RU2075644C1 - Wind-electric power plant tower - Google Patents
Wind-electric power plant tower Download PDFInfo
- Publication number
- RU2075644C1 RU2075644C1 RU9595103864A RU95103864A RU2075644C1 RU 2075644 C1 RU2075644 C1 RU 2075644C1 RU 9595103864 A RU9595103864 A RU 9595103864A RU 95103864 A RU95103864 A RU 95103864A RU 2075644 C1 RU2075644 C1 RU 2075644C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tower
- windows
- wind
- height
- ports
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при изготовлении башен, преимущественно для ветроэнергетических установок (ВЭУ), а также ретрансляционных башен для маяка. The invention relates to wind energy and can be used in the manufacture of towers, mainly for wind power plants (wind turbines), as well as relay towers for a lighthouse.
Известно сооружение типа башни плохообтекаемого сечения (см. авт. свид. N 310.990 от 16.03.1970 г. кл. E 04 H 12/00) в виде монолитной звезды со сквозными каналами, которые выполнены прямоугольными, образованы в каждом из выступающих элементов поперечного сечения и расположены в пределах длины сооружения, равной около 1/3 его высоты от верха. It is known to construct a tower type of a streamlined section (see auth. Certificate N 310.990 of 03.16.1970 class E 04 H 12/00) in the form of a monolithic star with through channels that are rectangular, formed in each of the protruding cross-sectional elements and are located within the length of the structure, equal to about 1/3 of its height from the top.
Это известное техническое решение имеет ряд недостатков, ограничивающих его применение в качестве башни ВЭУ. This well-known technical solution has several disadvantages that limit its use as a wind turbine tower.
Наличие сквозных каналов в выступающих элементах лишь частично решает задачу выравнивания давления в отрывных зонах потока и направлено прежде всего на ослабление галопирующих аэроупругих колебаний, при развитии которых башня совершает колебания в плоскости, перпендикулярной ветропотоку. The presence of through channels in the protruding elements only partially solves the problem of equalizing the pressure in the separation zones of the flow and is primarily aimed at weakening the galloping aeroelastic vibrations, during the development of which the tower oscillates in a plane perpendicular to the wind flow.
Прочность сооружения обеспечена за счет монолитной пятиконечной "звезды", что свидетельствует о большой материалоемкости, высокой стоимости, трудоемкости такого сооружения. The strength of the structure is ensured by the monolithic five-pointed “star”, which indicates the high material consumption, high cost, and the complexity of such a structure.
В большинстве случаев, в том числе при средних и больших ветрах, такое решение не уменьшает динамические нагрузки на башню и ветроколесо ВЭУ прежде всего потому, что начиная с определенных скоростей нет условий для гарантированного перетекания воздуха с определенным расходом через сооружение. Кроме того, это решение направлено на обеспечение прочности башни ВЭУ, в то время как обеспечение оптимальных режимов взаимодействия с ветроколесом или другими элементами конструкции ВЭУ просто не входят в функции, выполняемые этим устройством. In most cases, including in medium and large winds, this solution does not reduce the dynamic loads on the tower and wind turbine of the wind turbine, primarily because, starting from certain speeds, there are no conditions for guaranteed flow of air with a certain flow rate through the structure. In addition, this solution is aimed at ensuring the strength of a wind turbine tower, while ensuring optimal modes of interaction with a wind wheel or other structural elements of a wind turbine are simply not included in the functions performed by this device.
При взаимодействии ветроколеса с башней ВЭУ возникают интенсивные динамические нагрузки, которые порождены следующими основными факторами:
при "переднем" на ветер расположении ветроколеса последнее при проходе около башни взаимодействует с ограниченным по толщине слоем воздуха между лопастью и башней, который обладает повышенной жесткостью, что вызывает импульс динамического нагружения на лопасть;
при "заднем" под ветер расположении ветроколеса последнее при пересечении вихревого следа подвергается воздействию турбулентных потоков, что также вызывает импульс динамического нагружения на лопасть.When the wind wheel interacts with a wind turbine tower, intense dynamic loads arise, which are generated by the following main factors:
when the wind wheel is “forward” to the wind, the latter, when passing near the tower, interacts with a layer of air limited by thickness between the blade and the tower, which has increased rigidity, which causes an impulse of dynamic loading on the blade;
when the wind wheel is “back” under the wind, the latter, when crossing the vortex wake, is exposed to turbulent flows, which also causes an impulse of dynamic loading on the blade.
Специфика ВЭУ, предназначенных для использования в низкоскоростных потоках, состоит прежде всего в том, что ветроколесо ВЭУ имеет значительные размеры и увеличенную площадь и соответственно повышенное аэродинамическое сопротивление и повышенные динамические нагрузки, т.к. ветроколесо оптимизируется на работу в низкоскоростных ветропотоках, а диапазон рабочих скоростей так или иначе захватывает общие требования для ВЭУ в части обеспечения работы при скоростях 20.30 м/с и выдерживания штормовых ветров. The specificity of wind turbines intended for use in low-speed flows consists primarily in the fact that the wind turbine of a wind turbine has significant dimensions and an increased area and, accordingly, increased aerodynamic drag and increased dynamic loads, because the wind wheel is optimized for operation in low-speed wind flows, and the range of operating speeds somehow captures the general requirements for wind turbines in terms of ensuring operation at speeds of 20.30 m / s and withstanding storm winds.
Согласно данным исследований установлено, что за счет взаимодействия вращающихся лопастей ветроколеса с башней ВЭУ динамические нагрузки на лопасть, вал ветроколеса, трансмиссию, башню ВЭУ практически в 3 раза превышают нагрузки от стационарного ветропотока. According to research, it was found that due to the interaction of rotating blades of a wind wheel with a wind turbine tower, the dynamic loads on the blade, wind wheel shaft, transmission, wind turbine tower are almost 3 times higher than the loads from a stationary wind flow.
Это требует увеличения прочности ветроколеса, башни ВЭУ, др. ее агрегатов, сокращает ресурс ВЭУ в целом, а также снижает безопасность работы ВЭУ. This requires an increase in the strength of a wind wheel, a wind turbine tower, and its other units, reduces the life of a wind turbine as a whole, and also reduces the safety of a wind turbine.
Важно отметить, что в результате взаимодействия башни с ветроколесом в различных режимах работы возникают значительные акустические колебания, уровень звукового давления которых представляет опасность экологического загрязнения не только в звуковом диапазоне, но и, что самое опасное, в инфразвуковом диапазоне. В ряде случаев по этой причине для ВЭУ, расположенных близ жилых районов, устанавливают ограничения по развиваемой мощности и времени суток работы. It is important to note that as a result of the tower’s interaction with the wind wheel in various operating modes, significant acoustic vibrations occur, the sound pressure level of which poses a danger of environmental pollution not only in the sound range, but also, which is the most dangerous, in the infrasonic range. In some cases, for this reason, wind turbines located near residential areas are subject to restrictions on the developed capacity and time of day of work.
Анализ картины вихреобразования при использовании известного по авт. свид. N 310.990 от 16.03.1970 г. кл. E 04 H 12/00 технического решения показывает, что оно не позволяет регламентировать процесс вихреобразования и тем самым процесс взаимодействия ветроколеса с вихревым следом за башней, что приводит к повышению нагрузок на башню и ветроколесо ВЭУ, а также к повышенным акустическим нагрузкам. Монолитность сооружения в центральной части звездообразной фигуры не позволяет использовать хотя бы часть внутри такого сооружения для размещения в нем оборудования, персонала и т.п. что лишь подчеркивает его недостатки, в том числе и вышеуказанные. Analysis of the vortex formation pattern using a well-known author. testimonial. N 310.990 of March 16, 1970, class E 04 H 12/00 of the technical solution shows that it does not allow to regulate the vortex formation process and thereby the interaction of the wind wheel with the vortex wake behind the tower, which leads to increased loads on the tower and wind turbine of the wind turbine, as well as to increased acoustic loads. The solidity of the structure in the central part of the star-shaped figure does not allow using at least a part inside such a structure to accommodate equipment, personnel, etc. which only emphasizes its shortcomings, including the above.
Известна (см. заявку N 94006192/33 (006233) от 02.03.94 г. кл. E 04 H 12/00, F 03 D 11/04) длинномерная строительная конструкция, преимущественно башня ветроэнергетической установки, включающая ограждение из соединенных между собой криволинейных листовых элементов, установленных выпуклой стороной внутрь конструкции с образованием в ее сечении фигуры подобной правильному многоугольнику, верхнее и нижнее основания которой выполнено из пяти криволинейных элементов одинакового радиуса и толщины по высоте, каждый из которых образован из трубной заготовки и имеет форму равнобочной трапеции, установленной большим основанием к основанию конструкции. Known (see application N 94006192/33 (006233) dated 02.03.94, class E 04 H 12/00, F 03 D 11/04) a lengthy building structure, mainly a tower of a wind power installation, including a fence made of interconnected curved sheet elements installed with the convex side inward of the structure with the formation in its cross section of a figure similar to a regular polygon, the upper and lower bases of which are made of five curved elements of the same radius and thickness in height, each of which is formed from a tube stock and has f the form of an isosceles trapezoid, installed by a large base to the base of the structure.
Такое известное техническое решение, обеспечивая требования прочности башни, перемещения грузов и обслуживания ВЭУ при эксплуатации, имеет, однако, недостаточную эффективность с позиций регламентирования процесса взаимодействия ветроколеса ВЭУ с вихревым следом башни. Such a well-known technical solution, providing requirements for the strength of the tower, the movement of goods and servicing the wind turbine during operation, however, has insufficient efficiency from the standpoint of regulating the process of interaction of the wind turbine of the wind turbine with the vortex wake of the tower.
С одной стороны, наличие острых выступающих ребер по всей высоте в местах стыка криволинейных листовых элементов позволяет создать фиксированные зоны срыва потока в различных режимах обтекания, что позволяет снизить интенсивность вихрей за счет расширения вихревого следа и соответственно уменьшить нагрузки на башню и ветроколесо ВЭУ. С другой стороны, при образовании в турбулентном следе вихрей требуется обеспечить выравнивание давлений для организованного "дробления" вихрей не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Уменьшение размеров вихрей и снижение интенсивности циркуляции уменьшит нагрузки на лопасть и позволит регламентировать процесс взаимодействия ветроколеса и башни, а также снизит уровни звукового давления. On the one hand, the presence of sharp protruding ribs along the entire height at the junction of curved sheet elements allows you to create fixed zones of flow stall in various flow regimes, which reduces the intensity of the vortices due to the expansion of the vortex wake and, accordingly, reduces the load on the tower and wind turbine of the wind turbine. On the other hand, during the formation of vortices in a turbulent wake, it is necessary to provide pressure equalization for organized “crushing” of vortices not only in the horizontal plane, but also in the vertical one. Reducing the size of the vortices and reducing the intensity of circulation will reduce the load on the blade and allow you to regulate the interaction of the wind wheel and the tower, as well as reduce the sound pressure levels.
Исследования показали, что вторая задача не решается простым выполнением каналов в выступающих элементах башни, как, например, в известном по авт. свид. N 310.990 от 16.03.1970 г, кл. E 04 H 12/00. Studies have shown that the second problem is not solved by simply performing channels in the protruding elements of the tower, as, for example, in the famous author. testimonial. N 310.990 from 03.16.1970 g, cl. E 04 H 12/00.
Требуется по сути принципиально новое решение. Известна башня ветроэнергетической установки (см. авт. свид. N 1800099 от 25.06.90 г. кл. F 03 D 11/04), включающая ствол, выполненный в сечении в виде правильного многоугольника, имеющий стойки с жестко прикрепленными к ним поперечными связями и ограждающими элементами, установленными между стойками с образованием внутренней полости за счет указанных элементов ствола, а также верхнего и нижнего оснований. Essentially a fundamentally new solution is required. A well-known tower of a wind power installation (see ed. Certificate No. 1800099 of June 25, 1990, class F 03 D 11/04), including a barrel made in cross section in the form of a regular polygon, having struts with transverse connections rigidly attached to them and enclosing elements installed between the racks with the formation of the internal cavity due to the specified elements of the barrel, as well as the upper and lower bases.
Такая башня по сравнению с монолитными сооружениями, типа сооружения по авт. свид. N 310990, имеет меньшую материалоемкость, меньшую стоимость и трудоемкость. Such a tower in comparison with monolithic structures, such as structures by ed. testimonial. N 310990, has less material consumption, lower cost and labor intensity.
Для башен, выполняемых преимущественно под ВЭУ, наличие внутренней полости позволяет размещать в последней оборудование, персонал и производить перемещение грузов, например, с уровня земли через внутренний объем башни в гондолу ВЭУ. For towers, performed mainly under wind turbines, the presence of an internal cavity allows placing equipment, personnel in the latter and moving goods, for example, from ground level through the internal volume of the tower into a wind turbine nacelle.
Вместе с тем, она обладает теми же недостатками с позиций взаимодействия ветроколеса ВЭУ с башней при пересечении ветроколесом вихревого следа или прохождении ветроколеса мимо башни при наветренном расположении, что и авт. свид. N 310.990 от 16.03.1970 г, кл. E 04 H 12/00, что резко ограничивает возможность применения этого известного устройства для ВЭУ, ориентированных преимущественно на работу в режиме отдачи мощности в низкоскоростных ветропотоках. At the same time, it has the same disadvantages from the standpoint of the interaction of a wind turbine of a wind turbine with a tower when a wind wheel crosses a vortex track or when a wind wheel passes by a tower with a windward location, as the author. testimonial. N 310.990 from 03.16.1970 g, cl. E 04 H 12/00, which sharply limits the possibility of using this known device for wind turbines, oriented mainly to work in the mode of power output in low-speed wind flows.
Кроме того, такая конструкция башни ВЭУ неоптимально работает в таком характерном для ВЭУ режиме нагружения, как "изгиб с кручением", когда башня подвергается изгибу от силы сопротивления ветроколеса, работающего в режиме отдачи мощности, а само ветроколесо ориентировано не строго относительно ветра вследствие недостаточной чувствительности системы управления положением ветроколеса или ошибке системы управления. Угол рассогласования может достигать 6.10 (198) расчетный случай для ВЭУ классов мощности 10.250 кВт, что создает значительный крутящий момент, действующий на башню ВЭУ. In addition, such a design of a wind turbine tower does not optimally operate in a loading mode characteristic of wind turbines, such as “bending with torsion,” when the tower is bent by the drag force of a wind wheel operating in power transfer mode, and the wind wheel itself is not oriented strictly with respect to wind due to insufficient sensitivity control system for the position of the wind wheel or error control system. The mismatch angle can reach 6.10 (198) the design case for wind turbines of power classes 10.250 kW, which creates a significant torque acting on the wind turbine tower.
В известном по авт.свид. N 1800099 от 25.06.90 г. кл. F 03 D 11/04 техническом решении прочность и необходимый ресурс могут быть обеспечены практически при нерационально увеличенном диаметре и толщине стенок конструкции и соответственно высокой материалоемкости и трудоемкими транспортировки и монтаже. In the famous autosvid. N 1800099 dated 06/25/90, class. F 03 D 11/04 technical solution, the strength and the required resource can be provided with almost irrationally increased diameter and wall thickness of the structure and, accordingly, high material consumption and labor-intensive transportation and installation.
Невозможность аэродинамического регулирования процессов обтекания башни ветропотоком и взаимодействия с ним ветроколеса не позволяет снизить уровень экологического загрязнения. The impossibility of aerodynamic regulation of the wind flow around the tower and the interaction of the wind wheel with it does not reduce the level of environmental pollution.
Следует обратить внимание на еще один важный аспект использования ВЭУ, который приобретает больший вес по мере расширения географии ВЭУ и который должен приниматься во внимание при разработке новых поколений ВЭУ. Attention should be paid to another important aspect of the use of wind turbines, which gains more weight with the expansion of the geography of wind turbines and which should be taken into account when developing new generations of wind turbines.
В вариантах использования ВЭУ на нужды автономного потребителя, на локальную или промышленную сеть ВЭУ представляет собой локальный источник энергоснабжения, независимый от подвоза топлива, что позволяет использовать ВЭУ в качестве источника энергоснабжения в районах землетрясений и других бедствий. При этом ВЭУ предъявляются требования к сейсмостойкости исполнения, т. к. после землетрясения ВЭУ может оказаться единственным источником энергии в районе бедствия. Задача усложняется высокорасположенным центром масс из-за наличия тяжелой гондолы, вынесенной на большую высоту. Поэтому при создании ВЭУ, в частности башен ВЭУ, необходимо применять конструктивные решения, которые обеспечивают пониженное расположение центра масс. In the variants of using wind turbines for the needs of an autonomous consumer, to a local or industrial network, wind turbines are a local source of energy supply, independent of fuel supply, which allows using wind turbines as a source of energy in areas of earthquakes and other disasters. At the same time, wind turbines are required to perform seismic resistance, since after an earthquake a wind turbine may be the only source of energy in the disaster area. The task is complicated by a highly located center of mass due to the presence of a heavy gondola, carried to a great height. Therefore, when creating a wind turbine, in particular wind turbine towers, it is necessary to apply constructive solutions that provide a reduced location of the center of mass.
В известном по авт. свид. N 1 800 099 от 25.06.90 г. кл. F 03 D 11/04 техническом решении эти требования не отражены. In the famous author. testimonial.
Таким образом, рассмотренные недостатки ограничивают использование этого известного технического решения для такой специфической области, как ветроэнергетические установки, ориентированные на работу в условиях низкоскоростных ветропотоков. Thus, the considered disadvantages limit the use of this well-known technical solution for such a specific area as wind power plants, oriented to work in conditions of low-speed wind flows.
Это техническое решение из известных является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и принято в качестве прототипа. This technical solution from the known is the closest in technical essence and the achieved result and is adopted as a prototype.
При создании заявляемого изобретения решался ряд взаимосвязанных задач, которые нельзя было решить обычным подходом к пректированию конструкции, например, увеличением диаметра, толщины, выбором материала, требовался изобретательский уровень решения. When creating the claimed invention, a number of interrelated tasks were solved that could not be solved by the usual approach to design design, for example, by increasing the diameter, thickness, choice of material, an inventive level of solution was required.
Целью изобретения является:
обеспечение снижения нагрузок на башню и лопасти ветроколеса ВЭУ при прохождении лопастей мимо башни и взаимодействии лопастей с вихревыми следом;
уменьшение материалоемкости, в том числе удельной на единицу мощности ВЭУ;
повышение запасов прочности и ресурса башни и ветроколеса за счет снижения нагрузок при взаимодействии ветроколеса и башни ВЭУ;
расширение диапазона рабочих скоростей ветропотоков ВЭУ в сторону низких скоростей при сохранении эффективности при высоких скоростях;
уменьшение колебательных нагрузок, передаваемых на фундамент ВЭУ и в грунт;
снижение уровней акустического загрязнения окружающей среды;
улучшение условий работы ВЭУ и сейсмоактивных районах за счет понижения расположения центра масс ВЭУ;
повышение экономичности ВЭУ и сокращение сроков окупаемости за счет снижения стоимости башни и других агрегатов ВЭУ.The aim of the invention is:
ensuring reduction of loads on the tower and blades of a wind turbine of a wind turbine when the blades pass by the tower and the interaction of the blades with a vortex wake;
decrease in material consumption, including specific power unit of a wind turbine;
increasing the safety margins and the resource of the tower and the wind wheel by reducing the loads during the interaction of the wind wheel and the wind turbine tower;
expanding the range of operating speeds of wind turbines of wind turbines towards low speeds while maintaining efficiency at high speeds;
reduction of vibrational loads transmitted to the foundation of wind turbines and to the ground;
reduction of acoustic pollution levels;
improving the working conditions of wind turbines and seismically active areas by lowering the location of the center of mass of wind turbines;
increasing the efficiency of wind turbines and reducing the payback period by reducing the cost of the tower and other wind turbine units.
Поставленная цель достигается следующим образом. The goal is achieved as follows.
Башня ветроэнергетической установки включает верхнее и нижнее основания, ствол, выполненный в виде многогранника, ограничивающий внутренний объем башни, и снабжена окнами, выполненными на каждой грани и сообщающимися с внутренним объемом башни, расположенными друг относительно друга по винтовой линии в пределах высоты 
где H высота башни,
R радиус лопасти ветроколеса,
db диаметр башни,
причем площадь F окон определяется из соотношения: 0,1Fs F 0,8 Fs,
где Fs общая площадь развертки башни на длине 
where H is the height of the tower,
R is the radius of the blade of the wind wheel,
db tower diameter,
moreover, the area F of the windows is determined from the ratio: 0.1Fs F 0.8 Fs,
where Fs is the total sweep area of the tower in length
Дополнительно заявляемая башня ВЭУ имеет следующие отличия:
окна выполнены с шагом t винтовой линии, определяемой из соотношения:
t (k • n + b) • (n 1) • m
где h высота окна башни,
n число граней башни,
b расстояние между смежными по высоте окнами на гранях башни,
k коэффициент перекрытия по высоте смежных окон на гранях башни (k 0,5),
m число заходов винтовой линии;
башня по длине разделена на ряд секций, внутренний объем которых сообщен между собой, по крайней мере, в одной из секций выполнена замкнутая полость, сообщенная с внутренним объемом, по крайней мере, одной из смежных секций с окнами через каналы с калиброванным сопротивлением;
окна, расположенные по винтовой линии, выполнены с правым углом закрутки линии или с левым в зависимости от направления вращения ветроколеса, причем окна могут располагаться как по однозаходной, так и по многозаходной винтовой линии;
высота окна больше или равна их ширине;
окна выполнены круглыми, овальными или прямоугольными с скругленными углами;
по крайней мере, несколько окон выполнены с возможностью прохода через них персонала;
окна в башне снабжены сетками, причем сетки могут быть установлены как на всем протяжении участка 
the windows are made with a step t of a helix, determined from the relation:
t (k • n + b) • (n 1) • m
where h is the height of the tower window,
n is the number of faces of the tower,
b the distance between the height-adjacent windows on the sides of the tower,
k is the coefficient of overlap in height of adjacent windows on the faces of the tower (k 0.5),
m is the number of visits of the helix;
the tower is divided in length into a number of sections, the internal volume of which is communicated with each other, at least in one of the sections a closed cavity is made, communicating with the internal volume of at least one of the adjacent sections with windows through channels with calibrated resistance;
windows located along a helix are made with a right angle of twist of the line or with a left, depending on the direction of rotation of the wind wheel, and the windows can be located both on single-entry and on multiple-helix;
the height of the window is greater than or equal to their width;
windows are made round, oval or rectangular with rounded corners;
at least several windows are made with the possibility of passage through them of personnel;
the windows in the tower are equipped with nets, and nets can be installed as throughout the plot
Приложенные чертежи изображают:
фиг. 1 общий вид ВЭУ;
фиг. 2 поперечное сечение башни, разрез А-А фиг. 1;
фиг. 3 поперечное сечение башни, разрез Б-Б фиг. 1;
фиг. 4 развертка башни с иллюстрацией расположения окон на гранях башни (Изображен вариант цилиндрической конструкции башни.);
фиг. 5 фрагмент развертки башни для варианта двухзаходной винтовой линии, m=2 (Изображен вариант цилиндрической конструкции башни.);
фиг. 6 формирование верхнего следа при обтекании башни, горизонтальное сечение;
фиг. 7 изгибающий момент Mn(t), действующий на лопасть при прохождении ветроколеса через вихревой след башни Mnmax 1,3.1,5 Мст. Mn1(t) обозначен момент, возникающий для варианта башни в виде круглого цилиндра Mn1max=3 Мст;
фиг.8 формирование вихревого следа при обтекании башни ветропотоком. Вертикальное сечение. Образование сферических вихрей.The attached drawings depict:
FIG. 1 general view of a wind turbine;
FIG. 2 is a cross section of a tower, section AA of FIG. one;
FIG. 3 is a cross-section of a tower, a section BB of FIG. one;
FIG. 4 scan of the tower with an illustration of the location of windows on the faces of the tower.
FIG. 5 fragment of a tower sweep for a double-helix variant, m = 2 (A variant of a cylindrical tower structure is depicted.);
FIG. 6 formation of the upper trace when flowing around the tower, horizontal section;
FIG. 7 bending moment Mn (t) acting on the blade during the passage of the wind wheel through the vortex track of the
Fig. 8 formation of a vortex wake when the wind flows around the tower. Vertical section. The formation of spherical vortices.
На фигурах и в материалах заявки обозначено: верхнее основание башни 1; нижнее основание башни 2; ствол башни 3; окна, выполненные на гранях башни 4; верхняя секция башни 5; средняя секция башни 6; нижняя секция башни 7; ветроколесо 8; основание башни 9; лопасть ветроколеса 10; гондола ВЭУ 11. In the figures and in the application materials indicated: the upper base of the
t шаг винтовой линии;
n число граней башни (в материалах заявки рассмотрен вариант башни для n 5);
a ширина окна (может быть переменной по высоте башни а=а(H);
h высота окна (может быть переменной по высоте башни h=h(H); m число заходов винтовой линии;
b расстояние по высоте между смежными окнами на гранях башни;
t1 начало отсчета одного шага винтовой линии (начало окна N 1);
tn окончание одного шага винтовой линии (начало окна Nn, n=5);
R радиус ветроколеса ВЭУ;
db диаметр башни на участке расположения окон (наибольший для конусного варианта конструкции башни);
Fs площадь развертки башни на длине 
F площадь окон;
K коэффициент перекрытия смежных окон по высоте на гранях башни (K ≅0,5);
db диаметр сферических вихрей в следе в зоне влияния 1 на участке 
d диаметр сферических вихрей в следе в зоне влияния 11 на участке 0<H<(R+db);
H высота башни;
V∞ скорость невозмущенного ветропотока;
Мст стационарное значение изгибающего момента в корневой части лопасти для ветроколеса, нагруженного невозмущенным потоком;
Мп максимальное (пиковое) значение момента при пересечении лопастью ветроколеса вихревого следа для заявленного решения;
Мп1 максимальное (пиковое) значение момента при пересечении лопастью ветроколеса вихревого следа для цилиндрической башни круглого сечения.
t helix pitch;
n is the number of faces of the tower (in the application materials, a variant of the tower for n 5 is considered);
a window width (may be variable in height of the tower a = a (H);
h window height (may be variable over the height of the tower h = h (H); m number of helix entries;
b the height distance between adjacent windows on the faces of the tower;
t1 the origin of one step of the helix (beginning of window N 1);
tn end of one helix step (start of window Nn, n = 5);
R is the radius of the wind turbine wind turbine;
db diameter of the tower at the window location (the largest for the conical version of the tower structure);
FS tower sweep area at length
F area of windows;
K is the coefficient of overlap of adjacent windows in height on the faces of the tower (K ≅0.5);
db the diameter of the spherical vortices in the wake in the
d the diameter of the spherical vortices in the wake in the influence zone 11 in the
H tower height;
V ∞ speed of the undisturbed wind flow;
Mst stationary value of the bending moment in the root of the blade for a wind wheel loaded with an unperturbed flow;
MP is the maximum (peak) value of the moment when the blade crosses the vortex wake for the claimed solution;
MP1 is the maximum (peak) value of the moment when the blade crosses the vortex track for a cylindrical tower of circular cross section.
Башня ветроэнергетической установки (фиг. 1) включает верхнее 1 и нижнее 2 основание, ствол 3, выполненный в виде многогранника, ограничивающего внутренний объем башни, и снабжена окнами 4, выполненными на каждой грани ствола 3, сообщающимися с внутренним объемом башни, расположенными друг относительно друга по винтовой линии в серединах высоты H башни, отсчитываемой от верхнего основания 1 и определяемого зависимостью (1):
где H высота башни, R радиус лопасти ветроколеса, db диаметр башни;
площадь F окон определяется из соотношения (2):
0,1 Fs ≅F≅0,8 Fs, (2)
причем окна 4 выполнены с шагом t (см. фиг. 4,5 винтовой линии), определяемым из соотношения (3):
t (k • h + b) • (n 1) • m (3),
где h высота окна башни, n число граней башни, b расстояние между смежными по высоте окнами на гранях башни, k коэффициент перекрытия по высоте смежных окон на гранях башни (k≅0,5), m число заходов винтовой линии.The tower of the wind power installation (Fig. 1) includes an upper 1 and lower 2 base, a
where H is the height of the tower, R is the radius of the blade of the wind wheel, db is the diameter of the tower;
the area F of the windows is determined from the relation (2):
0.1 Fs ≅F≅0.8 Fs, (2)
moreover, the
t (k • h + b) • (n 1) • m (3),
where h is the height of the tower window, n is the number of tower faces, b is the distance between the windows that are adjacent in height on the tower faces, k is the coefficient of overlap in height of the adjacent windows on the tower faces (k≅0.5), m is the number of helix entries.
По длине башня разделена на ряд секций 5, 6, 7, внутренний объем которых сообщен между собой, а по крайней мере, в одной из секций (на фиг. 1 в секции 7) выполнена замкнутая полость, сообщенная с внутренним объемом, по крайней мере, одной из смежных секций с окнами (на фиг. 1 с секцией 6) через каналы с калиброванным сопротивлением. The tower is divided along the length into a series of sections 5, 6, 7, the internal volume of which is communicated with each other, and at least one of the sections (in Fig. 1 in section 7) has a closed cavity communicated with the internal volume of at least , one of the adjacent sections with windows (in Fig. 1 with section 6) through channels with calibrated resistance.
Окна 4 в башне в зависимости от направления вращения ветроколеса 8 (фиг. 1) выполнены с правым или левым углом закрутки винтовой линии, однозаходной или многозаходной.
Например, предпочтительным является выполнение винтовой линии с правым углом закрутки при вращении ветроколеса, расположенного "за башней" против часовой стрелки (направление взгляда "по ветру"). For example, it is preferable to make a helix with a right angle of rotation when rotating a wind wheel located "behind the tower" counterclockwise (the direction of view is "downwind").
При вращении ветроколеса по часовой стрелке благоприятное направление закрутки винтовой линии левое. When the wind wheel rotates clockwise, the favorable direction of rotation of the helix is left.
Окна в башне могут иметь постоянную высоту по всей башне h=const, а также, например, уменьшаться по высоте. Шаг t при h=h(H) переменный. Такой вариант целесообразен для конструкции башни. The windows in the tower can have a constant height throughout the tower h = const, as well as, for example, decrease in height. The step t for h = h (H) is variable. This option is suitable for the construction of the tower.
Как показали исследования, оптимальным является реализация заявляемого устройства в конусном варианте конструкции башни при выполнении ее с использованием известной по заявке N 94006192/33(006233) от 22.02.94г. кл. E 04 H 12/00, F 03 D 11/04 длинномерной строительной конструкции (см. лист 3 настоящей заявки), имеющей конусное построение. В то же время оно применимо и для цилиндрического построения башни, значительно снижая аэродинамические и механические нагрузки, действующие на цилиндрические и конусные конструкции, особенно опасные для высоких башен ВЭУ. В формуле изобретения заявители не ввели признаки, ограничивающие выполнение башни ВЭУ только конусным или только цилиндрическим, т.к. заявляемое решение эффективно для различных вариантов построения башни. As studies have shown, it is optimal to implement the inventive device in a conical version of the tower design when performing it using the well-known application N 94006192/33 (006233) from 02.22.94. class E 04 H 12/00, F 03 D 11/04 of a long building structure (see
Окна 4 преимущественно выполняют в высоту равными или большими их ширины, прямоугольными с скругленными краями, круглыми, овальными, причем, по крайней мере, несколько окон выполнено с возможностью прохода через них персонала, например, для аварийного покидания башни, выполнения работ снаружи башни. The
Для регулирования аэродинамического сопротивления окна 4 снабжены сетками, причем окна могут быть закрыты сетками как по всей высоте H, так и только в пределах одного верхнего витка винтовой линии. To regulate the aerodynamic drag, the
При воздействии ветропотока V∞ и работе ветроколеса 8 башня подвергается изгибающему и крутящему моментам от силы сопротивления ветропотока ветроколеса 8 и собственно башни. Оболочка многогранника башни хорошо работает на изгиб с кручением. Окна 4 ослабляют башню, но расположение их в верхней части башни на участке 
Изгибающий момент возрастает к нижней части башни, поэтому выполнение окон на участке 
При возникновении отрыва потока на острых выступающих ребрах многогранника через окна 4 (см. фиг. 6, 8) происходит обмен воздуха из внутреннего объема башни, со стороны набегающего потока и со стороны вихревого следа. В результате достигается выравнивание давления в отрывных зонах и дробление образующихся вихрей. If flow separation occurs on the sharp protruding edges of the polyhedron through windows 4 (see Figs. 6, 8), air is exchanged from the internal volume of the tower, from the oncoming flow and from the vortex wake. The result is equalization of pressure in the separation zones and crushing of the resulting vortices.
Выполнение окон по винтовой линии помимо обеспечения прочности создает благоприятные условия для формирования сферического вихря малого диаметра. The execution of the windows along the helix in addition to providing strength creates favorable conditions for the formation of a spherical vortex of small diameter.
В результате вихревой след (фиг. 8) оказывается разбит на ряд вихрей малого диаметра с невысокой интенсивностью циркуляции. As a result, the vortex wake (Fig. 8) is divided into a series of vortices of small diameter with a low circulation intensity.
Важно отметить, что заявляемое выполнение башни ВЭУ с позиции аэродинамики представляет не просто "загромождение" потока частями конструкции, а является определенным сочетанием конструктивного выполнения и соотношений размеров, что позволяет в диапазоне скоростей ветропотоков от 3,0 до 60 м/с получить "организованную" устойчивую картину формирования вихревого следа, в котором как ветроколесо, так и башня испытывают пониженные динамические нагрузки. It is important to note that the claimed design of the wind turbine tower from the position of aerodynamics is not just a "clutter" of the flow by parts of the structure, but is a certain combination of structural design and size ratios, which allows to get "organized" in the speed range of wind flows from 3.0 to 60 m / s a stable picture of the formation of a vortex wake, in which both the wind wheel and the tower experience reduced dynamic loads.
Внутренний объем башни за счет упругости столба воздуха участвует в формировании вихревого следа. Регулирование, точнее настройка колебаний столба на процесс вихреобразования производится за счет задания площади отверстия или канала, связывающего объемы смежных по высоте секций башни, например, на фиг. 1 секций 5,6 и высоты столба воздуха, участвующего в колебаниях: в пределах одной секции, если соединительные отверстия или каналы выполнены малой площади, или двух и более секций, если соединительные каналы (отверстия) достаточно велики. (Критерий достаточности определяется из соотношения площади секции башни и отверстия между секциями и силы сопротивления в отверстии при перетоке воздуха из секции в секцию исходя из превалирования упругих сил над демпфирующими или наоборот.) Эта "настройка" производится при монтаже исходя из условий ветропотоков, развиваемой мощности ВЭУ и параметров ветроколеса применительно к условиям региона расположения ВЭУ. The internal volume of the tower due to the elasticity of the air column is involved in the formation of the vortex wake. Regulation, or rather adjustment of the column oscillations to the vortex formation process, is carried out by setting the area of the hole or channel connecting the volumes of tower sections adjacent in height, for example, in FIG. 1 sections 5.6 and the height of the column of air involved in the oscillations: within one section, if the connecting holes or channels are made of a small area, or two or more sections, if the connecting channels (holes) are large enough. (The sufficiency criterion is determined from the ratio of the area of the tower section and the hole between the sections and the resistance force in the hole when air flows from section to section based on the prevalence of elastic forces over damping forces or vice versa.) This "adjustment" is made during installation based on the conditions of wind flows and developed power Wind turbines and wind turbine parameters as applied to the conditions of the region where the wind turbines are located.
Площадь окон F ограничена, с одной стороны, соображениями прочности: отсюда задан верхний предел 0,8 F, при этом наблюдается самое благоприятное нагружение ветроколеса и башни. В то же время при F=0,1 F картина взаимодействия ветроколеса с вихревым следом становится весьма жесткой, размеры вихрей в следе становятся заметными по сравнению с радиусом ветроколеса, что и ограничивает эффективность заявленного решения, т.к. окна малой площади не справляются с задачей выравнивания давления в открытых зонах и интенсивность вихреобразования резко возрастает. Поэтому F=0,1F выбрано в качестве нижнего предела в зависимости (2). The area of the windows F is limited, on the one hand, by considerations of strength: from here the upper limit of 0.8 F is set, while the most favorable loading of the wind wheel and the tower is observed. At the same time, at F = 0.1 F, the interaction pattern between the wind wheel and the vortex wake becomes very rigid, the size of the vortices in the wake becomes noticeable in comparison with the radius of the wind wheel, which limits the effectiveness of the claimed solution, because windows of small area do not cope with the task of equalizing the pressure in open zones and the intensity of vortex formation increases sharply. Therefore, F = 0.1F is selected as the lower limit in dependence (2).
При работе ветроколеса, установленного перед башней или за башней, в классических вариантах ВЭУ одним из наиболее отрицательных факторов является то, что лопасть испытывает возмущение от "близости" башни, вызванное изменением жесткости столба воздуха между лопастью и башней (колесо перед башней), или воздействием вихря в вихревом следе (колесо за башней), приложенное по всей длине лопасти, что собственно и вызывает увеличение нагрузок на лопасть примерно в три раза по отношению к нагрузке от невозмущенного потока. В заявленном решении размер получаемых в вихревом следе башни вихрей мал по отношению к длине лопасти, что очень важно, т.к. позволяет "замкнуть" вихрь на ограниченном участке лопасти, который обладает высокой локальной жесткостью и эффективно воспринимает это возмущение, практически не передавая его на корневую часть. В результате вместо мощных всплесков динамического нагружения лопасть ветроколеса подвергается серии относительно слабых импульсов, что резко повышает ресурс лопасти, снижает нагрузки на вал ветроколеса, трансмиссию, опорно-поворотное устройство, башню ВЭУ, а также снижает нагрузки, передаваемые на фундамент и в грунт. When operating a wind wheel installed in front of a tower or behind a tower in classical wind turbine versions, one of the most negative factors is that the blade is disturbed by the "proximity" of the tower due to a change in the stiffness of the air column between the blade and the tower (wheel in front of the tower), or the vortex in the vortex wake (wheel behind the tower) applied along the entire length of the blade, which actually causes an increase in the loads on the blade by about three times with respect to the load from the undisturbed flow. In the claimed solution, the size of the vortices obtained in the vortex wake of the tower is small relative to the length of the blade, which is very important, because allows you to "close" the vortex in a limited area of the blade, which has a high local stiffness and effectively perceives this disturbance, practically without transmitting it to the root part. As a result, instead of powerful bursts of dynamic loading, the wind turbine blade undergoes a series of relatively weak pulses, which sharply increases the blade life, reduces the load on the wind wheel shaft, transmission, slewing ring, wind turbine tower, and also reduces the loads transmitted to the foundation and to the ground.
Высота 
На фиг. 7 показана сравнительная картина нагружения лопасти ветроколеса изгибающим моментом Mn(t) для вариантов заявленного решения Мn(t) и для варианта круглой цилиндрической башни Мn1(t). In FIG. 7 shows a comparative picture of loading a wind wheel blade with a bending moment Mn (t) for variants of the claimed solution Mn (t) and for a variant of a round cylindrical tower Mn1 (t).
Представленные графики иллюстрируют эффективность заявленного решения, которое, например, обеспечивает снижение максимальной величины изгибающего момента в 2,0.2,5 раза. При уменьшении интенсивности колебаний снижается уровень звукового давления и соответственно уменьшается экологическое загрязнение. Снижаются требования к прочности лопасти, или при сохранении прочности значительно повышается ресурс не только ветроколеса, но и других агрегатов ВЭУ. The presented graphs illustrate the effectiveness of the claimed solution, which, for example, provides a decrease in the maximum value of the bending moment by 2.0.2.5 times. With a decrease in the intensity of fluctuations, the sound pressure level decreases and, accordingly, environmental pollution decreases. The requirements for the strength of the blade are reduced, or while maintaining the strength, the resource of not only the wind wheel, but also other wind turbine units is significantly increased.
С точки зрения выполнения окон, наиболее благоприятным является выполнение окон со сдвигом их в смежных витках (и гранях) на 1/2 h, где h - высота окна, в этом случае достигается оптимальное сочетание прочности на изгиб и кручение с максимальной площадью F окон. Это установлено в многочисленных исследованиях прочности для вариантов башен с применением оболочечных конечно-элементных моделей. Шаг t винтовой линии задают из условия "замыкания" одного витка линии целым числом окон. From the point of view of windows, the most favorable is the execution of windows with a shift in adjacent turns (and faces) of 1/2 h, where h is the height of the window, in this case, the optimal combination of bending and torsion strength with a maximum area F of the windows is achieved. This has been established in numerous strength studies for turret options using shell finite element models. The pitch t of the helix is set from the condition of "closing" one turn of the line with an integer number of windows.
Выполнение, по крайней мере, нескольких окон с шириной достаточной для прохода персонала позволяет обеспечить аварийное покидание башни персоналом, например при пожаре, а также для выхода персонала для выполнения наружных работ. Для прохода человека достаточной является ширина проема 0,5.0,6м. The implementation of at least several windows with a width sufficient for the passage of personnel allows for emergency exit of the tower by personnel, for example, in case of fire, as well as for personnel to exit for outdoor work. The passage width of 0.5.0.6 m is sufficient for a person to pass.
При разработке ВЭУ с использованием заявляемой башни пятиугольного сечения с диаметром описанной окружности в нижней части 2,8 и 1,7 м в верхней части, высотой H=30м, выполненной из трех секций, ширина окон составляет 0,4 м, высота 0,6 м, при этом в нижней части средней секции поз. 6 на фиг. 1 выполнены два окна шириной 0,5 м (m=2). When developing a wind turbine using the inventive tower of a pentagonal section with a diameter of the circumscribed circle in the lower part of 2.8 and 1.7 m in the upper part, height H = 30 m, made of three sections, the width of the windows is 0.4 m, height 0.6 m, while in the lower part of the middle section of the pos. 6 in FIG. 1 there are two windows 0.5 m wide (m = 2).
Форма окна выбирается из следующих соображений: получения максимальной прочности круглые, овальные ориентированы большой осью вдоль образующих - ребер башни; получения максимальной площади проема окон прямоугольные с скругленными углами (скруглены во избежание развития усталостных трещин и ослабления концентрации напряжений), в целях экономии веса и улучшения параметров вихревого следа. The shape of the window is selected from the following considerations: to obtain maximum strength, round, oval are oriented with the major axis along the generators - the edges of the tower; to obtain the maximum opening area of windows rectangular with rounded corners (rounded to avoid the development of fatigue cracks and weakening the stress concentration), in order to save weight and improve the parameters of the vortex wake.
Выполнение секций башни с окнами: например, для рассмотренного выше примера при радиусе ветроколеса R=11,5 м на участке 
В одной из секций башни выполнена полость замкнутого объема, например, под аппаратное помещение в нижней секции башни. Эта полость сообщена со смежными секциями (по крайней мере, с одной из секций) через каналы с калиброванным сопротивлением (конструктивное выполнение "лабиринт", жалюзи и т.д.). При колебаниях столба воздуха в секции за счет сообщения с замкнутой полостью можно регулировать воздухообмен, что может быть применено для вентиляции аппаратного помещения. Калиброванное сопротивление позволяет задавать необходимый расход в зависимости от колебаний столба при работе ветроколеса ВЭУ.The execution of the sections of the tower with windows: for example, for the example considered above with the radius of the wind wheel R = 11.5 m in the area
In one of the sections of the tower, a cavity of a closed volume is made, for example, under a hardware room in the lower section of the tower. This cavity is in communication with adjacent sections (at least one of the sections) through channels with calibrated resistance (constructive execution of the "maze", blinds, etc.). With fluctuations in the air column in the section due to communication with a closed cavity, air exchange can be regulated, which can be used for ventilation of the equipment room. Calibrated resistance allows you to set the required flow depending on the fluctuations of the column during operation of a wind turbine wind turbine.
Установка сеток в окнах ограничивает попадание посторонних предметов и птиц в башню, повышает безопасность при перемещении персонала и грузов во внутреннем объеме башни. При использовании плотных сеток с малым размером ячейки сетки выполняют регулирующую роль, создавая аэродинамическое сопротивление при воздухообмене, регулируемое проницаемостью сетки. Эластичность сетки при колебаниях воздуха препятствует ее обмерзанию и засорению пылью, а также создает дополнительный положительный эффект за счет внесения демпфирования в колебательные процессы, развивающиеся в динамической системе "ветроколесо-вихревой след-башня". При заборе воздуха в систему вентиляции гондолы из башни выполнение сеток только на одном верхнем витке винтовой линии позволяет удлинить путь воздуха в гондолу и решить проблему с попаданием снега и пыли в гондолу при непосредственном заборе воздуха из атмосферы. Например, для условий Воркуты приходится наглухо закрывать воздухозаборные жалюзи в гондоле на высоте 30 м во избежание заноса оборудования снегом, который напором ветропотока проходит через мелкие щели и неплотности. Удлинение пути воздуха с поворотами потока препятствует попаданию снега и пыли в гондолу в тундровых или пустынных регионах. The installation of nets in the windows limits the entry of foreign objects and birds into the tower, increases the safety when moving personnel and goods in the internal volume of the tower. When using dense nets with a small mesh size, the nets perform a regulatory role, creating aerodynamic drag during air exchange, regulated by the mesh permeability. The elasticity of the mesh during air vibrations prevents it from freezing and clogging with dust, and also creates an additional positive effect due to the introduction of damping in the oscillatory processes developing in the dynamic system of "wind-wheel-vortex wake-tower". When air is taken into the ventilation system of the nacelle from the tower, the implementation of grids on only one upper turn of the helix allows to extend the air path into the nacelle and to solve the problem of snow and dust entering the nacelle when air is taken directly from the atmosphere. For example, for the conditions of Vorkuta, it is necessary to close the air intake blinds in the gondola tightly at a height of 30 m in order to prevent snow from skidding the equipment, which, through the pressure of the wind flow, passes through small cracks and leaks. Elongation of the air path with flow turns prevents the entry of snow and dust into the gondola in tundra or desert regions.
С использованием заявляемого решения спроектирована реальная конструкция ВЭУ на ряд мощностей 50.150 кВт. Исследование с использованием численных конечно-элементных методов и исследования на моделях показали высокую эффективность заявляемого решения, которое по сути впервые позволяет оптимально решить задачу совместной работы ветроколеса и башни ВЭУ с минимизацией возникающих нагрузок и является основой для создания ряда практических конструкций ВЭУ, рассчитанных на работу преимущественно в низкоскоростных потоках ветра и сохраняющих эффективность при средних и сильных ветрах. Using the proposed solution, the real design of a wind turbine was designed for a number of capacities of 50.150 kW. The study using numerical finite element methods and model studies showed the high efficiency of the proposed solution, which in fact for the first time allows us to optimally solve the problem of the joint operation of a wind wheel and a wind turbine tower with minimizing the arising loads and is the basis for creating a number of practical wind turbine designs designed primarily to work in low-speed wind flows and maintaining efficiency in moderate to strong winds.
Таким образом, заявляемое решение является прогрессивным, а его использование создает положительный эффект, который заключается в следующем: обеспечивается снижение нагрузок на башню и лопасти ветроколеса ВЭУ при прохождении лопастей мимо башни и взаимодействии лопастей с вихревым следом; уменьшается материалоемкость, в том числе удельная на единицу мощности ВЭУ; повышается запас прочности и ресурсы башни и ветроколеса за счет снижения нагрузок при взаимодействии ветроколеса и башни ВЭУ; расширяется диапазон рабочих скоростей ветропотоков ВЭУ в сторону низких скоростей при сохранении эффективности при высоких скоростях; уменьшаются колебательные нагрузки, передаваемые на фундамент ВЭУ и в грунт; снижаются уровни акустического загрязнения окружающей среды; улучшаются условия работы ВЭУ в сейсмоактивных районах за счет понижения расположения центра масс ВЭУ; повышается экономичность ВЭУ и сокращаются сроки окупаемости за счет снижения стоимости башни и других агрегатов ВЭУ. Thus, the claimed solution is progressive, and its use creates a positive effect, which is as follows: the load on the tower and blades of the wind turbine of the wind turbine is reduced when the blades pass the tower and the blades interact with the vortex wake; material consumption is reduced, including the specific power unit of a wind turbine; the margin of safety and the resources of the tower and the wind wheel are increased due to the reduction of loads during the interaction of the wind wheel and the wind turbine tower; the range of wind turbine operating speeds is expanding towards low speeds while maintaining efficiency at high speeds; vibrational loads transmitted to the wind turbine foundation and to the ground are reduced; levels of acoustic pollution are reduced; working conditions of wind turbines in seismically active areas are improved by lowering the location of the center of mass of wind turbines; the efficiency of wind turbines increases and the payback period is reduced by reducing the cost of the tower and other wind turbine units.
Claims (12)
где H высота башни;
R радиус лопасти ветроколеса;
db диаметр башни,
причем площадь F окон определяется из соотношения
0,1Fs ≅ F ≅ 0,8Fs,
где Fs общая площадь развертки башни на длине
2. Башня по п. 1, отличающаяся тем, что в ней окна выполнены с шагом винтовой линии, определяемым из соотношения:
t (k • h + b) • (n 1) • m
где h высота окна башни;
n число граней башни;
b расстояние между смежными по высоте окнами на грани башни;
k коэффициент перекрытия по высоте смежны окон на гранях башни (k ≅ 0,5);
m число заходов винтовой линии.1. The tower of the wind power installation, including the upper and lower base, the barrel, made in the form of a polyhedron, limiting the internal volume of the tower, characterized in that it is equipped with windows made on each side and communicating with the internal volume of the tower, located relative to each other along a helical line within the height of the tower, measured from the upper base and determined by the dependence:
where H is the height of the tower;
R is the radius of the wind wheel blade;
d b tower diameter
moreover, the area F of the windows is determined from the ratio
0.1F s ≅ F ≅ 0.8F s ,
where F s the total sweep area of the tower on the length
2. The tower according to claim 1, characterized in that the windows in it are made with a helix pitch determined from the relation:
t (k • h + b) • (n 1) • m
where h is the height of the tower window;
n is the number of faces of the tower;
b distance between height-adjacent windows on the edge of the tower;
k is the coefficient of overlap in height of adjacent windows on the faces of the tower (k ≅ 0.5);
m is the number of helix entries.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9595103864A RU2075644C1 (en) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | Wind-electric power plant tower |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9595103864A RU2075644C1 (en) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | Wind-electric power plant tower |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95103864A RU95103864A (en) | 1996-12-10 |
| RU2075644C1 true RU2075644C1 (en) | 1997-03-20 |
Family
ID=20165728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9595103864A RU2075644C1 (en) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | Wind-electric power plant tower |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2075644C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2718379C1 (en) * | 2016-07-29 | 2020-04-02 | Воббен Пропертиз Гмбх | Connecting element for connecting sections of tower, section of tower, tower, wind-driven power plant, as well as method of making tower section and method of connecting sections of tower |
| RU2719519C1 (en) * | 2016-08-08 | 2020-04-21 | Воббен Пропертиз Гмбх | Tower segment, tower section, tower, wind-driven power plant, as well as tower segment manufacturing method and connection of tower segments |
| RU203814U1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-04-21 | Сергей Геннадьевич Тетнев | Barrier-type bird guard |
| RU2762884C1 (en) * | 2021-03-10 | 2021-12-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет» | Wind generator |
-
1995
- 1995-02-20 RU RU9595103864A patent/RU2075644C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 310990, кл. E 04H 12/00, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР N 1800099, кл. F 03D 11/04, 1993. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2718379C1 (en) * | 2016-07-29 | 2020-04-02 | Воббен Пропертиз Гмбх | Connecting element for connecting sections of tower, section of tower, tower, wind-driven power plant, as well as method of making tower section and method of connecting sections of tower |
| RU2719519C1 (en) * | 2016-08-08 | 2020-04-21 | Воббен Пропертиз Гмбх | Tower segment, tower section, tower, wind-driven power plant, as well as tower segment manufacturing method and connection of tower segments |
| US10794365B2 (en) | 2016-08-08 | 2020-10-06 | Wobben Properties Gmbh | Tower segment, tower section, tower, wind turbine, and method for producing a tower segment and for connecting tower segments |
| RU203814U1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-04-21 | Сергей Геннадьевич Тетнев | Barrier-type bird guard |
| RU2762884C1 (en) * | 2021-03-10 | 2021-12-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет» | Wind generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU95103864A (en) | 1996-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10408189B2 (en) | Efficient systems and methods for construction and operation of mobile wind power platforms | |
| RU2198318C2 (en) | Method of and device for extraction of energy from flowing liquids | |
| CN102317623B (en) | Accelerate the structure of machine and the effective system of operation and method | |
| US20090180880A1 (en) | Check valve turbine | |
| MX2009000739A (en) | Flow deflection devices and method for energy capture machines. | |
| EA023602B1 (en) | Wind/water turbine with rotational resistance reduced due to wind vane blades | |
| US10927817B1 (en) | Hybrid vertical/horizontal axis wind turbine for deep-water offshore installations | |
| JP2019060345A5 (en) | ||
| CN104508297A (en) | Efficient systems and methods for construction and operation of mobile wind power platforms | |
| Scruton et al. | Steady and unsteady wind loading of buildings and structures | |
| CN108799010B (en) | Envelope structure with mixing absorber on outer surface | |
| RU2075644C1 (en) | Wind-electric power plant tower | |
| CN109871972B (en) | Optimal arrangement method and system for fans in wind field | |
| JP2006214302A (en) | Wind turbine device | |
| Shikha et al. | Aspects of technological development of wind turbines | |
| Torabi | Fundamentals of wind farm aerodynamic layout design | |
| Huang | Wake and wind farm aerodynamics of vertical axis wind turbines | |
| Hasan | Design and performance analysis of small scale horizontal axis wind turbine for nano grid application | |
| Van Treuren | Wind Turbine Noise: Regulations, Siting, Perceptions and Noise Reduction Technologies | |
| Wagner et al. | Noise mechanisms of wind turbines | |
| Elbakheit | Systematic Architectural Design for Optimal Wind Energy Generation | |
| RU2101560C1 (en) | Screw-type wind rotor | |
| CN109989893A (en) | A kind of the wind energy conversion system king-post and its design method of imitative sea dog beard | |
| US20170276119A1 (en) | Vertical Axle or Axis Helically Swept Blade Wind Turbine | |
| Passila | Analysis of line wind power plant concept |