RU2248465C2

RU2248465C2 - Windmill

Info

Publication number: RU2248465C2
Application number: RU2001116431/06A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Хабардин (RU); В.Н. Хабардин; С.В. Смоколин (RU); С.В. Смоколин
Original assignee: Иркутская государственная сельскохозяйственная академия
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2005-03-20

Abstract

FIELD: wind power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to windmill with axle of rotation of rotor square to direction of wind and with fixed wind guides. Proposed windmill contains support, wind wheel with horizontal axle of rotation square to direction of wind and air duct in form of parallelepiped with open end faces-ports. Wind wheel is arranged in air duct and is covered from wind by air duct installed on support at angle of 45^o so that its supper face covers one half of wind wheel from wind, and lower face covers other half of wind wheel.

EFFECT: simplified design, increased coefficient of utilization of wind energy.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к конструкции ветродвигателей с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра, а также с неподвижными ветронаправляющими средствами.The invention relates to wind energy, in particular to the design of wind turbines with an axis of rotation of the rotor perpendicular to the direction of the wind, as well as with stationary wind guiding means.

Для преобразования кинетической энергии воздушного потока в механическую энергию используют ветродвигатели различных типов. Наибольшее распространение имеют крыльчатые ветродвигатели. Они быстроходны и снабжены устройствами, регулирующими мощность, ограничивающими частоту вращения ветроколеса, а также механизмом ориентации по направлению вектора скорости потока воздуха [1].Various types of wind motors are used to convert the kinetic energy of the air flow into mechanical energy. The most widespread are vane wind turbines. They are fast and equipped with devices that regulate power, limiting the frequency of rotation of the wind wheel, as well as an orientation mechanism in the direction of the air velocity vector [1].

Общим недостатком указанных ветродвигателей является то, что они сложны и дорогостоящи.A common drawback of these wind turbines is that they are complex and expensive.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является барабанный ветродвигатель, содержащий ветроколесо, размещенное в воздуховоде, с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра, и воздуховод, выполненный в виде параллелепипеда с открытыми вертикальными торцами - окнами [2].The closest technical solution, selected as a prototype, is a drum wind turbine containing a wind wheel placed in the duct, with a horizontal axis of rotation perpendicular to the wind direction, and a duct made in the form of a parallelepiped with open vertical ends - windows [2].

Недостатком известной конструкции является то, что она громоздка и имеет низкий коэффициент использования энергии ветра.A disadvantage of the known design is that it is bulky and has a low coefficient of utilization of wind energy.

Задачей изобретения является создание ветродвигателя простой конструкции с повышенным коэффициентом использования энергии ветра.The objective of the invention is to provide a wind turbine of simple design with a high coefficient of utilization of wind energy.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Ветроколесо с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра, размещено в воздуховоде, выполненном в виде параллелепипеда с открытыми вертикальными торцами - окнами, соориентированными на ветер для пропуска воздушного потока как в прямом, так и обратном направлении. Указанный воздуховод установлен на опоре под углом 45° к горизонту. При этом его верхняя грань прикрывает от ветра одну половину ветроколеса, а нижняя грань - другую. В результате ветроколесо имеет возможность вращения в одну и ту же сторону независимо от направления воздушного потока. К ребрам воздуховода со стороны боковых граней жестко и горизонтально присоединены установочные уголки. При этом ветроколесо посредством корпусов подшипников установлено на указанные уголки. Для повышения коэффициента использования ветра к воздуховоду со стороны окон присоединены концентраторы воздушного потока, выполненные в виде полых усеченных конусов. В целом получена простая и эффективная конструкция ветродвигателя.A wind wheel with a horizontal axis of rotation perpendicular to the direction of the wind is placed in a duct made in the form of a parallelepiped with open vertical ends - windows oriented to the wind to allow air flow in both forward and reverse directions. The specified duct is mounted on a support at an angle of 45 ° to the horizontal. At the same time, its upper side covers one half of the wind wheel from the wind, and the lower side - the other. As a result, the wind wheel has the ability to rotate in the same direction regardless of the direction of air flow. The installation corners are rigidly and horizontally connected to the edges of the duct from the side of the side faces. In this case, the wind wheel is mounted on the indicated corners by means of bearing housings. To increase the wind utilization factor, air flow concentrators made in the form of hollow truncated cones are connected to the duct from the windows. In general, a simple and efficient wind turbine design was obtained.

На фиг.1 изображен ветродвигатель (общий вид).Figure 1 shows a wind turbine (General view).

На фиг.2 изображен вид A по фиг.1.Figure 2 shows a view A of figure 1.

Ветродвигатель состоит из опоры 1, воздуховода 7 и ветроколеса. Воздуховод 7 выполнен в виде параллелепипеда с открытыми вертикальными торцами - окнами 16, которые соориентированы на ветер для пропуска воздушного потока как в прямом, так и обратном направлении. Ветроколесо размещено в воздуховоде 7 и имеет горизонтальную ось вращения 10, перпендикулярную направлению ветра. Оно состоит из лопастей 8, жестко присоединенных к полому цилиндру - барабану 9, который также жестко соединен с осью 10. Ветроколесо прикрыто от ветра воздуховодом 7, который установлен на опоре 1 под углом 45° к горизонту таким образом, что его верхняя грань 12 прикрывает от ветра одну половину ветроколеса, а нижняя грань 2 - другую. К ребрам воздуховода 7 со стороны боковых граней жестко и горизонтально присоединены установочные уголки 5. При этом ветроколесо посредством корпусов 4 подшипников установлено на указанные уголки 5 так, что ось вращения ветроколеса совпадает с осью симметрии опоры 1. Для повышения коэффициента использования энергии ветра к торцам воздуховода 7 со стороны окон 16 симметрично присоединены концентраторы 6 и 15 воздушного потока в виде полых усеченных конусов, большие основания которых обращены навстречу ветру. Рабочая машина 14 (например, генератор) размещена на специальной горизонтально площадке. Ее шкив 13 кинематически (ремнем 3) связан со шкивом 11, установленным на оси 10 ветроколеса. Для остановки ветроколеса, например, во время технического обслуживания или ремонта ветродвигатель может быть снабжен тормозом (не показан). Для удобства выполнения ремонтно-обслуживающих работ на боковых гранях воздуховода 7 выполнены люки, закрываемые съемными крышками (не показано).The wind turbine consists of a support 1, duct 7 and a wind wheel. The air duct 7 is made in the form of a parallelepiped with open vertical ends - windows 16, which are oriented to the wind to allow air flow in both forward and reverse directions. The wind wheel is placed in the duct 7 and has a horizontal axis of rotation 10, perpendicular to the direction of the wind. It consists of blades 8, rigidly attached to a hollow cylinder - a drum 9, which is also rigidly connected to the axis 10. The wind wheel is covered from the wind by an air duct 7, which is mounted on a support 1 at an angle of 45 ° to the horizon so that its upper face 12 covers from the wind, one half of the wind wheel, and the bottom 2 - the other. Mounting angles 5 are rigidly and horizontally connected to the edges of the air duct 7 from the side faces. In this case, the wind wheel through the bearing housings 4 is mounted on the specified angles 5 so that the axis of rotation of the wind wheel coincides with the axis of symmetry of the support 1. To increase the utilization of wind energy to the ends of the air duct 7 from the side of the windows 16 symmetrically connected to the hub 6 and 15 of the air flow in the form of hollow truncated cones, large bases of which are facing the wind. The working machine 14 (for example, a generator) is placed on a special horizontal platform. Its pulley 13 is kinematically (by a belt 3) connected to a pulley 11 mounted on the axis 10 of the wind wheel. To stop the wind wheel, for example, during maintenance or repair, the wind turbine may be equipped with a brake (not shown). For the convenience of performing maintenance work on the side faces of the duct 7, hatches are made that are closed by removable covers (not shown).

Ветродвигатель работает следующим образом. При ветре достаточной скорости и направленном перпендикулярно на одно из окон 16 (показано стрелками) ветроколесо вращается в одном и том же направлении по часовой стрелке. При этом воздушный поток входит через концентратор 6 или 15 в одно окно 16, проходит через воздуховод 7, воздействуя на лопасти 8 ветроколеса, и выходит через противоположное окно в прилегающий к нему концентратор и далее уходит в атмосферу. В концентраторе 6 или 15, принимающем ветер, воздушный поток сжимается за счет того, что площадь поперечного сечения конуса уменьшается по мере приближения воздуха к окну 16. Воздух проходит окно 16 и по инерции ударяется в наклонную поверхность верхней 12 или нижней 2 грани воздуховода 7 соответственно при поступлении потока воздуха через концентратор 6 и 15. На этом участке воздушный поток сжимается от удара и направляется в просвет между барабаном 9 ветроколеса и соответствующей гранью воздуховода 7. Давление воздуха в указанной области повышается, а в противоположной области оно равно атмосферному. При этом создается разность сил лобового давления, образуемых относительно оси 10 ветроколеса. В результате ветроколесо вращается и через ременную передачу 3 приводит во вращение рабочую машину 14. При некотором отклонении ветра от наибольшей повторяемости направлений концентраторы 6, 15 формируют воздушный поток (принимают боковой ветер) и направляют его на ветроколесо аналогичным образом.The wind turbine operates as follows. When the wind is of sufficient speed and directed perpendicularly to one of the windows 16 (shown by arrows), the wind wheel rotates in the same direction clockwise. In this case, the air flow enters through one hub 16 through a concentrator 6 or 15, passes through an air duct 7, acting on the blades 8 of a wind wheel, and exits through an opposite window into a concentrator adjacent to it and then leaves into the atmosphere. In a hub 6 or 15 receiving the wind, the air flow is compressed due to the fact that the cross-sectional area of the cone decreases as the air approaches the window 16. The air passes through the window 16 and by inertia hits the inclined surface of the upper 12 or lower 2 face of the duct 7, respectively upon receipt of the air flow through the hub 6 and 15. In this section, the air flow is compressed from the impact and sent into the gap between the drum 9 of the wind wheel and the corresponding face of the air duct 7. The air pressure in the specified area is increased etsya, and in the opposite area is equal to atmospheric pressure. This creates a difference in frontal pressure forces formed relative to the axis 10 of the wind wheel. As a result, the wind wheel rotates and drives the working machine 14 through the belt drive 3. With a certain deviation of the wind from the greatest repeatability of directions, the hubs 6, 15 form an air flow (take a side wind) and direct it to the wind wheel in a similar way.

Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

1. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра, - 2-е изд., перераб. и доп. М. Энергоатомиздат, 1983, с.72,73.1. Shefter Ya.I. The use of wind energy, - 2nd ed., Revised. and add. M. Energoatomizdat, 1983, p. 72.73.

2. FR, 2434282 А, кл. F 03 D 3/04, 25.04.1980 - прототип.2. FR, 2434282 A, cl. F 03 D 3/04, 04.25.1980 - prototype.

Claims

1. A wind turbine containing a support, a wind wheel with a horizontal axis of rotation perpendicular to the wind direction, and an air duct made in the form of a parallelepiped with open vertical ends - windows oriented to the wind to allow air flow in both forward and reverse directions, and the wind wheel is placed in the duct, characterized in that the wind wheel is covered from the wind by the duct, the duct is mounted on a support at an angle of 45 ° to the horizon so that its upper face covers one floor from the wind blame the propeller, and the lower bound - another.

2. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the air flow concentrators in the form of hollow truncated cones, large bases of which are facing the wind, are symmetrically connected to the ends of the duct from the side of the windows.

3. A wind turbine according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the installation corners are rigidly and horizontally connected to the air duct ribs from the side of the side faces, onto which the wind wheel is mounted through the bearing housings.