PL227429B1 - Low-placed rotor wind turbine with vertical rotation of rotor axis and ring-palisade casing - Google Patents
Low-placed rotor wind turbine with vertical rotation of rotor axis and ring-palisade casingInfo
- Publication number
- PL227429B1 PL227429B1 PL412793A PL41279315A PL227429B1 PL 227429 B1 PL227429 B1 PL 227429B1 PL 412793 A PL412793 A PL 412793A PL 41279315 A PL41279315 A PL 41279315A PL 227429 B1 PL227429 B1 PL 227429B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- rotor
- ring
- profile
- rings
- wind turbine
- Prior art date
Links
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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Abstract
Turbina składa się z palisadowo-pierścieniowej obudowy, którą tworzą: pierścień górny (1), co najmniej jeden pierścień zasadniczy (2), pierścień przed-wirnikowy (3) oraz pierścień za-wirnikowy (4), usytuowane współosiowo względem osi obrotu (17) wirnika (5) w płaszczyznach poziomych jeden pod drugim, posiadające przekroje w kształcie profilu lotniczego wklęsło-wypukłego, z zaokrągloną krawędzią natarcia o skończonym promieniu i ostro zakończoną krawędzią spływu w dolnej części pierścieni; trzech pionowych podpór (7), przymocowanych do podłoża (11), rozmieszczonych co 120 stopni, których górne odcinki są połączone z pierścieniami obudowy; wirnika (5) usytuowanego w dolnej części obudowy, mocowanego do pionowych podpór (7) za pomocą poziomych łączników (8); oraz urządzenia wytwarzającego energię elektryczną (6) napędzanego przez wirnik (5). Pierścienie przed-wirnikowy (3) i za-wirnikowy (4) tworzą specyficzny układ szczelinowego kanału zbieżno-rozbieżnego otaczającego wirnik (5), w którym jego część zbieżna utworzona jest przez wewnętrzną powierzchnię pierścienia przed-wirnikowego (3) a część rozbieżna utworzona jest przez wewnętrzną powierzchnię pierścienia za-wirnikowego (4). Płaszczyzna wirowania wirnika (5) usytuowana jest na wysokości gardzieli pierścienia przed-wirnikowego (3), w pobliżu jego krawędzi spływu. Pierścienie (3, 4) są względem siebie usytuowane tak, że dolna część pierścienia przed-wirnikowego (3) jest umieszczona wewnątrz górnej części pierścienia za-wirnikowego (4). Utworzona pomiędzy nimi szczelina (18) ma kształt pierścieniowej dyszy zbieżnej przyśpieszającej przepływający przez nią od strony nawietrznej strumień powietrza. Ponadto profil (13) pierścienia górnego (1) ma cięciwę krótszą od 10% do 50% od profilu (14) umieszczonego poniżej pierścienia zasadniczego (2), przy mniejszym stopniu wysklepienia linii szkieletowej.The turbine consists of a palisade-ring housing, which is formed by: an upper ring (1), at least one basic ring (2), a pre-rotor ring (3) and a post-rotor ring (4), located coaxially with respect to the axis of rotation (17) of the rotor (5) in horizontal planes one below the other, having cross-sections in the shape of a concave-convex airfoil, with a rounded leading edge of finite radius and a sharply ended trailing edge in the lower part of the rings; three vertical supports (7), attached to the ground (11), spaced every 120 degrees, the upper sections of which are connected to the rings of the housing; a rotor (5) located in the lower part of the housing, attached to the vertical supports (7) by means of horizontal connectors (8); and an electrical energy generating device (6) driven by the rotor (5). The pre-rotor (3) and post-rotor (4) rings form a specific system of a slotted convergent-divergent channel surrounding the rotor (5), in which its convergent portion is formed by the inner surface of the pre-rotor ring (3) and the divergent portion is formed by the inner surface of the post-rotor ring (4). The rotor (5) rotation plane is located at the height of the throat of the pre-rotor ring (3), near its trailing edge. The rings (3, 4) are positioned relative to each other so that the lower part of the pre-rotor ring (3) is placed inside the upper part of the post-rotor ring (4). The gap (18) formed between them has the shape of an annular convergent nozzle accelerating the airflow flowing through it from the windward side. Moreover, the profile (13) of the upper ring (1) has a chord shorter by 10% to 50% than the profile (14) located below the base ring (2), with a lesser degree of arching of the skeleton line.
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest obudowana palisadowo-pierścieniowo, dolno-wirnikowa turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu wirnika.The subject of the invention is a palisade-ring-enclosed, bottom-rotor wind turbine with a vertical rotor rotation axis.
Znane są turbiny wiatrowe o osi obrotu wirnika prostopadłej do kierunku wiatru, wyposażone w nieruchome urządzenia kierownicze zwiększające efektywność wykorzystania energii wiatru w użyteczną moc mechaniczną.There are known wind turbines with the rotor rotation axis perpendicular to the wind direction, equipped with stationary steering devices that increase the efficiency of using wind energy into useful mechanical power.
Z opisu patentowego US 7400057 znana jest niezależna od kierunku wiatru, obudowana turbina o pionowej osi obrotu wirnika, w której elementy pierścieniowej obudowy o zmiennej średnicy i geometrii tworzą centralną pustą komorę rozszerzającą się znacznie ku górze. Usytuowane poziomo pierścienie zakrzywiają przepływ wewnątrz tak utworzonej komory w górę, kierując go w stronę pojedynczego wirnika połączonego z urządzeniem wytwarzającym energię elektryczną. Zakrzywienie przepływu odbywa się dzięki odpowiednio ukształtowanemu przekrojowi pierścieni, w kształcie przekroju lotniczego, z okrągłą krawędzią natarcia o skończonym promieniu i ostro zakończoną krawędzią spływu, przy czym krawędzie natarcia znajdują się na stronie zewnętrznej pierścieni a krawędzie spływu na ich stronie wewnętrznej skierowanej do góry. Wał napędowy łączący wirnik z generatorem prądu przechodzi przez całą komorę przepływową turbiny. Dysza wylotowa komory usytuowana jest powyżej wirnika i rozszerza się ku górze. Poszczególne pierścienie tworzące obudowę turbiny mają różną średnicę i geometrię, odległość między pierścieniami jest stała. Pierścienie połączone są poprzez trzy ścianki rozmieszczone co 120 stopni. Podstawą turbiny jest pojedyncza podpora łącząca dolną część turbiny z podłożem. Turbina jest urządzeniem wolnostojącym, wykorzystującym swobodny przepływ powietrza w wyniku ruchu wiatru.US Patent No. 7400057 describes a wind-independent, enclosed turbine with a vertical rotor axis. The annular housing elements, with variable diameter and geometry, create a central, hollow chamber that expands significantly upward. Horizontally arranged rings curve the flow inside this chamber upward, directing it toward a single rotor connected to an electricity-generating device. This flow curvature is achieved by a suitably shaped, aeronautical cross-section of the rings, with a circular leading edge of finite radius and a sharply pointed trailing edge. The leading edges are located on the outer side of the rings, and the trailing edges are on the inner side, facing upward. The drive shaft connecting the rotor to the power generator passes through the entire turbine flow chamber. The chamber's outlet nozzle is located above the rotor and expands upward. The individual rings that make up the turbine housing vary in diameter and geometry, with a constant distance between the rings. The rings are connected by three walls spaced 120 degrees apart. The turbine's base is a single support connecting the lower part of the turbine to the ground. The turbine is a free-standing device, utilizing the free flow of air created by wind movement.
Z opisu patentowego PL 218392 znana jest niezależna od kierunku wiatru, obudowana turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu i poziomym położeniu wirnika, składająca się z zestawu jednakowych, umieszczonych poziomo, jeden nad drugim, profilowanych pierścieni posiadających przekroje w kształcie przekroju lotniczego ze skierowanymi ku dołowi krawędziami spływu. Krawędzie spływu tworzą kanał przepływowy, którego wewnętrzna średnica jest stała. Pierścienie są połączone pionowymi elementami o przekroju kroplowym, które łączą się z czterema pionowymi podporami mocującymi turbinę do podłoża. Wirnik znajduje się w dolnej części turbiny, a usytuowana poniżej niego dysza wylotowa rozszerza się ku dołowi. Wirnik połączony jest wałem z urządzeniem wytwarzającym energię elektryczną umieszczonym na podłożu, do którego przytwierdzona jest turbina. Powietrze napływające na pierścienie obudowy turbiny jest odchylane do dołu na wirnik napędzający urządzenie wytwarzające energię elektryczną. Turbina ta jest urządzeniem wolnostojącym, wykorzystującym swobodny przepływ powietrza w wyniku ruchu wiatru.Patent description PL 218392 describes a wind-independent, enclosed wind turbine with a vertical axis of rotation and a horizontal rotor. It consists of a set of identical, horizontally arranged, one above the other, profiled rings with airfoil-shaped cross-sections and downward-facing trailing edges. The trailing edges form a flow channel with a constant internal diameter. The rings are connected by vertical teardrop-shaped elements that connect to four vertical supports that secure the turbine to the ground. The rotor is located at the bottom of the turbine, and the outlet nozzle located below it widens downward. The rotor is connected by a shaft to an electricity-generating device located on the ground to which the turbine is attached. Air flowing onto the turbine housing rings is deflected downward onto the rotor, which drives the electricity-generating device. This turbine is a free-standing device that utilizes the free airflow created by wind movement.
Celem wynalazku jest opracowanie unowocześnionej turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu wirnika i osiowosymetrycznej obudowie pierścieniowej.The aim of the invention is to develop a modernized wind turbine with a vertical rotor axis of rotation and an axisymmetric ring housing.
Obudowana palisadowo-pierścieniowo, dolno-wirnikowa turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu wirnika, składająca się z palisadowo-pierścieniowej obudowy, którą tworzą: pierścień górny, co najmniej jeden pierścień zasadniczy, pierścień przed-wirnikowy, oraz pierścień za-wirnikowy, usytuowane współosiowo względem osi obrotu wirnika w płaszczyznach poziomych jeden pod drugim, posiadające przekroje w kształcie profilu lotniczego wklęsło-wypukłego z zaokrągloną krawędzią natarcia o skończonym promieniu i ostro zakończoną krawędzią spływu w dolnej części pierścieni; trzech pionowych podpór przymocowanych do podłoża, rozmieszczonych co 120 stopni, których górne odcinki są połączone z pierścieniami obudowy; wirnika usytuowanego w dolnej części obudowy, mocowanego do pionowych podpór za pomocą poziomych łączników; oraz urządzenia wytwarzającego energię elektryczną napędzanego przez wirnik, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pierścienie przed-wirnikowy i za-wirnikowy tworzą specyficzny układ szczelinowego kanału zbieżno-rozbieżnego otaczającego wirnik, w którym jego część zbieżna utworzona jest przez wewnętrzną powierzchnię pierścienia przed-wirnikowego a część rozbieżna utworzona jest przez wewnętrzną powierzchnię pierścienia za-wirnikowego, przy czym płaszczyzna wirowania wirnika usytuowana jest na wysokości gardzieli pierścienia przed-wirnikowego, w pobliżu jego krawędzi spływu, zaś pierścienie są względem siebie usytuowane tak, że dolna część pierścienia przed-wirnikowego jest umieszczona wewnątrz górnej części pierścienia za-wirnikowego, a utworzona pomiędzy nimi szczelina ma kształt pierścieniowej dyszy zbieżnej przyspieszającej przepływający przez nią od strony nawietrznej strumień powietrza, a ponadto profil pierścienia górnego ma cięciwę krótszą odA palisade-annular housing, lower-rotor wind turbine with a vertical rotor axis of rotation, consisting of a palisade-annular housing formed by: an upper ring, at least one basic ring, a pre-rotor ring, and a post-rotor ring, arranged coaxially with respect to the rotor axis of rotation in horizontal planes one below the other, having cross-sections in the shape of a concave-convex airfoil with a rounded leading edge of finite radius and a sharply ended trailing edge in the lower part of the rings; three vertical supports attached to the ground, spaced every 120 degrees, the upper sections of which are connected to the housing rings; a rotor situated in the lower part of the housing, attached to the vertical supports by means of horizontal connectors; and a device for generating electric energy driven by a rotor, according to the invention is characterized in that the pre-rotor and post-rotor rings form a specific system of a slotted convergent-divergent channel surrounding the rotor, in which its convergent part is formed by the inner surface of the pre-rotor ring and the divergent part is formed by the inner surface of the post-rotor ring, wherein the plane of rotation of the rotor is located at the height of the throat of the pre-rotor ring, near its trailing edge, and the rings are positioned relative to each other in such a way that the lower part of the pre-rotor ring is placed inside the upper part of the post-rotor ring, and the slot formed between them has the shape of an annular convergent nozzle accelerating the air stream flowing through it from the windward side, and furthermore the profile of the upper ring has a chord shorter than
PL 227 429 B1PL 227 429 B1
10% do 50% od profilu umieszczonego poniżej pierścienia zasadniczego, przy mniejszym stopniu wysklepienia linii szkieletowej.10% to 50% from the profile placed below the base ring, with a lesser degree of arching of the skeleton line.
Korzystnym jest, jeżeli wewnętrzna ścianka pierścienia za-wirnikowego jest ukształtowana rozbieżnie poniżej krawędzi spływu pierścienia przed-wirnikowego, zaś profil pierścienia zawirnikowego ma pogrubioną i mocno wysklepioną na górnej powierzchni część spływową zakończoną ostrą krawędzią.It is advantageous if the inner wall of the rotor ring is shaped divergently below the trailing edge of the pre-rotor ring, and the profile of the rotor ring has a thickened and strongly arched trailing part on the upper surface, ending with a sharp edge.
W korzystnym wykonaniu turbiny, profil pierścienia górnego stanowi profil lotniczy o znormalizowanych współrzędnych geometrii przekroju poprzecznego, jak przedstawiono w tabeli 1, profil pierścienia zasadniczego stanowi profil lotniczy o znormalizowanych współrzędnych geometrii przekroju poprzecznego, jak przedstawiono w tabeli 2, profil pierścienia przed-wirnikowego stanowi profil lotniczy o znormalizowanych współrzędnych geometrii przekroju poprzecznego, jak przedstawiono w tabeli 3, a profil pierścienia za-wirnikowego stanowi profil lotniczy o znormalizowanych współrzędnych geometrii przekroju poprzecznego, jak przedstawiono w tabeli 4.In a preferred embodiment of the turbine, the top ring profile is an airfoil with standardized cross-sectional geometry coordinates as shown in Table 1, the base ring profile is an airfoil with standardized cross-sectional geometry coordinates as shown in Table 2, the pre-rotor ring profile is an airfoil with standardized cross-sectional geometry coordinates as shown in Table 3, and the post-rotor ring profile is an airfoil with standardized cross-sectional geometry coordinates as shown in Table 4.
W rozwiązaniu według wynalazku poszczególne pierścienie tworzą palisadę odchylającą strumień powietrza na dół, w kierunku płaszczyzny wirowania wirnika. Osiowo-symetryczny kształt obudowy i jej pionowe usytuowanie gwarantują niezależność działania turbiny od kierunku wiatru i brak potrzeby stosowania mechanizmów zmieniających ustawienie wirnika. Kształty pierścieni tworzących obudowę turbiny, ich liczba i wzajemne położenia zostały zaprojektowane aerodynamicznie tak, aby uzyskać istotnie zwiększenie prędkości powietrza napływającego na poziomo obracający się wirnik, w stosunku do prędkości wiatru napływającego na obudowę. Zapewnia to istotny wzrost energii powietrza napływającego na łopatki wirnika, przy zachowaniu tej samej średnicy wirnika, w porównaniu z innymi znanymi rozwiązaniami technicznymi stosowanymi obecnie.In the invention's solution, individual rings form a palisade that deflects the airflow downward, toward the rotor's rotational plane. The axially symmetrical shape of the housing and its vertical positioning ensure the turbine operates independently of wind direction and eliminates the need for mechanisms to change the rotor's alignment. The shapes of the rings forming the turbine housing, their number, and relative positions have been aerodynamically designed to significantly increase the velocity of air flowing onto the horizontally rotating rotor relative to the velocity of the wind flowing onto the housing. This provides a significant increase in the energy of the air flowing onto the rotor blades, while maintaining the same rotor diameter, compared to other known technical solutions currently used.
Zadaniem szczeliny utworzonej między pierścieniem za-wirnikowym i przed-wirnikowym jest przyspieszenie przepływającego przez nią od strony nawietrznej strumienia powietrza, co pośrednio wpływa na zwiększenie wydatku powietrza przepływającego przez powierzchnię wirowania wirnika. Zastosowany kształt profilu pierścienia za-wirnikowego, z pogrubioną i mocno wysklepioną na górnej powierzchni częścią spływową, wzmacnia efekt przyklejania się przepływu powietrza na nawietrznej, wewnętrznej, wylotowej części obudowy turbiny i pośrednio wpływa także na zwiększenie wydatku powietrza przepływającego przez powierzchnię wirowania wirnika. Średnica i położenie pierścienia górnego względem najwyżej położonego pierścienia zasadniczego są dobierane tak, aby zapobiec oderwaniu przepływu powietrza, napływającego od trony nawietrznej, na górnej powierzchni najwyżej położonego pierścienia zasadniczego. Zadaniem pierścieni zasadniczych jest odchylanie strumienia powietrza napływającego od strony nawietrznej i kierowania tego strumienia na dół, prostopadle na powierzchnię wirowania wirnika, przy czym zwiększenie liczby tych pierścieni wpływa na zwiększenie wydatku powietrza przez powierzchnię wirowania wirnika i zwiększenie wymiaru pionowego turbiny.The purpose of the gap created between the rotor and pre-rotor rings is to accelerate the airflow flowing through it from the windward side, which indirectly increases the airflow flowing through the rotor's rotating surface. The profile shape of the rotor ring, with a thickened and strongly arched trailing section on the upper surface, enhances the airflow sticking effect on the windward, inner, outlet section of the turbine housing and indirectly increases the airflow flowing through the rotor's rotating surface. The diameter and position of the upper ring relative to the uppermost base ring are selected to prevent the airflow flowing from the windward side from detaching from the upper surface of the uppermost base ring. The purpose of the basic rings is to deflect the air flow coming from the windward side and direct this flow downwards, perpendicularly to the rotor's rotating surface, and increasing the number of these rings increases the air flow through the rotor's rotating surface and increases the vertical dimension of the turbine.
W turbinie wiatrowej będącej przedmiotem wynalazku zakłada się wariantowość, to jest zmienną liczbę pierścieni zasadniczych tworzących obudowę. Większa liczba pierścieni zasadniczych wpływa na większą wydajność turbiny lecz jednocześnie powoduje wzrost jej wymiarów. W konkretnych zastosowaniach, liczba pierścieni zasadniczych jest ustalana na drodze przyjętego kompromisu pomiędzy wydajnością i wymiarami turbiny.The wind turbine being the subject of the invention assumes a variable design, i.e., a variable number of primary rings forming the housing. A larger number of primary rings increases the turbine's efficiency but also increases its dimensions. In specific applications, the number of primary rings is determined by a compromise between turbine efficiency and dimensions.
Unowocześniona turbina wiatrowa z wielosegmentową, osiowosymetryczną obudową palisadowo-pierścieniową o przedstawionej geometrii, pozwala na uzyskanie średniej prędkości przepływu strumienia powietrza przez poziomy wirnik turbiny o około 45% większej niż prędkość wiatru napływającego na obudowę turbiny. Pozwala to na około trzykrotne zwiększenie mocy pozyskiwanej z energii wiatru niezależnie od jego kierunku w stosunku do klasycznych turbin wiatrowych nastawianych czołowo do wiatru o tej samej średnicy wirnika. Opisane powyżej cechy rozwiązania według wynalazku pozwalają na zwiększenie energii uzyskiwanej z wiatru i jednocześnie na uproszczenie konstrukcji i eksploatacji w stosunku do znanych rozwiązań.The modernized wind turbine, with a multi-segment, axisymmetric palisade-ring housing with the presented geometry, allows for an average airflow velocity through the horizontal turbine rotor approximately 45% greater than the wind speed reaching the turbine housing. This allows for approximately three times the power obtained from wind energy, regardless of wind direction, compared to conventional wind turbines with the same rotor diameter, oriented head-on. The features of the invention described above allow for increased energy yield from wind while simultaneously simplifying design and operation compared to existing solutions.
Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok ogólny turbiny wiatrowej z jednym pierścieniem zasadniczym, fig. 2 przedstawia widok ogólny turbiny wiatrowej z dwoma pierścieniami zasadniczymi, fig. 3 przedstawia widok ogólny turbiny wiatrowej z trzema pierścieniami zasadniczymi, fig. 4 przedstawia widok turbiny wiatrowej w przekroju podłużnym A-A wzdłuż osi symetrii, fig. 5 przedstawia turbinę wiatrową w widoku od góry, fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny B-B, prostopadły do osi symetrii turbiny i przechodzący przez elementy mocujące generator prądu i wirnik turbiny, fig. 7 przedstawia turbinę wiatrową w przekrojuThe subject of the invention is explained in an exemplary embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a general view of a wind turbine with one basic ring, Fig. 2 shows a general view of a wind turbine with two basic rings, Fig. 3 shows a general view of a wind turbine with three basic rings, Fig. 4 shows a view of the wind turbine in a longitudinal section A-A along the axis of symmetry, Fig. 5 shows the wind turbine in a top view, Fig. 6 shows a cross-section B-B, perpendicular to the axis of symmetry of the turbine and passing through the elements fastening the power generator and the turbine rotor, Fig. 7 shows the wind turbine in a cross-section
PL 227 429 B1 podłużnym A-A z naniesionymi liniami przepływu powietrza przez turbinę, oznaczonymi liniami przerywanymi ze strzałkami, fig. 8 przedstawia geometrię profilu lotniczego pierścienia górnego, fig. 9 przedstawia geometrię profilu lotniczego pierścienia zasadniczego, fig. 10 przedstawia geometrię profilu lotniczego pierścienia przed-wirnikowego, fig. 11 przedstawia geometrię profilu lotniczego pierścienia za-wirnikowego, a fig. 12 przedstawia układ współrzędnych, w którym są definiowane znormalizowane, odniesione do cięciwy c, współrzędne (x, y) punktów węzłowych profili lotniczych poszczególnych pierścieni obudowy, przedstawione w tabeli 1-4.PL 227 429 B1 longitudinal A-A with marked air flow lines through the turbine, marked with dashed lines with arrows, Fig. 8 shows the geometry of the airfoil of the upper ring, Fig. 9 shows the geometry of the airfoil of the basic ring, Fig. 10 shows the geometry of the airfoil of the pre-rotor ring, Fig. 11 shows the geometry of the airfoil of the post-rotor ring, and Fig. 12 shows the coordinate system in which the normalized coordinates (x, y) of the nodal points of the airfoils of the individual casing rings, referred to the chord c, are defined, presented in Table 1-4.
Jak przedstawiono na fig. 1-6 obudowa turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu wirnika 5 składa się z pierścienia górnego 1, jednego lub dwóch lub trzech lub więcej pierścieni zasadniczych 2, pierścienia przed-wirnikowego 3 i pierścienia za-wirnikowego 4. W dolnej części obudowy, na wysokości gardzieli pierścienia przed-wirnikowego 3, jest umieszczony wirnik 5 napędzający znajdujący się pod nim generator 6 wytwarzający energię elektryczną. Pierścienie obudowy są usytuowane współosiowo względem osi obrotu 17 wirnika 5 w płaszczyznach poziomych jeden nad drugim. Przekroje poprzeczne pierścieni są w kształcie profilu lotniczego wklęsło-wypukłego, z zaokrągloną krawędzią natarcia o skończonym promieniu i ostro zakończoną krawędzią spływu w dolnej części pierścieni.As shown in Fig. 1-6, the housing of a wind turbine with a vertical rotor axis 5 consists of an upper ring 1, one or two or three or more basic rings 2, a pre-rotor ring 3, and a post-rotor ring 4. In the lower part of the housing, at the height of the throat of the pre-rotor ring 3, a rotor 5 is placed, driving a generator 6 located underneath it that produces electricity. The housing rings are arranged coaxially with respect to the axis of rotation 17 of the rotor 5 in horizontal planes, one above the other. The cross-sections of the rings are in the shape of a concave-convex airfoil, with a rounded leading edge of finite radius and a sharply pointed trailing edge at the bottom of the rings.
Pierścienie tworzące obudowę turbiny są połączone trzema pionowymi podporami 7, rozmieszczonymi co 120 stopni, przechodzącymi przez strukturę pierścieni i łączącymi turbinę z podłożem 11. Pierścień za-wirnikowy 4, wirnik 5 oraz generator prądu 6 są połączone z podporami 7 za pomocą trzech łączników poziomych 8. W dolnej i środkowej części turbiny podpory 7 połączone są poziomymi elementami usztywniającymi 9, 12, dolnym i środkowym.The rings forming the turbine housing are connected by three vertical supports 7, spaced every 120 degrees, passing through the ring structure and connecting the turbine to the ground 11. The rotor ring 4, the rotor 5 and the power generator 6 are connected to the supports 7 by means of three horizontal connectors 8. In the lower and middle part of the turbine, the supports 7 are connected by horizontal stiffening elements 9, 12, lower and middle.
Pierścienie 3, 4, przed-wirnikowy i za-wirnikowy, tworzą specyficzny układ szczelinowego kanału zbieżno-rozbieżnego otaczającego wirnik 5, w którym jego część zbieżna utworzona jest przez wewnętrzną powierzchnię pierścienia przed-wirnikowego 3 a część rozbieżna utworzona jest przez wewnętrzną powierzchnię pierścienia za-wirnikowego 4. Pierścienie te są względem siebie usytuowane tak, że dolna część pierścienia przed-wirnikowego (3) jest umieszczona wewnątrz górnej części pierścienia za-wirnikowego (4), a utworzona pomiędzy nimi szczelina 18 ma kształt pierścieniowej dyszy zbieżnej przyspieszającej przepływający przez nią od strony nawietrznej strumień powietrza, przy czym płaszczyzna wirowania wirnika 5 usytuowana jest na wysokości gardzieli pierścienia przedwirnikowego 3, w pobliżu jego krawędzi spływu. Profil 13 pierścienia górnego 1 ma cięciwę krótszą od 10% do 50% od profilu 14 umieszczonego poniżej pierścienia zasadniczego 2 przy mniejszym stopniu wysklepienia linii szkieletowej. Wewnętrzna ścianka pierścienia za-wirnikowego 4 jest ukształtowana rozbieżnie poniżej krawędzi spływu pierścienia przed-wirnikowego (3), zaś profil 16 pierścienia zawirnikowego 4 ma pogrubioną i mocno wysklepioną na górnej powierzchni część spływową, zakończoną ostrą krawędzią.The pre-rotor and post-rotor rings 3, 4 form a specific system of a slotted convergent-divergent channel surrounding the rotor 5, in which its convergent part is formed by the inner surface of the pre-rotor ring 3 and the divergent part is formed by the inner surface of the post-rotor ring 4. These rings are arranged in relation to each other in such a way that the lower part of the pre-rotor ring (3) is placed inside the upper part of the post-rotor ring (4), and the gap 18 formed between them has the shape of an annular convergent nozzle accelerating the air stream flowing through it from the windward side, wherein the plane of rotation of the rotor 5 is situated at the height of the throat of the pre-rotor ring 3, near its trailing edge. Profile 13 of the upper ring 1 has a chord shorter by 10% to 50% than profile 14 located below the base ring 2, with a lesser degree of arching of the skeleton line. The inner wall of the post-rotor ring 4 is divergently shaped below the trailing edge of the pre-rotor ring (3), while profile 16 of the post-rotor ring 4 has a thickened and strongly arched trailing part on the upper surface, ending with a sharp edge.
W przykładowym wykonaniu turbiny, profil 13 pierścienia górnego 1 stanowi profil lotniczy o znormalizowanych współrzędnych geometrii przekroju poprzecznego, jak przedstawiono w tabeli 1, profil 14 pierścienia zasadniczego stanowi profil lotniczy o znormalizowanych współrzędnych geometrii przekroju poprzecznego, jak przedstawiono w tabeli 2, profil 15 pierścienia przed-wirnikowego 3 stanowi profil lotniczy o znormalizowanych współrzędnych geometrii przekroju poprzecznego, jak przedstawiono w tabeli 3, a profil 16 pierścienia za-wirnikowego 4 stanowi profil lotniczy o znormalizowanych współrzędnych geometrii przekroju poprzecznego, jak przedstawiono w tabeli 4.In the exemplary embodiment of the turbine, the profile 13 of the upper ring 1 is an airfoil with standardized cross-sectional geometry coordinates as shown in Table 1, the profile 14 of the base ring is an airfoil with standardized cross-sectional geometry coordinates as shown in Table 2, the profile 15 of the pre-rotor ring 3 is an airfoil with standardized cross-sectional geometry coordinates as shown in Table 3, and the profile 16 of the post-rotor ring 4 is an airfoil with standardized cross-sectional geometry coordinates as shown in Table 4.
Działanie turbiny jest następujące:The operation of the turbine is as follows:
Pierścienie tworzące osiowo-symetryczną palisadę są ukształtowane i umiejscowione tak, aby maksymalnie efektywnie odchylać strumień napływającego od strony nawietrznej powietrza w kierunku powierzchni wirowania wirnika 5. Dzięki osiowej symetrii turbiny efekt odchylania strumienia powietrza napływającego na obudowę od strony nawietrznej jest niezależny od kierunku wiatru i nie wymaga żadnych mechanizmów zmiany ustawienia wirnika. Wskutek przepływającego powietrza wirnik 5 obraca się i napędza połączony z nim generator prądu 6. Strumień powietrza przepływający od strony nawietrznej przez zbieżną pierścieniową szczelinę 18 ulega przyspieszeniu i przykleja się do wewnętrznej powierzchni pierścienia za-wirnikowego 4, co wpływa na istotne zwiększenie podciśnienia na górnych powierzchniach leżących powyżej pierścieni 3, 2, przed-wirnikowego i zasadniczego, a w efekcie na zwiększenie wydatku masowego powietrza przepływającego przez powierzchnię wirowania wirnika 5. W tym przypadku pierścień za-wirnikowy 4 działa analogicznie jak wychylona klapa szczelinowa na skrzydle samolotu. Dodatkowo, odpowiedni kształt i umiejscowienie pierścienia górnego 1 sprawiają, że strumień powietrza napływający od strony nawietrznej odchyla się i pozostaje przyłączony do górnej powierzchni najwyżej położonego pierścienia zasadniczego 2. Za turbiną twoPL 227 429 B1 rzy się strefa przepływu zaburzonego. Linie prądu przepływającego powietrza w płaszczyźnie symetrii turbiny pokazano na fig. 7 liniami przerywanymi ze strzałkami. W obudowie turbiny wiatrowej będącej przedmiotem wynalazku dopuszcza się wariantowość, to jest zmienną liczbę pierścieni zasadniczych 2. Na fig. 1, fig. 2 i fig. 3 przedstawiono obudowę turbiny, w której zastosowano odpowiednio: jeden, dwa lub trzy pierścienie zasadnicze 2. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że przynajmniej w tym zakresie liczby zastosowanych pierścieni zasadniczych 2, zwiększenie liczby pierścieni 2 wpływa na zwiększenie wydatku masowego powietrza przepływającego przez powierzchnię wirowania wirnika.The rings forming the axially symmetric palisade are shaped and positioned so as to deflect the air flow coming from the windward side towards the rotating surface of the rotor 5 as effectively as possible. Thanks to the axial symmetry of the turbine, the effect of deflecting the air flow coming onto the housing from the windward side is independent of the wind direction and does not require any mechanisms to change the rotor position. Due to the air flow, rotor 5 rotates and drives the connected power generator 6. The air stream flowing from the windward side through the converging annular slot 18 is accelerated and adheres to the inner surface of rotor ring 4, which significantly increases the negative pressure on the upper surfaces above the rings 3, 2, the pre-rotor and main rings, and consequently increases the mass flow of air flowing through the rotating surface of rotor 5. In this case, rotor ring 4 acts analogously to a deflected slotted flap on an aircraft wing. Additionally, the appropriate shape and location of upper ring 1 cause the air stream flowing from the windward side to deflect and remain attached to the upper surface of the uppermost main ring 2. A disturbed flow zone is created behind the turbine. The air flow streamlines in the turbine symmetry plane are shown in Fig. 7 by dashed lines with arrows. In the wind turbine housing being the subject of the invention, variants are allowed, i.e. a variable number of basic rings 2. Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3 show a turbine housing in which one, two or three basic rings 2 are used, respectively. Based on the conducted tests, it was found that, at least in this range of the number of basic rings 2 used, increasing the number of rings 2 affects the increase in the mass flow of air flowing through the rotor's rotating surface.
T a b e l a 1T a b l e 1
Znormalizowane współrzędne profilu lotniczego pierścienia górnego.Normalized coordinates of the upper ring airfoil.
c.d.cont.
gdzie, zgodnie z fig. 12;where, according to Fig. 12;
x - odległość punktu węzłowego od punktu o najmniejszej współrzędnej x mierzona wzdłuż cięciwy profilu, c - długość cięciwy profilu, yU - odległość punktu węzłowego leżącego na górnej, podciśnieniowej części profilu od cięciwy profilu mierzona wzdłuż prostej prostopadłej do cięciwy profilu, yL - odległość punktu leżącego na dolnej, nadciśnieniowej części profilu od cięciwy profilu mierzona wzdłuż prostej prostopadłej do cięciwy profilu.x - distance of the nodal point from the point with the smallest coordinate x measured along the profile chord, c - length of the profile chord, yU - distance of the nodal point lying on the upper, negative pressure part of the profile from the profile chord measured along a line perpendicular to the profile chord, yL - distance of the point lying on the lower, positive pressure part of the profile from the profile chord measured along a line perpendicular to the profile chord.
PL 227 429 B1PL 227 429 B1
T a b e l a 2T a b l e 2
Znormalizowane współrzędne profilu lotniczego pierścienia zasadniczego.Normalized coordinates of the airfoil of the base ring.
c.d.cont.
gdzie, zgodnie z fig. 12;where, according to Fig. 12;
x - odległość punktu węzłowego od punktu o najmniejszej współrzędnej x mierzona wzdłuż cięciwy profilu, c - długość cięciwy profilu, yU - odległość punktu węzłowego leżącego na górnej, podciśnieniowej części profilu od cięciwy profilu mierzona wzdłuż prostej prostopadłej do cięciwy profilu, yL - odległość punktu leżącego na dolnej, nadciśnieniowej części profilu od cięciwy profilu mierzona wzdłuż prostej prostopadłej do cięciwy profilu.x - distance of the nodal point from the point with the smallest coordinate x measured along the profile chord, c - length of the profile chord, yU - distance of the nodal point lying on the upper, negative pressure part of the profile from the profile chord measured along a line perpendicular to the profile chord, yL - distance of the point lying on the lower, positive pressure part of the profile from the profile chord measured along a line perpendicular to the profile chord.
PL 227 429 B1PL 227 429 B1
T a b e l a 3T a b l e 3
Znormalizowane współrzędne profilu lotniczego pierścienia przed-wirnikowego.Normalized coordinates of the pre-rotor ring airfoil.
c.d.cont.
gdzie, zgodnie z fig. 12;where, according to Fig. 12;
x - odległość punktu węzłowego od punktu o najmniejszej współrzędnej x mierzona wzdłuż cięciwy profilu, c - długość cięciwy profilu, yU - odległość punktu węzłowego leżącego na górnej, podciśnieniowej części profilu od cięciwy profilu mierzona wzdłuż prostej prostopadłej do cięciwy profilu, yL - odległość punktu leżącego na dolnej, nadciśnieniowej części profilu od cięciwy profilu mierzona wzdłuż prostej prostopadłej do cięciwy profilu.x - distance of the nodal point from the point with the smallest coordinate x measured along the profile chord, c - length of the profile chord, yU - distance of the nodal point lying on the upper, negative pressure part of the profile from the profile chord measured along a line perpendicular to the profile chord, yL - distance of the point lying on the lower, positive pressure part of the profile from the profile chord measured along a line perpendicular to the profile chord.
PL 227 429 B1PL 227 429 B1
T a b e l a 4T a b l e 4
Znormalizowane współrzędne profilu lotniczego pierścienia za-wirnikowego.Normalized coordinates of the rotor ring airfoil.
c.d,cont.,
gdzie, zgodnie z fig. 12;where, according to Fig. 12;
x - odległość punktu węzłowego od punktu o najmniejszej współrzędnej x mierzona wzdłuż cięciwy profilu, c - długość cięciwy profilu, yU - odległość punktu węzłowego leżącego na górnej, podciśnieniowej części profilu od cięciwy profilu mierzona wzdłuż prostej prostopadłej do cięciwy profilu, yL - odległość punktu leżącego na dolnej, nadciśnieniowej części profilu od cięciwy profilu mierzona wzdłuż prostej prostopadłej do cięciwy profilu.x - distance of the nodal point from the point with the smallest coordinate x measured along the profile chord, c - length of the profile chord, yU - distance of the nodal point lying on the upper, negative pressure part of the profile from the profile chord measured along a line perpendicular to the profile chord, yL - distance of the point lying on the lower, positive pressure part of the profile from the profile chord measured along a line perpendicular to the profile chord.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL412793A PL227429B1 (en) | 2015-06-21 | 2015-06-21 | Low-placed rotor wind turbine with vertical rotation of rotor axis and ring-palisade casing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL412793A PL227429B1 (en) | 2015-06-21 | 2015-06-21 | Low-placed rotor wind turbine with vertical rotation of rotor axis and ring-palisade casing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL412793A1 PL412793A1 (en) | 2017-01-02 |
| PL227429B1 true PL227429B1 (en) | 2017-11-30 |
Family
ID=57629079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL412793A PL227429B1 (en) | 2015-06-21 | 2015-06-21 | Low-placed rotor wind turbine with vertical rotation of rotor axis and ring-palisade casing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL227429B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU230843U1 (en) * | 2024-08-20 | 2024-12-23 | Валерий Витальевич Катков | Vertical axis wind turbine |
| PL447592A1 (en) * | 2024-01-24 | 2025-07-28 | Instytut Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk | Energy harvester turbine |
| PL451198A1 (en) * | 2024-09-04 | 2026-03-09 | Windygene Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością | Jet fan |
-
2015
- 2015-06-21 PL PL412793A patent/PL227429B1/en unknown
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL447592A1 (en) * | 2024-01-24 | 2025-07-28 | Instytut Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk | Energy harvester turbine |
| RU230843U1 (en) * | 2024-08-20 | 2024-12-23 | Валерий Витальевич Катков | Vertical axis wind turbine |
| PL451198A1 (en) * | 2024-09-04 | 2026-03-09 | Windygene Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością | Jet fan |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL412793A1 (en) | 2017-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5289770B2 (en) | Omnidirectional wind turbine | |
| JP5258774B2 (en) | Wind power generator, generator for generating power from the atmosphere, and method for generating power from the moving atmosphere | |
| US4781523A (en) | Fluid energy turbine | |
| CN103061824B (en) | For the method and system of the temperature of adjustment member | |
| US20100213716A1 (en) | Fluid flow energy concentrator | |
| CN104169574B (en) | Turbine | |
| WO2005100752A1 (en) | Externally mounted vortex generators for flow duct passage | |
| KR20140040714A (en) | Diffuser augmented wind turbines | |
| US11352132B2 (en) | Lift fan with diffuser duct | |
| CN106460789B (en) | Vertical axis turbines cluster | |
| US20130309081A1 (en) | Fluid turbine with rotor upwind of ringed airfoil | |
| US9132922B2 (en) | Ram air turbine | |
| KR101663597B1 (en) | High efficient wind power generator using diffuser | |
| CN105026697A (en) | Radial diffuser exhaust system | |
| US20140169937A1 (en) | Mixer-ejector turbine with annular airfoils | |
| US20100215488A1 (en) | Fluid flow energy concentrator | |
| PL227429B1 (en) | Low-placed rotor wind turbine with vertical rotation of rotor axis and ring-palisade casing | |
| PL227428B1 (en) | High-placed rotor wind turbine with vertical rotation of rotor axis and ring-palisade casing | |
| US11156204B2 (en) | Wind turbine | |
| ES2769853T3 (en) | Wind power generation tower | |
| Siregar et al. | Effect of the number of vanes in the omnidirectional guide vane on performance of swirling savonius rotor | |
| US6666403B1 (en) | Force-producing apparatus | |
| RU2406650C1 (en) | Method of creating aircraft lift or thrust | |
| WO2018055636A1 (en) | Venturi actuated vertical axis wind turbine with improved rotor wings | |
| CN109827737A (en) | Variable outlet synthetic jet exciter |