RU2062353C1 - Wind-electric power plant - Google Patents
Wind-electric power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2062353C1 RU2062353C1 RU93025791A RU93025791A RU2062353C1 RU 2062353 C1 RU2062353 C1 RU 2062353C1 RU 93025791 A RU93025791 A RU 93025791A RU 93025791 A RU93025791 A RU 93025791A RU 2062353 C1 RU2062353 C1 RU 2062353C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- tent
- air
- air flow
- cone
- Prior art date
Links
Images
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
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нетрадиционных источников энергии, в частности к устройствам, преобразующим энергию ветра в энергию электрическую. The invention relates to the field of alternative energy sources, in particular to devices that convert wind energy into electrical energy.
Известен ветродвигатель Колобушкиных (а. с. СССР N 1211448, кл. F 03D 1/04), содержащий башню с окнами, внутри которой установлен поворотный аппарат с флюгерной лопастью, направляющий попавший в окна поток ветра вверх к ветроколесу. Ветроколесо представляет собой комбинированную конструкцию из горизонтального ветроколеса с ободом, на котором установлены вертикальные лопасти, воспринимающие потоки воздуха, попавшие в верхние окна башни. Ветроколесо установлено на вертикальном валу, передающем вращение на вал генератора электротока. The Kolobushkin wind turbine (A.S. USSR N 1211448, class F 03D 1/04) is known, which contains a tower with windows, inside which a rotary apparatus with a vane blade is installed, directing the wind flow entering the windows up to the wind wheel. The wind wheel is a combined construction of a horizontal wind wheel with a rim on which vertical blades are installed, perceiving air currents that have fallen into the upper windows of the tower. The wind wheel is mounted on a vertical shaft transmitting rotation to the shaft of the electric current generator.
К недостаткам ветродвигателя Колобушкиных следует отнести относительную громоздкость и сложность конструкции как поворотной части ветродвигателя, так и самого ветроколеса, что значительно снизит и общий КПД электродвигателя и годовой ресурс его работы, ибо ветер при малых скоростях не сможет включить его в работу. The disadvantages of the Kolobushkin wind turbine include the relative bulkiness and complexity of the design of both the rotary part of the wind turbine and the wind wheel itself, which will significantly reduce the overall efficiency of the electric motor and the annual resource of its operation, because the wind at low speeds will not be able to turn it on.
Известен ветроэлектрический агрегат (а. с. СССР N 1307078, кл. F 03D 1/04), содержащий генератор, ветроколесо и концентратор энергии ветра. Known wind power unit (a. With. The USSR N 1307078, class F 03D 1/04), containing a generator, a wind wheel and a wind power concentrator.
Недостатком этого изобретения является то, что эффективность концентратора низка, ибо он обеспечивает частичную концентрацию потока воздуха. Проходящий же с боков и сверху ветроколеса поток воздуха уходит не работая, н отдавая своей энергии агрегату. The disadvantage of this invention is that the efficiency of the concentrator is low, because it provides a partial concentration of air flow. The air flow passing from the sides and from above the wind wheel leaves without working, giving up its energy to the unit.
Наиболее близким по конструкции к предлагаемому является техническое решение ветроагрегата (Д.де Рензо "Ветроэнергетика", Москва, 1982 г. перевод с английского В.В.Зубарева, под редакцией Я.И.Шефтера, с. 32). Ветроагрегат представляет собой усеченный конус в виде шатра с приподнятыми над землей краями для свободного прохода воздуха под конусом в любом направлении. The closest in design to the proposed one is the technical solution of the wind turbine (D. de Renzo "Wind Power", Moscow, 1982; translation from English by V.V. Zubarev, edited by J.I. Shefter, p. 32). The windmill is a truncated cone in the form of a tent with edges raised above the ground for free passage of air under the cone in any direction.
В горловине конуса установлены ветроколеса на вертикальном валу, который передает от ветроколеса вращение на генератор электротока или инерционный аккумулятор (типа маховика). Над конусом установлены поворотные направляющие лопасти для завихрения потока воздуха. Часть свободно проходящего под конусом воздуха поднимается вверх в горловину к ветроколесу. Проходя через установленные под углом лопасти поток завихряется и дополнительно засасывает воздух из конуса. При этом величина потока воздуха и его скорость увеличиваются, что повышает эффективность работы ветроагрегата. In the neck of the cone, wind wheels are mounted on a vertical shaft, which transmits rotation from the wind wheel to an electric current generator or inertial battery (such as a flywheel). Above the cone, rotary guide vanes are installed to swirl the air flow. Part of the air passing freely under the cone rises up into the neck of the wind wheel. Passing through the blades set at an angle, the flow swirls and additionally draws air from the cone. At the same time, the air flow and its speed increase, which increases the efficiency of the wind turbine.
К недостаткам описанного ветроагрегата относится то, что основная часть потока воздуха, попавшего под приподнятый шатер (открытый свободно во все стороны), пройдет насквозь без отдачи своей энергии. И только часть потока поднимается вверх в горловину к ветроколесам. The disadvantages of the described wind turbine include the fact that the main part of the air flow that has fallen under the raised tent (open freely in all directions) will pass through without the release of its energy. And only part of the stream rises up to the neck of the wind wheels.
Задача изобретения повышение мощности ветроустановки за счет захвата широкого потока воздуха и концентрации его в узкий, но высокоскоростной поток. The objective of the invention is to increase the power of a wind turbine by capturing a wide stream of air and concentrating it in a narrow, but high-speed stream.
Эта задача решается тем, что в ветроэлектростанции, содержащей концентратор потока воздуха, выполненный в виде приподнятого над землей шатра, ветроколесо с вертикальным валом, генератор электротока и инерционный аккумулятор, на горловине шатра концентратора установлена вертикальная вытяжная труба, в полости которой и установлено одно или несколько ветроколес на вертикальных валах, кинематически связанных с валом генератора электротока и инерционным аккумулятор, а внутри шатра расположен конус с вогнутой поверхностью, причем внутренняя поверхность шатра и наружная поверхность конуса соединены между собой вертикальными перегородками, образующими сужающиеся воздушные каналы, направленные от периферии шатра к центру и снизу вверх к вертикальной вытяжной трубе и лопастям ветроколес, а на верхней части перегородок установлены шарнирно заслонки, регулирующие величину движущегося к ветроколесам потока воздуха, причем в воздушных каналах концентратора размещены устройства для сжигания газа или подачи потоков горячего воздуха. This problem is solved by the fact that in a wind farm containing an air flow concentrator made in the form of a tent raised above the ground, a wind wheel with a vertical shaft, an electric current generator and an inertial battery, a vertical exhaust pipe is installed on the neck of the hub tent, in the cavity of which one or several a wind wheel on vertical shafts kinematically connected with the shaft of an electric current generator and an inertial battery, and inside the tent there is a cone with a concave surface, with The surface of the tent and the outer surface of the cone are interconnected by vertical partitions, which form narrowing air channels directed from the periphery of the tent to the center and from bottom to top to the vertical exhaust pipe and the blades of the wind wheels, and on the upper part of the partitions there are hinged shutters that regulate the size of the flow moving to the wind wheels of the flow air, and in the air channels of the concentrator are devices for burning gas or supplying streams of hot air.
Так как мощность ветроэлектростанции имеет кубическую зависимость от скорости ветра, обдувающего ветроколесо (Шефтер Я.И. Рождественский И.В. "Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты", Москва, 1967 г.), то для повышения мощности ветроэлектростанции выгоднее идти путем увеличения скорости ветра, обдувающего ветроколесо, чем путем увеличения диаметра последнего. Теоретически увеличение скорости ветра с помощью концентратора в 4-5 раз может дать увеличение мощности электростанции, соответственно в 64- 125 раз по сравнению с ветроагрегатом, имеющим такой же диаметр ветроколеса, работающего при обычной внешней скорости, без концентрации потока воздуха. Since the power of a wind power plant has a cubic dependence on the speed of the wind blowing the wind wheel (Schefter Y.I. Rozhdestvensky I.V. "Wind Pump and Wind Power Units", Moscow, 1967), it is more profitable to go by increasing the speed of the wind to increase the power of the wind power, blowing a wind wheel than by increasing the diameter of the latter. Theoretically, an increase in wind speed with a hub of 4-5 times can give an increase in power of a power plant, respectively, 64-125 times compared with a wind turbine having the same diameter of a wind wheel operating at normal external speed, without concentration of air flow.
Поэтому в предполагаемом изобретении для преобразования энергии ветра в энергию электрическую применен, как и в известном, круговой шатер с приподнятыми краями, опирающийся на опоры, но, в отличие от него, шатер снаружи на горловине имеет вертикальную вытяжную трубу, а внутри шатра установлен конус с вогнутой поверхностью. Конус и шатер соединены между собой вертикальными перегородками. Перегородки образуют замкнутые сужающиеся воздушные каналы, открытые широкой частью для входа потока воздуха и узкой частью для выдачи суженного и ускоренного потока в вертикальную вытяжную трубу, в которой установлены ветроколеса на вертикальных валах. Таким образом весь воздушный поток, входящий в шатер, пройдет через вытяжную трубу (через ветроколеса), но уже с более высокой скоростью, чем скорость наружного ветра. Therefore, in the proposed invention, to convert wind energy into electrical energy, a circular tent with raised edges, supported by supports, is used, as in the known one, but, in contrast to it, the tent has a vertical exhaust pipe outside the neck and a cone with concave surface. The cone and the tent are interconnected by vertical partitions. The partitions form closed tapering air channels, open with a wide part for the entrance of the air flow and a narrow part for issuing a narrowed and accelerated flow into the vertical exhaust pipe, in which the wind wheels are mounted on vertical shafts. Thus, the entire air flow entering the tent will pass through the exhaust pipe (through the wind wheels), but at a higher speed than the speed of the external wind.
На фиг.1 показан общий вид ветроэлектростанции. На фиг.2 показана схема концентрации попавших в шатер потоков воздуха. На фиг.3 дан разрез по А-А и показано направление движения потоков воздуха. На фиг.4 дан разрез по Б-Б конуса и вертикальных перегородок. Figure 1 shows a General view of a wind farm. Figure 2 shows a diagram of the concentration of air flows that have fallen into the tent. Figure 3 is a section along aa and shows the direction of movement of air flows. Figure 4 is a section along BB of the cone and vertical partitions.
Ветроэлектростанция состоит из концентратора, имеющего вертикальную вытяжную трубу 1 и открытого с боков шатра 2 с приподнятыми крыльями, опирающимися на стойки 3. The wind farm consists of a concentrator having a vertical exhaust pipe 1 and open from the sides of the tent 2 with raised wings resting on the posts 3.
Вертикальная вытяжная труба 1 установлена снаружи шатра на его горловине, а внутри шатра соосно с ним установлен конус 4 с вогнутой поверхностью. Внутренняя поверхность шатра и наружная поверхность конуса соединены между собой вертикальными перегородками 5, разделяющими пространство между шатром и конусом на каналы 6, сужающиеся к центру шатра и снизу вверх. Воздух с любой стороны шатра может входить в эти каналы и, сжимаясь и ускоряясь, устремляться в полость вертикальной вытяжной трубы, внутри которой установлены на вертикальных соосных (типа труба в трубе) валах 7 два ветроколеса 8. Внутренняя и наружная независимо вращающиеся части вала 7 кинематически связаны с валом генератора электротока 9 и валом инерционного аккумулятора 10, на которые и передают крутящий момент от ветроколес 8. Вертикальный вал 7 для обеспечения устойчивости фиксируется с растяжками 11, закрепленными на стенке вертикальной вытяжной трубы 1. A vertical exhaust pipe 1 is installed outside the tent on its neck, and a
С целью предупреждения поломок ветроколеса 8 при высоких скоростях наружного ветра и для возможности регулирования величины подаваемого потока воздуха к ветроколесам (поддержание заданной мощности установки) на верхней части перегородок 5 установлены вертикально на шарнирах заслонки 12, управляемые (изменением угла наклона) с помощью тросов 13. Это управление может быть как ручным (лебедками), так и автоматическим (с помощью датчиков от скорости ветра в трубе 1 или частоты вращения ветроколеса 8). In order to prevent breakdown of the wind wheel 8 at high speeds of the external wind and to be able to control the amount of air flow to the wind wheels (maintaining the set power of the installation),
В каналах 6 установлены устройства 14 для сжигания утилизированного газа. Устройства расположены на кольцевой трубе 15, к которой газ подводится по газоводу 16. Через указанные газоводы и устройства может в каналы 6 подаваться и поток горячего воздуха от печей сжигания биологических отходов. In the
Ветроэлектростанция работает следующим образом. Поток ветра любого направления, встречая на своем пути открытый со всех сторон шатер 2, входит через окна в каналы 6 и, сужаясь между вертикальными перегородками 5, внутренней поверхностью шатра 2 и вогнутой поверхностью конуса 4, устремляется к центру и снизу вверх в полость вертикальной вытяжной трубы 1. При сужении потока воздуха скорость его движения возрастает в несколько раз. Величина ускорения зависит от величины соотношения фронтальной площади задуваемого общего потока воздуха в шатер 2 и площади внутреннего сечения вертикальной вытяжной трубы 1. Необходимо учитывать потери скорости потока от трения частиц воздуха между собой, трения их о стенки каналов (от качества их поверхностей), о выступы. Затем ускоренный поток воздуха попадает на лопасти нижнего ветроколеса 8, вращает его, создавая крутящий момент на валу 7 (на наружной его части), который кинематически связан с валом генератора 9. Wind power works as follows. A wind stream of any direction, meeting a tent 2 open on all sides, enters
Ротор генератора получает вращение и начинает вырабатывать электроток для потребителя. Далее, поток воздуха, отдав часть энергии нижнему ветроколесу устремляется к лопастям верхнего ветроколеса 8. Угол разворота плоскостей лопастей верхнего и нижнего ветроколес регулируется в зависимости от скорости потока воздуха и наиболее оптимального режима работы. Крутящий момент от верхнего ветроколеса передается на вал 7 (на внутреннюю его независимо вращающуюся часть) и от него на вал инерционного аккумулятора 10. Но внутренний вал 7 имеет возможность переключаться на другой генератор или другой какой-либо механизм. The generator rotor receives rotation and begins to generate an electric current for the consumer. Further, the air flow, giving part of the energy to the lower wind wheel, rushes to the blades of the upper wind wheel 8. The angle of rotation of the planes of the blades of the upper and lower wind wheel is regulated depending on the air flow speed and the most optimal operating mode. The torque from the upper wind wheel is transmitted to the shaft 7 (to its internal independently rotating part) and from it to the shaft of the inertial accumulator 10. But the
Для повышения эффективности работы ветра (особенно в регионах с низкой среднегодовой его скоростью) и для повышения степени регулирования и стабильности работы ветроагрегатов в каналы 6 шатра 2 в устройства 14 по газоводу 16 и трубе 15 подается утилизированный газ, например от факелов нефтепромыслов или нефтеперерабатывающих заводов, который сгорая в потоках воздуха нагревает его, улучшает конвекцию и тягу в вытяжной трубе 1, а также создает лучшие условия для регулирования и поддержания стабильности работы ветроагрегатов. Если отсутствует факельный газ, но вблизи от ветроэлектростанции имеются отходы биомасс (городские свалки, отходы лесозаготовок, отходы ферм и т.п.), то можно, сжигая эти отходы в печах, подавать в каналы 6 через газоводы 16 и устройства 14 горячий воздух. В случае возникновения больших скоростей наружного ветра и образования в вертикальной вытяжной трубе 1 сверхдопустимых ураганных скоростей в потоке, то с целью предохранения от поломок ветроколес и других элементов, путем натяжения тросов 13, наклоняют заслонки 12 и часть потока отсекается, завихряется, что снижает его скорость. Заслонки 12 могут практически полностью перекрыть доступ ветра к ветроколесам (на период, например профилактического осмотра состояния ветроколес). To increase the efficiency of the wind (especially in regions with a low average annual speed) and to increase the degree of regulation and stability of the operation of wind turbines, utilized gas is supplied to the
Внутреннее помещение конуса 4 может быть весьма значительным (например при строительстве ветроэлектростанций мощностью в 5-6 тысяч киловатт) и может быть использовано не только для размещения генераторов и приборов управления станцией, но и какого-либо технологического оборудования для производства той или иной продукции (при обеспечении звуком и теплоизоляции) и может быть выполнено в два и три этажа. The interior of
Таким образом предлагаемая конструкция ветроэлектростанции позволяет освободиться от строительства мощных и тяжеловесных башенных опор для установки ветроколес больших диаметров (60-80 и более метров), применения специальных и дорогостоящих материалов и технологий изготовления ветроколес и гондол для генераторов, что требует больших финансовых затрат. Позволяет иметь возможность регулировать режимы работы ветроагрегатов, их устойчивость в режиме работы при широких диапазонах скоростей наружного ветра, позволяет эксплуатировать их при низких (недоступных для существующих ветроагрегатов) скоростях ветра, и главное применение предлагаемой ветроэлектростанции при значительно меньшем (в 4-5 раз) диаметре ветроколеса позволит получить относительно большую мощность на ветроагрегате. ЫЫЫ2 Thus, the proposed design of the wind farm allows you to get rid of the construction of powerful and heavy tower towers for the installation of large diameter wind wheels (60-80 and more meters), the use of special and expensive materials and manufacturing technologies for wind wheels and nacelles for generators, which requires large financial costs. It allows you to be able to adjust the operating modes of wind turbines, their stability in operation at wide ranges of external wind speeds, allows you to operate them at low wind speeds (inaccessible to existing wind turbines), and the main application of the proposed wind power plant with a significantly smaller (4-5 times) diameter wind wheels will allow you to get a relatively large power on the wind turbine. YYY2
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93025791A RU2062353C1 (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Wind-electric power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93025791A RU2062353C1 (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Wind-electric power plant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93025791A RU93025791A (en) | 1995-10-27 |
RU2062353C1 true RU2062353C1 (en) | 1996-06-20 |
Family
ID=20141265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93025791A RU2062353C1 (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Wind-electric power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2062353C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009008763A1 (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-15 | Vladimir Vladimirovich Tebuev | Wind-electric power generation by using the structure of a residential building |
RU2546897C2 (en) * | 2013-07-24 | 2015-04-10 | Андрей Федорович Авраменко | Wind power plant and method of power production |
RU2552635C2 (en) * | 2013-10-07 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" | Device for wind kinetic energy conversion in mechanical energy |
EP2660466A4 (en) * | 2010-12-31 | 2017-10-04 | Beijing Hengju Chemical Group Corporation | Impact type wind-driven power generating device |
-
1993
- 1993-04-28 RU RU93025791A patent/RU2062353C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 1211448, кл. F O3 D I/04, опублик. 1986. Авторское свидетельство СССР N1307078, кл. F ОЗ D I/04, опублик. 1987. Рензо Д.де. Ветроэнергетика. Пер.с англ. под ред. Шефтера Я.И.-М.: 1982, с. 32 - прототип. Шефтер Я.И., Рождественский И.В.Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты.-М., 1967. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009008763A1 (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-15 | Vladimir Vladimirovich Tebuev | Wind-electric power generation by using the structure of a residential building |
EP2660466A4 (en) * | 2010-12-31 | 2017-10-04 | Beijing Hengju Chemical Group Corporation | Impact type wind-driven power generating device |
RU2546897C2 (en) * | 2013-07-24 | 2015-04-10 | Андрей Федорович Авраменко | Wind power plant and method of power production |
RU2552635C2 (en) * | 2013-10-07 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" | Device for wind kinetic energy conversion in mechanical energy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6674181B2 (en) | Wind-driven twin turbine | |
CN102220943B (en) | Pipeline power turbine system generating potential energy by waste kinetic energy | |
US4224528A (en) | Solar thermal and wind energy power source | |
RU2089749C1 (en) | Method and device for producing usable energy from parallel streams | |
US20100296913A1 (en) | Wind power generating system with vertical axis jet wheel turbine | |
US8207625B1 (en) | Electrical power generating arrangement | |
CA2592077A1 (en) | Omni-directional wind turbine | |
US20160186718A1 (en) | Wind-energy conversion system and methods apparatus and method | |
US20150361953A1 (en) | Horizontally channeled vertical axis wind turbine | |
US20160186727A1 (en) | Wind-energy conversion system and methods apparatus and method | |
RU2062353C1 (en) | Wind-electric power plant | |
KR100531220B1 (en) | Wind Force Generation Apparatus | |
US5895201A (en) | Apparatus for wind power | |
WO2016109764A1 (en) | Wind-energy conversion system and methods apparatus and method | |
RU2638120C1 (en) | Wind turbine plant | |
RU2623637C2 (en) | Wind-heat converter-accumulator | |
SU1268792A1 (en) | Wind motor | |
CN103147927B (en) | Controlled rotating fresnel lens array vacuum magnetic suspension wind power system | |
AU2005318921B2 (en) | Omni-directional wind turbine | |
RU2626498C1 (en) | Wind power station | |
RU2070661C1 (en) | Vortex power plant | |
US20230340939A1 (en) | Vortex dynamic power generation structure | |
KR102655634B1 (en) | Vortex dynamic power generation structure | |
RU2156884C1 (en) | Wind-driven power plant of tower type | |
JPS6287673A (en) | Wind mill |