 7 vloeistof uit bet vat 20 naar een niet nader aangeduide rem kan doorlaten, waarmede de snelheid van de motor 3 ban worden verminderd, bijvoorbeeld bij bet 20 optreden van zeer sterke windstoten. Het is uiteraard ook mogelijk deze rem rechtstreeks elektrisch met behulp van de taster 21 te besturen. Het drukvat 20 kan voorts zijn ingericht als buffervat, waarmede drukschommelingen in de leiding 7 kunnen worden afgevlakt, waarbij de terugslagklep 19 door een ander geschikt verbindingsonderdeel 25 kan worden vervangen of aangevuld.A pressure vessel 20 is connected to line 7 by means of a non-return valve 19, while a control valve 22 controlled by a pressure probe 21 communicates with this pressure vessel, which valve releases liquid when a certain pressure in line 7 is exceeded 20 to an unspecified brake, which can reduce the speed of the motor 3, for example when very strong gusts of wind occur. It is of course also possible to control this brake directly electrically with the aid of the sensor 21. The pressure vessel 20 can furthermore be designed as a buffer vessel, with which pressure fluctuations in the pipe 7 can be smoothed, whereby the non-return valve 19 can be replaced or supplemented by another suitable connecting part 25.

• Het zal duidelijk zijn, dat bet stelsel volgens de uitvinding nog op vele andere wijzen kan worden gewijzigd. Zo is bet bijvoorbeeld mogelijk verscheidene vloeistofmotoren 9 met gekoppelde generatoren 10 daarin op te nemen, en deze afhankelijk van de vloei-30 stofopbrengst van de pomp 3 achtereenvolgens met de pomp 3 te verbinden dan wel uit te schakelen, waarbij het smooronderdeel 15 alleen in de tussenperioden in werking zal komen.It will be clear that the system according to the invention can be modified in many other ways. For example, it is possible to include several liquid motors 9 with coupled generators 10 therein, and to connect them to the pump 3 in succession or to switch them off depending on the liquid yield of the pump 3, the throttle part 15 only in the intervals will come into effect.

81014 0181014 01

Claims

System for converting variable mechanical energy, in particular wind or water energy, at least partly into electrical energy, comprising an electric generator coupled to the source of mechanical energy, characterized by a liquid pump connected to the energy source, by a intervention of a liquid line with a flow regulator included therein, liquid motor connected thereto, which regulator is arranged for running this motor, which is connected to an electric generator, at a fixed speed, through a pressure outlet between the pump and the regulator branch pipe connected to the pumping line, which is provided with a throttling part, by a heat exchanger connected to this throttling part, which is adapted to transfer the heat caused by the throttling to a heat transfer medium, and through a liquid supply, in which the outlet sides of the liquid motor and the heat exchanger and the inlet end of the liquid pump.

System according to claim 1, characterized in that the flow regulator is adapted to maintain a fixed liquid flow rate * 20. System according to claim 1 or 2, characterized in that the flow regulator comprises an electrically controlled control valve, wherein the control flow depends on the speed of rotation of the liquid motor or generator. km. System according to claim 3, characterized in that the control current of the control valve is provided by a speed measuring generator.

System according to any one of claims 1 · 4, characterized by a buffer vessel connected to the pump line between the pump and the flow regulator.

System according to any one of claims 1 to 5, characterized by a pressure sensor connected to the pump line, which is arranged for controlling a brake co-operating with the liquid pump drive, which is switched on when the speed of rotation of the drive is too high. grows big. System according to claim 6, characterized in that the brake is a liquid brake which can be operated by means of the liquid supplied by the pump. .81 014 01 w * - - 6 -

System according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the throttle element is bridged by a safety valve which opens it at too high a pressure.

System according to any one of claims 1..8, characterized in that the throttle part is included in the heat exchanger.

System according to any one of claims 1 * - 9 », characterized in that the outlet side of the liquid motor is connected to the heat exchanger.

System according to any one of claims 1..10, characterized by an accelerating transmission in the drive of the liquid pump. 8101401