MD1715Z

MD1715Z - Horizontal-axis wind turbine with two coaxial rotors

Info

Publication number: MD1715Z
Application number: MDS20210089A
Authority: MD
Inventors: Николае БАЛКЭНУЦЭ
Original assignee: Николае БАЛКЭНУЦЭ
Priority date: 2021-10-12
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2024-05-31
Also published as: MDS20210089U2; MD1715Y

Abstract

The invention relates to wind-power engineering, namely to a horizontal-axis wind turbine with two coaxial rotors, intended for driving rotating mechanisms, in particular pumping stations, mills, sawmills and other installations, as well as for producing electric energy.The wind turbine, according to the invention, comprises a main rotor (1) with six blades, fixed radially by means of rods on a hollow shaft (3) for transmitting revolutions to a rotating mechanism, and an auxiliary rotor (2) with one blade, fixed on a shaft (4) for transmitting revolutions to an electric generator. The auxiliary rotor (2) is placed on the front side of the main rotor (1) coaxially, at the same time the shaft (4) is placed in the hollow shaft (3) with the possibility of rotation of the main (1) and auxiliary (2) rotors independently of each other and in the same direction. The length of the blade of the auxiliary rotor (2) is chosen so that this blade, during rotation, overlaps with the peripheral part of the inner edge part of the blades of the main rotor (1).

Description

Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la o turbină eoliană cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale, destinată acţionării mecanismelor rotative, în particular staţiilor de pompare, morilor, gaterelor şi altor instalaţii, precum şi producerii energiei electrice. The invention relates to wind energy, namely to a wind turbine with a horizontal axis with two coaxial rotors, intended for the operation of rotating mechanisms, in particular pumping stations, mills, sawmills and other installations, as well as for the production of electricity.

Este cunoscută o turbină eoliană cu două rotoare coaxiale, contrarotative şi deflector-confuzor, care este constituită dintr-un ansamblu deflector-confuzor, o elice stânga, o elice dreapta, ambele elice fiind coaxiale şi contrarotative, un ax interior, un ax exterior, ambele axe fiind coaxiale şi contrarotative, care permit funcţionarea turbinei la viteze reduse şi medii ale vântului sub pragul de 4 m/s. Turbinele coaxiale contrarotative produc energie electrică prin acţionarea unui generator electric cu cele două rotoare contrarotative. Elicea stânga şi elicea dreapta sunt identice, realizate şi montate în oglindă. Elicea stânga este amplasată în interiorul deflectorului, iar elicea dreapta este amplasată într-un plan paralel, în spatele confuzorului. Axul interior, acţionat de elicea dreapta, este sprijinit la un capăt - de un rulment, iar la celălalt capăt de alt rulment, amplasat la capătul opus al axului exterior. Axul exterior este fixat prin intermediul rulmenţilor în nacelă [1]. A wind turbine with two coaxial, counter-rotating rotors and a baffle-confuser is known, which consists of a deflector-confuser assembly, a left-hand propeller, a right-hand propeller, both propellers being coaxial and counter-rotating, an inner shaft, an outer shaft, both axes being coaxial and counter-rotating, which allow the operation of the turbine at low and medium wind speeds below the 4 m/s threshold. Counter-rotating coaxial turbines produce electricity by driving an electric generator with the two counter-rotating rotors. The left propeller and the right propeller are identical, made and mounted in mirror. The left propeller is located inside the baffle, and the right propeller is located in a parallel plane behind the baffle. The inner axis, driven by the right propeller, is supported at one end - by a bearing, and at the other end by another bearing, located at the opposite end of the outer axis. The outer axis is fixed by means of bearings in the nacelle [1].

Dezavantajul turbinei eoliene cunoscute constă în formarea unor turbulenţe ale fluxului de aer între cele două rotoare ce au sens contrarotativ, care influenţează negativ randamentul turbinei. Alt dezavantaj constă în utilizarea deflectorului-confuzor, care face construcţia masivă şi care conduce la investiţii şi costuri suplimentare. De asemenea, un dezavantaj este şi acumularea zăpezii în anumite condiţii climaterice în interiorul deflectorului-confuzor. The disadvantage of the known wind turbine consists in the formation of turbulences of the air flow between the two rotors that have a counter-rotating sense, which negatively influences the turbine's efficiency. Another disadvantage is the use of the confusing deflector, which makes the construction massive and leads to additional investments and costs. Also, a disadvantage is the accumulation of snow in certain weather conditions inside the confusing deflector.

Cea mai apropiată soluţie este o turbină eoliană cu două rotoare coaxiale, care include un arbore de antrenare rotativ, un prim rotor cu o multitudine de palete, care sunt fixate radial pe un butuc, care este unit cu arborele de antrenare menţionat, şi un al doilea rotor cu o multitudine de palete, fixate radial pe al doilea butuc, mijloace de cuplare a celui de-al doilea butuc la arborele de antrenare a primului rotor pentru rotirea celui de-al doilea rotor în jurul primului, independent unul de altul, un generator electric cuplat la arborele de antrenare, un generator electric conectat la al doilea rotor şi o carcasă. Primul rotor are un diametru mai mic decât diametrul celui de-al doilea rotor. Paletele primului rotor şi celui de-al doilea sunt înclinate pentru rotirea rotoarelor în aceeaşi direcţie. Fiecare rotor pune în funcţiune câte un generator electric [2]. The closest solution is a wind turbine with two coaxial rotors, which includes a rotating drive shaft, a first rotor with a plurality of blades, which are fixed radially on a hub, which is joined to said drive shaft, and a second rotor with a plurality of vanes radially fixed to the second hub, means for coupling the second hub to the drive shaft of the first rotor for rotating the second rotor around the first, independently of each other, a electric generator coupled to the drive shaft, an electric generator connected to the second rotor and a housing. The first rotor has a smaller diameter than the diameter of the second rotor. The vanes of the first and second rotor are inclined to rotate the rotors in the same direction. Each rotor activates an electric generator [2].

Dezavantajul turbinei eoliene cunoscute constă în aceea că utilizarea a două rotoare cu o multitudine de palete conduce la apariţia turbulenţelor considerabile, totodată utilizarea rotoarelor cu multe palete necesită folosirea unor mecanisme de multiplicare a turaţiilor, care influenţează negativ randamentul. The disadvantage of the known wind turbine is that the use of two rotors with a multitude of blades leads to the appearance of considerable turbulence, at the same time the use of rotors with many blades requires the use of speed multiplication mechanisms, which negatively influence the efficiency.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia constă în realizarea unei turbine eoliene cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale cu un randament al rotorului principal relativ mare, precum şi obţinerea unei surse autonome de energie electrică de la aceeaşi turbină eoliană. The technical problem that the invention solves consists in making a wind turbine with a horizontal axis with two coaxial rotors with a relatively high efficiency of the main rotor, as well as obtaining an autonomous source of electricity from the same wind turbine.

Turbina eoliană cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include un rotor principal cu şase palete, fixate radial prin intermediul unor bare pe un arbore cav pentru transmiterea turaţiilor la un mecanism rotativ, şi un rotor auxiliar cu o paletă, fixată pe un arbore pentru transmiterea turaţiilor la un generator electric. Rotorul auxiliar este plasat în partea din faţă a rotorului principal coaxial, totodată arborele este amplasat în arborele cav cu posibilitatea rotirii rotorului principal şi celui auxiliar independent unul de altul şi în aceeaşi direcţie. Lungimea paletei rotorului auxiliar este selectată, astfel încât această paletă la rotire să acopere cu partea periferică partea marginală interioară a paletelor rotorului principal. The horizontal axis wind turbine with two coaxial rotors, according to the invention, removes the disadvantages mentioned above in that it includes a main rotor with six blades, fixed radially by means of bars on a hollow shaft for transmitting revolutions to a rotating mechanism, and a rotor auxiliary with a vane, fixed on a shaft for transmitting revolutions to an electric generator. The auxiliary rotor is placed in the front of the coaxial main rotor, at the same time the shaft is placed in the hollow shaft with the possibility of rotating the main and auxiliary rotor independently of each other and in the same direction. The length of the auxiliary rotor blade is selected so that this blade when rotating covers the peripheral part of the inner marginal part of the main rotor blades.

Avantajele obţinute prin aplicarea invenţiei constau în majorarea randamentului rotorului principal al turbinei eoliene cu două rotoare situate coaxial, reducerea turbulenţelor formate de fluxul de aer şi palete, obţinerea unei surse suplimentare de energie de pe aceeaşi turbină eoliană, economisirea resurselor pentru construcţia unui turn suplimentar şi a utilajelor necesare (sistem de pivotare, giruetă, lagăr de rotire în direcţia vântului, elemente de suspendare). The advantages obtained by applying the invention consist in increasing the efficiency of the main rotor of the wind turbine with two rotors located coaxially, reducing the turbulence formed by the air flow and blades, obtaining an additional source of energy from the same wind turbine, saving resources for the construction of an additional tower and of the necessary equipment (pivoting system, wind vane, wind bearing, suspension elements).

Particularităţile invenţiei constau în aceea că rotorul auxiliar are o singură paletă şi este plasat în faţa spaţiului, format între marginile interioare ale paletelor rotorului principal, în care energia fluxului de aer nu acţionează asupra rotorului principal. Datorită forţei centrifuge ce apare la mişcarea de rotaţie a rotorului auxiliar se expulzează particulele de aer în afara circumferinţei, descrise de paleta rotorului auxiliar la rotire, contribuind la mărirea presiunii pe paletele rotorului principal, respectiv, mărind randamentul acestuia. Datorită lungimii relativ mici şi numărului de palete minim a rotorului auxiliar nu este necesară utilizarea unui multiplicator de turaţii. The particularities of the invention consist in the fact that the auxiliary rotor has a single blade and is placed in front of the space, formed between the inner edges of the blades of the main rotor, in which the energy of the air flow does not act on the main rotor. Due to the centrifugal force that occurs during the rotational movement of the auxiliary rotor, the air particles are expelled outside the circumference, described by the blade of the auxiliary rotor when rotating, contributing to increasing the pressure on the blades of the main rotor, respectively, increasing its efficiency. Due to the relatively small length and the minimum number of blades of the auxiliary rotor, it is not necessary to use a speed multiplier.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-3, care reprezintă: The invention is explained by the drawings in fig. 1-3, which represent:

- fig. 1, vederea laterală a turbinei eoliene cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale; - fig. 1, side view of horizontal axis wind turbine with two coaxial rotors;

- fig. 2, vederea A-A din fig. 1. - fig. 2, view A-A from fig. 1.

Problema se soluţionează prin aceea că turbina eoliană cu ax orizontal cu două rotoare coaxiale (vezi fig. 1 şi 2) include două rotoare situate coaxial: rotorul principal 1 cu şase palete, fixate radial prin intermediul barelor pe arborele cav 3 pentru transmiterea turaţiilor la un mecanism rotativ, şi rotorul auxiliar 2 cu o singură paletă, fixată pe arborele 4 pentru transmiterea turaţiilor la generatorul electric. Rotorul auxiliar 2 este plasat în partea din faţă a rotorului principal 1 coaxial. Arborele 4 este amplasat în arborele cav 3 cu posibilitatea rotirii rotorului principal 1 şi celui auxiliar 2 independent unul de altul şi în aceeaşi direcţie. Lungimea paletei rotorului auxiliar 2 este selectată, astfel încât această paletă la rotire să acopere cu partea periferică partea marginală interioară a paletelor rotorului principal 1. The problem is solved by the fact that the horizontal-axis wind turbine with two coaxial rotors (see fig. 1 and 2) includes two coaxially located rotors: the main rotor 1 with six blades, fixed radially by means of bars on the hollow shaft 3 to transmit the revolutions to a rotating mechanism, and the auxiliary rotor 2 with a single blade, fixed on the shaft 4 for transmitting the revolutions to the electric generator. The auxiliary rotor 2 is placed in front of the main coaxial rotor 1. The shaft 4 is located in the hollow shaft 3 with the possibility of rotating the main rotor 1 and the auxiliary 2 independently of each other and in the same direction. The length of the blade of the auxiliary rotor 2 is selected so that this blade when rotating covers the peripheral part of the inner marginal part of the blades of the main rotor 1.

Când viteza vântului depăşeşte 3-4 m/s, rotoarele 1 şi 2 încep să se rotească în aceeaşi direcţie, rotorul principal 1 având turaţii relativ mici, dar un moment de rotaţie mare, iar rotorul auxiliar 2 având turaţii foarte mari, dar un moment de rotaţie relativ mic. Arborii 3 şi 4 sunt executaţi cu posibilitatea transmiterii turaţiilor spre două destinaţii. De exemplu, arborele cav 3 poate pune în funcţiune o pompă de apă, iar arborele 4 - un generator de curent electric. When the wind speed exceeds 3-4 m/s, rotors 1 and 2 start to rotate in the same direction, the main rotor 1 having relatively low revolutions but a high torque, and the auxiliary rotor 2 having very high revolutions but a moment relatively small rotation. Shafts 3 and 4 are executed with the possibility of transmission of revolutions to two destinations. For example, shaft 3 can operate a water pump, and shaft 4 - an electric current generator.

În timpul rotirii rotoarelor 1 şi 2 se creează două discuri imaginare 5 şi 6 (fig. 2), situate coaxial la fel ca şi rotoarele 1 şi 2, prin care se deplasează particulele de aer ale vântului. Prin secţiunea transversală a discului imaginar interior 5 trece un flux de aer, care pune în funcţiune rotorul auxiliar 2 şi, respectiv, arborele 4. Datorită forţei centrifuge, în timpul rotaţiei rotorului 2, particulele de aer ce se deplasează prin secţiunea transversală a discului imaginar 5 sunt expulzate radial în afara acestui disc, care, ajungând în zona discului imaginar 6, contribuie la mărirea presiunii particulelor de aer pe paletele rotorului principal 1, conducând, respectiv, la mărirea randamentului rotorului principal 1. During the rotation of the rotors 1 and 2, two imaginary disks 5 and 6 (fig. 2), located coaxially like the rotors 1 and 2, are created, through which the air particles of the wind move. An air flow passes through the cross-section of the inner imaginary disk 5, which puts the auxiliary rotor 2 and, respectively, the shaft 4 into operation. Due to the centrifugal force, during the rotation of the rotor 2, the air particles moving through the cross-section of the imaginary disk 5 are expelled radially outside this disk, which, reaching the area of the imaginary disk 6, contribute to increasing the pressure of the air particles on the blades of the main rotor 1, leading, respectively, to increasing the efficiency of the main rotor 1.

1. RO 127313 A0 2012.04.30 1. RO 127313 A0 2012.04.30

2. US 6945747 B1 2005.09.20 2. US 6945747 B1 2005.09.20

Claims

Horizontal-axis wind turbine with two coaxial rotors, comprising a main rotor (1) with six blades, fixed radially by means of bars to a hollow shaft (3) for transmitting revolutions to a rotating mechanism, and an auxiliary rotor (2) with a vane, fixed on a shaft (4) for transmitting revolutions to an electric generator; the auxiliary rotor (2) is placed in the front part of the main rotor (1) coaxially, at the same time the shaft (4) is located in the hollow shaft (3) with the possibility of rotating the main rotor (1) and the auxiliary one (2) independently of each other and in the same direction, and the length of the blade of the auxiliary rotor (2) is selected so that this blade when rotating covers the peripheral part of the inner marginal part of the blades of the main rotor (1).