RU211114U1

RU211114U1 - wind power plant

Info

Publication number: RU211114U1
Application number: RU2021136444U
Authority: RU
Inventors: Георгий Павлович Герасимов
Original assignee: Георгий Павлович Герасимов
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2022-05-23

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к области ветроэнергетики, в частности к устройствам для преобразования энергии ветра в электрическую или механическую энергию. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности ветроэнергетической установки за счет снижения ветровой нагрузки и получении дополнительной электроэнергии за счет использования солнечных панелей. Ветроэнергетическая установка содержит вертикально расположенную аэродинамическую трубу, выполненную в виде нижней конфузорной части, соединенной с цилиндрической частью, в которой размещены осевое ветроколесо и электрогенератор. Непосредственно с цилиндрической частью соединен своим фланцем дефлектор, имеющий дискообразный зонт с диаметральным размером большим, чем диаметр фланца. На конфузорной части аэродинамической трубы размещены солнечные панели преобразования солнечной энергии в электрическую, подключенные к общей системе электрогенерации ветроэнергетической установки.

The claimed utility model relates to the field of wind energy, in particular to devices for converting wind energy into electrical or mechanical energy. The technical result consists in increasing the operational reliability of the wind power plant by reducing the wind load and obtaining additional electricity through the use of solar panels. The wind power plant contains a vertically located wind tunnel made in the form of a lower confuser part connected to a cylindrical part, in which an axial wind wheel and an electric generator are located. A deflector is connected directly to the cylindrical part with its flange, having a disk-shaped umbrella with a diametrical size greater than the diameter of the flange. On the confuser part of the wind tunnel there are solar panels for converting solar energy into electrical energy, connected to the general power generation system of the wind turbine.

Description

Заявляемая полезная модель относится к области ветроэнергетики, в частности к устройствам для преобразования энергии ветра и восходящих воздушных потоков в электрическую или механическую энергию.The claimed utility model relates to the field of wind energy, in particular to devices for converting wind energy and ascending air currents into electrical or mechanical energy.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая вертикально расположенную вытяжную трубу, выполненную в виде конфузорной части, соединенной на выходе с цилиндрической частью, внутри которой размещено осевое ветроколесо с возможностью взаимодействия с электрогенератором, конфузорная часть вытяжной трубы установлена на основании с помощью стоек с образованием входных воздушных проемов, на основании соосно конфузорной части, установлен полый направляющий конус с образованием совместно с внутренней поверхностью конфузорной части, вертикально направленной воздушной полости (патент RU №2062353, публ. 2006, 1996).Known wind power plant containing a vertically located exhaust pipe, made in the form of a confusing part, connected at the outlet with a cylindrical part, inside which is placed an axial wind wheel with the possibility of interacting with an electric generator, the confusing part of the exhaust pipe is installed on the base with the help of racks with the formation of inlet air openings, on the basis of the coaxial confuser part, a hollow guide cone is installed to form, together with the inner surface of the confuser part, a vertically directed air cavity (patent RU No. 2062353, publ. 2006, 1996).

Такая ветроэнергетическая установка не обеспечивает необходимый коэффициент использования энергии ветра по причине отсутствия каких-либо усилителей тяги за осевым ветроколесом. Кроме того, открытое устье цилиндрической части вытяжной трубы создает открытый доступ атмосферных осадков в виде дождя и снега на осевое ветроколесо и другие рабочие органы, что приводит к нарушению работоспособности этих рабочих органов.Such a wind power plant does not provide the required coefficient of wind energy utilization due to the absence of any thrust boosters behind the axial wind wheel. In addition, the open mouth of the cylindrical part of the exhaust pipe creates an open access of precipitation in the form of rain and snow to the axial wind wheel and other working bodies, which leads to a disruption in the performance of these working bodies.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая вертикально расположенную аэродинамическую трубу, выполненную в виде нижней конфузорной части, соединенной на выходе с цилиндрической частью, в которой размещено осевое ветроколесо с возможностью взаимодействия с электрогенератором, и расположенный над цилиндрической частью дефлектор, выполненный в виде зонта, соединенного с фланцем, имеющим периферийный пологий изгиб вниз, с образованием между ними горизонтального воздушного канала, нижняя конфузорная часть аэродинамической трубы установлена на основании с помощью опорных стоек с образованием входных воздушных проемов, на основании соосно конфузорной части установлен полый направляющий конус с образованием совместно с внутренней поверхностью конфузорной части воздушных каналов (патент RU №96401, опубл. 27.07.2010).Known wind turbine, containing a vertically arranged wind tunnel, made in the form of a lower confuser part, connected at the outlet with a cylindrical part, in which an axial wind wheel is placed with the possibility of interacting with an electric generator, and a deflector located above the cylindrical part, made in the form of an umbrella connected to a flange , having a peripheral gentle downward bend, with the formation of a horizontal air channel between them, the lower confuser part of the wind tunnel is installed on the base using support posts with the formation of inlet air openings, a hollow guide cone is installed coaxially on the base of the confuser part to form, together with the inner surface of the confuser part air channels (patent RU No. 96401, published on July 27, 2010).

В данной ветроэнергетической установке, являющейся наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой установке, аэродинамическая труба имеет диффузорную часть, которая усложняет конструкцию и значительно увеличивает ветровую нагрузку на всю установку, что снижает эксплуатационную надежность. Кроме того, значительно снижает эксплуатационную надежность установки наличие соответственно увеличенного в размерах дефлектора, закрепленного на выходе диффузорной части аэродинамической трубы.In this wind turbine, which is the closest set of essential features to the claimed installation, the wind tunnel has a diffuser part, which complicates the design and significantly increases the wind load on the entire installation, which reduces operational reliability. In addition, the operational reliability of the installation is significantly reduced by the presence of a correspondingly enlarged deflector fixed at the outlet of the diffuser part of the wind tunnel.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности ветроэнергетической установки.The technical result of the proposed utility model is to increase the operational reliability of the wind turbine.

Указанный технический результат достигается тем, что в ветроэнергетической установке, содержащей вертикально расположенную аэродинамическую трубу, выполненную в виде нижней конфузорной части, соединенной на выходе с цилиндрической частью, в которой размещено осевое ветроколесо с возможностью взаимодействия с электрогенератором, и расположенный над цилиндрической частью дефлектор, выполненный в виде зонта, соединенного с фланцем, имеющим периферийный пологий изгиб вниз, с образованием между ними горизонтального воздушного канала, нижняя конфузорная часть аэродинамической трубы установлена на основании с помощью опорных стоек с образованием входных воздушных проемов, на основании соосно конфузорной части установлен полый направляющий конус с образованием совместно с внутренней поверхностью конфузорной части воздушных каналов, фланец дефлектора соединен непосредственно с цилиндрической частью аэродинамической трубы, зонт дефлектора выполнен дискообразным и с диаметральным размером большим, чем диаметр фланца совместно с пологим изгибом вниз, установка снабжена опорной для осевого ветроколеса трубой, закрепленной внизу на основании, при этом вершина полого направляющего конуса замкнута на опорной трубе. Кроме того, дискообразный зонт дефлектора выполнен из теплоизоляционного материала или с покрытием из теплоизоляционного материала, на конфузорной части аэродинамической трубы размещены панели преобразования солнечной энергии в электрическую, подключенные к общей системе электрогенерации ветроэнергетической установки.The specified technical result is achieved by the fact that in a wind power plant containing a vertically located wind tunnel made in the form of a lower confuser part connected at the outlet to a cylindrical part in which an axial wind wheel is placed with the possibility of interacting with an electric generator, and a deflector located above the cylindrical part, made in the form of an umbrella connected to a flange having a peripheral gentle bend downward, with the formation of a horizontal air channel between them, the lower confuser part of the wind tunnel is installed on the base with the help of support posts with the formation of air inlet openings, a hollow guide cone is installed on the base coaxially of the confuser part with forming together with the inner surface of the confuser part of the air channels, the deflector flange is connected directly to the cylindrical part of the wind tunnel, the deflector umbrella is made disc-shaped and with a large diameter than the diameter of the flange together with a gentle downward bend, the installation is equipped with a support pipe for the axial wind wheel, fixed at the bottom on the base, while the top of the hollow guide cone is closed on the support pipe. In addition, the disk-shaped deflector umbrella is made of a heat-insulating material or coated with a heat-insulating material, panels for converting solar energy into electrical energy are placed on the confuser part of the wind tunnel, connected to the general power generation system of the wind turbine.

Размещение более совершенного дефлектора непосредственно над цилиндрической частью аэродинамической трубы в зоне работы осевого ветроколеса позволяет создать компактную конструкцию ветроэнергетической установки со значительно уменьшенной ветровой нагрузкой, тем самым повысить ее эксплуатационную надежность и в определенной мере повысить эффективность использования энергии ветра.Placing a more advanced deflector directly above the cylindrical part of the wind tunnel in the zone of operation of the axial wind wheel allows you to create a compact design of a wind power plant with a significantly reduced wind load, thereby increasing its operational reliability and, to a certain extent, increasing the efficiency of using wind energy.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая ветроэнергетическая установка отличается тем, что фланец дефлектора соединен непосредственно с цилиндрической частью аэродинамической трубы, зонт дефлектора выполнен дискообразным и с диаметральным размером большим, чем диаметр фланца совместно с пологим изгибом вниз, установка снабжена опорной для осевого ветроколеса трубой, закрепленной внизу на основании, при этом вершина полого направляющего конуса замкнута на опорной трубе. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии заявляемой ветроэнергетической установки критерию патентоспособности полезной модели «новизна».Comparative analysis with the prototype shows that the proposed wind power plant is characterized in that the deflector flange is connected directly to the cylindrical part of the wind tunnel, the deflector umbrella is disc-shaped and with a diameter larger than the flange diameter together with a gentle downward bend, the installation is equipped with a support pipe for the axial wind wheel fixed at the bottom on the base, while the top of the hollow guide cone is closed on the support pipe. Such a difference from the prototype gives reason to assert that the proposed wind turbine meets the criterion of patentability of the utility model "novelty".

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлена ветроэнергетическая установка, принципиальная схема.The essence of the utility model is illustrated by a drawing, which shows a wind power plant, a schematic diagram.

Ветроэнергетическая установка содержит вертикально расположенную аэродинамическую трубу, выполненную в виде нижней конфузорной части 1, соединенной на выходе с цилиндрической частью 2, в которой размещено осевое ветроколесо 3 с возможностью взаимодействия с электрогенератором 4. Над цилиндрической частью 2 расположен дефлектор, имеющий зонт 5, соединенный с фланцем 6 с образованием между ними горизонтального воздушного канала. Фланец 6 соединен непосредственно с цилиндрической частью 2 аэродинамической трубы. Зонт 5 дефлектора выполнен дискообразным и с диаметральным размером, большим, чем диаметр фланца 6 совместно с пологим изгибом вниз. Нижняя конфузорная часть 1 аэродинамической трубы установлена на основании 7 с помощью опорных стоек 8 с образованием входных воздушных проемов. На основании 7 соосно конфузорной части 1 установлен полый направляющий конус 9 с образованием совместно с внутренней поверхностью конфузорной части 1 воздушных каналов. Установка снабжена опорной для осевого ветроколеса 3 трубой 10, закрепленной внизу на основании 7, при этом вершина полого направляющего конуса 9 замкнута на опорной трубе 10. Дискообразный зонт 5 дефлектора выполнен из теплоизоляционного материала, или с покрытием из теплоизоляционного материала. На конфузорной части 1 аэродинамической трубы размещены солнечные панели 11 преобразования солнечной энергии в электрическую, подключенные к общей системе электрогенерации ветроэнергетической установки.The wind power plant contains a vertically located wind tunnel, made in the form of a lower confuser part 1, connected at the outlet with a cylindrical part 2, in which an axial wind wheel 3 is placed with the possibility of interacting with an electric generator 4. A deflector is located above the cylindrical part 2, having an umbrella 5 connected to flange 6 with the formation of a horizontal air channel between them. The flange 6 is connected directly to the cylindrical part 2 of the wind tunnel. Umbrella 5 of the deflector is made disc-shaped and with a diametrical size greater than the diameter of the flange 6 together with a gentle downward bend. The lower confuser part 1 of the wind tunnel is installed on the base 7 with the help of support posts 8 with the formation of air inlet openings. On the base 7 coaxially of the confuser part 1, a hollow guide cone 9 is installed to form air channels together with the inner surface of the confuser part 1. The installation is equipped with a support pipe 10 for the axial wind wheel 3, fixed at the bottom on the base 7, while the top of the hollow guide cone 9 is closed on the support pipe 10. The disk-shaped deflector umbrella 5 is made of a heat-insulating material, or coated with a heat-insulating material. On the confuser part 1 of the wind tunnel there are solar panels 11 for converting solar energy into electrical energy, connected to the general power generation system of the wind turbine.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.Wind power plant works as follows.

В общем режиме все составные части ветроэнергетической установки начинают работать при любом направлении ветра без применения каких-либо специальных настроек при изменении направления ветра. Изначально ветроколесо 3 начинает вращаться, а электрогенератор 4 вырабатывать электроэнергию при воздействии на крыльчатку осевого ветроколеса 3 воздушного потока, поступающего снизу через воздушные проемы в полость конфузорной части 1 аэродинамической трубы, где под действием ее внутренней поверхности и поверхности направляющего конуса 9 устремляется вверх по воздушным каналам в цилиндрическую часть 2 и на крыльчатку осевого ветроколеса 3. При прохождении конфузорной части 1 происходит концентрация воздушного потока и увеличение скорости его движения, что приводит к увеличению скорости вращения осевого ветроколеса 3 и соответственно к увеличению выработки электроэнергии. При этом, поскольку фланец 6 дефлектора соединен с цилиндрической частью 2 непосредственно, то его эжекционное воздействие на работу осевого ветроколеса 3 происходит непосредственно в зоне работы осевого ветроколеса 3, что значительно уменьшает аэродинамическое сопротивление с тыльной стороны осевого ветроколеса 3. Кроме того, поскольку зонт 5 дефлектора выполнен дискообразным и с диаметральным размером большим, чем диаметр фланца 6 совместно с пологим изгибом вниз, то это позволяет увеличить размер входного проема в дефлектор и объем потока ветра на входе в дефлектор, придать ему направление пологое снизу вверх, тем самым обеспечить наиболее эффективную работу дефлектора по принципу простейшего типа струйного насоса в режиме эжектора.In the general mode, all components of the wind power plant start working in any wind direction without applying any special settings when the wind direction changes. Initially, the wind wheel 3 begins to rotate, and the electric generator 4 generates electricity when the impeller of the axial wind wheel 3 is exposed to the air flow coming from below through the air openings into the cavity of the confuser part 1 of the wind tunnel, where, under the action of its inner surface and the surface of the guide cone 9, it rushes up through the air channels into the cylindrical part 2 and onto the impeller of the axial wind wheel 3. When passing through the confuser part 1, the air flow is concentrated and its speed increases, which leads to an increase in the speed of rotation of the axial wind wheel 3 and, accordingly, to an increase in electricity generation. At the same time, since the flange 6 of the deflector is directly connected to the cylindrical part 2, its ejection effect on the operation of the axial wind wheel 3 occurs directly in the area of operation of the axial wind wheel 3, which significantly reduces the aerodynamic drag on the back side of the axial wind wheel 3. In addition, since the umbrella 5 The deflector is made disk-shaped and with a diametrical dimension greater than the diameter of the flange 6 together with a gentle downward bend, this allows you to increase the size of the inlet to the deflector and the amount of wind flow at the deflector inlet, to give it a gentle direction from bottom to top, thereby ensuring the most efficient operation deflector according to the principle of the simplest type of jet pump in the ejector mode.

Кроме того, дискообразный зонт 5 дефлектора предпочтительного выполнять из теплоизоляционного материала или с покрытием из теплоизоляционного материала для того, чтобы не допустить солнечного нагрева зонта 5, но создать в зоне дефлектора понижение температуры воздуха, тем самым увеличить силу эжекции дефлектора и эффективность его работы.In addition, the disk-shaped deflector umbrella 5 is preferably made of a heat-insulating material or coated with a heat-insulating material in order to prevent solar heating of the umbrella 5, but to create a decrease in air temperature in the deflector zone, thereby increasing the deflector ejection force and its operation efficiency.

Для расширения функциональных возможностей ветроэнергетической установки на конфузорной части 1 аэродинамической трубы размещены панели 11 преобразования солнечной энергии в электрическую, подключенные к общей системе электрогенерации ветроэнергетической установки.To expand the functionality of the wind power plant on the confuser part 1 of the wind tunnel there are panels 11 for converting solar energy into electrical energy, connected to the general power generation system of the wind power plant.

Таким образом, размещение непосредственно в рабочей зоне осевого ветроколеса более совершенного дефлектора позволяет создать компактную по габаритам конструкцию ветроэнергетической установки со значительно уменьшенной ветровой нагрузкой, тем самым повысить ее эксплуатационную надежность и в определенной мере повысить эффективность использования энергии ветра и дополнительно использовать солнечную энергию.Thus, placing a more advanced deflector directly in the working area of the axial wind wheel makes it possible to create a compact design of a wind power plant with a significantly reduced wind load, thereby increasing its operational reliability and, to a certain extent, increasing the efficiency of using wind energy and additionally using solar energy.

Claims

1. A wind power plant containing a vertically located wind tunnel made in the form of a lower confuser part connected at the outlet to a cylindrical part in which an axial wind wheel is placed with the possibility of interacting with an electric generator, and a deflector located above the cylindrical part, made in the form of an umbrella connected to a flange having a peripheral gentle bend downwards, with the formation of a horizontal air channel between them, the lower confuser part of the wind tunnel is installed on the base using support posts with the formation of inlet air openings, a hollow guide cone is installed coaxially on the base of the confuser part to form, together with the inner surface of the confuser part of the air channels, characterized in that the deflector flange is connected directly to the cylindrical part of the wind tunnel, the deflector umbrella is made disc-shaped and with a diametrical size greater than the diameter of the flange together with a gentle downward bend, the installation is equipped with a support pipe for the axial wind wheel, fixed at the bottom on the base, while the top of the hollow guide cone is closed on the support pipe.

2. Installation according to claim. 1, characterized in that the disk-shaped deflector umbrella is made of a heat-insulating material or coated with a heat-insulating material.

3. Installation according to claim 1, characterized in that panels for converting solar energy into electrical energy are placed on the confuser part of the wind tunnel, connected to the general power generation system of the wind turbine.