MD661Z - Wind turbine - Google Patents
Wind turbineInfo
- Publication number
- MD661Z MD661Z MDS20130053A MDS20130053A MD661Z MD 661 Z MD661 Z MD 661Z MD S20130053 A MDS20130053 A MD S20130053A MD S20130053 A MDS20130053 A MD S20130053A MD 661 Z MD661 Z MD 661Z
- Authority
- MD
- Moldova
- Prior art keywords
- blades
- blade
- rotor
- wind
- suction
- Prior art date
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 241000237858 Gastropoda Species 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la turbinele cu rotor aerodinamic, destinate producerii energiei termice pentru consumatorii individuali.Turbina eoliană conţine un turn (8), pe care este amplasat un rotor (1) cu pale (2) cu profil aerodinamic, instalat pe un butuc (6) într-o gondolă, montată cu posibilitatea rotirii ei în jurul axei turnului (8) prin intermediul roţilor-vindroză (5), cuplate cu un mecanism de acţionare, format din două angrenaje cu melc, precum şi un dispozitiv de transformare a energiei (9), legat cinematic cu rotorul (1). Fiecare pală (2) este dotată cu o gură de aspiraţie a aerului, amplasată longitudinal în zona bordului de atac, şi o gură de refulare, amplasată în zona adiacentă bordului de fugă, pe partea dorsală a palelor (2). Totodată gurile de aspiraţie şi de refulare sunt executate ca deschizături în învelişul palelor (2), gurile de aspiraţie şi de refulare fiind unite între ele printr-un tunel pentru circulaţia aerului, executat între învelişul părţii dorsale a palei (2) şi învelişul echidistanţat de învelişul părţii dorsale a palei (2).The invention relates to wind power, that is to turbine with aerodynamic rotor, intended to produce heat for individual consumers. The wind turbine contains a tower (8), on which a rotor (1) with blades (2) with aerodynamic profile is located, installed on a hub (6) in a gondola, mounted with the possibility of rotating it around the axis of the tower (8) by means of the wheels of glass (5), coupled with a drive mechanism, consisting of two gears with a snail, as well as a energy conversion device (9), kinematically connected to the rotor (1). Each blade (2) is provided with an air intake mouth, located longitudinally in the area of the leading edge, and a discharge mouth, located in the area adjacent to the flight edge, on the back of the blades (2). At the same time the suction and discharge ports are executed as openings in the blade cover (2), the suction and discharge holes being joined together by a tunnel for air circulation, executed between the cover of the dorsal part of the blade (2) and the equidistant cover. the back of the back of the blade (2).
Description
Invenţia se referă la energetica eoliană, şi anume la turbinele cu rotor aerodinamic, destinate producerii energiei termice pentru consumatorii individuali. The invention refers to wind energy, namely to turbines with an aerodynamic rotor, intended for the production of thermal energy for individual consumers.
Este cunoscută o turbină eoliană cu roţi-vindroză aerodinamice, care conţine un turn, pe care este instalat un rotor cu pale, amplasat pe un butuc într-o gondolă, instalată cu posibilitatea rotirii în jurul turnului, precum şi un generator electric, arborele căruia este legat cu arborele rotorului cu pale. În interiorul gondolei este instalat un sistem hidraulic, prin intermediul căruia gondola are posibilitatea de înclinare faţă de axa turnului. De o parte şi de alta a gondolei sunt instalate două roţi-vindroză, palele cărora sunt executate cu profil aerodinamic asimetric, amplasate faţă de planul de rotaţie a roţilor-vindroză sub un unghi. Această turbină eoliană este simplă constructiv şi fiabilă în exploatare [1]. A wind turbine with aerodynamic wind-wheels is known, which contains a tower, on which is installed a rotor with blades, located on a hub in a nacelle, installed with the possibility of rotation around the tower, as well as an electric generator, the shaft of which it is connected with the blade rotor shaft. A hydraulic system is installed inside the gondola, through which the gondola has the possibility of tilting with respect to the axis of the tower. On one side and the other of the nacelle, two wind-wheels are installed, the blades of which are executed with an asymmetric aerodynamic profile, located at an angle to the plane of rotation of the wind-wheels. This wind turbine is simple in construction and reliable in operation [1].
Dezavantajul turbinei constă în performanţa aerodinamică limitată a rotorului cu pale la viteze ale curenţilor de aer relativ mari din cauza influenţei efectului de separare a stratului limită la curgerea fluidului în direcţia transversală a palelor. The disadvantage of the turbine is the limited aerodynamic performance of the bladed rotor at relatively high air current speeds due to the influence of the boundary layer separation effect on the fluid flow in the transverse direction of the blades.
Problema pe care o rezolvă invenţia constă în sporirea eficienţei conversiei potenţialului eolian disponibil, creşterea cantităţii de energie eoliană convertită anual şi în diminuarea costului energiei produse. The problem that the invention solves consists in increasing the conversion efficiency of the available wind potential, increasing the amount of wind energy converted annually and reducing the cost of the energy produced.
Turbina eoliană înlătură dezavantajele sus-menţionate prin aceea că conţine un turn, pe care este amplasat un rotor cu pale cu profil aerodinamic, instalat pe un butuc într-o gondolă, montată cu posibilitatea rotirii ei în jurul axei turnului prin intermediul roţilor-vindroză, cuplate cu un mecanism de acţionare, format din două angrenaje cu melc, precum şi un dispozitiv de transformare a energiei, legat cinematic cu rotorul. Fiecare pală este dotată cu o gură de aspiraţie a aerului sub presiune, amplasată longitudinal în zona bordului de atac, şi o gură de refulare, amplasată în zona adiacentă bordului de fugă, pe partea dorsală a palelor. Totodată gurile de aspiraţie şi de refulare sunt executate ca deschizături în învelişul palelor, gurile de aspiraţie şi de refulare fiind unite între ele printr-un tunel pentru circulaţia aerului, executat între învelişul părţii dorsale a palei şi învelişul echidistanţat de învelişul palelor. The wind turbine removes the above-mentioned disadvantages in that it contains a tower, on which is placed a rotor with blades with an aerodynamic profile, installed on a hub in a nacelle, mounted with the possibility of rotating it around the axis of the tower by means of wind-wheels, coupled with an actuation mechanism, consisting of two worm gears, as well as an energy conversion device, kinematically linked to the rotor. Each blade is equipped with an intake port for air under pressure, located longitudinally in the area of the attack board, and a discharge port, located in the area adjacent to the trailing board, on the dorsal side of the blades. At the same time, the suction and discharge ports are executed as openings in the blade cover, the suction and discharge ports being joined together through a tunnel for air circulation, executed between the cover of the dorsal part of the blade and the cover equidistant from the cover of the blades.
În turbina eoliană gurile de aspiraţie şi de refulare pot fi executate în formă de orificii amplasate în fâşii pe lungimea palelor în zonele bordului de atac şi bordului de fugă, unite între ele prin tunelul executat comun. În tunel poate fi amplasată o carcasă gofrată cu proeminenţe transversale sau poate fi amplasat un strat de granule, de exemplu sferice din poliuretan, lipite între ele cu posibilitatea circulării aerului de la gura de aspiraţie către gura de refulare. In the wind turbine, the suction and discharge ports can be executed in the form of holes placed in strips along the length of the blades in the leading edge and trailing edge areas, connected to each other through the common tunnel. An embossed casing with transverse protrusions can be placed in the tunnel or a layer of granules, for example polyurethane spheres, glued together with the possibility of air circulation from the suction mouth to the discharge mouth can be placed.
Invenţia se explică prin desenele din figurile 1-8, care reprezintă: The invention is explained by the drawings in figures 1-8, which represent:
- fig. 1, vederea generală a turbinei eoliene; - fig. 1, general view of the wind turbine;
- fig. 2, vederea laterală constructiv principială a turbinei eoliene; - fig. 2, the principal constructive side view of the wind turbine;
- fig. 3, vederea de sus constructiv principială a turbinei eoliene; - fig. 3, the principal constructive top view of the wind turbine;
- fig. 4, pala cu profil aerodinamic cu gurile de aspiraţie şi de refulare şi tunel; - fig. 4, blade with aerodynamic profile with suction and discharge ports and tunnel;
- fig. 5, pala cu profil aerodinamic cu gurile de aspiraţie şi de refulare şi tunel cu un strat de granule sferice; - fig. 5, blade with aerodynamic profile with suction and discharge ports and tunnel with a layer of spherical granules;
- fig. 6, factorul de performanţă al profilului aerodinamic Cp, funcţie de viteza specifică λ; - fig. 6, the performance factor of the aerodynamic profile Cp, as a function of the specific speed λ;
- fig. 7, separarea fluidului la interacţiunea cu pala integră, profil NACA4415, cu unghiul de atac de 17°; - fig. 7, separation of the fluid when interacting with the integral blade, profile NACA4415, with the angle of attack of 17°;
- fig. 8, separarea fluidului la interacţiunea cu pala, profil NACA4415 cu gurile de aspiraţie şi de refulare, cu unghiul de atac de 17°. - fig. 8, separation of the fluid when interacting with the blade, profile NACA4415 with suction and discharge ports, with an angle of attack of 17°.
Turbina eoliană (fig. 1) include un turn 8, pe care este instalat un rotor 1 cu pale 2 cu profil aerodinamic, gondola, formată din corpurile 3 şi 4, asamblate demontabil, două roţi-vindroză 5, montate pe un butuc 6 comun, amplasate simetric de o parte şi alta a gondolei. De palele 2 coaxial cu rotorul 1 este fixat un difuzor convergent 7. Între secţiile turnului 8 este montat un dispozitiv de transformare a energiei 9, de exemplu, un generator termic cu curenţi turbionari. The wind turbine (fig. 1) includes a tower 8, on which a rotor 1 with blades 2 with an aerodynamic profile is installed, the gondola, consisting of bodies 3 and 4, assembled demountably, two wind-rose wheels 5, mounted on a common hub 6 , placed symmetrically on one side and the other of the gondola. A converging diffuser 7 is fixed to the blades 2 coaxial with the rotor 1. Between the sections of the tower 8, an energy transformation device 9 is mounted, for example, a heat generator with eddy currents.
Arborele principal 10 (fig. 2 şi 3) al rotorului 1 este instalat în rulmenţi în corpul 3 al gondolei şi este dotat la extremitatea opusă rotorului 1 cu o roată conică 11. Corpul 4 al gondolei reprezintă o construcţie spaţială, care include o bucşă 12, amplasată vertical, axa căreia este perpendiculară pe axa comună a corpurilor 3 şi 4 ale gondolei, şi o bucşă 13, axa căreia este perpendiculară pe axa bucşei 12. În interiorul bucşei 12 a corpului 4 în rulmenţi este amplasat un arbore tubular 14, fixat imobil de turnul 8. Pe arborele tubular 14 este amplasată o roată cu melc 15, angrenată cu melcul arborelui 16, pe capătul căruia este montată o roată melcată 17, angrenată cu melcul 18 al arborelui comun 19 al roţilor-vindroză 5. The main shaft 10 (fig. 2 and 3) of the rotor 1 is installed in bearings in the body 3 of the nacelle and is equipped at the end opposite the rotor 1 with a bevel gear 11. The body 4 of the nacelle is a spatial construction, which includes a bushing 12 , located vertically, the axis of which is perpendicular to the common axis of the bodies 3 and 4 of the nacelle, and a bushing 13, the axis of which is perpendicular to the axis of the bushing 12. Inside the bushing 12 of the body 4 in the bearings is placed a tubular shaft 14, fixed immovable by the tower 8. On the tubular shaft 14 is placed a worm wheel 15, meshed with the worm of the shaft 16, on the end of which is mounted a worm wheel 17, meshed with the worm 18 of the common shaft 19 of the wind-wheels 5.
În cavitatea interioară a arborelui tubular 14 în rulmenţi este montat un arbore 20, pe un capăt al căruia este montată o roată conică 21, angrenată cu roata conică 11, iar pe capătul opus este montat un cuplaj cu angrenaj cilindric interior 22. Arborele conducător al dispozitivului de transformare a energiei 9 prin intermediul cuplajelor cu angrenaje cilindrice interioare 23, fixate pe capetele arborelui de torsiune 24, este legat cinematic cu arborele 20, iar prin intermediul angrenajului conic 11 şi 21 şi al arborelui principal 10 - cu rotorul 1 aerodinamic al turbinei eoliene. A shaft 20 is mounted in the inner cavity of the tubular shaft 14 in the bearings, on one end of which is mounted a bevel gear 21, meshed with the bevel gear 11, and on the opposite end is mounted a coupling with an internal cylindrical gear 22. The driving shaft of the energy transformation device 9 by means of couplings with internal cylindrical gears 23, fixed on the ends of the torsion shaft 24, is kinematically connected with the shaft 20, and by means of the bevel gears 11 and 21 and the main shaft 10 - with the aerodynamic rotor 1 of the turbine wind turbines.
Pala 2 cu profil aerodinamic (fig. 4a) este dotată cu o gură de aspiraţie 25 a aerului sub presiune, amplasată longitudinal palei 2 în zona adiacentă bordului de atac, şi o gură de refulare 26, amplasată în zona adiacentă bordului de fugă. Gurile de aspiraţie 25 şi de refulare 26 sunt amplasate pe partea dorsală a palelor 2 şi sunt executate ca deschizături în învelişul 27 al palelor 2, orientate de-a lungul acestora. Blade 2 with an aerodynamic profile (fig. 4a) is equipped with an air intake port 25 under pressure, located longitudinally to blade 2 in the area adjacent to the attack board, and a discharge port 26, located in the area adjacent to the trailing board. The suction 25 and discharge 26 ports are located on the dorsal side of the blades 2 and are executed as openings in the cover 27 of the blades 2, oriented along them.
Gurile de aspiraţie 25 şi de refulare 26 sunt unite între ele printr-un tunel 28 pentru circulaţia aerului (fig. 4b, c). The suction 25 and discharge 26 ports are connected to each other through a tunnel 28 for air circulation (fig. 4b, c).
Tunelul 28 (fig. 4d) este executat între învelişul 27 părţii dorsale a palei 2 şi învelişul 29 echidistanţat de primul prin intermediul unei carcase gofrate 30 (fig. 4e) cu proeminenţe transversale. Deschizăturile gurilor de aspiraţie 25 şi de refulare 26 sunt variabile, micşorându-se spre vârful palei 2. The tunnel 28 (fig. 4d) is executed between the shell 27 of the dorsal part of the blade 2 and the shell 29 equidistant from the first by means of an embossed casing 30 (fig. 4e) with transverse projections. The openings of the suction 25 and discharge 26 openings are variable, decreasing towards the tip of the blade 2.
De exemplu, gurile de aspiraţie 25 (fig. 4d) şi de refulare 26 pot fi executate în formă de orificii 31 şi 32 cu diametre mici, micşorându-se spre vârful palei 2, amplasate în fâşii pe lungimea acesteia, respectiv, în zona bordului de atac şi a bordului de fugă. În tunelul 28 de circulaţie a aerului între gurile de aspiraţie 25 şi de refulare 26 poate fi amplasat un strat de granule 33 (fig. 5), de exemplu de formă sferică din poliuretan, lipite între ele astfel încât aerul sub presiune să se filtreze fără rezistenţă aerodinamică considerabilă din zona bordului de atac spre zona bordului de fugă. For example, the suction 25 (fig. 4d) and discharge 26 openings can be made in the form of small diameter holes 31 and 32, decreasing towards the tip of the blade 2, located in strips along its length, respectively, in the area of the board attack and escape board. In the air circulation tunnel 28 between the suction 25 and discharge ports 26, a layer of granules 33 (fig. 5), for example of spherical shape made of polyurethane, can be placed, glued together so that the pressurized air can filter without considerable aerodynamic resistance from the attack board area to the trailing board area.
Turbina eoliană funcţionează în modul următor. The wind turbine works in the following way.
La o viteză a vântului mai mare de 2,5…3 m/s curenţii de aer, interacţionând cu palele 2 cu profil aerodinamic (fig. 1), antrenează rotorul 1, arborele principal 10 (fig. 2 şi 3) şi roata conică 11 într-o mişcare de rotaţie cu viteza unghiulară ωr. Prin intermediul angrenajului conic 11 şi 21, arborelui 20 şi arborelui de torsiune 24 cu două cuplaje dinţate cu angrenaj interior 23, amplasate la capetele acestuia, mişcarea de rotaţie şi momentul de torsiune se transmit arborelui conducător al dispozitivului de transformare a energiei 9. Difuzorul convergent 7, fixat de palele 2, stopează curgerea fluidului în direcţia longitudinală a palelor, fapt ce conduce la diminuarea separării stratului limită pe porţiunea palelor adiacente butucului (de fixare a palelor). At a wind speed greater than 2.5...3 m/s, the air currents, interacting with the blades 2 with an aerodynamic profile (fig. 1), drive the rotor 1, the main shaft 10 (fig. 2 and 3) and the bevel wheel 11 in a rotational movement with the angular velocity ωr. By means of the bevel gears 11 and 21, the shaft 20 and the torsion shaft 24 with two toothed couplings with an internal gear 23, located at its ends, the rotational movement and the torque are transmitted to the driving shaft of the energy transformation device 9. The convergent diffuser 7, fixed to the blades 2, stops the flow of the fluid in the longitudinal direction of the blades, which leads to the reduction of the separation of the boundary layer on the portion of the blades adjacent to the hub (for fixing the blades).
Orientarea rotorului 1 cu pale 2 la direcţia curenţilor de aer se efectuează prin intermediul roţilor-vindroză 5, legate cu rotorul printr-un lanţ cinematic. The orientation of the rotor 1 with blades 2 in the direction of the air currents is carried out by means of the wind-wheels 5, connected with the rotor by a kinematic chain.
În cazul în care direcţia vântului este perpendiculară pe suprafaţa baleiată a rotorului 1 cu palele 2, roţile-vindroză 5 (fig. 2 şi 3) având profiluri asimetrice (oglindă) nu se rotesc sub acţiunea fluxului de aer. Roţile-vindroză 5 încep să se rotească într-o direcţie sau alta doar în cazul în care direcţia vântului se schimbă şi formează un unghi oarecare cu axa de rotaţie a rotorului 1. If the wind direction is perpendicular to the swept surface of the rotor 1 with the blades 2, the wind-wheels 5 (fig. 2 and 3) having asymmetric profiles (mirror) do not rotate under the action of the air flow. The wind-wheels 5 start to rotate in one direction or another only if the direction of the wind changes and forms a certain angle with the axis of rotation of the rotor 1.
Palele roţilor-vindroză 5 cu profil aerodinamic sunt amplasate astfel încât la schimbarea direcţiei vântului sub un anumit unghi forţele aerodinamice dezvoltate de pale impun roţilor- vindroză 5 o mişcare de rotaţie. Mişcarea de rotaţie de la roţile-vindroză 5, prin intermediul celor două angrenaje cu melc 15 şi 16, 17 şi 18 (vezi fig. 2 şi 3), se transmite corpului 4 al gondolei, care împreună cu rotorul 1 se vor roti în jurul axei turnului 8. The blades of the wind-wheels 5 with an aerodynamic profile are placed so that when the wind direction changes at a certain angle, the aerodynamic forces developed by the blades force the wind-wheels 5 to rotate. The rotational movement from the wind-wheels 5, by means of the two worm gears 15 and 16, 17 and 18 (see fig. 2 and 3), is transmitted to the body 4 of the nacelle, which together with the rotor 1 will rotate around tower axis 8.
Astfel, în funcţie de direcţia schimbată a vântului, rotorul 1 cu pale 2 se va roti în jurul axei turnului 8 după sau împotriva sensului de mişcare a acelor de ceasornic. Thus, depending on the changed direction of the wind, the rotor 1 with blades 2 will rotate around the axis of the tower 8 clockwise or counterclockwise.
Rotirea rotorului 1 în jurul axei turnului 8 va dura până când planul de rotaţie a roţilor-vindroză 5 va coincide cu direcţia vântului, iar planul de rotaţie a rotorului 1 se va poziţiona perpendicular pe direcţia vântului. The rotation of the rotor 1 around the axis of the tower 8 will last until the plane of rotation of the wind-wheels 5 coincides with the direction of the wind, and the plane of rotation of the rotor 1 will be positioned perpendicular to the direction of the wind.
Soluţiile tehnice propuse în invenţie sunt menite să sporească eficienţa conversiei potenţialului energetic eolian disponibil în energie termică, şi anume prin sporirea valorii factorului de performanţă Cp al profilului aerodinamic al palelor rotorului. În turbinele eoliene cu generatoare electrice, rotorul cu pale aerodinamice este proiectat astfel încât potenţialul energetic eolian disponibil la vitezele curenţilor de aer de la 3 m/s până la 10…12 m/s să fie convertit în energie utilă cu o eficienţă maximal posibilă. Pentru viteze ale curenţilor de aer mai mari de 10…12 m/s rotorul aerodinamic este conceput astfel încât să se asigure limitarea puterii mecanice pentru a proteja generatorul electric de suprasarcini. Deci, la viteze ale vântului de până la 12 m/s, eficienţa conversiei este determinată de profilul aerodinamic al palelor cu factorul de performanţă Cp. De aceea, la proiectarea rotoarelor aerodinamice se ţine cont de coeficientul Cp şi factorul de suprasarcină a generatorului electric, care nu trebuie să depăşească 1,2…1,3 din sarcina nominală convertită la viteze ale curenţilor de aer de 10…12 m/s. În acest caz forma profilului aerodinamic trebuie să asigure autofrânare la viteze mari (V>11…12 m/s), sau trebuie micşorată proiecţia suprafeţei baleiate de către palele rotorului pe planul perpendicular pe direcţia curentului de aer. The technical solutions proposed in the invention are intended to increase the efficiency of the conversion of the available wind energy potential into thermal energy, namely by increasing the value of the performance factor Cp of the aerodynamic profile of the rotor blades. In wind turbines with electric generators, the rotor with aerodynamic blades is designed so that the wind energy potential available at air current speeds from 3 m/s to 10...12 m/s is converted into useful energy with the maximum possible efficiency. For speeds of air currents higher than 10...12 m/s, the aerodynamic rotor is designed in such a way as to ensure the limitation of the mechanical power to protect the electric generator from overloads. So, at wind speeds of up to 12 m/s, the conversion efficiency is determined by the aerodynamic profile of the blades with the performance factor Cp. That is why, when designing aerodynamic rotors, the coefficient Cp and the overload factor of the electric generator are taken into account, which must not exceed 1.2...1.3 of the nominal load converted to air current speeds of 10...12 m/s . In this case, the shape of the aerodynamic profile must ensure self-braking at high speeds (V>11...12 m/s), or the projection of the surface swept by the rotor blades on the plane perpendicular to the direction of the air current must be reduced.
Din aceste considerente rezultă că rotoarele aerodinamice pentru turbine eoliene cu generatoare electrice la viteze ale curenţilor de aer mai mari decât cea nominală trebuie să asigure limitarea puterii eoliene convertite în energie utilă, fapt care conduce în consecinţă la diminuarea bruscă a eficienţei conversiei potenţialului energetic eolian în energie electrică. From these considerations it follows that the aerodynamic rotors for wind turbines with electric generators at speeds of air currents higher than the nominal one must ensure the limitation of the wind power converted into useful energy, a fact that consequently leads to the sudden decrease in the efficiency of the conversion of the wind energy potential into electricity.
În fig. 6 este prezentată caracteristica de performanţă Cp (λ) a profilului aerodinamic, care conform literaturii de specialitate se utilizează la proiectarea rotoarelor aerodinamice pentru turbine eoliene electrice. Totodată, la proiectarea rotoarelor aerodinamice pentru turbine eoliene cu generatoare termice cu curenţi turbionari, care suportă suprasarcini de 2…2,5 ori mai mari decât în cele electrice, factorul de performanţă Cp (λ) al profilului aerodinamic pentru viteze ale vântului mai mari decât 8…9 m/s este raţional să crească (profilul 1). Această precondiţie va conduce la sporirea cantităţii de energie eoliană convertită în energie termică. In fig. 6 shows the performance characteristic Cp (λ) of the aerodynamic profile, which according to specialized literature is used in the design of aerodynamic rotors for electric wind turbines. At the same time, when designing aerodynamic rotors for wind turbines with thermal generators with eddy currents, which support overloads 2...2.5 times higher than in electric ones, the performance factor Cp (λ) of the aerodynamic profile for wind speeds higher than 8...9 m/s is reasonable to increase (profile 1). This precondition will lead to an increase in the amount of wind energy converted into thermal energy.
O rezervă în acest sens ar fi sporirea valorică a factorului de performanţă Cp (λ) al profilurilor aerodinamice pentru viteze ale vântului mai mari de 8…9 m/s, care poate fi realizată prin diminuarea influenţei negative a fenomenului de separare a stratului limită la curgerea fluidului în direcţia transversală palei. A reserve in this sense would be to increase the value of the performance factor Cp (λ) of the aerodynamic profiles for wind speeds higher than 8...9 m/s, which can be achieved by reducing the negative influence of the boundary layer separation phenomenon at fluid flow in the transverse direction of the blade.
Aceasta reprezintă scopul invenţiei, realizat prin utilizarea palelor cu profil aerodinamic cu guri de aspiraţie localizate în zona bordului de atac şi de refulare - în zona adiacentă bordului de fugă, unite între ele printr-un tunel pentru circulaţia aerului sub presiune. Prin tunel se transportă o parte din energie din zona bordului de atac cu presiune mai mare către zona bordului de fugă cu presiune mai mică, fapt care diminuează separarea stratului limită la curgerea fluidului de-a lungul cordului palei şi, respectiv, creşte factorul de performanţă Cp (λ) al palei aerodinamice şi eficienţa conversiei la viteze mari ale curenţilor de aer. This represents the purpose of the invention, achieved by using blades with an aerodynamic profile with suction mouths located in the area of the attack board and the discharge - in the area adjacent to the trailing board, joined to each other through a tunnel for the circulation of pressurized air. Through the tunnel, part of the energy is transported from the leading edge area with higher pressure to the trailing edge area with lower pressure, which reduces the separation of the boundary layer when the fluid flows along the core of the blade and, respectively, increases the performance factor Cp (λ) of the aerodynamic blade and the conversion efficiency at high speeds of air currents.
Conform literaturii de specialitate, la interacţiunea fluidului cu pala cu profil NACA4415 integru (fără gurile de aspiraţie şi de refulare) cu unghiul de atac de 17° separarea stratului limită începe aproximativ de la mijlocul cordului şi se răspândeşte până în zona bordului de fugă (vezi fig. 7). According to the specialized literature, when the fluid interacts with the blade with an integral NACA4415 profile (without suction and discharge ports) with an angle of attack of 17°, the separation of the boundary layer starts approximately from the middle of the core and spreads to the trailing edge area (see fig. 7).
În fig. 8 este prezentată imaginea curgerii fluidului la interacţiunea cu pala aerodinamică cu gurile de aspiraţie şi de refulare, care demonstrează efectul pozitiv al soluţiilor tehnice propuse în invenţie, şi anume diminuarea cantitativă a separării stratului limită, iar datorită acestui fapt creşte factorul de performanţă aerodinamică Cp (λ) al palei cu gurile de aspiraţie şi de refulare şi eficienţa conversiei energiei eoliene. In fig. 8 shows the image of the fluid flow when interacting with the aerodynamic blade with the suction and discharge ports, which demonstrates the positive effect of the technical solutions proposed in the invention, namely the quantitative reduction of the boundary layer separation, and due to this fact increases the aerodynamic performance factor Cp ( λ) of the blade with suction and discharge ports and the wind energy conversion efficiency.
Majorarea factorului de performanţă aerodinamică Cp (λ) prin diminuarea gradului de influenţă negativă a fenomenului de separare a stratului limită poate fi demonstrată şi apreciată prin simulări pe calculator. Increasing the aerodynamic performance factor Cp (λ) by reducing the degree of negative influence of the boundary layer separation phenomenon can be demonstrated and appreciated through computer simulations.
Pentru realizarea scopului invenţiei privind sporirea eficienţei conversiei energiei eoliene prin majorarea factorului de performanţă Cp (λ) al profilului este necesar de realizat următoarele: In order to achieve the purpose of the invention regarding increasing the efficiency of wind energy conversion by increasing the performance factor Cp (λ) of the profile, it is necessary to achieve the following:
1. În funcţie de caracteristicile de putere prestabilite (de proiect) ale dispozitivului de transformare a energiei, de exemplu, generatorului termic cu curenţi turbionari, se determină: diametrul rotorului aerodinamic pe vârful palelor; modelul profilului aerodinamic al palelor; unghiul de atac. 1. Depending on the predetermined (design) power characteristics of the energy conversion device, for example, the eddy current thermal generator, determine: the diameter of the aerodynamic rotor on the tip of the blades; model of the aerodynamic profile of the blades; angle of attack.
2. Se stabilesc preventiv valorile corespunzătoare ale factorului de performanţă aerodinamică Cp (λ) pentru viteze ale vântului de 8…22 m/s, care ar întruni realizarea caracteristicilor de putere ale dispozitivului de transformare a energiei. 2. The appropriate values of the aerodynamic performance factor Cp (λ) for wind speeds of 8...22 m/s are preliminarily established, which would meet the power characteristics of the energy conversion device.
3. Pentru profilul şi unghiul de atac selectate se efectuează simulări ale interacţiunii palei cu fluidul, spre exemplu, în ANSYS CFX 12.1. 3. For the selected profile and angle of attack, simulations of the interaction of the blade with the fluid are carried out, for example, in ANSYS CFX 12.1.
4. În baza analizei rezultatelor simulării şi a gradului de separare a stratului limită se stabilesc parametrii geometrici şi topografici ai gurilor de aspiraţie şi de refulare a aerului, şi anume: zonele de amplasare a deschizăturilor sau orificiilor, dimensiunile deschizăturilor sau diametrul şi densitatea orificiilor. 4. Based on the analysis of the simulation results and the degree of separation of the boundary layer, the geometric and topographical parameters of the air suction and discharge holes are established, namely: the areas where openings or holes are located, the dimensions of the openings or the diameter and density of the holes.
5. Se determină coeficienţii de portanţă CL, de rezistenţă CD şi factorul de performanţă Cp (λ) al profilului aerodinamic pentru viteze de 8…22 m/s. 5. The coefficients of lift CL, resistance CD and the performance factor Cp (λ) of the aerodynamic profile for speeds of 8...22 m/s are determined.
6. Pentru valorile factorului de performanţă Cp (λ) al profilului aerodinamic se determină puterea energiei convertite de către rotorul aerodinamic cu pale cu profil aerodinamic cu gurile de aspiraţie şi de refulare. 6. For the values of the performance factor Cp (λ) of the airfoil, determine the power of the energy converted by the airfoil bladed rotor with suction and discharge ports.
7. Se fabrică pala aerodinamică cu profil aerodinamic cu gurile de aspiraţie şi de refulare conform soluţiilor tehnice propuse în invenţie. 7. The aerodynamic blade with aerodynamic profile with suction and discharge ports is manufactured according to the technical solutions proposed in the invention.
1. MD 4212 B1 2013.03.31 1. MD 4212 B1 2013.03.31
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20130053A MD661Z (en) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | Wind turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20130053A MD661Z (en) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | Wind turbine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| MD661Y MD661Y (en) | 2013-07-31 |
| MD661Z true MD661Z (en) | 2014-02-28 |
Family
ID=48875344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| MDS20130053A MD661Z (en) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | Wind turbine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| MD (1) | MD661Z (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD1126Z (en) * | 2016-09-12 | 2017-09-30 | Технический университет Молдовы | Wind turbine (embodiments) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2235902C1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" им. А.Я. Березняка" | Windwheel of horizontal-axial-type wind power generating plant |
| MD2643C2 (en) * | 2001-12-14 | 2005-09-30 | Технический университет Молдовы | Wind turbine |
| MD2727G2 (en) * | 2001-08-08 | 2005-10-31 | Валерий ЛУКА | Wind-driven electric plant |
| MD2917F1 (en) * | 2004-05-18 | 2005-11-30 | Алексей КОРЧИМАР | Wind-driven electric plant |
| MD3518C2 (en) * | 2004-04-22 | 2008-09-30 | Ион АРСЕНЕ | Windmill (variants) |
| MD3817C2 (en) * | 2007-05-11 | 2009-10-31 | Технический университет Молдовы | Wind turbine with vertical axle (variants) |
| MD4213B1 (en) * | 2012-11-27 | 2013-03-31 | Univ Tehnica Moldovei | Wind turbine |
| MD4212B1 (en) * | 2012-11-15 | 2013-03-31 | Univ Tehnica Moldovei | Wind turbine with aerodynamic tail-vane wheels |
-
2013
- 2013-03-19 MD MDS20130053A patent/MD661Z/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD2727G2 (en) * | 2001-08-08 | 2005-10-31 | Валерий ЛУКА | Wind-driven electric plant |
| MD2643C2 (en) * | 2001-12-14 | 2005-09-30 | Технический университет Молдовы | Wind turbine |
| RU2235902C1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" им. А.Я. Березняка" | Windwheel of horizontal-axial-type wind power generating plant |
| MD3518C2 (en) * | 2004-04-22 | 2008-09-30 | Ион АРСЕНЕ | Windmill (variants) |
| MD2917F1 (en) * | 2004-05-18 | 2005-11-30 | Алексей КОРЧИМАР | Wind-driven electric plant |
| MD3817C2 (en) * | 2007-05-11 | 2009-10-31 | Технический университет Молдовы | Wind turbine with vertical axle (variants) |
| MD4212B1 (en) * | 2012-11-15 | 2013-03-31 | Univ Tehnica Moldovei | Wind turbine with aerodynamic tail-vane wheels |
| MD4213B1 (en) * | 2012-11-27 | 2013-03-31 | Univ Tehnica Moldovei | Wind turbine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MD661Y (en) | 2013-07-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101749188B (en) | Root sleeves for wind turbine blades | |
| CN103277246B (en) | Vertical-axis wind turbine with double wind wheels capable of rotating coaxially and oppositely | |
| CN102099571A (en) | Vertical shaft Darius windmill | |
| CN113217272B (en) | Lift-drag composite vertical axis wind turbine for wind-solar integrated power generation system | |
| CN101660486B (en) | With the wind turbine blade of cross webs | |
| WO2010087178A1 (en) | Wind turbine generator | |
| EP2840256B1 (en) | Wind turbine blade | |
| CN104948387A (en) | Double-impeller wind power generator set and wind energy capturing method thereof | |
| CN113847207A (en) | A double wind turbine wind turbine | |
| CN202971039U (en) | Spiral plano-convex airfoil wind turbine paddle | |
| MD661Z (en) | Wind turbine | |
| CN106460769A (en) | Rotor for electricity generator | |
| MD4213C1 (en) | Wind turbine | |
| CN101806279A (en) | Vertical axis wind generator, blower fan and wind-driven part thereof | |
| CN205277683U (en) | Ladder magnus type rotor blade and wind energy conversion system | |
| CN104653395A (en) | Fish tailing type lift-drag fusion vertical-axis wind wheel | |
| KR20120028500A (en) | Power generation system of vertical wind turbine with conning angle change | |
| CN204200482U (en) | A kind of wind-driven generator | |
| MD660Z (en) | Wind turbine | |
| CN102192097A (en) | Wind-pressure type blade-changing device of wind turbine | |
| CN206615373U (en) | Propeller and propulsion plant | |
| CN102086845A (en) | Wind driven generator blade | |
| CN202811227U (en) | Fluid speed increasing pipeline for wind power generation | |
| CN221683103U (en) | A space streamlined blade tip half body long chord variable pitch wind turbine blade | |
| JP5805913B1 (en) | Wind turbine blade and wind power generator equipped with the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG9Y | Short term patent issued | ||
| KA4Y | Short-term patent lapsed due to non-payment of fees (with right of restoration) |