BG113226A

BG113226A - Vertical axis wind turbine with diffused amplification

Info

Publication number: BG113226A
Application number: BG113226A
Authority: BG
Inventors: Красимир Йонков; Йонков Йонков Красимир
Original assignee: Красимир Йонков; Йонков Йонков Красимир
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-03-15

Abstract

A vertical axis wind turbine having two or more arms (13, 14) mounted on a shaft (18) via vertical bearing and is driven by the wind by means of cascaded blades with an arc cross-section. The grooves between the blades are closed at the top and bottom and narrow towards the outer groove into which air enters as the turbine rotates. Due to the diffuser effect, air is drawn from these openings and the combined airflow is expelled through an opening at a tangent to the corresponding arm, creating a reactive force in the direction of rotation. This force results in a reduction in the frontal drag coefficient Cx of the blades along their return path to the upwind starting position, resulting in an increase in turbine efficiency and an increase in the torque produced per unit swept area.

Description

ВЯТЪРНА ТУРБИНА С ВЕРТИКАЛНА ОС И ДИФУЗОРНО УСИЛВАНЕWIND TURBINE WITH VERTICAL AXIS AND DIFFUSER AMPLIFICATION

ОБЛАСТ НА ДЕЙСТВИЕAREA OF ACTION

Настоящото изобретение е в областта на вятърните турбини с вертикална ос, използувани за преобразуването на вятърната енергия в електричество.The present invention is in the field of vertical axis wind turbines used to convert wind energy into electricity.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАPRIOR ART

Развитието на алтернативни и възобновяеми източници на енергия се увеличава поради замърсяването на околната среда и изтощаването на залежите от изкопаеми горива. Важен принос в тази тенденция имат вятърните турбини, които в днешно време се явяват като поле на интензивни проучвания и научни изследвания. Световният пазар е доминиран от вятърните турбини с хоризонтална ос, но вятърните турбини с вертикална ос имат предимството да бъдат здрави и опростени, тъй като не се нуждаят от механизми за следене посоката на вятъра и контрол на ъгъла на атака на витлата, необходимост от защита в случай на изключително силни ветрове, нямат скоростна кутия, която изисква поддръжка и имат сравнително по-ниски инвестиционни разходи. Това ги прави напълно конкурентоспособни в гамата на произвежданите турбини за малки и средни мощности. Те имат стабилна работа при високи обороти, поради жироскопичния въртящ момент на ротора и пониски нива на шума, което благоприятства монтирането им в градски условия. Тъй като максималната ефективност при трансформацията на вятърната енергия в механична е значително под теоретичната граница, проектирането на всички видове вятърни турбини е обект на непрекъснати изследвания и разработки. По-добра идея за ефективността и възможностите на различните видове турбини е дадена на графиките по-долу (Ackermdnn Т., Soder L, 2000)¹.The development of alternative and renewable energy sources is increasing due to environmental pollution and the depletion of fossil fuel reserves. An important contribution to this trend is made by wind turbines, which nowadays appear as a field of intensive research and research. The global market is dominated by horizontal-axis wind turbines, but vertical-axis wind turbines have the advantage of being robust and simple, as they do not need wind direction tracking mechanisms and propeller angle of attack control, the need for protection in case of extremely strong winds, do not have a gearbox that requires maintenance and have relatively lower investment costs. This makes them completely competitive in the range of turbines produced for small and medium capacities. They have stable operation at high revolutions, due to the gyroscopic torque of the rotor and lower noise levels, which favors their installation in urban conditions. Since the maximum efficiency in the transformation of wind energy into mechanical energy is significantly below the theoretical limit, the design of all types of wind turbines is subject to continuous research and development. A better idea of the efficiency and capabilities of different types of turbines is given in the graphs below (Ackermdnn T., Soder L, 2000) ¹ .

Диаграма 1. Коефициент на мощност Ср и въртящ момент См на различни видове вятърни турбини като функция на скоростта на витлото λ, А - Savonius, В - американски тип, С - холандски тип, D турбина с три витла, Е - турбина с две витла. Коефициентите са получени като функция на параметъра λ = U/V, където U е периферната скорост на върха на витлото, V е скоростта на вятъра m/s; U = w.R, където ω е ъгловата скорост на въртене в rad/s и R е радиусът в т.Diagram 1. Power factor Cp and torque Cm of different types of wind turbines as a function of propeller speed λ, A - Savonius, B - American type, C - Dutch type, D three-propeller turbine, E - two-propeller turbine . The coefficients are obtained as a function of the parameter λ = U/V, where U is the peripheral speed of the propeller tip, V is the wind speed m/s; U = w.R, where ω is the angular velocity of rotation in rad/s and R is the radius in t.

Както се вижда от тези графики, турбината А тип Savonius и американската вятърна мелница В имат висока ефективност и въртящ момент при сравнително ниски скорости, които обаче намаляват рязко с увеличаване скоростта на вятъра. Холандската вятърна мелница „С, която има четири витла, използва около 16% от кинетичната енергия на вятъра. Съдейки по графиките на турбините с хоризонтална ос D и Е, при по-малък брой на лопатките максималната ефективност и въртящ момент се изместват към по-високите стойности на параметъра λ. Тяхната ефективност е значително по-висока, но тенденцията за изграждане на все по-мощни вятърни турбини, изискващи съответно и по-голяма замитана площ, става проблематична поради свързаните стова проблеми на строителството, транспорта и монтажа им. Турбините на Darius, чиито коефициенти не са дадени в тази диаграма, имат максимален въртящ момент при високи скорости на вятъра, но те са неефективни при ниски скорости и трябва да бъдат задвижвани принудително до определени обороти, за да започнат да работят.As can be seen from these graphs, the Savonius type A turbine and the American windmill B have high efficiency and torque at relatively low speeds, but they decrease sharply as the wind speed increases. The Dutch Windmill C, which has four propellers, uses about 16% of the wind's kinetic energy. Judging from the graphs of the horizontal axis turbines D and E, with a smaller number of blades, the maximum efficiency and torque shift to higher values of the parameter λ. Their efficiency is significantly higher, but the tendency to build more and more powerful wind turbines, requiring a correspondingly larger swept area, becomes problematic due to the related problems of their construction, transportation and installation. Darius turbines, whose coefficients are not given in this diagram, have maximum torque at high wind speeds, but they are inefficient at low speeds and must be forced to a certain rpm to start working.

При турбините с вертикална ос витлата са изложени срещу вятъра само през половината от въртенето си, а по време на връщането им в изходно положение съпротивлението им създава сила, снижаваща въртящия момент. За да се снижат загубите на ефективност при някои турбини, обратната траектория е защитена от насрещния вятър посредством движеща се според посоката му защитна аеродинамична преграда. При проектирането на турбини с вертикална ос, независими от посоката на вятъра стремежът е лопатките на витлото да имат максимално съпротивление, когато са обърнати срещу вятъра и минимално при връщането им в изходно положение. Някои от най-широко използваните лопатки в турбините с вертикална ос са със сечение полудъга поради разликата в съпротивлението им на потока, когато са изложени срещу вятъра и в обратна посока. Максимизирането на разликата между тези две съпротивления е начин, чрез който може да се постигне по-висока ефективност на преобразуване енергията на вятъра и максимума на въртящия момент да премести към по-високите обороти на турбината.In vertical-axis turbines, the propellers are exposed to the wind for only half of their rotation, and during their return to the starting position, their resistance creates a torque-reducing force. To reduce efficiency losses in some turbines, the reverse trajectory is protected from the headwind by means of a protective aerodynamic barrier moving in its direction. In the design of vertical-axis turbines independent of wind direction, the aim is for the propeller blades to have maximum resistance when facing the wind and minimum resistance when returning to the starting position. Some of the most widely used blades in vertical axis turbines have a semi-arc cross-section due to the difference in their resistance to flow when exposed to and against the wind. Maximizing the difference between these two resistances is a way to achieve higher wind energy conversion efficiency and move the maximum torque to higher turbine speeds.

Според закона на Betz максималната ефективност, която може да бъде постигната при използване на вятърна енергия е 59,26%. Един от начините за повишаването й при турбините с вертикална ос е чрез увеличаване на обема на отклонявания въздушен поток, което може да се постигне чрез увеличаване на площта на лопатките. Такова решение представлява каскадното разпологане на лопатките, тъй като увеличаването на диаметъра на полудъгата се ограничава от съпротивлението й по траекторията на връщане, а увеличаването на броя на раменете води до ефект на засенчване. Предимствата на каскадното разполагане на лопатките е в увеличаването на натиска върху тях поради по-големия обем въздух, който им въздейства при незначително увеличение на съпротивлението по траекторията на връщане. Това води до по-пълно използване на вятърната енергия и тази насока за решаване на проблема е разкрита в изобретенията, описани в US2OO9/O2O2356 А1² и US2016/0230740 А1³.According to Betz's law, the maximum efficiency that can be achieved using wind energy is 59.26%. One way to increase it in vertical axis turbines is by increasing the volume of the deflected airflow, which can be achieved by increasing the area of the blades. Such a solution represents the cascade arrangement of the vanes, since the increase in the diameter of the semi-arc is limited by its resistance along the return trajectory, and the increase in the number of arms leads to a shadowing effect. The advantages of the cascade arrangement of the vanes is in the increase of pressure on them due to the larger volume of air acting on them with a slight increase in resistance on the return trajectory. This leads to a more complete utilization of wind energy and this direction to solve the problem is disclosed in the inventions described in US2OO9/O2O2356 A1 ² and US2016/0230740 A1 ³ .

Дифузорното усилване е един вече популярен метод за повишаване на енергийната ефективност на турбините с хоризонтален ротор. Това се постига чрез забулване на витлото с разширяващ се пресечен конус, представляващ дифузор, което дава възможност да се намали налягането на потока в зоната зад ротора. Проведените изследвания доказват, че по този начин се получава от два до пет пъти повече електроенергия на еденица замитана площ⁴. Дифузорното усилване се използва не само в хоризонталните, но и във вертикалните вятърни турбини, което например е описано в патент US2014/0369826 А1⁵. Това става като потокът се ускорява трикратно чрез въздухосборник, след което той задвижва високоскоростна турбина. Освен това въздухът от сърцевината на турбината се изсмуква от долното работно колело и се изпуска в атмосферата чрез дифузьор. Турбината също играе ролята на маховик, който съхранява енергия и не позволява резки промени в скоростта, въпреки колебанията в скоростта на вятъра. По време на тестовете е постигната три пъти по-висока ефективност от тази на стандартната трилопатна турбина с хоризонтална ос спрямо единица площ на въздухосборника. Отчетена е и по-ниска цена на произведената електроенергия, както и по-малки инвестиционни разходи на единица инсталирана мощност.Diffusion boosting is an already popular method of increasing the energy efficiency of horizontal rotor turbines. This is achieved by shrouding the propeller with an expanding truncated cone, representing a diffuser, which makes it possible to reduce the flow pressure in the area behind the rotor. Conducted research proves that in this way, two to five times more electricity is obtained per unit swept area ⁴ . Diffusive amplification is used not only in horizontal but also in vertical wind turbines, which is for example described in patent US2014/0369826 A1 ⁵ . This is done by accelerating the flow three times through an air intake, after which it drives a high-speed turbine. In addition, air from the turbine core is drawn from the lower impeller and released into the atmosphere through a diffuser. The turbine also acts as a flywheel that stores energy and prevents sudden changes in speed despite fluctuations in wind speed. During the tests, three times higher efficiency was achieved than that of the standard three-blade turbine with a horizontal axis per unit area of the airbox. A lower price of the produced electricity, as well as lower investment costs per unit of installed capacity, was reported.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОTECHNICAL ESSENCE OF THE INVENTION

Вятърната турбина с вертикална ос и дифузорно усилване служи за трансформирането на вятърната енергия във въртеливо движение, а след това и в електричество чрез задвижване на алтернатор. След изправяне на получения променлив ток има няколко опции, като например: преобразуване и връщане в мрежата със съответната фаза и честота; зареждане на батерия или директна консумация. Тези методи и устройства за тяхното прилагане обаче са отдавна установени в практиката и не са предмет на настоящото изобретение. Дифузорното усилване има вече доказани предимства както при турбините с хоризонтални оси, така и при тези с вертикални чрез допълнителния спад на налягането, създаван зад витлото. Предложеното устройство на вятърна турбина с дифузорно усилване се състои от вал с две групи симетрично и паралелно разположени витла, които сгъстяват и насочват въздушния поток към областта на дифузорите, разположени в периферията.A vertical axis wind turbine with diffusive gain serves to transform wind energy into rotary motion and then into electricity by driving an alternator. After rectification of the resulting alternating current, there are several options, such as: conversion and return to the grid with the appropriate phase and frequency; battery charging or direct consumption. However, these methods and devices for their application have long been established in practice and are not the subject of the present invention. Diffuser boosting has proven advantages in both horizontal and vertical axis turbines through the additional pressure drop created behind the propeller. The proposed device of a diffuser-boosted wind turbine consists of a shaft with two groups of symmetrically and parallel-spaced propellers that condense and direct the air flow to the area of the diffusers located at the periphery.

В предложеното изобретение дифузорът представлява тръба с правоъгълно напречно сечение, чийто челен отвор е предназначен да загребва въздух по време на въртенето. Той е снабден с вътрешни странични отвори, през които навлиза сгъстеният въздух от каналите между лопатките. При високи обороти на ротора въздушната струя има ниско странично налягане в съответствие със закона на Бернули, което предизвиква изсмукване на въздуха от тези отвори и струята излиза през правоъгълен отвор, създавайки реактивна сила по посоката на въртене. Всмуканият въздух упражнява натиск върху лопатките и създава сила, която също е насочена по тангента по посоката на въртене. Сумата от тези две сили противодейства на съпротивлението на въздуха по време на въртенето на пакета от лопатки срещу вятъра, при което се намалява стойността на коефициента на челно съпротивление Сх. При високи обороти и скорост на вятъра, коефициента Сх може да добие дори отрицателни стойности, което означава, че и двете рамена ще създават въртящ момент в една и съща посока.In the proposed invention, the diffuser is a tube with a rectangular cross-section, the frontal opening of which is designed to collect air during rotation. It is equipped with internal side openings through which compressed air enters from the channels between the vanes. At high rotor speeds, the air jet has a low side pressure in accordance with Bernoulli's law, which causes the air to be sucked out of these openings and the jet exits through a rectangular opening, creating a reactive force in the direction of rotation. The intake air exerts pressure on the vanes and creates a force that is also directed tangentially to the direction of rotation. The sum of these two forces counteracts the air resistance during the rotation of the blade pack against the wind, which reduces the value of the drag coefficient Cx. At high revolutions and wind speed, the coefficient Cx can get even negative values, which means that both arms will create a torque in the same direction.

Целта на изобретението е да увеличи ефективността на преобразуване енергията на вятъра в механична и да се премести максимума на въртящия момент към по-високите обороти на турбината и скорост на вятъра.The purpose of the invention is to increase the efficiency of converting wind energy into mechanical energy and to move the maximum torque to higher turbine revolutions and wind speed.

КРАТКО ОПИСАНИЕ НА ФИГУРИТЕBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Основните принципи и работата на тази турбина могат да бъдат разбрани по-добре от по-подробното описание, свързано с приложените по-долу фигури, където:The basic principles and operation of this turbine can be better understood from the more detailed description associated with the figures attached below, where:

Фигура 1 е аксонометричен изглед на вятърна турбина с вертикална ос и дифузорно усилване;Figure 1 is an axonometric view of a wind turbine with vertical axis and diffuser gain;

Фигура 2 е вертикално сечение по А - А на вятърната турбина;Figure 2 is a vertical section along A - A of the wind turbine;

Фигура 3 е хоризонтален разрез по В - В между рамената на вятърната турбина;Figure 3 is a horizontal section along B - B between the arms of the wind turbine;

Фигура 4 илюстрира ефекта на дуфузорното усилване в един от пакетите с лопатки.Figure 4 illustrates the effect of diffusor gain in one of the vane packages.

ПРИМЕРНО ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОEXEMPLARY IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

В описанието се разкрива вятърна турбина с вертикална ос и дифузорно усилване, като изобретението е насочено към повишаване ефективността на преобразуване енергията на вятъра. За по-голяма яснота, прототипът на тази турбина е показан на фигура 1 като аксонометрична скица. На нея се вижда, че към вала на турбината са закрепени две успоредни рамена и между тях се намират два пакета с каскадно подредени лопатки. Валът от своя страна е лагеруван в тръба, в горния и долния край на която се намират лагерите, а тя е закрепена към основата посредством конзоли. На фигури 2 и 3 се вижда, че лопатките имат дъговидно сечение, като каналите между тях се стесняват към външната част, така че да ускоряват въздушния поток. Тези канали са свързани последователно по протежение на външната дъга в канал, ограничен от външната страна с допълнителна лопатка. Фигура 4 показва как въздушният поток, влизайки в тези периферни канали под въздействието на въртенето на турбината и вятъра, създава понижено налягане съгласно закона на Бернули и изсмуква въздуха от стеснените отвори, което е последвано от изхвърлянето му по тангентата създавайки по този начин реактивна сила. Засмуканият въздух упражнява натиск върху лопатките, в резултат на което се създава сила в същата посока. Това става благодарение на дифузния ефект. Тези две сили се добавят към основната движеща сила и така се получава по-голям въртящ момент.The description discloses a wind turbine with a vertical axis and diffuser amplification, and the invention is aimed at increasing the efficiency of converting wind energy. For clarity, the prototype of this turbine is shown in figure 1 as an axonometric sketch. It shows that two parallel arms are attached to the turbine shaft and between them are two packages with cascaded blades. The shaft, in turn, is supported in a tube, at the upper and lower ends of which the bearings are located, and it is fixed to the base by means of brackets. Figures 2 and 3 show that the vanes have an arcuate cross-section, with the channels between them tapering towards the outside so as to accelerate the air flow. These channels are connected in series along the outer arc in a channel bounded on the outside by an additional vane. Figure 4 shows how the air flow, entering these peripheral channels under the influence of the rotation of the turbine and the wind, creates a reduced pressure according to Bernoulli's law and sucks the air from the narrowed openings, which is followed by its ejection along the tangent, thus creating a reactive force. The intake air exerts pressure on the vanes, resulting in a force in the same direction. This is due to the diffuse effect. These two forces are added to the main driving force and thus a greater torque is produced.

Идеята за дифузорно усилване на въртящия момент на вятърна турбина с вертикална ос е илюстрирана с едно примерно изпълнение на изобретението, където на фигура 1 се вижда неговото тримерно изображение. Турбината се състои от две плоски рамена 13,14, между които в двата им края са разположени два пакета с лопатки 7,8,9,10,11,12 и 24,25,26,27,28,29. Рамената 13 и 14 са закрепени неподвижно към вала 18, така че да му предават въртящия момент от турбината. В найвъншната част на рамената 13,14 са разположени допълнителните лопатки 36 и 37 образуващи каналите 48 и 49, чието сечение е правоъгълник с променлива геометрия. Валът 18 е лагеруван в тръбата 38, която е закрепена вертикално към основата 47 посредством конзолите 42, 43. На фигура 2 е даден разрез по вертикалното сечение А - А, от което се вижда, че рамото 13 е закрепено към вала 18 чрез шайбите 16,17 и гайките 15,19, а рамото 14 чрез шайбите 22, 23 и гайките 20, 21. Видно е и лагеруването на вала 18 в тръбата 38, където в горния й край то става в лагера 41, разположен в лагерното тяло 39 с капачката 40, закрепено неподвижно към тръбата 38. В долният си край вала 18 е лагеруван в лагера 45, разположен в лагерното тяло 44, който същое фиксиран неподвижно към тръбата 38. Под лагерното тяло 44 е разположена лагерната пета 46.The idea of diffusive amplification of the torque of a vertical axis wind turbine is illustrated with an exemplary embodiment of the invention, where in figure 1 its three-dimensional representation is visible. The turbine consists of two flat arms 13,14, between which two packages with blades 7,8,9,10,11,12 and 24,25,26,27,28,29 are located at their two ends. The arms 13 and 14 are fixedly attached to the shaft 18 so as to transmit the torque from the turbine to it. In the outermost part of the arms 13,14 are located the additional vanes 36 and 37 forming the channels 48 and 49, the section of which is a rectangle with a variable geometry. The shaft 18 is supported in the tube 38, which is fixed vertically to the base 47 by means of the brackets 42, 43. Figure 2 shows a section along the vertical section A - A, from which it can be seen that the arm 13 is fixed to the shaft 18 by means of the washers 16 ,17 and the nuts 15,19, and the arm 14 through the washers 22, 23 and the nuts 20, 21. It is also visible the bearing of the shaft 18 in the tube 38, where at its upper end it becomes the bearing 41, located in the bearing body 39 with the cap 40 fixed immovably to the tube 38. At its lower end, the shaft 18 is supported in the bearing 45, located in the bearing body 44, which is also fixed immovably to the tube 38. Under the bearing body 44, the bearing heel 46 is located.

Профилът на лопатките 7,8,9,10,11,12 и 24,25,26,27,28,29 може да се види по-ясно от сечение В - В, дадено на фигура 3. Те представляват две симетрично подредени групи от лопатки, състоящи се от шест паралелни дъги, като най-малките по диаметър 7 и 29 имат дължина на дъгата 180°, а поголемите 8 -12 и 24 - 28 имат дължина на дъгите от по 135°. Началните точки на лопатките 7 -12 се проектират в точка С, а тези на лопатки 24 - 29 в точка D. Стесняващите се отвори на каналите между лопатките 7 -12 и 24 - 29 са изведени съответно в каналите 48 и 49. Каналите между лопатки 7 -12 и 24 - 29 са затворени в горната и долната им страна с помощта на раменете 13 и 14, така че входящият въздушен поток да не се разсейва, а да се инжектира в каналите 48 и 49. Лопатките 7 -12 са прикрепени към раменете 13,14 чрез залепване и чрез шпилките 1 и 2, които преминават през тръбите 5 и 6, като са закрепени от двете им страни посредством гайките 3,4. Лопатките 24 - 29 са прикрепени също чрез залепване и шпилките 31 и 33, преминаващи през тръбите 30 и 34, закрепени чрез гайките 32, 35. Този метод на закрепване дава по-висока стабилност при високи обороти, когато въздействието на центробежната сила се увеличава значително. Както се вижда от фигури 2 и 3 от лявата страна в периферията на рамената 13 и 14 е разположена лопатка 36, така че между нея и стеснените отвори на лопатките 7 -12 се образува канал 48 с изход за загребвания при въртенето въздух през правоъгълния отвор 50. От дясната страна на рамената 13,14 е разположена огледално и симетрично лопатката 37, като по същия начин стеснените отвори на лопатки 24 - 29 са изведени в канала 49 снабден с изходящия правоъгълен отвор 51.The profile of vanes 7,8,9,10,11,12 and 24,25,26,27,28,29 can be seen more clearly from the section B - B given in figure 3. They represent two symmetrically arranged groups of vanes consisting of six parallel arcs, the smallest in diameter 7 and 29 having an arc length of 180° and the larger ones 8 -12 and 24 - 28 having an arc length of 135° each. The starting points of vanes 7 -12 are projected at point C, and those of vanes 24 - 29 at point D. The narrowing openings of the channels between vanes 7 -12 and 24 - 29 are shown in channels 48 and 49, respectively. The channels between vanes 7 -12 and 24 - 29 are closed on their upper and lower sides with the help of arms 13 and 14 so that the incoming air flow is not dissipated, but injected into channels 48 and 49. Vanes 7 -12 are attached to the arms 13,14 by gluing and through the studs 1 and 2, which pass through the pipes 5 and 6, being fixed on both sides by means of the nuts 3,4. The vanes 24 - 29 are also attached by gluing and the studs 31 and 33, passing through the tubes 30 and 34, secured by the nuts 32, 35. This method of fastening gives higher stability at high revolutions, when the impact of the centrifugal force increases significantly . As can be seen from Figures 2 and 3, on the left side, in the periphery of the arms 13 and 14, a vane 36 is located, so that between it and the narrowed openings of the vanes 7-12, a channel 48 is formed with an outlet for scooping air through the rectangular opening 50 during rotation. On the right side of the arms 13,14, the vane 37 is mirrored and symmetrically located, and in the same way the narrowed openings of the vanes 24 - 29 are brought out into the channel 49 equipped with the outlet rectangular opening 51.

Действието на дифузорното усилване е илюстрирано по-подробно на Фигура 4, където е даден само пакета от лопатки 7 - 12, 36. Турбината се задвижва от вятъра, който влиза в каналите между множеството от лопатки 7 -12 и излиза през стесните им отвори в канал 48, откъдето напуска профила през правоъгълния отвор 50. В резултат от обръщането на въздушния поток на 180° се създава сила насочена по тангентата към рамото, образувано от плоскостите 13,14, по посоката на въртене.The action of the diffuser boost is illustrated in more detail in Figure 4, where only the set of blades 7 - 12, 36 is given. The turbine is driven by the wind entering the channels between the set of blades 7 - 12 and exiting through their narrow openings in channel 48, from where it leaves the profile through the rectangular opening 50. As a result of the 180° reversal of the air flow, a force directed tangentially to the arm formed by the planes 13,14, in the direction of rotation, is created.

Външната страна на канал 48 е ограничена от лопатката 36 и когато турбината се върти, въздухът се загребва през входящия отвор между нея и лопатка 12, след което напуска канала 48 през отвора 50. Когато скоростта на въздушния поток, преминаващ през канал 48 е достатъчно висока, неговото страничното налягане намалява и се получава дифузния ефект. Проявата му се изразява в засмукване на въздух от стеснените отвори на каналите между лопатките 7 -12 и обединения поток се издухва през отвора 50. Силите, действащи на турбината както по посоката на въртене, така и на съпротивление по траекторията на връщане на лопатките, следват синусоидална зависимост във функция от позицията на рамената 13,14 спрямо посоката на вятъра. Силите, създавани вследствие от дифузорния ефект при въртенето на ротора противодействат на съпротивлението на вятъра на пакета от лопатки, който се движи по траекторията на връщане и това води до снижаване стойността на коефициента на челно въздушно съпротивление С_х. На практика това означава, че той вече не е линейна функция, а такава от втора степен клоняща към нула с повишаване на оборотите на турбината. Благодарение на дифузорното засмукване на въздуха от стеснените канали между лопатките 7 -12 и 24 - 29 се увеличава ефективността на преобразуването на вятърната енергия, а максималният въртящ момент се изнася към по-високите обороти на турбината.The outside of channel 48 is bounded by vane 36, and as the turbine rotates, air is drawn in through the inlet opening between it and vane 12, then leaves channel 48 through opening 50. When the velocity of the air flow passing through channel 48 is sufficiently high , its side pressure decreases and the diffuse effect occurs. Its manifestation is expressed in the suction of air from the narrowed openings of the channels between the blades 7 -12 and the combined flow is blown through the opening 50. The forces acting on the turbine both in the direction of rotation and resistance along the return trajectory of the blades follow sinusoidal dependence as a function of the position of the arms 13,14 relative to the wind direction. The forces created as a result of the diffuser effect during the rotation of the rotor oppose the wind resistance of the package of blades, which moves along the return trajectory, and this leads to a decrease in the value of the coefficient of frontal air resistance C _x . In practice, this means that it is no longer a linear function, but a quadratic one tending to zero with increasing turbine speed. Thanks to the diffuser intake of air from the narrowed channels between the blades 7 -12 and 24 - 29, the efficiency of the wind energy conversion is increased, and the maximum torque is transferred to the higher revolutions of the turbine.

Claims

1. A wind turbine with vertical axis and diffuser gain, having two or more arms (13,14) fixedly connected to a shaft (18) which is mounted in bearings (41,45) located in bearing bodies (39,44). , fixed in the vertically oriented pipe (38), supported in this position by means of the brackets (42,43) fixed to the base (47), characterized in that two or more packages with cascaded vanes (36, 7 -12 and 37, 24 - 29) with an arcuate cross-section, which are closed in their upper and lower parts and the channels between them end with narrowed openings connected to the external channels (48, 49) in which the air is scooped during the rotation through their inlet holes and thanks to the diffuser effect air is sucked in from the narrowed holes between blades (7 -12 and 24 - 29), after which the combined flow is ejected through the holes (50, 51), creating a reactive force in the direction of rotation.

2. Wind turbine with a vertical axis and diffuser amplification according to claim 1, characterized in that the narrowed openings of the channels between the blades (7 -12 and 24 - 29) are connected to the side channels (48,49) in which it is scooped air through their inlets and through the diffuser effect that from the side openings between the blades (7 -12 and 24 - 29) is sucked in, as a result of which a force is created counteracting the frontal resistance of the pack of blades moving against the wind.

3. Vertical axis wind turbine with diffuser boost according to claim 1, characterized in that it contains additional packs of blades for upgrading the propellers of the same configuration, mounted above and below the main packs (36, 7 -12 and 37, 24 - 29), in order to increase the swept area.

4. A wind turbine with vertical axis and diffuser amplification according to claim 1, characterized in that a plurality of arms (13, 14) are mounted on the shaft with packs of blades (36, 7 -12 and 37, 24 - 29) located vertically one above the other with an angular distance depending on their number.

5. Wind turbine with vertical axis and diffuser amplification according to claim 1, characterized in that the cross-section of the blades (7-12 and 24-29) is a parabola.