EA016290B1 - Wind electric generating plant - Google Patents
Wind electric generating plant Download PDFInfo
- Publication number
- EA016290B1 EA016290B1 EA200900198A EA200900198A EA016290B1 EA 016290 B1 EA016290 B1 EA 016290B1 EA 200900198 A EA200900198 A EA 200900198A EA 200900198 A EA200900198 A EA 200900198A EA 016290 B1 EA016290 B1 EA 016290B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- wind
- blades
- wind turbines
- turbines
- rotation
- Prior art date
Links
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000010356 wave oscillation Effects 0.000 description 1
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
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/005—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor the axis being vertical
-
- 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
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/06—Rotors
- F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
- F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
- F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
-
- 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
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/40—Use of a multiplicity of similar components
-
- 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
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Abstract
Description
Изобретение относится к ветростанциям и предназначено для преобразования энергии ветра в энергию, полезную для использования в народном хозяйстве.The invention relates to wind farms and is intended to convert wind energy into energy useful for use in the national economy.
Известны ветростанции, состоящие из нескольких ветродвигателей, установленных рядом друг с другом и соединённых системой электрических кабелей для сбора и транспортировки электроэнергии. Каждый ветродвигатель в процессе работы создаёт турбулентные завихрения потока ветра, связанные с тем, что его лопасти движутся перпендикулярно направлению потока ветра. Это приводит к тому, что при строительстве ветростанции для минимизации воздействия ветродвигателей друг на друга их располагают на расстоянии не меньше чем 6 диаметров ветроколеса (сайт в Интернете 1Шр://\у\у\у.\ушбепегду. кг/Г11е8/1214827192_Г11е.рбГ).Known wind farms, consisting of several wind turbines installed next to each other and connected by a system of electric cables for collecting and transporting electricity. Each wind turbine in the process of creating turbulent turbulence of the wind flow associated with the fact that its blades move perpendicular to the direction of wind flow. This leads to the fact that during the construction of a wind farm in order to minimize the effect of wind turbines on each other, they are placed at a distance of not less than 6 diameters of the wind wheel (Internet site 1Shr: // \ y \ y \ y. \ Ushbepegdu. Kg / G11e8 / 1214827192_G11e. RBG).
Так, например, при мощности ветродвигателя 1,6 МВт, с диаметром ветроколеса 82 м и строительстве ветростанции 40 МВт необходимо установить 25 ветродвигателей в квадрате со стороной 5-6-82 м = 2460 м.So, for example, with a wind turbine power of 1.6 MW, with a wind wheel diameter of 82 m and the construction of a 40 MW wind farm, it is necessary to install 25 wind motors in a square with a side of 5-6-82 m = 2460 m.
Еще одним недостатком является то, что турбулентные потоки приводят к возникновению шумов большой мощности, что не позволяет использовать также ветростанции вблизи населённых пунктов.Another drawback is that turbulent flows lead to the appearance of high-power noise, which does not allow the use of wind farms near settlements.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение коэффициента полезного действия ветростанции, уменьшение пространственных размеров станции, ее стоимости изготовления и монтажа, а также снижение уровня шумов при работе станции.The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the wind farm, reducing the spatial dimensions of the station, its cost of manufacture and installation, as well as reducing the noise level during operation of the station.
Задача решается тем, что в заявляемом устройстве ветростанции применяются ветродвигатели с вертикальной осью вращения, которые объединены в конструкцию, в значительной степени лишенную вышеуказанных недостатков. Ветродвигатели с вертикальной осью вращения меньшего диаметра размещаются внутри ветродвигателей большего диаметра, причем их размеры, количество лопастей и скорость вращения могут выбираться таким образом, что между ними возникает взаимодействие.The problem is solved by the fact that in the inventive device of the wind farm, wind motors with a vertical axis of rotation are used, which are combined in a structure that is largely devoid of the above disadvantages. Wind turbines with a vertical axis of rotation of a smaller diameter are placed inside the wind turbines of a larger diameter, and their sizes, number of blades and speed of rotation can be selected so that interaction occurs between them.
Концентрическое расположение ветродвигателей уже само по себе приведет к уменьшению площади, требуемой для ветростанции. В такой ветростанции возможно в горизонтальной плоскости возникновение еще одного эффекта.The concentric arrangement of the wind turbines alone will lead to a reduction in the area required for the wind farm. In such a wind farm, another effect is possible in the horizontal plane.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых показаны:The invention is illustrated by drawings, which show:
фиг. 1 - схематическое изображение вида ветродвигателя с вертикальной осью вращения;FIG. 1 is a schematic view of a wind turbine with a vertical axis of rotation;
фиг. 2 - схематическое изображение вида ветродвигателя сверху и направление ламинарного потока ветра;FIG. 2 is a schematic view of a top view of a wind turbine and the direction of a laminar wind flow;
фиг. 3 - схематичное изображение ветростанции в горизонтальной проекции, состоящей из 3 ветродвигателей с вертикальной осью вращения и стоячей звуковой волны между ними.FIG. 3 is a schematic representation of a wind farm in horizontal projection, consisting of 3 wind turbines with a vertical axis of rotation and a standing sound wave between them.
Наиболее удобным для реализации данного технического решения является применение ветродвигателя, изготовленного по евразийскому патенту № 009184 от 28.12.2007 г. Ветродвигатель Баялиева. Данный тип ветродвигателя может быть изготовлен в виде кольцевой конструкции (фиг. 1), на которой устанавливаются вращающиеся лопасти. Конструкция размещается на шасси, установленных непосредственно на площадке для монтажа ветродвигателя - на земле, крыше здания и т. п. Вращающий момент с шасси передаётся на генератор электрической энергии. Ограничитель обеспечивает устойчивость конструкции при резких порывах ветра, если веса самой конструкции недостаточно. Это позволяет отказаться от центрального вала и упрощает решение задачи построения Ветростанции Баялиева - концентрического расположения двух и более ветродвигателей. Могут применяться и другие решения ветродвигателей с совмещенными вертикальными осями вращения.The most convenient for the implementation of this technical solution is the use of a wind turbine manufactured according to the Eurasian patent No. 009184 dated 12/28/2007. Bayaliev's wind turbine. This type of wind turbine can be made in the form of an annular structure (Fig. 1), on which rotating blades are mounted. The design is placed on the chassis installed directly on the site for mounting the wind turbine - on the ground, the roof of the building, etc. The torque from the chassis is transmitted to the electric power generator. The limiter ensures the stability of the structure during sudden gusts of wind, if the weight of the structure itself is not enough. This allows you to abandon the central shaft and simplifies the solution of the problem of building the Bayaliev Wind Farm - a concentric arrangement of two or more wind turbines. Other wind turbine solutions with combined vertical axes of rotation may also be used.
На фиг. 2 показано схематическое изображение ветродвигателя.In FIG. 2 shows a schematic illustration of a wind turbine.
Каждая лопасть ветродвигателя, пересекая в процессе вращения ламинарный поток ветра перпендикулярно его направлению, возбуждает турбулентные колебания потока, а также звуковые волны. Частота прерываний потока возбуждает волновые колебания с частотой, прямо пропорциональной частоте вращения ветродвигателя и количеству лопастей:Each blade of a wind turbine, crossing the laminar wind flow perpendicular to its direction during rotation, excites turbulent flow oscillations, as well as sound waves. The frequency of flow interruptions excites wave oscillations with a frequency directly proportional to the frequency of rotation of the wind turbine and the number of blades:
Ев=Гд-Ил - частота волны, где Гд - частота вращения ветроколеса, а Ил - количество лопастей ветроколеса;Ev = Gd-Il - the frequency of the wave, where Gd - the frequency of rotation of the wind wheel, and IL - the number of blades of the wind wheel;
Гд=Ул/пб , где Ул - линейная скорость лопасти, а б - диаметр ветроколеса.Gd = Ul / pb, where Ul is the linear speed of the blade, and b is the diameter of the wind wheel.
Итак:So:
Бв=Ул-Ил/п-б.Bv = Ul-Il / p-b.
Длина звуковой волны зависит от скорости звука и частоты:The sound wavelength depends on the speed of sound and frequency:
Ьв=Узв/ Ев, где Узв скорость звука в атмосфере;Bv = Uzv / Ev, where Uzv is the speed of sound in the atmosphere;
Ев=б-Узв-п-/Ул-Ил.Ev = b-Uzv-p- / Ul-Il.
Из формулы видно, что длина звуковой волны, создаваемой ветродвигателем, прямо пропорциональна диаметру ветродвигателя и скорости звука в атмосфере и обратно пропорциональна количеству лопастей и их линейной скорости, т.е. частоте вращения ветродвигателя.It can be seen from the formula that the length of the sound wave generated by the wind turbine is directly proportional to the diameter of the wind turbine and the speed of sound in the atmosphere and inversely proportional to the number of blades and their linear speed, i.e. wind turbine speed.
Таким образом, меняя диаметр ветродвигателя и количество лопастей ветроколеса, можно изменять длину звуковой волны, генерируемую его лопастями при перпендикулярном пересечении постоянного ламинарного потока ветра. А подстраивая скорость (частоту) вращения ветроколеса, можно добиться стабилизации (относительной) длины возбуждаемой волны, т. е. получить стоячую волну.Thus, by changing the diameter of the wind turbine and the number of blades of the wind wheel, you can change the length of the sound wave generated by its blades at the perpendicular intersection of the constant laminar wind flow. And by adjusting the speed (frequency) of rotation of the wind wheel, it is possible to achieve stabilization of the (relative) length of the excited wave, i.e., to obtain a standing wave.
- 1 016290- 1 016290
Это явление предлагается использовать в предлагаемой конструкции ветростанции. Для этого необходимо два и более ветродвигателя с вертикальной осью вращения разместить таким образом, чтобы пучности звуковой волны совпадали с зоной движения лопастей, а узлы находились между ними. Каждый ветродвигатель в этом случае можно рассматривать как генератор и приёмник звуковых колебаний.This phenomenon is proposed to be used in the proposed design of the wind farm. For this, it is necessary to place two or more wind turbines with a vertical axis of rotation so that the antinodes of the sound wave coincide with the zone of motion of the blades, and the nodes are between them. Each wind turbine in this case can be considered as a generator and receiver of sound vibrations.
Стоячая волна является частным случаем бегущей волны, возникающей при сложении и вычитании волн, близких или кратных по частоте. Другим способом повышения эффективности работы ветростанции является настройка ветродвигателей ветростанции таким образом, чтобы частоты генерируемых звуковых волн каждым ветродвигателем в ветростанции привели к их резонансному взаимодействию. Это создаст условия для перетока энергии между ветродвигателями и повысит общую мощность ветростанции.A standing wave is a special case of a traveling wave arising from the addition and subtraction of waves that are close or multiple in frequency. Another way to increase the efficiency of a wind farm is to adjust the wind turbines of the wind farm in such a way that the frequencies of the generated sound waves by each wind turbine in the wind farm will lead to their resonant interaction. This will create conditions for the flow of energy between wind turbines and increase the overall power of the wind farm.
Энергия турбулентных потоков, приводящая в классических ветростанциях к появлению шума, использована в данной конструкции на разгон ветродвигателей, а значит, на генерацию электрической энергии.The energy of turbulent flows, which leads to the appearance of noise in classical wind farms, is used in this design to accelerate wind turbines and, therefore, to generate electric energy.
На фиг. 3 представлено схематическое изображение ветростанции, состоящей из 3 ветродвигателей. Ветродвигатели создают звуковую стоячую волну. Узлы стоячей волны совпадают с зонами движения лопастей, а пучности находятся между ними. В узлах скорость ветра максимальна, а в пучностях минимальна. Это даёт возможность повышения мощности ветростанции, а значит и её коэффициента полезного действия.In FIG. 3 is a schematic representation of a wind farm consisting of 3 wind turbines. Wind turbines create a standing sound wave. The nodes of the standing wave coincide with the zones of motion of the blades, and the antinodes are located between them. In nodes, the wind speed is maximum, and in antinodes it is minimum. This makes it possible to increase the power of the wind farm, and hence its efficiency.
Ветродвигатели меньшего диаметра расположены внутри ветродвигателей большего диаметра таким образом, что узлы стоячей волны, возникающей при пересечении лопастями ветрового потока, расположены вне зон вращения лопастей, а пучности - в зонах вращения лопастей. Направления вращения ветродвигателей могут совпадать, а могут быть разнонаправленными. Количество лопастей в каждом ветродвигателе может быть произвольным. Длина генерируемой волны определяется диаметрами ветродвигателей и количеством лопастей.Smaller diameter wind turbines are located inside larger diameter wind turbines in such a way that the nodes of the standing wave that occurs when the blades cross the wind flow are located outside the rotation zones of the blades, and the antinodes are in the zones of rotation of the blades. Direction of rotation of wind turbines can be the same, but can be multidirectional. The number of blades in each wind turbine can be arbitrary. The wavelength generated is determined by the diameters of the wind turbines and the number of blades.
Наиболее удобно применять ветродвигатели с направляющими в виде кольца, но могут использоваться и традиционные конструкции, обеспечивающие размещение одного ветродвигателя внутри другого.It is most convenient to use wind turbines with guides in the form of a ring, but traditional designs can be used to ensure the placement of one wind turbine inside another.
Момент вращения может быть передан на электрический генератор любым известным в машиностроении способом.The torque can be transmitted to the electric generator by any method known in mechanical engineering.
Дополнительным преимуществом заявляемой конструкции является простота её изготовления, так как нет технических сложностей для увеличения диаметра ветроколеса. Технологии отработаны и аналогичны применяемым способам при изготовлении рельс для трамвайных или железнодорожных путей. Чем больше диаметр ветроколеса, тем больше устойчивость конструкции.An additional advantage of the claimed design is the simplicity of its manufacture, since there are no technical difficulties to increase the diameter of the wind wheel. The technologies have been developed and are similar to the methods used in the manufacture of rails for tram or railway tracks. The larger the diameter of the wind wheel, the greater the stability of the structure.
Концентрический принцип конструкции ветростанции позволяет экономить место для её монтажа, а также создаёт потребителю удобства по увеличению мощности установки. Чтобы увеличить мощность действующей ветростанции достаточно добавить ещё одно кольцо.The concentric design principle of the wind farm saves space for its installation, and also creates convenience for the consumer to increase the power of the installation. To increase the power of the existing wind farm, just add one more ring.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KZ20081332 | 2008-12-01 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA200900198A1 EA200900198A1 (en) | 2010-06-30 |
EA016290B1 true EA016290B1 (en) | 2012-03-30 |
Family
ID=42233762
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA200900198A EA016290B1 (en) | 2008-12-01 | 2009-02-18 | Wind electric generating plant |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA016290B1 (en) |
WO (1) | WO2010064880A2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4236866A (en) * | 1976-12-13 | 1980-12-02 | Valentin Zapata Martinez | System for the obtainment and the regulation of energy starting from air, sea and river currents |
RU2119092C1 (en) * | 1996-12-03 | 1998-09-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Wind-electric generating plant |
US7074011B1 (en) * | 2000-01-26 | 2006-07-11 | Aloys Wobben | Wind power installation with two rotors in tandem |
-
2009
- 2009-02-18 EA EA200900198A patent/EA016290B1/en not_active IP Right Cessation
- 2009-11-19 WO PCT/KZ2009/000021 patent/WO2010064880A2/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4236866A (en) * | 1976-12-13 | 1980-12-02 | Valentin Zapata Martinez | System for the obtainment and the regulation of energy starting from air, sea and river currents |
RU2119092C1 (en) * | 1996-12-03 | 1998-09-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Wind-electric generating plant |
US7074011B1 (en) * | 2000-01-26 | 2006-07-11 | Aloys Wobben | Wind power installation with two rotors in tandem |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA200900198A1 (en) | 2010-06-30 |
WO2010064880A2 (en) | 2010-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20150361958A1 (en) | Method for reducing noise, vibrations, and pressure pulsations associated with aerodynamic interactions between wind turbine blade wakes and the wind turbine tower | |
US20110089701A1 (en) | Methods and apparatus for generating electrical energy based on waste air flow | |
US20130280072A1 (en) | Air-Jet Wind Turbine Generator | |
WO2010074670A1 (en) | Fluid turbine for generating electricity | |
US10938274B2 (en) | Devices and methods for fluid mass power generation systems | |
Dang | Introduction, history, and theory of wind power | |
CN204677365U (en) | A kind of wind generating unit efficiently | |
KR20120021629A (en) | Vibration suppress in the wtgs using main transformer | |
KR20180004713A (en) | Rotor for electric generators | |
US11614074B2 (en) | Wind power installation | |
KR101174291B1 (en) | Wind power generator of tornado type | |
CN102410145B (en) | Multi-winding variable-pole variable-speed vane-type vertical wind power generating system | |
EA016290B1 (en) | Wind electric generating plant | |
KR101137174B1 (en) | Wind power generator with reduced noise | |
KR200454230Y1 (en) | Generator using solar and wind power | |
RU2384730C2 (en) | Prof merkulov's windmill plant | |
KR100763752B1 (en) | Big system for wind power generator plant | |
RU181069U1 (en) | Wind farm | |
KR100946377B1 (en) | Generating apparatus using animal and wind | |
CN204283740U (en) | Wheeled direct wind-driven generator | |
JP6047961B2 (en) | Wind power generator | |
CN201202595Y (en) | 50KW interconnected non-gear box direct drive paddle-changing type wind generating set | |
US11859716B2 (en) | Time-delay closed-loop control of an infinitely variable transmission system for tidal current energy converters | |
KR101250260B1 (en) | Mult type wind turbine | |
CN104405588B (en) | Wheeled direct wind-driven generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM BY KZ MD TJ TM |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AZ KG RU |