RU2106523C1

RU2106523C1 - Film windmill

Info

Publication number: RU2106523C1
Application number: RU94038732A
Authority: RU
Inventors: И.Х. Мифтахутдинов
Original assignee: Казанский инженерно-строительный институт
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1998-03-10
Also published as: RU94038732A

Abstract

FIELD: renewable energy source using wind and ambient temperature variations for generating electricity. SUBSTANCE: windmill has piezoelectric film blades such as made of polyvinylidene fluoride, braced together by means of heat-sensing members made of alloy possessing reversible transformation induced plasticity on spindles of fastening wheels fitted on common shaft and rotating under the action of wind. Piezoelectric film also emits electricity under the effect of ambient temperature variations, direct sun rays, film vibrations caused by wind when it alternately stretches and elongates producing additional electricity. EFFECT: improved design. 5 dwg

Description

Изобретение относится к применению возобновляемых источников энергии, в частности ветра и изменений температуры окружающей среды для извлечения электрической энергии. The invention relates to the use of renewable energy sources, in particular wind and ambient temperature changes for the extraction of electrical energy.

Известны различные типы ветродвигателей, где лопатки установлены так, чтобы максимально использовать давление ветра. Это достигается тем, что лопастям придают веретенообразную форму и устанавливают их соответственно на общей оси (см. Казневский В.П. Аэродинамика в природе и технике. М., Просвещение, 1985, с. 32-94). Various types of wind motors are known where the blades are mounted so as to maximize the use of wind pressure. This is achieved by the fact that the blades are attached to a fusiform shape and set them respectively on a common axis (see Kaznevsky VP Aerodynamics in nature and technology. M., Education, 1985, pp. 32-94).

В последнее время появились ветродвигатели с вертикальной осью и лопастями цепного очертания, где конец одной лопасти соединяется с началом другой, образуя кольцо (см. Дэвис А., Шуберт Р. Альтернативные источники энергии в строительном проектировании. М., СИ, 1983, с. 97-97). Recently, wind turbines with a vertical axis and chain-shaped blades have appeared, where the end of one blade connects to the beginning of another, forming a ring (see Davis A., Schubert R. Alternative energy sources in building design. M., SI, 1983, p. 97-97).

Есть также варианты использования работы лопастей ветродвигателя за счет энергии воздушных потоков над зданиями (см. Энергоактивные здания/Под ред. Э.В.Сарнацкого, Н.П.Селиванова. М., СИ, 1988, с. 69-72). There are also options for using the operation of the wind turbine blades due to the energy of air flows over buildings (see Energy-Active Buildings / Edited by E.V. Sarnatsky, N.P. Selivanov. M., SI, 1988, pp. 69-72).

Однако во всех этих конструкциях используется только давление воздушных потоков для получения электричества. However, in all of these designs, only air pressure is used to generate electricity.

Прототипом предлагаемого изобретения является ветродвигатель с лопастями, обтянутыми тканью, бумагой или другими материалами (см. Дэвис А., Шуберт Р. Альтернативные источники). The prototype of the invention is a wind turbine with blades covered with fabric, paper or other materials (see Davis A., Schubert R. Alternative sources).

Недостатками такой конструкции являются следующие моменты:
- в отсутствии ветра ветродвигатель не работает, т.е. не производит электроэнергии;
- поверхности лопастей служат только для восприятия ветра и передачи момента на ось генератора.The disadvantages of this design are the following points:
- in the absence of wind, the wind turbine does not work, i.e. does not produce electricity;
- the surfaces of the blades serve only for the perception of the wind and the transmission of torque to the axis of the generator.

Изобретение направлено на получение дополнительной электроэнергии за счет использования в качестве источника энергии изменений температуры окружающего воздуха. The invention is aimed at obtaining additional electricity through the use of ambient temperature changes as an energy source.

Это достигается тем, что в предлагаемом ветродвигателе, с лопастями, обтянутыми мягким эластичным материалом, лопасти выполнены из пьезопленки (например, из поливинилиденфторида), которая стянута по краям термочувствительными элементами из сплава с "обратным эффектом памяти формы" (например, из нитинола) на двух крепежных кольцах. This is achieved by the fact that in the proposed wind turbine, with the blades covered with soft elastic material, the blades are made of piezoelectric film (for example, polyvinylidene fluoride), which is pulled together along the edges by heat-sensitive elements made of an alloy with an "inverse shape memory effect" (for example, of nitinol) on two fixing rings.

Эти термочувствительные элементы в зависимости от изменения температуры растягивают пьезопленку, которая при этом вырабатывает электричество. Термочувствительные элементы настроены на температуру от -30 до +30^oC с интервалом 0,5-1^oC.These temperature-sensitive elements, depending on the temperature change, stretch the piezo-film, which at the same time generates electricity. Thermosensitive elements are set to a temperature of -30 to +30 ^o C with an interval of 0.5-1 ^o C.

На фиг. 1 показан общий вид ветродвигателя; на фиг. 2 - конструкция термочувствительных элементов из сплава с обратным эффектом памяти формы (сокращ. ОЭПФ); на фиг. 3 - их поперечный разрез; на фиг. 4 - вид сверху на ветродвигатель; а на фиг. 5 - схема спиц крепежных колец при взгляде на конструкцию вдоль ее оси. In FIG. 1 shows a general view of a wind turbine; in FIG. 2 - design of heat-sensitive elements from an alloy with the opposite effect of shape memory (abbreviated. OEPF); in FIG. 3 - their cross section; in FIG. 4 is a top view of a wind turbine; and in FIG. 5 is a diagram of the spokes of the mounting rings when looking at the structure along its axis.

Номерами на чертеже обозначены: 1 - пьезопленка из поливинилиденфторида с напыленными на поверхности электродами в местах зажимов, 2 - крепежное колесо, 3 - термочувствительные элементы из сплава с ОЭПФ, 4 - центральная ось из диэлектрического материала (ось имеет возможность менять свою длину для обеспечения натяжения пьезопленки). The numbers on the drawing denote: 1 - a polyvinylidene fluoride piezoelectric film with electrodes deposited on the surface in the places of the clamps, 2 - a mounting wheel, 3 - heat-sensitive elements from an alloy with OEPF, 4 - a central axis of dielectric material (the axis has the ability to change its length to ensure tension piezo films).

Поливинилиденфторидная пленка (сокр. ПВДФ) 1 натянута на спицы крепежного колеса 2 с помощью термочувствительных элементов 3 из ОЭПФ. The polyvinylidene fluoride film (abbreviated as PVDF) 1 is stretched over the spokes of the mounting wheel 2 using heat-sensitive elements 3 of the OEPF.

Крепежные кольца 2 установлены в оси 4 с возможностью совместного вращения и продольного перемещения вдоль оси 4. При этом ось 4 имеет раздвижное устройство (талреп) для натяжения пьезопленки 1. Спицы крепежных колец 2 выполнены изогнутыми, при этом на одном колесе спицы изогнуты в одном направлении, а на противоположном колесе - в противоположном (при установке на горизонтальную ось). Если же ось ветродвигателя расположена вертикально, то спицы крепежных колес 2 изогнуты в одну сторону. The fixing rings 2 are mounted in the axis 4 with the possibility of joint rotation and longitudinal movement along the axis 4. In this case, the axis 4 has a sliding device (lanyard) for tensioning the piezo film 1. The spokes of the fixing rings 2 are made curved, while on one wheel the spokes are bent in one direction , and on the opposite wheel - in the opposite (when mounted on a horizontal axis). If the axis of the wind turbine is located vertically, then the spokes of the mounting wheels 2 are bent to one side.

Пленочный ветродвигатель работает следующим образом:
- при наличии ветра работает как обычный ветродвигатель - за счет кручения передает энергию генератора, который перерабатывает ее в электрический ток,
- при наличии изменения температуры окружающей среды начинают срабатывать термочувствительные элементы из ЭОПФ 3, попеременно натягивая пьезопленку 1, заставляя ее давать электрический ток. Этот ток снимается с помощью металлических электродов, напыленных на разные стороны пленки в местах зажимов (см. фиг. 3 разрез 1-1). Надо добавить, что от обычного ветра пьезопленка также будет вибрировать и, то натягиваясь, то удлиняясь, также вырабатывать ток.The film wind turbine operates as follows:
- when there is wind, it works like a regular wind turbine - due to torsion it transfers the energy of the generator, which processes it into electric current,
- if there is a change in the ambient temperature, the thermosensitive elements from the EOPF 3 start to operate, alternately pulling the piezo film 1, forcing it to give an electric current. This current is removed with the help of metal electrodes sprayed on opposite sides of the film at the clamp points (see Fig. 3, section 1-1). It should be added that the piezoelectric film will also vibrate from ordinary wind and, either stretching or lengthening, will also generate current.

По предварительным расчетам автора, пленочный ветродвигатель диаметром 50 см и длиной 1 м, в отсутствие ветра, но при изменении температуры может дать электрический ток напряжением до 100 В, мощностью до 150 Вт. К этому надо добавить ту мощность, которая будет сниматься при наличии ветра (аналогичная конструкция обычного ветродвигателя при скорости ветра порядка 30 км/ч дает энергию мощностью около 700 Вт. Газета "Есть идея" N 4 (23) 1994 г., с. 3). Сюда же надо добавить ту часть энергии (электрический ток), получаемой от пьезопленки от ветровой вибрации. Кроме того, есть сведения, что пьезопленка из ПВДФ выделяет электричество от действия прямых солнечных лучей, что составит еще несколько процентов дополнительной электрической энергии. According to preliminary calculations by the author, a film wind turbine with a diameter of 50 cm and a length of 1 m, in the absence of wind, but with a change in temperature, can produce an electric current of voltage up to 100 V, power up to 150 W. To this we must add the power that will be removed in the presence of wind (a similar design of a conventional wind turbine with a wind speed of about 30 km / h gives an energy of about 700 W. Newspaper "There is an idea" N 4 (23) 1994, p. 3 ) Here we must add that part of the energy (electric current) received from the piezoelectric film from wind vibration. In addition, there is evidence that the piezoelectric film from PVDF releases electricity from direct sunlight, which will make up several percent of additional electric energy.

Технико-экономические преимущества предлагаемой конструкции состоят в возможности извлечения дополнительной электроэнергии и в возможности получения энергии в отсутствие ветра. Другим преимуществом является возможнось объединения нескольких ветродвигателей в одну батарею с целью увеличения отдачи мощности. Преимуществом является также то, что посадка такого ветродвигателя возможна как на вертикальную, так и на горизонтальную ось. Для этого необходимо перевернуть крепежные колеса, чтобы спицы были изогнуты в одну сторону (при установке на вертикальную ось) или в противоположные стороны (при установке ветродвигателя на горизонтальную ось). The technical and economic advantages of the proposed design consist in the possibility of extracting additional electricity and in the possibility of generating energy in the absence of wind. Another advantage is the possibility of combining several wind turbines into one battery in order to increase power output. An advantage is also that landing of such a wind turbine is possible both on the vertical and horizontal axis. To do this, turn the mounting wheels so that the spokes are bent to one side (when mounted on a vertical axis) or in opposite directions (when mounted to a horizontal axis).

Claims

A film wind turbine having blades mounted on the axis, covered with soft elastic material, characterized in that the blades are made of piezoelectric film, which is pulled together along the edges by heat-sensitive alloy elements with a "reversible shape memory effect" on the spokes of the fixing rings.