RU132141U1

RU132141U1 - WIND POWER PLANT

Info

Publication number: RU132141U1
Application number: RU2013111131/06U
Authority: RU
Inventors: Юсуф Исмагилович Азимов; Фарид Гильфанович Гильфанов; Искандер Рафаилевич Гильманшин
Original assignee: Юсуф Исмагилович Азимов; Фарид Гильфанович Гильфанов; Искандер Рафаилевич Гильманшин
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2013-09-10

Abstract

Ветроэлектростанция, включающая несущую конструкцию в виде поворотной башни, снабженной диффузором для ускорения потока воздуха, турбины, редуктор, связанный с электрогенератором, отличающаяся тем, что она выполнена в виде блока из двух симметрично расположенных турбин, роторы которых связаны с общим редуктором, двусторонний статор, симметрично расположенный относительно роторов, выполнен с сужающимися в направлении вращения ротора каналами спиральной улитковой формы, общий диффузор на обе турбины выполнен в виде сужающегося сопла, роторы выполнены с изогнутыми в сторону встречного потока воздуха лопастями карманной формы, выходная зона выброса воздуха выполнена в виде дефлектора с зонтом.A wind farm including a supporting structure in the form of a rotary tower equipped with a diffuser for accelerating air flow, a turbine, a reducer associated with an electric generator, characterized in that it is made in the form of a block of two symmetrically located turbines whose rotors are connected to a common reducer, a two-sided stator, symmetrically located relative to the rotors, is made with spiral cochlear channels narrowing in the direction of rotation of the rotor, the common diffuser on both turbines is made in the form of a tapering nozzle, p the openings are made with pocket-shaped blades curved towards the oncoming air stream, the outlet air discharge zone is made in the form of a deflector with an umbrella.

Description

Полезная модель относится к энергетике, в частности к использованию энергии ветра для выработки электроэнергии.The utility model relates to energy, in particular to the use of wind energy to generate electricity.

Известна ветроэнергетическая установка для получения электроэнергии, содержащая статорную часть в виде кольцевого направляющего аппарата с вертикально расположенными профилированными лопатками, образующими друг с другом межлопаточные каналы, равномерно расположенные по окружности, а роторная часть которого выполнена в виде рабочего колеса поперечно-струйной гидротурбины (патент РФ №2213254, опубл. 27.09.2003 г.).Known wind power installation for generating electricity, containing a stator part in the form of an annular guiding apparatus with vertically arranged profiled blades forming inter-blade channels with each other evenly spaced around the circumference, and the rotor part of which is made in the form of an impeller of a transverse-jet hydraulic turbine (RF patent No. 2213254, published September 27, 2003).

Недостатком установки является трудоемкость изготовления. Канал сжатия потока, локализующий направление потока относительно ротора, не обеспечивает нарастание давления в канале статора с достаточным углом охвата ротора по радиальному направлению.The disadvantage of this installation is the complexity of manufacturing. The flow compression channel, localizing the direction of flow relative to the rotor, does not provide an increase in pressure in the stator channel with a sufficient angle of coverage of the rotor in the radial direction.

Наиболее близкой является ветроэлектростанция, содержащая несущую конструкцию, выполненную виде поворотной башни, по периметру которой установлены ветродвигатели с диффузором. Проточная часть выполнена с турбинами активного типа с широкими выгнутыми лопатками. Между турбинами установлены сопловые аппараты. Последняя ступень многоступенчатой турбины выполнена в виде ветроколеса либо цилиндрического сопла, установленного в конце опорного конца ветродвигателя (патент РФ №2132966, опубл. 10.07.1999 г.).The closest is a wind farm containing a supporting structure made in the form of a rotary tower, along the perimeter of which wind motors with a diffuser are installed. The flow part is made with turbines of the active type with wide curved blades. Between the turbines nozzle devices are installed. The last stage of the multistage turbine is made in the form of a wind wheel or a cylindrical nozzle installed at the end of the supporting end of the wind turbine (RF patent No. 2132966, publ. 07/10/1999).

Недостатком данной ветроэлектростанции является недостаточно полное использование ветрового потока, так как проточная часть ветродвигателя, выполненная в виде многоступенчатой турбины с сопловыми межступенчатыми аппаратами, не обеспечивает концентрационное ускорение ветрового потока, поступающего на ротор турбины, а отсутствие возможности ориентации оси ветроколеса по направлению ветра не позволяет максимально эффективно использовать энергию воздушного потока.The disadvantage of this wind farm is the insufficient use of the wind flow, since the flow of the wind turbine, made in the form of a multi-stage turbine with interstage nozzle devices, does not provide concentration acceleration of the wind flow entering the turbine rotor, and the lack of the possibility of orienting the axis of the wind wheel in the wind direction does not allow efficiently use the energy of the air flow.

Полезная модель направлена на повышение энергоэффективности ветроэлектростанции за счет увеличения полноты использования энергии ветрового потока.The utility model is aimed at improving the energy efficiency of a wind farm by increasing the completeness of the use of wind flow energy.

Результат достигается тем, что, ветроэлектростанция, включающая несущую конструкцию в виде поворотной башни, снабженной диффузором ускорения потока воздуха, турбины, редуктор, связанный с электрогенератором, согласно полезной модели выполнена в виде блока из двух симметрично расположенных турбин, роторы которых связаны с общим редуктором, двусторонний статор симметрично расположенный относительно роторов выполнен с сужающимися в направлении вращения ротора каналами спиральной улитковой формы, общий на обе турбины диффузор выполнен в виде сужающегося сопла, роторы выполнены с изогнутыми в сторону встречного потока воздуха лопастями карманной формы, выходная зона выброса воздуха выполнена в виде дефлектора с зонтом, станция имеет флюгерный хвостовой элемент.The result is achieved in that the wind power plant, which includes the supporting structure in the form of a rotary tower equipped with an air flow acceleration diffuser, turbines, a gearbox connected to an electric generator, according to a utility model, is made in the form of a block of two symmetrically located turbines whose rotors are connected to a common gearbox, a bilateral stator symmetrically located relative to the rotors is made with spiral cochlear channels narrowing in the direction of rotation of the rotor, a diffuser common to both turbines is made in the form of a tapering nozzle, the rotors are made with pocket-shaped blades curved towards the oncoming air stream, the outlet air discharge zone is made in the form of a deflector with an umbrella, the station has a vane tail element.

Полезная модель поясняется рисунками: на фиг.1 показан продольный разрез башенного узла ветроэлектростанции, на фиг.2 - вид сверху.The utility model is illustrated by drawings: in Fig. 1, a longitudinal section is shown of a tower unit of a wind power plant, and in Fig. 2 is a top view.

Ветроэлектростанция включает несущую конструкцию, выполненную в виде поворотной башни 1, имеющей диффузор 2, выполненный в виде сужающегося сопла, в рабочем состоянии направленный на встречный поток воздуха. На несущей конструкции 1 установлен блок из двух симметрично расположенных турбин, каждая из которых имеет статор 3. Статор 3, выполнен двухсторонним симметрично расположен относительно роторов 4 и имеет сужающиеся в направлении вращения ротора 4 направляющие каналы спиральной улитковой формы с углом охвата до 300°. Диффузор 2, общий для двух турбин, обеспечивает нагнетание ускоренного потока воздуха на обе симметрично расположенные турбины. Ротор 4 выполнен с изогнутыми в сторону встречного потока воздуха лопастями карманной формы. Ветроэлектростанция снабжена хвостовиком - флюгером 5, расположенным в противоположной от диффузора 2 стороне несущей конструкции. Выходная зона выброса воздуха выполнена в виде дефлектора 6 с зонтом. Поворотная башня 1 опирается на мачтовую ферму 7 через поворотные ролики 8. Вал каждого ролика 8 механически связан с общим редуктором, связанным с электрогенератором 9.The wind power plant includes a supporting structure made in the form of a turret 1 having a diffuser 2, made in the form of a tapering nozzle, in the working state directed to the oncoming air stream. A block of two symmetrically arranged turbines, each of which has a stator 3, is installed on the supporting structure 1. The stator 3 is made bilaterally symmetrically located relative to the rotors 4 and has guide channels of a spiral coiled shape narrowing in the direction of rotation of the rotor 4 with an angle of coverage of up to 300 °. The diffuser 2, common to two turbines, provides for the injection of an accelerated air flow to both symmetrically located turbines. The rotor 4 is made with pocket-shaped blades curved towards the oncoming air stream. The wind farm is equipped with a shank - weather vane 5, located on the side of the supporting structure opposite to the diffuser 2. The outlet air discharge zone is made in the form of a deflector 6 with an umbrella. The rotary tower 1 is supported on the mast truss 7 through the rotary rollers 8. The shaft of each roller 8 is mechanically connected to a common gearbox associated with the electric generator 9.

Ветроэлектростанция работает следующим образом. Поворотная башня вследствие действия флюгерного хвостовика 5 поворачивается в направлении встречного воздушного потока, попадающего в раскрытый диффузор 2. Поворот башни 1 относительно мачтовой фермы 7 реализуется через роликовые механизмы 8 при движении по круговой опоре. Поток воздуха, поступающий в диффузор 2, подвергается сжатию и ускорению движения кратно соотношению площади воронки на входе диффузора 2 и выходного канала статоров 3. Диффузор 2 общий на две турбины и обеспечивает нагнетание ускоренного потока воздуха на обе турбины. Поступающий в статор 3 воздушный поток в сужающихся каналах подвергается дальнейшему сжатию и ускорению, локально, дозировано подается в лопаточное пространство роторов 4, ускоренное вращение которых через редуктор передается электрогенератору 9, обеспечивая выработку электроэнергии.Wind power works as follows. The turret due to the action of the vane shank 5 rotates in the direction of the oncoming air flow falling into the open diffuser 2. The rotation of the tower 1 relative to the mast truss 7 is realized through roller mechanisms 8 when moving along a circular support. The air flow entering the diffuser 2 is compressed and accelerated by the ratio of the area of the funnel at the inlet of the diffuser 2 and the output channel of the stators 3. The diffuser 2 is common to two turbines and ensures the accelerated air flow to both turbines. The air flow entering the stator 3 in the narrowing channels is subjected to further compression and acceleration, locally, dosed, is fed into the blade space of the rotors 4, the accelerated rotation of which is transmitted to the electric generator 9 through the gearbox, providing power generation.

Поступающий через диффузор 2 воздух ускоряется пропорционально коэффициенту сжатия на входе в ротор 4 турбины. При этом кинетическая энергия переходит в энергию давления с нарастанием в квадратичной зависимости от создаваемой скорости. Конструкция ветроэлектростанции предусматривает достижение значения коэффициента сжатия равного K_сж=8-10, следовательно при минимальных скоростях ветра в 2-3 м/с поступление воздуха в канал обеспечивается при скоростях до 20-25 м/с, при этом давление потока воздуха ΔP=V², т.е. порядка 400-500н/м². Воздушный поток в статоре 3 подвергается дальнейшему сжатию и ускорению, поступление воздушного потока на лопасти ротора 4 с повышенным давлением и ускорением вращения ротора позволяет повысить мощность выработки энергии в кубической степени от скорости потока воздуха.The air entering through the diffuser 2 is accelerated in proportion to the compression ratio at the inlet to the turbine rotor 4. In this case, the kinetic energy transforms into pressure energy with an increase in quadratic dependence on the created speed. The design of the wind power plant provides for the achievement of a compression coefficient equal to K _sr = 8-10, therefore, at minimum wind speeds of 2-3 m / s, air enters the channel at speeds up to 20-25 m / s, while the air flow pressure ΔP = V ² , i.e. about 400-500n / m ² . The air flow in the stator 3 is subjected to further compression and acceleration, the flow of air to the blades of the rotor 4 with high pressure and acceleration of the rotation of the rotor allows you to increase the power of energy production in a cubic degree from the speed of air flow.

Предлагаемая конструкция ветроэлектростанции обеспечивает возможность выработки электроэнергии при скоростях потока ветра от 2-3 м/с, а также обеспечивает аэродинамическую устойчивость в условиях порывистого действия ветровой нагрузки.The proposed design of the wind farm provides the ability to generate electricity at wind flow speeds of 2-3 m / s, and also provides aerodynamic stability in the conditions of gusty wind load.

Claims

A wind farm including a supporting structure in the form of a rotary tower equipped with a diffuser to accelerate air flow, a turbine, a reducer associated with an electric generator, characterized in that it is made in the form of a block of two symmetrically located turbines whose rotors are connected to a common reducer, a two-sided stator, symmetrically located relative to the rotors, made with spiral cochlear channels narrowing in the direction of rotation of the rotor, the common diffuser on both turbines is made in the form of a tapering nozzle, p the openings are made with pocket-shaped blades curved towards the oncoming air stream, the outlet air discharge zone is made in the form of a deflector with an umbrella.