RU175712U1

RU175712U1 - Wind turbine

Info

Publication number: RU175712U1
Application number: RU2017108283U
Authority: RU
Inventors: Андрей Сергеевич Батраков
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2017-12-15

Abstract

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована в установках для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности устройства за счет снижения потерь энергии потока путем упрощения конструкции, снижающей аэродинамическое сопротивление воздуховода. Технический результат достигается тем, что в ветроустановке, содержащей ветроколесо с профилированными лопатками 4, электрогенератор, согласно которой она выполнена в виде шестеренной пары колес, одно из которых выполнено в виде единой конструкции с ветроколесом 3 и установлено соосно с рабочей частью воздуховода на подшипниках 6, которые расположены по контуру воздуховода, причем внешний контур ветроколеса представляет собой шестерню 3, зубья которой выполнены выступающими за пределы воздуховода, а другое колесо 2 и электрогенератор соединены между собой и расположены вне рабочей части воздуховода. Новизной технического решения является то, что конструктивное расположение электрогенератора за пределами (вне) рабочей части воздуховода без использования дополнительных конструктивных элементов внутри потока. Использование шестеренного колеса, выполненного в виде единой конструкции с ветроколесом, позволяет обойтись без поддерживающих элементов внутри потока. К тому же, лопасти ветроколеса не имеют свободных концов, что предотвращает эффект концевого перетекания потока, все это позволяет повысить эффективность. 1 ил.The utility model relates to the field of wind energy and can be used in installations for converting wind energy into electrical energy. The technical result of the utility model is to increase the efficiency of the device by reducing the flow energy loss by simplifying the design, which reduces the aerodynamic drag of the duct. The technical result is achieved by the fact that in a wind turbine containing a wind wheel with profiled blades 4, an electric generator, according to which it is made in the form of a gear pair of wheels, one of which is made in the form of a single structure with a wind wheel 3 and installed coaxially with the working part of the duct on bearings 6, which are located along the contour of the duct, and the outer contour of the wind wheel is a gear 3, the teeth of which are made protruding outside the duct, and the other wheel 2 and the generator with are interconnected and located outside the working part of the duct. The novelty of the technical solution is that the structural location of the generator outside (outside) the working part of the duct without the use of additional structural elements inside the stream. Using a gear wheel, made in the form of a single design with a wind wheel, allows you to do without supporting elements inside the stream. In addition, the blades of the wind wheel do not have free ends, which prevents the effect of the end flow of the stream, all this allows to increase efficiency. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована в установках для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.The utility model relates to the field of wind energy and can be used in installations for converting wind energy into electrical energy.

Известны различные варианты ветроэнергетических установок, предназначенных для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Известно, что некоторые ветроэнергетические установки для увеличения производительности ветряка в условиях малых скоростей используют технические решения, основанные на применение аэродинамических труб типа сопла Лаваля.There are various options for wind power plants designed to convert wind energy into electrical energy. It is known that some wind power plants use technical solutions based on the use of wind tunnels such as a Laval nozzle to increase the performance of a wind turbine at low speeds.

Устройство «ветроэнергетическая установка» (Патент RU №96401, МПК F03D 3/04, опубл. 27.07.2010), которое содержит вертикальную трубу, активная рабочая зона которой выполнена в виде нижней конфузорной, верхней диффузорной и средней малой цилиндрической частей, осевое ветроколесо, соединенное с электрогенератором и размещенное в средней малой цилиндрической части. Нижняя конфузорная часть установлена на основании с образованием входных воздушных проемов. Установка снабжена дефлектором, расположенным над устьем вертикальной трубы и выполненным в виде фланца с патрубком, соединенным непосредственно с устьем вертикальной трубы, и зонта в виде диска, соединенного с фланцем с образованием между ними прямолинейного горизонтального воздушного канала. Периферийные участки фланца и дискообразного зонта выполнены в виде изгибов для совместного образования кругообразного конфузорного входа в прямолинейный горизонтальный воздушный канал и такого же по размеру и профилю кругообразного диффузорного выхода.The device "wind power installation" (Patent RU No. 966401, IPC F03D 3/04, publ. 07/27/2010), which contains a vertical pipe, the active working area of which is made in the form of the lower confuser, upper diffuser and middle small cylindrical parts, axial wind wheel, connected to the electric generator and placed in the middle small cylindrical part. The lower confuser part is installed on the base with the formation of inlet air openings. The installation is equipped with a deflector located above the mouth of the vertical pipe and made in the form of a flange with a pipe connected directly to the mouth of the vertical pipe and an umbrella in the form of a disk connected to the flange with the formation of a straight horizontal air channel between them. The peripheral sections of the flange and the disk-shaped umbrella are made in the form of bends for the joint formation of a circular confusor entrance into a rectilinear horizontal air channel and the same size and profile of a circular diffuser outlet.

Недостатком технического решения является то, что электрогенератор для соединения с ветроколесом располагается в рабочей зоне воздуховода. Расположение электрогенератора в рабочей зоне приводит к повышенному сопротивлению воздушного канала. Повышение сопротивления воздушного канала приводит к снижению проточности (уменьшению расхода воздуха), а следовательно, и уменьшению скорости потока, что негативно сказывается на производительности ветроэнергетической установки в целом.The disadvantage of the technical solution is that the electric generator for connecting to a wind wheel is located in the working area of the duct. The location of the generator in the working area leads to increased resistance of the air channel. An increase in the resistance of the air channel leads to a decrease in flow rate (decrease in air flow), and, consequently, to a decrease in the flow rate, which negatively affects the performance of the wind power installation as a whole.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению и взятому в качестве прототипа является известное устройство «Вихревая ветроустановка» (Патент RU №2073111, МПК F03D 3/00, опубл. 10.02.1997), которое содержит вытяжную башню с кольцевым воздухозаборником у основания, направляющий аппарат, ветроколесо, установленное на выходе направляющего аппарата, и вытяжное устройство. Направляющий аппарат снабжен двумя или более коаксиально расположенными в башне обечайками в виде усеченных гиперболоидов, сужающихся к выходу, с вертикальными закрученными по спирали перегородками, размещенными в зазорах между обечайками. Ветроколесо выполнено с жесткими профилированными лопастями в виде тела вращения. Вытяжное устройство выполнено в виде сегмента, а нижнее основание башни в виде усеченного гиперболоида с эжекционным отверстием сверху, посредством которого полость направляющего аппарата сообщена с окружающей средой.The closest in technical essence to the claimed technical solution and taken as a prototype is the well-known device "Whirlwind wind turbine" (Patent RU No. 2073111, IPC F03D 3/00, publ. 02/10/1997), which contains an exhaust tower with an annular air intake at the base, a guide apparatus, a wind wheel mounted at the outlet of the guide apparatus, and an exhaust device. The guiding apparatus is equipped with two or more shells coaxially located in the tower in the form of truncated hyperboloids, tapering towards the exit, with vertical partitions spirally twisted in a spiral, placed in the gaps between the shells. The wind wheel is made with rigid profiled blades in the form of a body of revolution. The exhaust device is made in the form of a segment, and the lower base of the tower is in the form of a truncated hyperboloid with an ejection hole on top, through which the cavity of the guide apparatus is in communication with the environment.

Недостатком данного технического решения является то, что электрогенератор вынесен за пределы рабочей части, но расположен на удаленном расстоянии, что требует усложнения конструкции. Расположение электрогенератора за пределами рабочей области делает конструкцию направляющего аппарата сложной. В этом случае направляющий аппарат также приводит к большим аэродинамическим сопротивлениям, приводящим к потерям энергии ветра, что снижает эффективность установки.The disadvantage of this technical solution is that the generator is outside the working part, but located at a remote distance, which requires complexity of the design. The location of the generator outside the working area makes the design of the guide apparatus difficult. In this case, the guiding apparatus also leads to high aerodynamic drag, leading to loss of wind energy, which reduces the efficiency of the installation.

Решаемой технической задачей предполагаемой полезной модели является низкая эффективность устройства за счет усложненной конструкции, приводящей к большим аэродинамическим сопротивлениям воздуховода, вследствие чего к большим потерям энергии потока.The technical problem of the proposed utility model is solved by the low efficiency of the device due to the complicated design, which leads to large aerodynamic drag of the duct, resulting in large losses of flow energy.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности устройства за счет снижения потерь энергии потока путем упрощения конструкции, снижающей аэродинамическое сопротивление воздуховода.The technical result of the utility model is to increase the efficiency of the device by reducing the flow energy loss by simplifying the design, which reduces the aerodynamic drag of the duct.

Технический результат достигается тем, что в ветроустановке, содержащей ветроколесо с профилированными лопатками, электрогенератор, согласно которой она выполнена в виде шестеренной пары колес, одно из которых выполнено в виде единой конструкции с ветроколесом и установлено соосно с рабочей частью воздуховода, на подшипниках, которые расположены по внешнему контуру воздуховода, при этом концевые части лопаток ветроколеса соединены внешним контуром, причем внешний контур ветроколеса представляет собой шестерню, зубья которой выполнены выступающими за пределы воздуховода, а другое колесо и электрогенератор соединены между собой и расположены вне рабочей части воздуховода.The technical result is achieved by the fact that in a wind turbine containing a wind wheel with profiled blades, an electric generator, according to which it is made in the form of a gear pair of wheels, one of which is made in the form of a single structure with a wind wheel and installed coaxially with the working part of the duct, on bearings that are located along the outer contour of the duct, while the end parts of the blades of the wind wheel are connected by an external circuit, and the external contour of the wind wheel is a gear, the teeth of which are made s projecting beyond the duct, and the other wheel and an electric generator connected to each other and disposed outside of the working part of the duct.

Новизной технического решения является то, что конструктивное расположение электрогенератора за пределами (вне) рабочей части воздуховода без использования дополнительных конструктивных элементов внутри потока снижает аэродинамическое сопротивление. Использование шестеренного колеса, выполненного в виде единой конструкции с ветроколесом, позволяет обойтись без поддерживающих элементов внутри потока, что также снижает аэродинамическое сопротивление воздуховода. К тому же, лопасти ветроколеса не имеют свободных концов, что предотвращает эффект концевого перетекания потока, ведущих к потере энергии, а в целом позволяет повысить эффективность устройства.The novelty of the technical solution is that the constructive location of the generator outside (outside) the working part of the duct without the use of additional structural elements inside the flow reduces aerodynamic drag. The use of a gear wheel, made in the form of a single design with a wind wheel, allows you to do without supporting elements inside the stream, which also reduces the aerodynamic resistance of the duct. In addition, the blades of the wind wheel do not have free ends, which prevents the effect of the end flow of the flow leading to loss of energy, and in general allows to increase the efficiency of the device.

Для пояснения технической сущности устройства рассмотрим чертеж,To clarify the technical nature of the device, consider the drawing,

на фиг. 1 - схематично изображена ветроустановка,in FIG. 1 - schematically shows a wind turbine,

где 1 - стенка воздуховодаwhere 1 is the duct wall

2 - шестерня для соединения с электрогенератором2 - gear for connecting to an electric generator

3 - шестерня, совмещенная с ветроколесом3 - gear combined with a wind wheel

4 - лопатки ветроколеса4 - wind wheel blades

5 - обтекатель центральной части ветроколеса5 - fairing of the central part of the wind wheel

6 - подшипники6 - bearings

7 - электрогенератор7 - electric generator

Ветроустановка состоит из двух шестеренных колес. Одно колесо (2) соединяется с электрогенератором 7, который располагается за пределами (вне) рабочей части воздуховода. Второе колесо (3) выполнено в виде единой конструкции с ветроколесом. Ветроколесо состоит из лопаток (4), которые в центральной части соединены с помощью обтекателя центральной части ветроколеса (5), а концевые части лопаток (4) соединены с шестерней (3). Шестерня (3), совмещенная с ветроколесом, устанавливается на подшипниках (6), расположенных по внешнему контуру воздуховода (1). Для реализации сборки воздуховод (1) имеет разъединение. Процедура сборки: в левую часть воздуховода 1 (фиг. 1) устанавливаются подшипники (6); на подшипники (6) устанавливается враспор шестерня (3), совмещенная с ветроколесом; посредством подшипников (6) устанавливается правая часть воздуховода (1).The wind turbine consists of two gear wheels. One wheel (2) is connected to an electric generator 7, which is located outside (outside) of the working part of the duct. The second wheel (3) is made in the form of a single design with a wind wheel. The wind wheel consists of blades (4), which are connected in the central part by a fairing to the central part of the wind wheel (5), and the end parts of the blades (4) are connected to the gear (3). The gear (3) combined with the wind wheel is mounted on bearings (6) located along the outer contour of the duct (1). To implement the assembly, the duct (1) has a separation. Assembly procedure: bearings (6) are installed in the left part of the duct 1 (Fig. 1); on the bearings (6), the gear (3), combined with the wind wheel, is mounted opposite; by means of bearings (6), the right part of the duct (1) is installed.

Ветроустановка работает следующим образом.Wind turbine works as follows.

Подвод воздуха к ветроколесу (3) осуществляется с помощью воздуховода (1). Скоростной напор воздуха оказывает давление на лопатки ветроколеса (4), приводя шестерню (3) в движение. Ветроколесо, совмещенное с шестерней 3, установлено соосно с рабочей частью воздуховода на подшипниках (6), которые расположены по внешнему контуру воздуховода (1). Данная схема установки ветроколеса позволяет обойтись без дополнительных поддерживающих устройств в рабочей части воздуховода (1). Внешний контур ветроколеса представляет собой шестерню (3), зубья которой выполнены выступающими за пределы (контур) воздуховода (1). Совмещенное выполнение ветроколеса и шестерни позволяет уменьшить размеры центральной части колеса и предотвратить концевые перетекания, что приводит к снижению потерь энергии потока и повышению эффективности устройства. Центральная часть ветроколеса (5) служит только для плавного соединения лопаток (4) и проектируется с целью обеспечения минимального сопротивления. Концевые части лопаток (4) ветроколеса соединены внешним контуром - шестерней (3), что предотвращает эффект концевого перетекания, который наблюдается у традиционного ветроколеса. повышающего потери энергии потока. Отсутствие зазора между концевыми частями лопаток (4) ветроколеса и стенками воздуховода (1) снижает требования на изготовление и установку ветроколеса. Выполнение зубьев шестерни (3) выступающими, соединенными с ветроколесом, за пределы (за контур) воздуховода (1) позволяет подключать электрогенератор посредством шестерни (2) без дополнительных поддерживающих устройств и без влияния на характеристики потока, что повышает эффективность устройства в целом.The air is supplied to the wind wheel (3) using an air duct (1). The high-pressure air pressure exerts pressure on the blades of the wind wheel (4), causing the gear (3) to move. The wind wheel combined with gear 3 is installed coaxially with the working part of the duct on bearings (6), which are located along the outer contour of the duct (1). This installation scheme of the wind wheel allows you to do without additional supporting devices in the working part of the duct (1). The outer contour of the wind wheel is a gear (3), the teeth of which are made protruding beyond the limits (contour) of the duct (1). The combined implementation of the wind wheel and gear allows you to reduce the size of the Central part of the wheel and prevent end flow, which leads to a decrease in energy loss of the flow and increase the efficiency of the device. The central part of the wind wheel (5) serves only for the smooth connection of the blades (4) and is designed to ensure minimal resistance. The end parts of the blades (4) of the wind wheel are connected by an external contour - gear (3), which prevents the effect of the end flow, which is observed in a traditional wind wheel. increasing energy loss flow. The absence of a gap between the end parts of the blades (4) of the wind wheel and the walls of the duct (1) reduces the requirements for the manufacture and installation of the wind wheel. The implementation of the teeth of the gear (3) protruding, connected to the wind wheel, outside (beyond the circuit) of the duct (1) allows you to connect the electric generator via gear (2) without additional supporting devices and without affecting the flow characteristics, which increases the efficiency of the device as a whole.

По своим технико-экономическим преимуществам по сравнению с известными аналогами заявляемое техническое решение «Ветроустановка» позволяет обходиться без дополнительных поддерживающих устройств и длинных валов внутри воздушного потока. Упрощение конструкции, снижение элементов сопротивления в потоке позволяет снизить потери энергии потока и повысить эффективность устройства отбора мощности.According to its technical and economic advantages compared with well-known analogues, the claimed technical solution "Wind turbine" allows you to do without additional supporting devices and long shafts inside the air stream. Simplification of the design, reduction of resistance elements in the flow reduces the energy loss of the flow and improves the efficiency of the power take-off device.

А также удобное расположение электрогенератора вне рабочей части воздуховода позволяет производить осмотр и ремонт электрогенератора, что может существенно повысить их ресурс и сделать заявляемое устройство еще более эффективным.As well as the convenient location of the generator outside the working part of the duct allows inspection and repair of the generator, which can significantly increase their resource and make the claimed device even more efficient.

Claims

A wind turbine containing a wind wheel with profiled blades, an electric generator, characterized in that it is made in the form of a gear pair of wheels, one of which is made in the form of a single structure with a wind wheel, and installed coaxially with the working part of the duct on bearings that are located on the outer contour of the duct, while the end parts of the blades of the wind wheel are connected by an external circuit, and the external circuit of the wind wheel is a gear whose teeth are made protruding outside the duct, and the other wheel and the electric generator are interconnected and located outside the working part of the duct.