RU193931U1 - Ротор ветроколеса - Google Patents
Ротор ветроколеса Download PDFInfo
- Publication number
- RU193931U1 RU193931U1 RU2019127792U RU2019127792U RU193931U1 RU 193931 U1 RU193931 U1 RU 193931U1 RU 2019127792 U RU2019127792 U RU 2019127792U RU 2019127792 U RU2019127792 U RU 2019127792U RU 193931 U1 RU193931 U1 RU 193931U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- rotor
- flow
- rotation
- concentrator
- Prior art date
Links
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
- F03D3/0436—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/06—Rotors
- F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к энергетике, использующей возобновляемые источники для производства электрической энергии, и может быть применена в ветродвигателях имеющих вертикальную ось вращения.Техническим результатом полезной модели является повышение коэффициента использования энергии ветра.Ротор содержит вертикальную ось 1 вращения, верхний 2 и нижний 3 торцевые диски, лопасти 4 и 5 закрепленные между торцевыми дисками, установлены с зазором между внутренней кромкой и осью вращения ротора, своими внешними кромками лопасти повернуты навстречу набегающему потоку и наружными боковыми стенками, по направлению от нижнего торцевого диска к верхнему, отклонены во внутрь лопасти, при этом в поперечном сечении образующие лопасти выполнены в виде параболы. С наветренной стороны ротора, со стороны возвратной его части, расположен концентратор потока 6, выполненный в виде вытянутого по всей высоте ротора профиля, в поперечном сечении выполненного в виде равнобедренного треугольника без основания и своим острым концом направленным навстречу набегающему потоку. Концентратор закреплен на флюгере 7 с расположенными в его хвостовой части регулируемыми стабилизаторами 8.
Description
Полезная модель относится к энергетике, использующей возобновляемые источники для производства электрической энергии, и может быть применена в ветродвигателях, имеющих вертикальную ось вращения.
Известна конструкция ветроэнергетического агрегата (RU № 167270, F03D3/04(06) от 15.10.2015) в котором, и в существующих подобных конструкциях, концентраторы энергии потока выполняются в виде плоских или криволинейных пластин (лопаток) установленных по периметру ротора и имеющих различное взаиморасположение способствующее ускорению потока входящего во внутрь и воздействующего на лопасти.
Недостатком вышеописанной и подобных конструкций является высокая металлоемкость и соответственно большой вес, что требует для своего монтажа наличие надежного основания. К тому же, из-за низкой аэродинамической прозрачности, поток, попадая во внутрь установки и не имея свободного выхода с противоположной стороны образовывает локальные зоны как низкого, так и высокого давления, что приводит к снижению эффективности установки в целом.
Известна система вертикальной турбины с направителями потока (RU № 2667732, F03D3/04 от 21.03.2014) содержащей вертикальную турбину, на которой установлен ротор с лопастями и направителями потока, служащими для перенаправления основного потока как на передние открытые лопасти турбины, так и на заднюю часть турбины создавая в лопастях турбины вторичный флюидный поток.
Недостатком данной системы вертикальной турбины с направителями потока является ее конструктивная сложность, высока металлоемкость и вес, а также низкая энергоэффективность выражаемая трудностями по ее ориентации по набегающему потоку и высокой долей потерь во вторичном флюидном потоке разворачиваемом в заднем направителе на 180 градусов.
Наиболее близким по технической сущности прототипом является турбинная система на текучей среде (RU № 2555786, F03D3/04; 7/06; 11/00 от 14.08.2009) состоящая из лопаточного узла, закрепленного на вертикальном валу с возможностью вращения; два концентратора, один из которых может образовывать выпуклую поверхность, обращенную к ветру, и выполненный с возможностью размещения с наветренной стороны перед возвратной стороной узла, второй, регулируемый концентратор, выполнен с возможностью размещения с наветренной стороны ближе к толкательной половине узла и выполнен с возможностью перевода между первой и второй позицией, причем регулируемый концентратор способен отклонять больше ветра к турбине в первой позиции, чем во второй позиции.
Недостатком вышеописанной турбинной системы на текучей среде является конструктивная сложность, заключающаяся в необходимости изготовления сложных криволинейных поверхностей, таких как регулируемый концентратор, который для своего корректного функционирования требует наличия дополнительных механических устройств или электронных систем слежения, считывания, анализа, а также электрических и механических систем позиционирования и фиксации, что требует дополнительных как материальных, так и энергетических затрат.
Расположение нерегулируемого концентратора согласно представленной в прототипе схеме малоэффективно. При вращении лопастей (лопаток) в турбине перед ними возникают зоны повышенного давления, то есть воздух перед наружной частью лопасти испытывает локальное уплотнение и поэтому при прохождении краем лопасти (Фиг.1, 150) возле близко расположенного конца концентратора (Фиг.1, 134) между двумя поверхностями возникает дополнительный скачок уплотнения с появлением силы, как показали опыты, которая оказывает противодействующее влияние вращению лопастей, в результате наблюдается отрицательная интерференция сводящая на нет эффект концентратора.
Схема перетекания воздуха по внутренней части нерегулируемого концентратора (Фиг.2, 228, 230) будет выполняться лишь частично. Поток, увлекаемый лопастями движущимися по возвратной стороне турбины, вбрасывается во внутрь концентратора в виде импульсов, часть потока при этом, соударяясь и отражаясь от внутренних стенок концентратора, неизбежно будет увеличивать степень турбулентности, другая часть, благодаря поступающим новым порциям воздуха от вращающихся лопастей, будет проталкиваться вперед, во внутрь концентратора, неся как местные потери на разворот, так и потери возникающие вследствие трения о стенки концентратора. Все это в совокупности неизбежно приведет к дополнительной турбулизации потока при движении внутри концентратора с образованием зон застойного течения препятствующих движению потока согласно указанной в прототипе схеме и оказывающего негативное влияние на работу турбины в целом.
Помимо концевых потерь, возникающих за счет образования вихрей, сходящих с концов лопаток турбины, наличие на них открытых секций (окон) уменьшает общую площадь взаимодействия потока с поверхностью лопатки снижая величину крутящего момента. К тому же поток, попадая во внутрь турбины и проходя зону окон, будет дополнительно турбулизироваться как из-за наличия местных сопротивлений в виде окон, так и вследствие вторичных перетеканий между наветренной и заветренной частями лопаток из-за разности давлений вовлекая в этот процесс близлежащие слои ухудшая при этом условия обтекания лопаток и увеличивая сопротивление вращению турбины.
Вероятность начала страгивания турбины из положения соответствующее Фиг.5 прототипа, когда набегающий поток может через открытую секцию (окно) 160 воздействовать на поверхность 270 лопатки 146, мала. К тому же попав сначала на выпуклую поверхность находящейся в поднятой позиции лопатки, часть потока отклонится от своей траектории, а другая часть, получив ускорение и пройдя вершину, попав в зону возрастающего давления неизбежно начнет замедляться и турбулизироваться, и пройдя дополнительно через местное сопротивление в виде окна (160) лопатки находящейся в толкательной позиции, лишь незначительная часть сильно ослабленного потока достигнет лопатки (146), находящейся в улавливающей позиции. Практически при вращении турбины полезную работу осуществляет только одна из лопаток (144) расположенная на толкательной половине турбины, остальные лопатки работают на сопротивление.
Целью полезной модели является увеличение коэффициента использования энергии ветра позволяющий уменьшить начальный пусковой момент и увеличить скорость вращения ротора ветроколеса.
Техническим результатом полезной модели является повышение коэффициента использования энергии ветра без существенного увеличения габаритов и занимаемых площадей путем изменения степени концентрированности набегающего потока на толкательную и возвратную половину ротора ветроколеса с использованием отклоняющей поверхности расположенной с наветренной стороны ротора, а также применением лопастей по форме и расположению наиболее оптимально взаимодействующих с набегающим ветровым потоком, что в общей совокупности позволит более эффективно использовать низкопотенциальные ветровые потоки.
Цель достигается за счет того, что в роторе, содержащем вертикальную ось вращения и лопасти, с наветренной стороны ротора, на возвратной его части, установлен концентратор, выполненный в виде вытянутого на всю высоту ротора профиля в поперечном сечении представляющий из себя равнобедренный треугольник без основания острой своей частью направленный навстречу набегающему потоку и прикрепленного к флюгеру с регулируемыми стабилизаторами для ориентации на набегающий поток; лопасти закреплены между верхним и нижним торцевыми дисками; лопасти установлены с зазором к оси вращения; лопасти своими внешними кромками повернуты навстречу набегающему потоку; наружные боковые стенки лопасти отклонены по направлению от нижнего торцевого диска к верхнему во внутрь лопасти; образующая лопастей, в сечении перпендикулярном оси вращения ротора, выполнена в виде параболы.
На фиг.1 изображен ротор ветроколеса с концентратором, закрепленным на флюгере, общий вид; на фиг.2 – то же, вид спереди; на фиг.3 – вид сверху (верхний торцевой диск, отклонение наружных боковых стенок лопастей и флюгер не отображены).
Ротор содержит вертикальную ось 1 вращения, верхний 2 и нижний 3 торцевые диски, лопасти 4 и 5, закрепленные между торцевыми дисками, установлены с зазором между внутренней кромкой и осью вращения ротора, своими внешними кромками лопасти повернуты навстречу набегающему потоку и наружными боковыми стенками, по направлению от нижнего торцевого диска к верхнему, отклонены во внутрь лопасти при этом в поперечном сечении образующие лопасти выполнены в виде параболы. С наветренной стороны ротора, со стороны возвратной его части, расположен концентратор потока 6, выполненный в виде вытянутого по всей высоте ротора профиля в поперечном сечении выполненного в виде равнобедренного треугольника без основания и своим острым концом направленным навстречу набегающему потоку. Концентратор закреплен на флюгере 7 с расположенными в его хвостовой части регулируемыми стабилизаторами 8.
Ротор работает следующим образом.
Воздушный поток, набегающий на ротор ветроколеса, относительно оси Y, можно разделить на две части: правый R и левый L (Фиг.3). Правая часть потока беспрепятственно достигает и непосредственно воздействует на лопасть 4 ротора находящейся в толкательной позиции и выполняющей полезную работу. Левая часть потока, воздействующая на лопасть 5 оказывающей отрицательную работу, направленную на сопротивление вращению, рассекается концентратором на отводящую и подводящую части. Отводящая часть отклоняется от ротора ветроколеса и беспрепятственно обтекая его слева уносится дальше основным потоком. Подводящая часть направляет поток в сторону лопасти 4. Объем потока подводящей части, отклоняемого концентратором, зависит от координат установки концентратора относительно осей X и Y (Фиг.3), длины боковых поверхностей концентратора, от угла при его вершине и от качества изготовления боковых поверхностей концентратора. По периметру работающего ветроколеса имеются граничные зоны повышенного и пониженного давлений, создаваемые вращающимися лопастями, пересечение которых различными поверхностями снижает скорость его вращения. Поэтому концентратор должен быть установлен вне области влияния этих зон. Изменение длины боковых сторон концентратора и угла при его вершине также оказывает влияние на степень отклонения воздушного потока L от лопасти 5 к лопасти 4.
При оптимальном расположении концентратора относительно осей X и Y в совокупности с оптимально подобранными углом при его вершине и длин его сторон достигается эффект, когда поток подводящей части накладывается на основной правый (R) поток, и, не внося туда значительных возмущений, способствует возникновению в нем суммарных составляющих сил создающих общий мультипликативный эффект. В результате, достигнув лопасти 4, концентрированный поток попадает в зону местного сужения между двумя лопастями, образованной благодаря тому, что лопасть 4 (и 5), своей внешней кромкой повернута навстречу набегающему потоку. Частично сжимаясь в данной области поток, получая дополнительное ускорение и отдавая часть своей энергии скользя по внутренней образующей лопасти 4, плавно перетекает через межосевой зазор во внутреннюю часть лопасти 5 оказывая не только толкающее воздействие теперь на противоположно направленную лопасть, но и в совокупности с установленным впереди по потоку концентратором, уменьшает разность давлений возникающего между внутренней и наружной частями лопасти 5. Остатки внутреннего потока, выходя наружу из лопасти 5, засасываясь основным внешним потоком уносятся дальше по течению.
Мощность ротора ветроколеса предлагаемой конструкции может быть увеличена за счет увеличения количества роторов располагаемых на одном валу по вертикали.
Claims (1)
- Ротор ветроколеса, содержащий вертикальную ось вращения, лопасти и концентратор, отличающийся тем, что ротор ветроколеса содержит верхний и нижний торцевые диски, между которыми закреплены лопасти, имеющие параболическую форму, установленные с зазором между внутренней кромкой и вертикальной осью вращения, своими внешними кромками повернутые навстречу набегающему потоку, наружными боковыми стенками отклоненные вовнутрь лопасти в направлении от нижнего торцевого диска к верхнему торцевому диску, при этом с наветренной стороны ротора, с возвратной его части, установлен концентратор, выполненный в виде вытянутого на всю высоту ротора профиля, в поперечном сечении представляющего собой равнобедренный треугольник без основания, острой своей частью направленный навстречу набегающему потоку.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127792U RU193931U1 (ru) | 2019-09-04 | 2019-09-04 | Ротор ветроколеса |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127792U RU193931U1 (ru) | 2019-09-04 | 2019-09-04 | Ротор ветроколеса |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU193931U1 true RU193931U1 (ru) | 2019-11-21 |
Family
ID=68652578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019127792U RU193931U1 (ru) | 2019-09-04 | 2019-09-04 | Ротор ветроколеса |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU193931U1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU34408A1 (ru) * | 1933-01-13 | 1934-01-31 | А.Н. Артамонов | Горизонтальный ветр ный двигатель |
US4315713A (en) * | 1978-09-27 | 1982-02-16 | Verplanke Mattheus W | Apparatus for generating energy from a flowing medium |
RU62997U1 (ru) * | 2006-11-17 | 2007-05-10 | Юрий Сергеевич Ильин | Лопасть роторного ветродвигателя и ветродвигатель |
US20090191057A1 (en) * | 2008-01-24 | 2009-07-30 | Knutson Roger C | Multi-Axis Wind Turbine With Power Concentrator Sail |
RU2555786C2 (ru) * | 2008-09-04 | 2015-07-10 | КАЛИФОРНИЯ ЭНЕРДЖИ энд ПАУЭР | Турбинная система на текучей среде (варианты) |
-
2019
- 2019-09-04 RU RU2019127792U patent/RU193931U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU34408A1 (ru) * | 1933-01-13 | 1934-01-31 | А.Н. Артамонов | Горизонтальный ветр ный двигатель |
US4315713A (en) * | 1978-09-27 | 1982-02-16 | Verplanke Mattheus W | Apparatus for generating energy from a flowing medium |
RU62997U1 (ru) * | 2006-11-17 | 2007-05-10 | Юрий Сергеевич Ильин | Лопасть роторного ветродвигателя и ветродвигатель |
US20090191057A1 (en) * | 2008-01-24 | 2009-07-30 | Knutson Roger C | Multi-Axis Wind Turbine With Power Concentrator Sail |
RU2555786C2 (ru) * | 2008-09-04 | 2015-07-10 | КАЛИФОРНИЯ ЭНЕРДЖИ энд ПАУЭР | Турбинная система на текучей среде (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200362813A1 (en) | Fluid turbine systems | |
US7573148B2 (en) | Boundary layer wind turbine | |
US4359311A (en) | Wind turbine rotor | |
US6626636B2 (en) | Column airflow power apparatus | |
US20090003999A1 (en) | Three-Vaned Drag-Type Wind Turbine | |
EP2507510B1 (en) | Turbine | |
JPWO2003098035A1 (ja) | 垂直軸風車等の垂直軸駆動装置およびこれを用いた発電装置 | |
US4177009A (en) | Rotor assembly | |
Golecha et al. | Review on Savonius rotor for harnessing wind energy | |
RU193931U1 (ru) | Ротор ветроколеса | |
US20210207579A1 (en) | Vertically-oriented wind turbine and improved wind shield | |
KR20110064422A (ko) | 풍력발전 시스템용 풍차장치 | |
JP2012241709A (ja) | クロスフロー型垂直軸風車 | |
CN106121893B (zh) | 一种吸收水能的叶轮系统 | |
RU2328620C1 (ru) | Лопасть роторного ветродвигателя и ветродвигатель | |
CN208365643U (zh) | 太阳能取暖装置 | |
RU2135823C1 (ru) | Ветродвигатель с лопастями "колокол" или "аякс" | |
RU85564U1 (ru) | Ветродвигатель | |
KR100935242B1 (ko) | 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치 | |
WO2024005725A1 (en) | Wind-solar chimney | |
CN116928010A (zh) | 一种绕涡垂轴风力发电装置 | |
RU2022128065A (ru) | Установка для преобразования энергии потоков газа или жидкости с раскладывающимися лопастями. | |
CN110056478A (zh) | 带有位置可调涡流发生器的升力型风力机 | |
ラチマト,フィルダウス | Numerical and Experimental Studies of a Small Vertical-Axis Wind Turbine with Variable-Pitch Blades |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200106 |