EA046037B1 - WIND GENERATOR - Google Patents
WIND GENERATOR Download PDFInfo
- Publication number
- EA046037B1 EA046037B1 EA202392549 EA046037B1 EA 046037 B1 EA046037 B1 EA 046037B1 EA 202392549 EA202392549 EA 202392549 EA 046037 B1 EA046037 B1 EA 046037B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- tower
- mast
- wind
- outlets
- wind generator
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 44
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к ветрогенератору для генерирования электроэнергии.The invention relates to a wind generator for generating electricity.
Уровень техникиState of the art
Следующее обсуждение уровня техники предназначено только для облегчения понимания настоящего изобретения. Необходимо понимать, что данное обсуждение не является подтверждением или признанием того, что какой-либо из упомянутых материалов являлся частью общеизвестных знаний на дату приоритета заявки.The following discussion of the prior art is intended only to facilitate understanding of the present invention. It should be understood that this discussion is not an endorsement or admission that any of the material referred to was part of the general knowledge at the priority date of the application.
Более чистые источники энергии, в частности возобновляемые, разрабатываются в ответ на происходящие изменения климата и для уменьшения/устранения зависимости от невозобновляемых источников энергии, таких как ископаемое топливо. Чистые и возобновляемые источники энергии возникают из различных источников, включая, но не ограничиваясь, гидроэнергетику, солнечную, ветровую и атомную энергию.Cleaner energy sources, particularly renewable ones, are being developed in response to ongoing climate change and to reduce/eliminate dependence on non-renewable energy sources such as fossil fuels. Clean and renewable energy comes from a variety of sources, including, but not limited to, hydropower, solar, wind and nuclear power.
В широком смысле, ветровые турбины для генерирования электроэнергии содержат турбину с большими протяжёнными в радиальном направлении лопастями на башне. Лопасти вращают турбину в ответ на ветровой поток. Турбина соединена с приводным валом, который приводит в движение электрогенератор.In a broad sense, wind turbines for generating electricity comprise a turbine with large, radially extended blades on a tower. The blades rotate the turbine in response to wind flow. The turbine is connected to a drive shaft, which drives an electric generator.
Ветросиловые турбины имеют ряд недостатков как экологического, так и психологического характера, которые препятствуют их использованию. Ветросиловые турбины открыты для воздуха, поэтому лопасти могут повредить диких животных в районе ветряных турбин, убить их или ранить. Высота расположения компонентов представляет опасность для монтажников и специалистов по техническому обслуживанию.Wind power turbines have a number of disadvantages, both environmental and psychological, that hinder their use. Wind turbines are exposed to air, so the blades can harm, kill or injure wildlife in the vicinity of the wind turbines. The height of the components poses a hazard to installers and maintenance personnel.
Кроме того, жители, проживающие в районах, прилегающих к ветряным турбинам, часто выражают недовольство и опасения, связанные с шумом, опасностью от лопастей и присутствием большого груза так высоко над ними. Это способствовало возникновению явления, известного как Не на моем заднем дворе, которое характеризуется тем, что жители выступают против строительства неприятных и/или опасных объектов, таких как ветротурбины, в своём районе, при этом не выдвигая никаких возражений или поддерживая их использование в других местах.In addition, residents living in areas adjacent to wind turbines often express frustration and concerns related to the noise, danger from the blades, and the presence of large loads so high above them. This has contributed to a phenomenon known as Not in My Backyard, which is characterized by residents opposing the construction of nuisance and/or dangerous facilities, such as wind turbines, in their area, while not raising any objections or support for their use elsewhere .
Именно на этом фоне были разработаны варианты осуществления, приведенные в настоящем документе.It is against this background that the embodiments provided herein have been developed.
По всему описанию, если контекст не требует иного, слово содержать или его варианты, такие как содержит или содержащий, следует понимать как подразумевающее включение указанного целого числа или группы целых чисел, но не исключение любого другого целого числа или группы целых чисел.Throughout the specification, unless the context otherwise requires, the word contain or variants thereof, such as contains or containing, should be understood to imply the inclusion of the specified integer or group of integers, but not the exclusion of any other integer or group of integers.
По всему описанию, если контекст не требует иного, слова включать в себя или его варианты, такие как включает в себя или включающий в себя, следует понимать как подразумевающее включение в себя указанного целого числа или группы целых чисел, но не исключение любого другого целого числа или группы целых чисел.Throughout the specification, unless the context otherwise requires, the words include or variations thereof, such as includes or including, are to be understood to imply the inclusion of a specified integer or group of integers, but not the exclusion of any other integer or groups of integers.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Согласно первому аспекту, предложен ветрогенератор, содержащий:According to a first aspect, there is provided a wind generator comprising:
мачту, имеющую множество выходов башни по всей длине;a mast having multiple tower exits along its entire length;
один или несколько входов;one or more inputs;
внутренний путь потока текучей среды между входом и выходами башни;an internal fluid flow path between the inlet and outlets of the tower;
турбину, на пути потока текучей среды;a turbine in the path of the fluid flow;
при этом вход и выходы башни расположены таким образом, что ветер создаёт воздушный поток через путь потока текучей среды для приведения в движение турбины.wherein the tower inlet and outlets are positioned such that the wind creates an air flow through the fluid flow path to drive the turbine.
В одном варианте осуществления один или несколько выходов башни расположены на участке мачты с низким давлением, а вход - на участке мачты с высоким давлением.In one embodiment, one or more tower outlets are located in a low-pressure portion of the tower and an inlet is located in a high-pressure portion of the tower.
В одном варианте осуществления один или несколько выходов башни расположены на боковой стороне мачты.In one embodiment, one or more tower outlets are located on the side of the mast.
В одном варианте осуществления ветрогенератор содержит отверстие, обращенное к ветру, выполненное с возможностью направления воздуха в один или несколько входов;In one embodiment, the wind generator includes an opening facing the wind configured to direct air into one or more inlets;
В одном варианте осуществления отверстие представляет собой отверстие ветроулавливателя.In one embodiment, the opening is a wind deflector opening.
В одном варианте осуществления отверстие находится на мачте.In one embodiment, the opening is located on the mast.
Согласно второму аспекту, предложен ветрогенератор, содержащий:According to a second aspect, there is provided a wind generator comprising:
мачту, соединённую с основанием, с возможностью вращения таким образом, чтобы её наветренный участок был ориентирован против ветра в соответствии с направлением ветра;a mast connected to the base, capable of rotation so that its windward section is oriented against the wind in accordance with the direction of the wind;
один или несколько входов;one or more inputs;
один или более выходов башни, расположенных на боковой стороне мачты таким образом, что когда ветер проходит через один или более выходов башни, создаётся разность давлений между одним или более выходами башни и одним или более входами для создания воздушного потока через внутренний канал потока текучей среды между одним или более выходами башни и одним или более входами; и турбину на пути потока текучей среды, выполненную с возможностью работы, когда воздушный поток создаётся на пути потока текучей среды.one or more tower outlets located on the side of the tower such that when wind passes through the one or more tower outlets, a pressure difference is created between the one or more tower outlets and the one or more inlets to create air flow through an internal fluid flow path between one or more tower outputs and one or more inputs; and a fluid flow path turbine configured to operate when air flow is generated in the fluid flow path.
- 1 046037- 1 046037
Согласно третьему аспекту, предложен ветрогенератор, содержащий:According to a third aspect, there is provided a wind generator comprising:
мачту, соединённую с основанием, с возможностью вращения таким образом, чтобы её наветренный участок был ориентирован против ветра в соответствии с направлением ветра;a mast connected to the base, capable of rotation so that its windward section is oriented against the wind in accordance with the direction of the wind;
один или несколько выходов башни, расположенных на боковой стороне мачты, и один или несколько входов, расположенных на наветренном участке мачты;one or more tower exits located on the side of the mast, and one or more inputs located on the windward portion of the mast;
внутренний путь потока текучей среды между одним или несколькими выходами башни и одним или несколькими входами; и турбину, расположенную на пути потока текучей среды таким образом, что, когда в один или более входов поступает воздушный поток, воздушный поток перемещается через путь потока текучей среды, приводя в действие турбину.an internal fluid flow path between one or more tower outlets and one or more inlets; and a turbine located in the fluid flow path such that when one or more inlets receives air flow, the air flow moves through the fluid flow path to drive the turbine.
Согласно четвёртому аспекту, предложен ветрогенератор, содержащий:According to the fourth aspect, a wind generator is provided comprising:
мачту, соединённую с основанием, с возможностью вращения таким образом, чтобы её наветренный участок был ориентирован против ветра в соответствии с направлением ветра;a mast connected to the base, capable of rotation so that its windward section is oriented against the wind in accordance with the direction of the wind;
один или несколько выходов башни, расположенных на участке мачты с низким давлением, и один или несколько входов, расположенных на участке мачты с высоким давлением;one or more tower outlets located in a low-pressure portion of the tower and one or more inlets located in a high-pressure portion of the tower;
внутренний путь потока текучей среды между одним или несколькими выходами башни и одним или несколькими входами;an internal fluid flow path between one or more tower outlets and one or more inlets;
турбину, расположенную на пути потока текучей среды таким образом, что разность давлений между одним или несколькими выходами башни и одним или несколькими входами генерирует воздушный поток, который приводит в действие турбину.a turbine located in the path of fluid flow such that a pressure difference between one or more tower outlets and one or more inlets generates an air flow that drives the turbine.
Согласно пятому аспекту, предложен ветрогенератор, содержащий:According to a fifth aspect, there is provided a wind generator comprising:
мачту, соединённую с основанием, с возможностью вращения таким образом, чтобы её наветренный участок был ориентирован против ветра в соответствии с направлением ветра;a mast connected to the base, capable of rotation so that its windward section is oriented against the wind in accordance with the direction of the wind;
один или несколько выходов башни, расположенных на разной высоте на мачте относительно одного или более положений входов на мачте;one or more tower outlets located at different heights on the mast relative to one or more positions of the mast inputs;
трубопровод, определяющий внутренний путь потока текучей среды между одним или несколькими выходами башни и одним или несколькими входами;a conduit defining an internal fluid flow path between one or more tower outlets and one or more inlets;
турбину, расположенную на пути потока текучей среды таким образом, что разность давлений между одним или несколькими выходами башни и одним или несколькими входами генерирует воздушный поток, который приводит в действие турбину.a turbine located in the path of fluid flow such that a pressure difference between one or more tower outlets and one or more inlets generates an air flow that drives the turbine.
В одном варианте осуществления один или несколько выходов башни на мачте разнесены по вертикали от одного или более входов.In one embodiment, one or more tower outputs on a mast are spaced vertically from one or more inputs.
В одном варианте осуществления один или несколько выходов башни на мачте расположены выше, чем один или более входов.In one embodiment, one or more tower outputs on the mast are located higher than one or more inputs.
В одном варианте осуществления выходы башни расположены на боковом участке мачты.In one embodiment, the tower outlets are located on a side portion of the mast.
В одном варианте осуществления выходы башни расположены около или перед переходом от наветренного участка мачты к подветренному участку мачты.In one embodiment, the tower outlets are located near or before the transition from the windward portion of the mast to the leeward portion of the mast.
В одном варианте осуществления имеется множество выходов башни, которые равномерно разнесены по продольной длине мачты.In one embodiment, there are multiple tower outlets that are evenly spaced along the longitudinal length of the tower.
В одном варианте осуществления имеется множество выходов башни, которые равномерно разнесены по длине мачты в горизонтальном направлении.In one embodiment, there are multiple tower outlets that are evenly spaced along the length of the tower in a horizontal direction.
В одном варианте осуществления входы расположены на наветренном участке мачты.In one embodiment, the inlets are located on the windward portion of the mast.
В одном варианте осуществления площадь поперечного сечения каждого из одного или более входов значительно больше, чем у каждого из одного или более выходов башни.In one embodiment, the cross-sectional area of each of the one or more inlets is significantly larger than each of the one or more outlets of the tower.
В одном варианте осуществления общая сумма площадей сечения выходов башни больше, чем общая сумма площадей сечения входа или входов.In one embodiment, the total sum of the cross-sectional areas of the tower exits is greater than the total sum of the cross-sectional areas of the inlet or inlets.
В одном варианте осуществления вес одного или нескольких входов улучшает с стабильность фундамента фундаментную целостность ветрогенератора.In one embodiment, the weight of one or more inputs improves the foundation integrity of the wind generator with foundation stability.
В одном варианте осуществления вес одного или нескольких входов приводит к тому, что центр тяжести и центр масс устройства находятся на меньшей высоте.In one embodiment, the weight of one or more inputs causes the center of gravity and center of mass of the device to be at a lower height.
В одном варианте осуществления ветрогенератор содержит ветроулавливатель.In one embodiment, the wind generator includes a wind catcher.
В одном варианте осуществления ветроулавливатель выполнен с возможностью направления воздуха в один или несколько входов.In one embodiment, the wind collector is configured to direct air into one or more inlets.
В одном варианте осуществления ветроулавливатель выполнен с возможностью снижения скорости потока текучей среды в отверстии ветроулавливателя на 85-95%.In one embodiment, the wind catcher is configured to reduce the fluid flow rate in the wind catcher opening by 85-95%.
В одном варианте осуществления вес ветроулавливателя снижает центр масс устройства. В одном варианте осуществления центр масс находится близко к уровню земли.In one embodiment, the weight of the wind catcher reduces the center of mass of the device. In one embodiment, the center of mass is close to ground level.
В одном варианте осуществления ветрогенератор содержит более одной турбины на пути потока.In one embodiment, the wind generator contains more than one turbine in the flow path.
В одном варианте осуществления одна или более турбин находятся в основании.In one embodiment, one or more turbines are located in the base.
В одном варианте осуществления одна или более турбин находятся в мачте.In one embodiment, one or more turbines are located in a mast.
В одном варианте осуществления по меньшей мере одна турбина находится в основании и по меньшей мере одна турбина находится в мачте.In one embodiment, at least one turbine is located in the base and at least one turbine is located in the mast.
- 2 046037- 2 046037
В одном варианте осуществления ветрогенератор содержит одно или несколько средств регулирования потока внутри пути потока.In one embodiment, the wind generator includes one or more flow control means within a flow path.
В одном варианте осуществления одно или несколько средств регулирования расхода представляют собой обратный клапан.In one embodiment, the one or more flow control means is a check valve.
В одном варианте осуществления одно или несколько средств регулирования расхода представляют собой задвижку.In one embodiment, the one or more flow control means is a valve.
В одном варианте осуществления один или несколько обратных клапанов представляют собой пластинчатые клапаны.In one embodiment, the one or more check valves are plate valves.
Альтернативно, один или несколько обратных клапанов представляют собой контрольные клапаны.Alternatively, one or more check valves are control valves.
В одном варианте осуществления ветрогенератор содержит по меньшей мере два средства регулирования потока внутри пути потока, при этом по меньшей мере одно из средств регулирования потока представляет собой задвижку, а по меньшей мере одно из средств регулирования потока - обратный клапан.In one embodiment, the wind generator comprises at least two flow control means within a flow path, wherein at least one of the flow control means is a gate valve and at least one of the flow control means is a check valve.
В одном варианте осуществления ветрогенератор содержит по меньшей мере одну задвижку, выполненную с возможностью дросселирования воздушного потока, поступающего в турбину.In one embodiment, the wind generator includes at least one valve configured to throttle the air flow entering the turbine.
В одном варианте осуществления ветрогенератор содержит по меньшей мере один обратный клапан, выполненный с возможностью избирательного или автоматического управления одним или несколькими выходами башни.In one embodiment, the wind generator includes at least one check valve configured to selectively or automatically control one or more tower outputs.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один обратный клапан дополнительно выполнен с возможностью предотвращения обратного потока воздуха через один или несколько выходов башни.In one embodiment, the at least one check valve is further configured to prevent backflow of air through one or more tower outlets.
В одном варианте осуществления ветрогенератор содержит множество поворотных лопаток колонны, выполненных с возможностью направления воздушного потока, движущегося вверх по внутренней полости колонны мачты, наружу в сторону подветренного участка, так что воздушный поток по существу совпадает с направлением ветра при выходе из мачты.In one embodiment, the wind generator includes a plurality of rotating column blades configured to direct air flow moving up an interior cavity of the mast column outward toward a downwind portion such that the air flow is substantially aligned with the direction of the wind as it exits the mast.
В одном варианте осуществления мачта содержит перегородки, выполненные с возможностью лучшего выравнивания воздушного потока на выходах башни.In one embodiment, the tower includes baffles configured to better equalize the air flow at the tower outlets.
В одном варианте осуществления мачта содержит выходную полость, подветренную полость и множество поворотных лопаток выходного канала, выполненных с возможностью поворота воздушного потока от подветренного направления в подветренной полости к наветренному направлению в выходной полости.In one embodiment, the mast includes an outlet cavity, a leeward cavity, and a plurality of rotating outlet duct blades configured to rotate the air flow from a leeward direction in the leeward cavity to a windward direction in the outlet cavity.
В одном варианте осуществления поворотные лопатки колонны содержат обратные клапаны, выполненные с возможностью ограничения обратного потока между подветренной полостью и полостью колонны.In one embodiment, the column rotating vanes include check valves configured to limit backflow between the downwind cavity and the column cavity.
В одном варианте осуществления поворотные лопатки выходного канала представляют собой обратные клапаны, выполненные с возможностью ограничения обратного потока между выходной полостью и подветренной полостью.In one embodiment, the outlet duct rotary vanes are check valves configured to limit backflow between the outlet cavity and the leeward cavity.
В одном варианте осуществления мачта содержит множество выходных поворотных лопаток, выполненных с возможностью поворота воздушного потока от наветренного направления в выходной полости к подветренному при выходе из выходов башни.In one embodiment, the mast includes a plurality of outlet rotating blades configured to rotate the air flow from a windward direction in the outlet cavity to a leeward direction as it exits the tower outlets.
В одном варианте осуществления выходные поворотные лопатки содержат обратные клапаны, выполненные с возможностью ограничения обратного потока в выходную полость из набегающего воздушного потока.In one embodiment, the outlet rotating vanes include check valves configured to limit the reverse flow into the outlet cavity from the incoming air flow.
В одном варианте осуществления основание содержит сваю и узел верха сваи.In one embodiment, the base includes a pile and a pile cap assembly.
В одном варианте осуществления основание дополнительно содержит подшипник, что позволяет мачте вращаться относительно сваи.In one embodiment, the base further includes a bearing that allows the mast to rotate relative to the pile.
В одном варианте осуществления подшипник представляет собой поворотный подшипник.In one embodiment, the bearing is a slewing bearing.
Согласно шестому аспекту, предложен способ генерирования электроэнергии, в котором соединяют мачту с основанием, с возможностью вращения таким образом, чтобы её наветренный участок был обращен к ветру в зависимости от направления ветра;According to a sixth aspect, there is proposed a method for generating electricity, in which a mast is connected to a base so that it can be rotated so that its windward portion faces the wind depending on the wind direction;
обеспечивают один или несколько входов на мачте;provide one or more inputs on the mast;
обеспечивают один или более выходов на мачте, расположенных на боковом участке мачты таким образом, что когда ветер проходит через один или более выходов башни, создаётся разность давлений между одним или более выходами башни и одним или более входами для создания воздушного потока через внутренний канал потока текучей среды между одним или более выходами башни и одним или более входами; и располагают турбину на пути потока текучей среды, выполненную с возможностью работы, когда воздушный поток создаётся на пути потока текучей среды таким образом, что турбина генерирует энергию.provide one or more tower outlets located on a side portion of the tower such that when wind passes through one or more tower outlets, a pressure difference is created between one or more tower outlets and one or more inlets to create air flow through an internal fluid flow path environments between one or more tower outputs and one or more inputs; and positioning a turbine in the fluid flow path, configured to operate when an air flow is created in the fluid flow path such that the turbine generates power.
Согласно седьмому аспекту, предложен способ генерирования электроэнергии, в котором вращают мачту так, чтобы она была обращена к ветру;According to a seventh aspect, there is proposed a method for generating electricity, in which a mast is rotated to face the wind;
принимают воздушный поток через один или несколько входов;receive air flow through one or more inlets;
- 3 046037 направляют воздушный поток в путь потока текучей среды и выводят его через один или несколько выходов башни на мачте;- 3 046037 direct the air flow into the fluid flow path and discharge it through one or more outlets of the tower on the mast;
приводят в действие турбину внутри пути потока текучей среды с помощью воздушного потока в пути потока текучей среды; при этом турбина функционально соединена с электрогенератором, генерируют электроэнергию или приводят в действие устройство с вращательным приводом, такое как водяной насос.driving a turbine within the fluid flow path using air flow in the fluid flow path; wherein the turbine is operatively coupled to an electric generator to generate electrical power or drive a rotary driven device such as a water pump.
В одном варианте осуществления форма мачты заставляет мачту вращаться в зависимости от направления ветра.In one embodiment, the shape of the mast causes the mast to rotate depending on the direction of the wind.
В одном варианте осуществления вращение конструкции осуществляется вручную в зависимости от направления ветра.In one embodiment, the structure is rotated manually depending on the direction of the wind.
В одном варианте осуществления вращение конструкции осуществляется с помощью двигателя в зависимости от направления ветра.In one embodiment, the structure is rotated by a motor depending on wind direction.
В одном варианте осуществления двигатель представляет собой электродвигатель.In one embodiment, the motor is an electric motor.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Предпочтительный вариант осуществления изобретения теперь будет описан в качестве примера со ссылкой на следующие чертежи, на которых:A preferred embodiment of the invention will now be described by way of example with reference to the following drawings, in which:
фиг. 1 представляет вид сбоку ветрогенератора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;fig. 1 is a side view of a wind generator in accordance with one embodiment of the present invention;
фиг. 2 представляет изометрический вид ветрогенератора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;fig. 2 is an isometric view of a wind generator in accordance with one embodiment of the present invention;
фиг. 3 представляет горизонтальное сечение ветроулавливателя, входов и выходов ветроулавливателя ветрогенератора в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;fig. 3 is a horizontal cross-sectional view of a wind catcher, wind catcher inlets and outlets of a wind generator in accordance with one embodiment of the invention;
фиг. 4 представляет вид в вертикальном сечении турбины в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;fig. 4 is a vertical sectional view of a turbine in accordance with one embodiment of the invention;
фиг. 5 представляет вид в горизонтальном сечении мачты и выходов в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;fig. 5 is a horizontal sectional view of a mast and outlets in accordance with one embodiment of the invention;
фиг. 6 представляет вид в вертикальном сечении основания одного варианта осуществления изобретения;fig. 6 is a vertical sectional view of the base of one embodiment of the invention;
фиг. 7 представляет вид в вертикальном сечении ветрогенератора одного варианта осуществления изобретения;fig. 7 is a vertical sectional view of a wind generator of one embodiment of the invention;
фиг. 8 представляет вид сбоку альтернативного варианта осуществления изобретения, на котором показаны ряды выходов;fig. 8 is a side view of an alternative embodiment of the invention showing rows of outlets;
фиг. 9 представляет вид в вертикальном сечении ветрогенератора альтернативного варианта осуществления изобретения;fig. 9 is a vertical sectional view of a wind generator of an alternative embodiment of the invention;
фиг. 10 представляет вид в вертикальном сечении поворотных лопаток колонны, показанных на фиг. 5, 7 и 9, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;fig. 10 is a vertical sectional view of the rotating column blades shown in FIG. 5, 7 and 9, in accordance with one embodiment of the invention;
фиг. 11 представляет вид в горизонтальном сечении мачты, показанной на фиг. 5, на которой изображены поворотные лопатки канала в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;fig. 11 is a horizontal sectional view of the mast shown in FIG. 5, which depicts rotating channel vanes in accordance with one embodiment of the invention;
фиг. 12 представляет вид в горизонтальном сечении мачты, показанной на фиг. 5, на которой изображены поворотные лопатки выхода в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;fig. 12 is a horizontal sectional view of the mast shown in FIG. 5, which depicts rotating exit vanes in accordance with one embodiment of the invention;
фиг. 13 представляет вид в горизонтальном сечении ветроулавливателя, показанного на фиг. 3, на которой изображены поворотные лопатки выхода в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;fig. 13 is a horizontal sectional view of the wind catcher shown in FIG. 3, which depicts rotating exit vanes in accordance with one embodiment of the invention;
фиг. 14 представляет вид в горизонтальном сечении альтернативного варианта осуществления изобретения, на котором показаны горизонтально разнесённые выходы; и фиг. 15 представляет схему сечения, показывающую путь потока воздуха вокруг мачты в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения.fig. 14 is a horizontal sectional view of an alternative embodiment of the invention showing horizontally spaced outlets; and fig. 15 is a cross-sectional diagram showing an air flow path around a mast in one embodiment of the present invention.
Описание вариантов осуществленияDescription of Embodiments
Обратимся к фиг. 1 и 2, на которых представлен ветрогенератор (далее также именуемый ветровой башней 5), содержащий мачту 10, предпочтительно соединённую с возможностью вращения с основанием 12, имеющим один или несколько выходов 16 башни, в данном случае около 60, расположенных в продольном направлении по длине мачты 10. Мачта 10 установлена с помощью поворотного подшипника 38 таким образом, чтобы иметь возможность вращаться вокруг своей продольной оси. В этом варианте осуществления мачта 10 представляет собой симметричный аэродинамический профиль (как видно на рис. 5), так что, когда ветер обтекает мачту 10, он создаёт область низкого давления с обеих сторон 43 вследствие эффекта Бернулли, заставляющего мачту 10 вращаться таким образом, что наветренный участок 34 обращен к ветру, а подветренный участок 36 обращен от ветра (этот принцип более подробно обсуждается ниже). В одном варианте осуществления симметричный аэродинамический профиль имеет каплевидную форму в горизонтальном сечении. Однако специалист в данной области техники легко поймёт, что точные размеры могут варьироваться при условии, что мачта 10 подходит для вращения в зависимости от направления ветра.Referring to FIG. 1 and 2, which illustrate a wind generator (hereinafter also referred to as wind tower 5) comprising a mast 10 preferably rotatably connected to a base 12 having one or more tower outlets 16, in this case about 60, arranged longitudinally along its length mast 10. The mast 10 is mounted using a rotary bearing 38 in such a way as to be able to rotate around its longitudinal axis. In this embodiment, the mast 10 is a symmetrical airfoil (as seen in Fig. 5), so that when the wind flows around the mast 10, it creates an area of low pressure on both sides 43 due to the Bernoulli effect causing the mast 10 to rotate in such a way that the windward portion 34 faces the wind, and the leeward portion 36 faces away from the wind (this principle is discussed in more detail below). In one embodiment, the symmetrical airfoil has a teardrop shape in horizontal section. However, one skilled in the art will readily understand that the exact dimensions may vary as long as the mast 10 is suitable for rotation depending on the direction of the wind.
Когда ветер обтекает мачту 10, перемещаясь поперёк выходов 16 башни, он создаёт область низкоWhen the wind flows around the mast 10, moving across the tower exits 16, it creates an area low
- 4 046037 го давления снаружи каждого из выходов 16 башни и вследствие эффекта Вентури вызывает перепад давления внутри пути потока. Вход 14 или множество входов 14 расположены рядом с основанием 12 внутри ветроулавливателя 32, который помогает концентрировать и направлять дополнительный набегающий ветер, чтобы он попадал во входы 14.- 4 046037 th pressure outside each of the tower outlets 16 and due to the Venturi effect causes a pressure difference inside the flow path. An inlet 14 or a plurality of inlets 14 is located adjacent a base 12 within a wind deflector 32 that helps concentrate and direct additional incoming wind into the inlets 14.
Как показано на фиг. 3 и 4, ветер поступает в показанные входы 14 и направляется через один или несколько каналов, которые сходятся к пути потока текучей среды, внутри которого размещена турбина 18, так что высокое давление на входах 14 и низкое давление на выходах 16 башни создают воздушный поток 20, который приводит в действие турбину 18. Турбина 18 может быть операционно соединена с генератором 22 электроэнергии, например, приводным валом 30, который может генерировать электроэнергию. Турбина 18 может быть также функционально соединена с другими средствами осуществления работы или генерирования энергии.As shown in FIG. 3 and 4, wind enters the illustrated inlets 14 and is directed through one or more channels that converge to a fluid flow path within which the turbine 18 is located such that the high pressure at the inlets 14 and the low pressure at the tower outlets 16 create an air flow 20 which drives the turbine 18. The turbine 18 may be operatively coupled to a power generator 22, such as a drive shaft 30, which may generate power. Turbine 18 may also be operatively coupled to other means of performing work or generating power.
Ветроулавливатель 32 может быть выполнен с возможностью уменьшения скорости потока текучей среды в отверстии ветроулавливателя 32 по меньшей мере на 80%, тем самым увеличивая давление, чтобы создать большую разность давлений между входами 14 и турбиной 18.The wind collector 32 may be configured to reduce the fluid flow rate at the wind collector 32 opening by at least 80%, thereby increasing the pressure to create a larger pressure difference between the inlets 14 and the turbine 18.
Ветроулавливатель 32 может быть оптимально выполнен с возможностью снижения скорости потока текучей среды в отверстии ветроулавливателя 32 примерно на 90%.The wind catcher 32 may be optimally configured to reduce the fluid flow rate in the opening of the wind catcher 32 by approximately 90%.
Воздушный поток 20 вдоль внутреннего пути потока текучей среды между одной или несколькими турбинами 18 и выходами 16 башни снижает скорость воздушного потока через выходы 16 башни, например, до 50% от скорости набегающего потока, таким образом повышая давление, чтобы создать больший перепад давления между выходами 16 башни и давлением набегающего потока на сторонах 43.Air flow 20 along the internal fluid flow path between one or more turbines 18 and tower outlets 16 reduces the airflow velocity through tower outlets 16, for example, to 50% of the freestream velocity, thereby increasing the pressure to create a greater pressure drop between the outlets. 16 towers and free-stream pressure on the sides 43.
Аналогичным образом, воздушный поток 20 вдоль внутреннего пути потока текучей среды между одной или несколькими турбинами 18 и выходами 50 ветроулавливателя снижает скорость воздушного потока через выходы 50 ветроулавливателя, например, до 50% от скорости набегающего потока, таким образом повышая давление, чтобы создать больший перепад давления между выходами 50 ветроулавливателя и давлением набегающего потока на сторонах 43.Likewise, the air flow 20 along the internal fluid flow path between one or more turbines 18 and the wind collector outlets 50 reduces the speed of the air flow through the wind collector outlets 50, for example, to 50% of the freestream velocity, thereby increasing the pressure to create a greater differential. pressure between the outlets 50 of the wind catcher and the pressure of the oncoming flow on the sides 43.
Гладкий профиль поверхности и постепенное уменьшение площади между ветроулавливателем 32, входами 14 и турбиной 18 позволяют свести потери к минимуму и повысить эффективность.The smooth surface profile and gradual reduction of the area between the wind catcher 32, the inlets 14 and the turbine 18 help to minimize losses and increase efficiency.
Гладкий профиль поверхности и постепенное увеличение площади между турбиной 18 и полостью колонны 42 позволяют свести потери к минимуму и повысить эффективность.The smooth surface profile and gradual increase in area between the turbine 18 and the cavity of the column 42 help keep losses to a minimum and increase efficiency.
В представленном варианте осуществления выходы 16 башни расположены на такой высоте над входами 14, что ветер на больших высотах может быть направлен через выходы 16 башни для увеличения разности давлений между входами 14 и выходами 16 башни. Чем выше мачта 10, тем меньше вероятность возникновения препятствий, блокирующих поток ветра и/или создающих турбулентность воздушного потока. В идеале входы 14 будут расположены на наветренном участке 34, который, естественно, представляет собой область с более высоким давлением по сравнению с областью с, естественно, более низким давлением на сторонах 43, где расположены выходы 16 башни, которые, как правило, находятся с подветренной стороны от наветренного участка 34. Высокий перепад давления приводит к ускорению воздушного потока 20 через путь потока текучей среды, что заставляет турбину 18 работать и генерировать большую мощность. Размер турбины 18 может изменяться в зависимости от предполагаемых условий и в пределах ее эксплуатационных ограничений. В этом варианте осуществления турбина 18 находится внутри участка мачты 10 и основания 12. Соответственно, факторы риска, связанные с техническим обслуживанием, дикой природой и шумом, которые обычно присутствуют в других ветрогенераторах, турбины которых открыты для воздуха, могут быть снижены и/или устранены с использованием настоящего изобретения. Предпочтительно, расположение турбины 18 ближе к уровню земли снижает риск при выполнении работ по техническому обслуживанию на высоте.In the illustrated embodiment, the tower outlets 16 are located at such a height above the tower inlets 14 that wind at higher altitudes can be directed through the tower outlets 16 to increase the pressure difference between the tower inlets 14 and the tower outlets 16. The higher the mast 10, the less likely it is that there will be obstacles blocking the wind flow and/or creating turbulence in the air flow. Ideally, the inlets 14 will be located on the windward portion 34, which is naturally an area of higher pressure compared to the naturally lower pressure area on the sides 43 where the tower outlets 16 are located, which are typically located with downwind of the windward portion 34. The high pressure drop causes the airflow 20 to accelerate through the fluid flow path, which causes the turbine 18 to operate and generate more power. The size of turbine 18 may vary depending on anticipated conditions and within its operational limitations. In this embodiment, the turbine 18 is located within a portion of the tower 10 and base 12. Accordingly, the hazards associated with maintenance, wildlife and noise that are typically present in other wind turbines whose turbines are open to the air can be reduced and/or eliminated using the present invention. Preferably, locating the turbine 18 closer to ground level reduces the risk when performing maintenance work at height.
Обратимся к фиг. 3, на которой представлен вид сверху в сечении входов 14, расположенных вокруг турбины 18. В этом варианте осуществления основание 12 содержит коллектор, который принимает воздух через входы 14 и канализируется до тех пор, пока их соответствующие пути потока не сойдутся в пути потока текучей среды, внутри которого расположена турбина 18. В этом варианте осуществления ветроулавливатель 32 конденсирует и направляет ветер во входы 14, которые имеют каналы для направления воздуха через турбину 18, как показано на фиг. 4. Размер входов 14, например, диаметром 6 метров, может быть выбран на основании максимальных скоростей турбины 18 и/или исторических метеорологических данных, полученных в районах, где планируется установка устройства.Referring to FIG. 3, which is a top cross-sectional view of the inlets 14 located around the turbine 18. In this embodiment, the base 12 includes a manifold that receives air through the inlets 14 and is channeled until their respective flow paths converge into a fluid flow path. , within which a turbine 18 is located. In this embodiment, the wind collector 32 condenses and directs wind into inlets 14, which have channels for directing air through the turbine 18, as shown in FIG. 4. The size of the inlets 14, for example 6 meters in diameter, can be selected based on the maximum speeds of the turbine 18 and/or historical meteorological data obtained in the areas where the device is planned to be installed.
Скорость турбины 18 и, как следствие, количество генерируемой электроэнергии ограничивается объёмным расходом воздуха, который ветровая башня 5 способна пропускать из входов 14 в выходы 16 башни. Соответственно, размер входов 14 может быть больше в областях, где часто наблюдаются сильные порывы ветра и/или где установлена ветровая башня 5 с относительно большей турбиной 18. Таким образом, место установки и исторические метеорологические условия могут определять желаемый размер турбины 18, который, в свою очередь, может быть использован для определения размера входов 14 и/или выходов 16 башни, требуемых для размещения воздуха, необходимого для работы турбины 18 на требуемой скорости для производства желаемого количества электроэнергии. Поскольку условия окружающей среды зависят от сезона, может потребоваться возможность эффективного отключения от рабоThe speed of the turbine 18 and, as a consequence, the amount of generated electricity is limited by the volumetric flow of air that the wind tower 5 is capable of passing from the inputs 14 to the outputs 16 of the tower. Accordingly, the size of the inlets 14 may be larger in areas where high wind gusts are frequent and/or where a wind tower 5 with a relatively larger turbine 18 is installed. Thus, the installation location and historical meteorological conditions may determine the desired size of the turbine 18, which, in may in turn be used to determine the size of the tower inlets 14 and/or outlets 16 required to accommodate the air needed to operate the turbine 18 at the required speed to produce the desired amount of electricity. Because environmental conditions vary depending on the season, it may be necessary to be able to effectively shut down
- 5 046037 ты одного или нескольких выходов 16 башни.- 5 046037 you have one or more exits of tower 16.
Альтернативные варианты осуществления могут содержать по меньшей мере одну дополнительную малую турбину 52 на пути потока, операционно соединённую с малым генератором электроэнергии 60. Малые турбины 52 могут располагаться смежно друг другу поэтапно или разнесены друг от друга вдоль малого приводного вала 56.Alternative embodiments may include at least one additional small turbine 52 in the flow path operatively coupled to the small power generator 60. The small turbines 52 may be adjacent to each other in stages or spaced apart along the small drive shaft 56.
Турбина 18 может содержать лопатки с переменным шагом для регулирования скорости вращения и крутящего момента, подаваемого на генератор электроэнергии 22.The turbine 18 may include variable pitch blades to control the rotation speed and torque supplied to the power generator 22.
Обратимся к фиг. 4 и 5, на которых можно отметить, что один или несколько выходов 16 башни на мачте 10 предпочтительно равномерно разнесены по продольной длине мачты 10 и открыты для текучей среды из полости колонны 42, которая образует часть пути потока текучей среды внутри мачты 10. Выходы 16 башни расположены на одной или обеих сторонах 43, предпочтительно в месте или непосредственно перед переходом от наветренного участка 34 к подветренному участку 36.Referring to FIG. 4 and 5, in which it may be noted that one or more tower outlets 16 on the tower 10 are preferably evenly spaced along the longitudinal length of the tower 10 and open to fluid from the cavity of the column 42, which forms part of the fluid flow path within the tower 10. The outlets 16 towers are located on one or both sides 43, preferably at or just before the transition from the windward portion 34 to the leeward portion 36.
Задвижка 24 также может быть расположена между одним или несколькими входами 14 и турбиной 18 (как видно на фиг. 4). Задвижки 24 по отдельности или в комбинации могут использоваться для регулирования воздушного потока 20 во время эксплуатации и/или технического обслуживания с целью снижения или предотвращения эксплуатации турбины 18. Снижение интенсивности эксплуатации может быть связано, например, с проблемами, связанными с шумом, электрической мощностью или другими метеорологическими условиями.A valve 24 may also be located between one or more inlets 14 and the turbine 18 (as seen in FIG. 4). The valves 24, individually or in combination, may be used to regulate the air flow 20 during operation and/or maintenance to reduce or prevent operation of the turbine 18. Reduced operation may be due, for example, to problems associated with noise, electrical power, or other meteorological conditions.
Один или несколько входов 14 имеют значительно большую площадь сечения, чем выходы 16 башни, поэтому входы 14 тяжелее, чем выходы 16 башни. Дополнительный вес, обеспечиваемый ветроуловителем 32 и/или одним или несколькими входами 14, в сочетании с их расположением ниже на мачте по отношению к выходам 16 башни, улучшает фундаментную целостность ветровой башни 5. Расположение входов 14 ниже на мачте 10 и/или в основании 12 снижает центр масс и центр тяжести, что уменьшает вероятность опрокидывания ветровой башни 5.One or more of the inlets 14 have a significantly larger cross-sectional area than the tower outlets 16, so the inlets 14 are heavier than the tower outlets 16. The additional weight provided by the wind deflector 32 and/or one or more inlets 14, coupled with their location lower on the mast relative to the tower outlets 16, improves the foundation integrity of the wind tower 5. The location of the inlets 14 lower on the mast 10 and/or base 12 reduces the center of mass and center of gravity, which reduces the likelihood of the wind tower 5 overturning.
Ветроулавливатель 32 концентрирует воздух, направляемый через один или несколько входов 14. Уменьшение сечения, обусловленное формой ветроулавливателя 32, концентрирующего воздушный поток 20, приводит к увеличению скорости воздуха, поступающего в один или несколько входов 14, тем самым увеличивая скорость вращения турбины 18. Ветроулавливатель 32 может быть соединён с ветровой башней 5, с мачтой 10 и/или основанием 12. Ветроулавливатель также может быть выполнен как часть мачты 10 или основания 12.The wind collector 32 concentrates the air directed through one or more inlets 14. The reduction in cross-section caused by the shape of the wind collector 32 concentrating the air flow 20 leads to an increase in the speed of the air entering one or more inlets 14, thereby increasing the speed of rotation of the turbine 18. Wind collector 32 can be connected to the wind tower 5, to the mast 10 and/or the base 12. The wind catcher can also be made as part of the mast 10 or the base 12.
Обратимся к фиг. 5, на которой представлено сечение мачты 10 у одного из выходов 16 башни, на котором показан один из вариантов симметричной формы аэродинамического профиля. Как объясняется принципом Бернулли, увеличение скорости ветра при его движении вокруг мачты 10 создаёт область низкого давления на сторонах 43 мачты 10. Поскольку мачта 10 симметрична, область низкого давления создаётся с обеих сторон 43 подветренного участка 36 мачты, тем самым оказывая усилие на обе стороны 43 подветренного участка 36. Однако усилия, действующие на обе стороны подветренного участка 36, если они неравномерны, заставляют мачту 10 вращаться до тех пор, пока усилия не станут равными, но противоположными, в результате чего наветренный участок 34 будет обращен против ветра, а подветренный участок 36 - в сторону от ветра.Referring to FIG. 5, which shows a cross-section of the mast 10 at one of the tower exits 16, which shows one of the options for the symmetrical shape of the airfoil. As explained by Bernoulli's principle, the increase in wind speed as it moves around the mast 10 creates an area of low pressure on the sides 43 of the mast 10. Since the mast 10 is symmetrical, an area of low pressure is created on both sides 43 of the leeward section 36 of the mast, thereby exerting a force on both sides 43 leeward portion 36. However, the forces acting on both sides of the leeward portion 36, if unequal, cause the mast 10 to rotate until the forces are equal but opposite, causing the windward portion 34 to face upwind and the leeward portion 36 - away from the wind.
Когда ветер дует на мачту 10, он движется вокруг наветренного участка 34, и, как объясняется эффектом Коанда, ветер имеет тенденцию оставаться прикреплённым к поверхности по мере того, как он движется вокруг мачты 10 и поперёк выходов 16 башни. Ветер, движущийся в поперечном направлении к выходам 16 башни, создаёт область низкого давления непосредственно перед каждым из выходов 16 башни, в результате чего возникает разность давлений, создающая воздушный поток 20, пропорциональный разности давлений между входами 14 и выходами 16 башни, по пути потока текучей среды. Соответственно, разность давлений, существующая между входами 14 и выходами 16 башни, возникает независимо или в сочетании с одним или несколькими обсуждаемыми здесь признаками.When the wind blows on the mast 10, it moves around the windward portion 34, and, as explained by the Coanda effect, the wind tends to remain attached to the surface as it moves around the mast 10 and across the tower exits 16. Wind moving transversely to the tower outlets 16 creates an area of low pressure immediately in front of each of the tower outlets 16, resulting in a pressure difference creating an air flow 20 proportional to the pressure difference between the tower inlets 14 and the tower outlets 16, along the path of the fluid flow environment. Accordingly, the pressure difference existing between the tower inlets 14 and the tower outlets 16 occurs independently or in combination with one or more of the features discussed herein.
Обратимся к фиг. 6 и 7, на которых представлен вид в сечении, показывающий сваи 26 основания 12, соединённые с узлом 28 верха сваи. Сваи 26 могут представлять собой одну сваю или несколько свай меньшего размера, которые соединяются с дополняющими элементами на узле 28 верха сваи. Основание 12 может содержать поворотный подшипник 38, который позволяет мачте 10 вращаться относительно основания 12. Поворотный подшипник 38 может быть выполнен с возможностью вращения всего узла 28 верха сваи относительно свай 26. Поворотный подшипник 38 может быть опорно-поворотным подшипником, кольцом поворотного круга или опорно-поворотным устройством.Referring to FIG. 6 and 7, which are sectional views showing base piles 26 12 connected to pile top assembly 28. The piles 26 may be a single pile or multiple smaller piles that are connected to complementary members at the pile top assembly 28 . The base 12 may include a slewing bearing 38 that allows the mast 10 to rotate relative to the base 12. The slewing bearing 38 may be configured to rotate the entire pile top assembly 28 relative to the piles 26. The slewing bearing 38 may be a slewing bearing, a slewing ring, or a bearing - rotating device.
В этом варианте осуществления длина свай 26 составляет около 38 метров. Однако длина свай 26 должна определяться высотой мачты 10. Например, для мачты 10 высотой 180 метров могут потребоваться сваи 26 длиной 50 метров. И наоборот, для мачты 10 высотой 15 метров могут потребоваться сваи 26 длиной всего 2 метра. При расчёте длины, необходимой для свай 26, было бы очевидно включить коэффициент безопасности, чтобы гарантировать, что вероятность опрокидывания ветряной башни 5 будет настолько низкой, насколько это разумно допустимо. Требуемый коэффициент безопасности может варьироваться в зависимости от юрисдикции, и поэтому специалист в данной области техники легко поймёт, что изменения длины свай 26 также могут варьироваться.In this embodiment, the length of the piles 26 is about 38 meters. However, the length of the piles 26 should be determined by the height of the mast 10. For example, a 180 meter high mast 10 may require 50 meter long piles 26. Conversely, a 10 mast that is 15 meters high may require 26 piles that are only 2 meters long. In calculating the length required for piles 26, it would be obvious to include a safety factor to ensure that the likelihood of wind tower 5 overturning is as low as reasonably possible. The required safety factor may vary depending on the jurisdiction, and therefore one skilled in the art will readily understand that variations in the length of piles 26 may also vary.
- 6 046037- 6 046037
В альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения мачта 10 может иметь 10, 20, 30, 40, 50, 70, 80, 90, 100 или другое количество выходов 16 башни. Мачта 10 может иметь различное количество выходов 16 башни в зависимости от высоты и формы мачты 10. Вообще говоря, общая площадь сечения выходов 16 башни больше, чем общая площадь сечения входов 14. Соответственно, входы 14 могут быть круглыми и иметь диаметр 6 метров, а выходы 16 башни могут быть прямоугольными с радиальной глубиной, равной толщине пограничного слоя. Форма входов 14 и форма выходов 16 башни может быть любой, например, круглой, квадратной, прямоугольной, треугольной или эллиптической. Форма входов 14 и выходов 16 башни может определяться прочностью конструкции, пространственными ограничениями и/или простотой изготовления.In alternative embodiments of the present invention, the tower 10 may have 10, 20, 30, 40, 50, 70, 80, 90, 100, or other number of tower outlets 16. The mast 10 may have a different number of tower outlets 16 depending on the height and shape of the tower 10. Generally speaking, the total cross-sectional area of the tower outlets 16 is larger than the total cross-sectional area of the tower inlets 14. Accordingly, the inlets 14 can be circular and have a diameter of 6 meters, and the tower outlets 16 can be rectangular with a radial depth equal to the thickness of the boundary layer. The shape of the inputs 14 and the shape of the outputs 16 of the tower can be any, for example, round, square, rectangular, triangular or elliptical. The shape of the tower inlets 14 and outlets 16 may be determined by structural strength, space constraints, and/or ease of manufacture.
В настоящем варианте осуществления высота мачты 10 составляет примерно 135 метров от уровня земли. В других вариантах осуществления мачта 10 может быть выше, например 150 метров, или короче, например 120 метров, 100 метров, 75 метров, 50 метров, 40 метров, 30 метров, 20 метров или 10 метров, в зависимости от места ее установки и/или местных погодных условий. Например, при установке в жилом районе высота мачты 10 может быть ограничена только 5 метрами, в соответствии с нормами. Тогда как мачта 10, установленная в долине или на равнине, может вмещать 150-метровую мачту 10 для использования ветровых потоков на больших высотах.In the present embodiment, the height of the mast 10 is approximately 135 meters from the ground level. In other embodiments, the mast 10 may be taller, such as 150 meters, or shorter, such as 120 meters, 100 meters, 75 meters, 50 meters, 40 meters, 30 meters, 20 meters or 10 meters, depending on where it is installed and/ or local weather conditions. For example, when installed in a residential area, the height of the mast 10 may be limited to only 5 meters, in accordance with regulations. Whereas a mast 10 installed in a valley or a plain can accommodate a 150-meter mast 10 to exploit wind currents at high altitudes.
В настоящем варианте осуществления выходы 16 башни расположены равномерно по длине мачты 10. Однако в альтернативных вариантах осуществления выходы 16 башни могут быть разнесены нерегулярно (т.е. разнесены неравномерно) вдоль мачты 10. Выходы 16 башни также могут быть разнесены вдоль участка мачты 10.In the present embodiment, the tower outlets 16 are spaced uniformly along the length of the tower 10. However, in alternative embodiments, the tower outlets 16 may be spaced irregularly (i.e., spaced unevenly) along the tower 10. The tower outlets 16 may also be spaced along a portion of the tower 10.
В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 8, выходы 16 башни могут быть сосредоточены в ряды выходов 40 из двух или более выходов 16 башни, расположенных на разной высоте по длине мачты 10. Положение выходов 16 башни может определяться местными условиями того места, где должна быть установлена ветровая башня 5.In one embodiment, as shown in FIG. 8, the tower outlets 16 may be arranged in rows of outlets 40 of two or more tower outlets 16 located at different heights along the length of the tower 10. The position of the tower outlets 16 may be determined by the local conditions of the location where the wind tower 5 is to be installed.
Ряды 40 выходов башни могут также содержать одну или несколько задвижек (не показаны), которые могут работать по всей длине мачты 10 для уменьшения количества работающих выходов 16 башни, находящихся на пути потока. Наряду с задвижками 24, задвижки на рядах 40 выходов башни позволяют регулировать скорость турбины 18 путём дросселирования объёмного расхода воздуха между одним или несколькими входами 14 и одним или несколькими выходами 16 башни. Это может оптимизировать производительность ветрогенератора.The tower outlet rows 40 may also include one or more valves (not shown) that can operate along the entire length of the tower 10 to reduce the number of operating tower outlets 16 in the flow path. Along with the valves 24, the valves on the rows 40 of the tower outlets allow the speed of the turbine 18 to be controlled by throttling the volumetric air flow between one or more inlets 14 and one or more outlets 16 of the tower. This can optimize the performance of the wind generator.
Обратимся к фиг. 9: путь 20 потока текучей среды может быть разделён на отдельные каналы 78 потока после прохождения через одну или несколько турбин 18, 52, где выходы 16 башни разделены на отдельные отбойные полости 68 башни и ряды 40 выходов башни. При этом одно или более средств регулирования потока, таких как задвижка или обратный клапан, могут быть размещены внутри мачты 10 для выборочного или автоматического управления одним или несколькими рядами 40 выходов башни для оптимизации генерирования электроэнергии турбиной 18.Referring to FIG. 9: The fluid flow path 20 may be divided into separate flow channels 78 after passing through one or more turbines 18, 52, where the tower outlets 16 are divided into individual tower baffles 68 and tower outlet rows 40. Here, one or more flow control means, such as a gate or check valve, may be located within the tower 10 to selectively or automatically control one or more tower output rows 40 to optimize power generation from the turbine 18.
Например, когда воздушный поток 20 создаётся ветром, дующим непосредственно во входы 14, эффективно увеличивается количество рядов 40 выходов башни в процессе работы, чтобы гарантировать, что скорость воздушного потока между входами 14 и работающими выходами 16 башни не уменьшается, может обеспечить оптимальную производительность турбины 18. Альтернативно, если воздушный поток 20 создаётся разностью давлений, возникающей из-за различной силы ветра, проходящего мимо выходов башни 16 или рядов 40 выходов башни, уменьшение эффективного рабочего числа выходов башни 16 или рядов 40 выходов башни может привести к увеличению скорости воздушного потока 20 через путь потока текучей среды, тем самым заставляя турбину 18 генерировать больше электроэнергии. Мачта 10 может быть достаточно большой по высоте, такой, чтобы подвергаться воздействию нескольких слоев ветра с различными характеристиками, что требует вывода из эксплуатации одного или несколько выходов 16 башни или рядов 40 выходов башни.For example, when the air flow 20 is generated by wind blowing directly into the inlets 14, effectively increasing the number of rows 40 of tower outlets during operation to ensure that the speed of the air flow between the inlets 14 and the operating outlets 16 of the tower does not decrease, can ensure optimal performance of the turbine 18 Alternatively, if the air flow 20 is generated by a pressure difference resulting from varying strengths of wind passing the tower exits 16 or tower exit rows 40, reducing the effective operating number of the tower exits 16 or tower exit rows 40 may result in an increase in the speed of the air flow 20 through the fluid flow path, thereby causing the turbine 18 to generate more electrical power. The tower 10 may be large enough in height to be exposed to multiple layers of wind with different characteristics, requiring the decommissioning of one or more tower outlets 16 or rows of tower outlets 40.
Кроме того, выходы 16 башни могут быть расположены на разной высоте на разных сторонах 43 мачты 10. Соответственно, на одной стороне 43 выходы башни могут быть расположены через каждые 10 метров, а с другой стороны 43 - через каждые 15 метров. Например, выходы 16 башни на одной стороне 43 могут начинаться на расстоянии 5 метров от нижней части мачты 10 и через каждые 10 метров, так что выходы башни чередуются каждые 5 метров между сторонами 43.In addition, the tower exits 16 can be located at different heights on different sides 43 of the mast 10. Accordingly, on one side 43 the tower exits can be located every 10 meters, and on the other side 43 - every 15 meters. For example, the tower outlets 16 on one side 43 may begin 5 meters from the bottom of the tower 10 and every 10 meters, such that the tower outlets alternate every 5 meters between sides 43.
Мачта 10 может дополнительно содержать перегородки 80, выполненные с возможностью лучшего выравнивания воздушного потока 20 на выходах 16 башни, при этом промежутки между перегородками 80 могут быть определены как отбойные полости 68. Перегородки 80 могут быть выполнены с возможностью ограничения вертикального потока воздуха в подветренной полости 64 (ограничивая перепад давления из-за эффекта Бернулли при прохождении воздуха мимо поворотных лопаток 72 выходного канала).The mast 10 may further include baffles 80 configured to better align air flow 20 at tower outlets 16, wherein the spaces between baffles 80 may be defined as baffle cavities 68. Baffles 80 may be configured to restrict vertical air flow in the leeward cavity 64 (limiting the pressure drop due to the Bernoulli effect as air passes past the rotary blades 72 of the outlet channel).
Необходимо понимать, что, хотя перегородки 80 могут быть совмещены с рядами 40 выходов башни, оба признака могут считаться независимыми и не обязательно должны использоваться вместе, перегородки 80 могут давать преимущества там, где ряды 40 выходов не предусмотрены, и наоборот.It should be understood that while partitions 80 may be combined with tower exit rows 40, both features may be considered independent and need not be used together, partitions 80 may provide advantages where exit rows 40 are not provided and vice versa.
В настоящем варианте осуществления основание 12 содержит поворотный подшипник 38. ОднакоIn the present embodiment, the base 12 includes a slewing bearing 38. However,
- 7 046037 поворотный подшипник 38 может быть промежуточным между мачтой 10 и основанием 12 как часть средств сцепления. Поворотный подшипник 38 также может быть встроен в мачту 10 в нижней части. Средства, с помощью которых вращается мачта 10, также могут представлять собой вертлюг или комбинацию вертлюга и поворотного подшипника 38.- 7 046037 the slewing bearing 38 may be intermediate between the mast 10 and the base 12 as part of the coupling means. The slewing bearing 38 may also be integrated into the mast 10 at the bottom. The means by which the mast 10 rotates may also be a swivel or a combination of a swivel and a slewing bearing 38.
В данном варианте осуществления входы 14 расположены на основании 12. Один или несколько входов 14 могут располагаться на мачте 10 с ветроулавливателем 32 или без него, ветроулавливатель 32 может также выполнять функцию входа 14.In this embodiment, the inlets 14 are located on the base 12. One or more inlets 14 may be located on the mast 10 with or without the wind deflector 32, the wind deflector 32 may also serve as the inlet 14.
Предпочтительно, чтобы воздушный поток 20 направлялся внутрь мачты 10 для оптимизации динамического давления.Preferably, the air flow 20 is directed into the mast 10 to optimize dynamic pressure.
Обратимся к фиг. 10: предусмотрено множество поворотных лопаток 70 колонны, выполненных с возможностью направления воздушного потока 20, поднимающегося по полости 42 колонны или каналам 78 потока, наружу к подветренному участку 36, таким образом, что воздушный поток 20 по существу выравнивается с набегающим потоком при выходе из мачты 10, чтобы оптимизировать динамическое давление и смягчить эффект Бернулли из-за падения давления во внутренней части выходных отверстий 16.Referring to FIG. 10: a plurality of column rotating vanes 70 are provided configured to direct the air flow 20 rising through the column cavity 42 or flow channels 78 outward to the leeward portion 36 such that the air flow 20 is substantially aligned with the oncoming flow as it exits the mast. 10 to optimize the dynamic pressure and mitigate the Bernoulli effect due to the pressure drop in the interior of the outlets 16.
Поворотные лопатки 70 колонны могут содержать обратные клапаны 84, выполненные с возможностью ограничения обратного потока между подветренной полостью 64 и полостью колонны 42.The column rotating blades 70 may include check valves 84 configured to limit reverse flow between the lee cavity 64 and the column cavity 42.
Обратимся к фиг. 11, а также к фиг. 5: предусмотрено множество поворотных лопаток 72 выходного канала, выполненных с возможностью поворота воздушного потока 20 с подветренной стороны в подветренной полости 64 на наветренную сторону в выходной полости 66, тем самым увеличивая динамическое давление на выходах 16 башни.Referring to FIG. 11, as well as to FIG. 5: a plurality of rotating outlet vanes 72 are provided, configured to rotate the air flow 20 from the leeward side in the leeward cavity 64 to the windward side in the outlet cavity 66, thereby increasing the dynamic pressure at the tower outlets 16.
Поворотные лопатки 72 выходного канала могут содержать обратные клапаны 84, выполненные с возможностью ограничения обратного потока между выходной полостью 66 и подветренной полостью 64.The outlet channel rotating vanes 72 may include check valves 84 configured to limit reverse flow between the outlet cavity 66 and the lee cavity 64.
Обратимся к фиг. 12, а также к фиг. 5: предусмотрено множество поворотных лопаток 74 выхода, выполненных с возможностью поворота воздушного потока 20 с наветренной стороны в выходной полости 66 на подветренную сторону при выходе из выходов 16 башни, тем самым увеличивая динамическое давление на выходах 16 башни.Referring to FIG. 12, as well as to FIG. 5: A plurality of rotating outlet vanes 74 are provided, configured to rotate the air flow 20 from the windward side of the outlet cavity 66 to the leeward side as it exits the tower outlets 16, thereby increasing the dynamic pressure at the tower outlets 16.
Выходные поворотные лопатки 74 могут содержать обратные клапаны 84, выполненные с возможностью ограничения обратного потока в выходную полость 66 из набегающего воздушного потока.The outlet rotary blades 74 may include check valves 84 configured to limit the reverse flow into the outlet cavity 66 from the oncoming air flow.
Обратимся к фиг. 13, предусмотрено множество поворотных лопаток 76 выхода ветроулавливателя, выполненных с возможностью поворота воздушного потока 20 с наветренной стороны в полости 62 ветроулавливателя на подветренную сторону при выходе из выходов 50 ветроулавливателя, тем самым увеличивая динамическое давление на выходах 50 ветроулавливателя.Referring to FIG. 13, a plurality of rotating wind-catcher outlet vanes 76 are provided, configured to rotate the air flow 20 from the windward side of the wind-catcher cavity 62 to the leeward side as it exits the wind-catcher outlets 50, thereby increasing the dynamic pressure at the wind-catcher outlets 50.
Поворотные лопатки 76 выхода ветроулавливателя могут содержать обратные клапаны 84, выполненные с возможностью ограничения обратного потока в полость 62 ветроулавливателя из набегающего воздушного потока.The rotary blades 76 of the wind catcher outlet may contain check valves 84 configured to limit the reverse flow into the wind catcher cavity 62 from the incoming air flow.
Обратимся к фиг. 14, предусмотрено множество выходов 16 башни, равномерно разнесенных друг от друга в горизонтальной плоскости в положении вдоль продольной длины мачты 10. Множество выходов 16 башни показаны продолжающимися между радиальными положениями Θ1 и θ2. Схема, изображающая множество выходов 16 башни, также может быть применима к множеству выходов 50 ветроулавливателя.Referring to FIG. 14, a plurality of tower outlets 16 are provided uniformly spaced apart from each other in a horizontal plane at a position along the longitudinal length of the tower 10. The plurality of tower outlets 16 are shown extending between radial positions Θ1 and θ2 . The diagram depicting a plurality of tower outlets 16 may also be applicable to a plurality of wind catcher outlets 50.
Θ1 может оптимально составлять 80°, но не ограничивается этим.Θ1 may optimally be 80°, but is not limited to this.
Θ2 может оптимально составлять 115°, но не ограничивается этим.Θ2 may optimally be 115°, but is not limited to this.
Множество выходов 16 башни в горизонтальной плоскости может повторяться в нескольких положениях по длине мачты 10. Соответственно, множество выходов 16 башни могут быть расположены, например, через каждые 5 м вдоль продольной длины мачты 10. Они могут быть расположены с любым шагом вдоль длины мачты 10, например, через каждые 1, 2, 3, 4, 5, 10 метров и т.д.A plurality of tower outlets 16 in the horizontal plane may be repeated in several positions along the length of the mast 10. Accordingly, a plurality of tower outlets 16 may be located, for example, every 5 m along the longitudinal length of the mast 10. They may be located at any increment along the length of the mast 10 , for example, every 1, 2, 3, 4, 5, 10 meters, etc.
Выходы 16 башни могут быть расположены там, где перепад давления на сторонах аэродинамического профиля 43 превышает 80% разницы между давлением торможения в наветренной части 34 и минимальным давлением, достигаемым над сторонами аэродинамического профиля 43.The tower outlets 16 may be located where the pressure drop across the sides of the airfoil 43 exceeds 80% of the difference between the stagnation pressure at the windward portion 34 and the minimum pressure achieved above the sides of the airfoil 43.
Аналогичным образом, выходы 50 ветроулавливателя могут быть расположены там, где перепад давления на сторонах аэродинамического профиля 43 превышает 80% разницы между давлением торможения в наветренной части 34 и минимальным давлением, достигаемым над сторонами аэродинамического профиля 43.Likewise, the wind deflector outlets 50 may be located where the pressure drop across the sides of the airfoil 43 exceeds 80% of the difference between the stagnation pressure at the windward portion 34 and the minimum pressure achieved above the sides of the airfoil 43.
Обратимся к фиг. 15: на которой показаны скорость набегающего потока воздуха ^°° и путь потока текучей среды вокруг мачты 10.Referring to FIG. 15: which shows the speed of the oncoming air flow ^°° and the path of the fluid flow around the mast 10.
В идеале соотношение суммарной площади выходов 16 башни к входам 14 должно определяться нижеследующими уравнениями. Однако настоящее изобретение работает на ряде принципов, при этом только некоторые из них могут требовать такого жёсткого соблюдения. Приведенная ниже формула является лишь ориентиром и отправной точкой при проектировании размеров выходов 16 башни по отноIdeally, the ratio of the total area of the tower outputs 16 to the inputs 14 should be determined by the following equations. However, the present invention operates on a number of principles, only some of which may require such strict adherence. The formula below is only a guideline and a starting point when designing the dimensions of tower 16 exits relative to
--
Claims (25)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU2021900711 | 2021-03-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA046037B1 true EA046037B1 (en) | 2024-02-01 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9453494B2 (en) | Building integrated wind energy power enhancer system | |
| US8459930B2 (en) | Vertical multi-phased wind turbine system | |
| US8961103B1 (en) | Vertical axis wind turbine with axial flow rotor | |
| CN102959237B (en) | The method of guide device, wind turbine system and pilot fluid stream | |
| US20100296913A1 (en) | Wind power generating system with vertical axis jet wheel turbine | |
| US8167533B2 (en) | Wind energy system | |
| US7802967B2 (en) | Vertical axis self-breaking wind turbine | |
| JP4753399B1 (en) | Water turbine with reduced rotational resistance by wind blades | |
| US20060026954A1 (en) | Wind and solar power plant with variable high speed rotor trains | |
| US10280900B1 (en) | Omnidirectional building integrated wind energy power enhancer system | |
| US8403623B2 (en) | Wind energy power enhancer system | |
| US10495063B2 (en) | Wind turbine | |
| US20140356163A1 (en) | Turbomachine | |
| US11156204B2 (en) | Wind turbine | |
| US9273665B1 (en) | Dual wind energy power enhancer system | |
| RU2531478C2 (en) | Wind turbine | |
| EA046037B1 (en) | WIND GENERATOR | |
| US20240159221A1 (en) | Wind powered generator | |
| SG177024A1 (en) | Vertical-axis wind-turbine with stacked propellers and an inground road installation | |
| CN117469084A (en) | Vortex disc type wind collecting wind power generation device | |
| WO2008047991A1 (en) | Wind power generating system with vertical axis jet wheel turbine | |
| ZA200902887B (en) | A vertical axis boosted air wind and solar turbine to generate electricity |