RU2261362C2 - Aerothermodynamic wind power-generating plant - Google Patents

Aerothermodynamic wind power-generating plant Download PDF

Info

Publication number
RU2261362C2
RU2261362C2 RU2003120718/06A RU2003120718A RU2261362C2 RU 2261362 C2 RU2261362 C2 RU 2261362C2 RU 2003120718/06 A RU2003120718/06 A RU 2003120718/06A RU 2003120718 A RU2003120718 A RU 2003120718A RU 2261362 C2 RU2261362 C2 RU 2261362C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
installation
generator
wind
wing
Prior art date
Application number
RU2003120718/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003120718A (en
Original Assignee
Миодраг Шкобаль
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Миодраг Шкобаль filed Critical Миодраг Шкобаль
Priority to RU2003120718/06A priority Critical patent/RU2261362C2/en
Publication of RU2003120718A publication Critical patent/RU2003120718A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2261362C2 publication Critical patent/RU2261362C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: wind power engineering.
SUBSTANCE: proposed wind power-generating plant contains generator, turbine, extensible annular wing with "de-Laval" inner surface being carrying element and furnished with feather surface, carrying radial brackets, generator cabin with streamlined outer surface with inner carrying structure for generator supports and support of turbine, intake fixed cone, radial brackets, intake annular wing supports mast, rotary stand with current collectors for communication between generator cabin and support mast. Profile of intake annular wing is made in pair with extensible annular wing.
EFFECT: increased efficiency of wind power-generating plant, its reliability, simplified design, facilitated operation and servicing.
4 cl, 8 dwg

Description

Данное изобретение относится к энергетике и представляет собой аэротермодинамическую ветроэнергетическую установку АТВУ (ATWT - AeroThermodynamic Wind Turbine), предназначенную для преобразования кинетической энергии ветра, в том числе со значительной турбулентной составляющей, в электрическую энергию. Предназначена для применения в промышленности, городском и сельском коммунальном хозяйстве и т.п. (в составе ветропарков или отдельных установок).This invention relates to energy and is an aerothermodynamic wind energy installation ATVU (ATWT - AeroThermodynamic Wind Turbine), designed to convert the kinetic energy of the wind, including with a significant turbulent component, into electrical energy. Designed for use in industry, urban and rural utilities, etc. (as part of wind farms or individual installations).

Известны ветроэнергетические установки (ВЭУ), преобразующие энергию ветра для получения механической или электрической энергии, в которых в качестве рабочего элемента используется винт (ветроколесо), ротор Дарье и т.п. К недостаткам их конструкции следует отнести большие габаритные размеры, нестабильность динамических нагрузок, ведущих к нестабильности параметров вырабатываемого электрического тока, что ведет к необходимости применения специальных стабилизирующих устройств.Wind power plants (wind turbines) are known that convert wind energy to produce mechanical or electrical energy, in which a screw (wind wheel), Darier rotor, etc. are used as a working element. The disadvantages of their design include large overall dimensions, the instability of dynamic loads, leading to instability of the parameters of the generated electric current, which leads to the need for special stabilizing devices.

Кроме того, практика использования большого количества ветрогенераторов в составе ветропарков показывает, что создаваемое такими установками шумовое поле является опасным для здоровья человека, поскольку его частота находится в инфразвуковом диапазоне (4-7 Hz), что по экологическим нормам недопустимо.In addition, the practice of using a large number of wind generators as part of wind farms shows that the noise field created by such installations is hazardous to human health, since its frequency is in the infrasonic range (4-7 Hz), which is unacceptable by environmental standards.

В настоящее время известна и более эффективна ветроэнергетическая установка роторного типа, по техническому устройству и существенным признакам наиболее близкая к представленному изобретению, которая принята в качестве прототипа, а именно RU 2124142 С1, 27.12.1998, кл. 6 F 03 D 1/04, содержащая установленный на опоре энергоагрегат, с сопловым аппаратом и двумя или более турбинами, механически связанными с генератором, с обтекаемой оболочкой с крыльями, заполненной газом, плотность которого меньше плотности атмосферы, выполненной с возможностью перемещения для изменения сечения смежных каналов. Основными недостатками прототипа являются: сложность конструкции, невысокая надежность в эксплуатации, высокая стоимость установки.At present, a rotor-type wind power installation is known and more efficient, in technical design and essential features closest to the presented invention, which is adopted as a prototype, namely, RU 2124142 C1, 12/27/1998, cl. 6 F 03 D 1/04, containing a power unit mounted on a support, with a nozzle device and two or more turbines mechanically connected to the generator, with a streamlined shell with wings filled with gas, the density of which is less than the density of the atmosphere, made with the possibility of movement to change the cross section adjacent channels. The main disadvantages of the prototype are: design complexity, low reliability, high installation cost.

Технический результат изобретения заключается в повышении к.п.д. (коэффициента полезного действия) ветроэнергетической установки, простоте конструкции, обеспечении высокой надежности, снижении шумности, простоте эксплуатации и обслуживания, сравнительно невысокой стоимости изготовления.The technical result of the invention is to increase the efficiency (efficiency) of a wind power installation, simplicity of design, ensuring high reliability, reducing noise, ease of operation and maintenance, relatively low manufacturing cost.

Технический результат изобретения обеспечивается применением легких и дешевых материалов, простотой технологии изготовления, доступностью к вращающимся агрегатам, применением минимума автоматизации управления.The technical result of the invention is ensured by the use of light and cheap materials, simplicity of manufacturing technology, accessibility to rotating units, and the use of a minimum of control automation.

Аэротермодинамическая ветроэнергетическая установка состоит из генератора, механически связанного с турбиной, вытяжного кольцевого крыла с внутренней поверхностью, выполненной по профилю «Де-Лаваль», являющегося несущим элементом установки и оснащенного флюгерной поверхностью, обеспечивающей ориентацию по ветру, несущих радиальных кронштейнов для крепления генератора, кабины генератора с обтекаемой наружной поверхностью и с внутренней несущей конструкцией для опор генератора и опоры турбины, входного неподвижного конуса, закрывающего ротор турбины, радиальных кронштейнов, несущих входной конус, входного кольцевого крыла, имеющего замкнутый контур для вращения ротора турбины, опорной мачты установки и поворотного стенда с токосъемниками, осуществляющего коммуникацию между кабиной генератора и опорной мачтой, причем профиль входного кольцевого крыла выполнен в паре с вытяжным кольцевым крылом. Флюгерная поверхность содержит датчик скорости ветра и сигнальную лампочку, входной конус представляет собой обтекаемую коническую поверхность из стекло пластика, а лопатки ротора турбины выполнены из полимеров или стеклопластика. Кабина генератора соединена трубным проходом с поворотным стендом для доступа к вращающимся агрегатам. Опорная мачта выполнена в виде цилиндрической металлический конструкции, укрепленной на анкерах бетонного фундамента и имеющей внутреннюю лестницу для поворотного стенда, кабельные линии и освещение.The aerothermodynamic wind power installation consists of a generator mechanically connected to the turbine, an exhaust ring wing with an internal surface made along the De Laval profile, which is the bearing element of the installation and equipped with a weather vane, providing orientation in the wind, bearing radial brackets for mounting the generator, cab generator with a streamlined outer surface and with an internal supporting structure for generator supports and turbine bearings, fixed input cone, closing the turbine rotor, radial brackets carrying the inlet cone, the inlet annular wing, which has a closed loop for rotating the turbine rotor, the mounting mast of the installation and the rotary stand with current collectors, which communicates between the generator cabin and the supporting mast, and the profile of the inlet ring wing is paired with exhaust ring wing. The weathervane surface contains a wind speed sensor and a signal light, the inlet cone is a streamlined conical surface made of glass plastic, and the turbine rotor blades are made of polymers or fiberglass. The generator cabin is connected by a pipe passage to a rotary stand for access to rotating units. The support mast is made in the form of a cylindrical metal structure, mounted on anchors of a concrete foundation and having an internal staircase for a rotary stand, cable lines and lighting.

Представленное изобретение поясняется приведенными чертежами.The presented invention is illustrated by the drawings.

На Фиг.1 показана аэродинамическая ветроэнергетическая установка, общий вид.Figure 1 shows an aerodynamic wind power installation, a General view.

На Фиг.2 - вид А по Фиг.1Figure 2 - view a of Figure 1

На Фиг.3 - вид Б по Фиг.1, принципиальная схема устройства установки. Вид А - профиль передней кромки вытяжного кольцевого крыла. Вид Б - отбойный козырек вытяжного кольцевого крыла.Figure 3 is a view B of Figure 1, a schematic diagram of the installation device. View A - profile of the leading edge of the exhaust annular wing. Type B - jack visor of the exhaust annular wing.

На Фиг.4 показана аэродинамическая схема устройства установки.Figure 4 shows the aerodynamic diagram of the installation device.

На Фиг.5 показана схема ориентации установки по ветру.Figure 5 shows a diagram of the orientation of the installation in the wind.

На Фиг.6 показана схема аэродинамического действия на диск турбины установки.Figure 6 shows a diagram of the aerodynamic action on the disk of the turbine installation.

На Фиг.7 показана схема гашения турбулентности воздушных потоков в установке.7 shows a diagram of the suppression of turbulence of air flows in the installation.

На Фиг.8 показана диспозиционная (компоновочная) схема установки.On Fig shows a disposition (layout) installation diagram.

Аэротермодинамическая ветроэнергетическая установка состоит из вытяжного кольцевого крыла 5 с флюгерной поверхностью 1, входного кольцевого крыла 10, турбины 9, механически связанного с ней электрогенератора, заключенного в обтекаемую кабину 4, неподвижного входного конуса 8, закрепленных несущими радиальными кронштейнами 7 к входному кольцевому крылу 10 и вытяжному кольцевому крылу 5, закрепленного посредством поворотного стенда с токосъемниками 11 на опорной мачте 12.The aerothermodynamic wind power installation consists of an exhaust ring wing 5 with a weather vane 1, an inlet ring wing 10, a turbine 9, a power generator mechanically connected to it, enclosed in a streamlined cabin 4, a stationary inlet cone 8, fixed by supporting radial brackets 7 to the inlet ring wing 10 and an exhaust ring wing 5, fixed by means of a rotary stand with current collectors 11 on the supporting mast 12.

Вытяжное кольцевое крыло 5 имеет следующие конструктивные особенности:The exhaust ring wing 5 has the following design features:

- Внутренняя поверхность вытяжного кольцевого крыла 5 выполнена по профилю «Де-Лаваль» (см. Bojan Kraut "STROJARSKI PRIRUČNIK", TEHNIČKA KNIGA, ZAGREB, 1988, с 201). Материал крыла - любое легкое аэродинамическое покрытие (сплавы алюминия, стеклопластик и т.п.) с сотовым или минватным наполнением.- The inner surface of the exhaust ring wing 5 is made according to the profile "De Laval" (see Bojan Kraut "STROJARSKI PRIRUČNIK", TEHNIČKA KNIGA, ZAGREB, 1988, p 201). Wing material - any lightweight aerodynamic coating (aluminum alloys, fiberglass, etc.) with honeycomb or mineral wool filling.

- Передняя кромка 6 вытяжного кольцевого крыла 5 имеет профиль, создающий входной тороидальный (кольцевой) воздушный вихрь 13, который дополнительно увеличивает массовый проток воздуха 16 через турбину 9.- The front edge 6 of the exhaust ring wing 5 has a profile that creates an input toroidal (ring) air vortex 13, which further increases the mass flow of air 16 through the turbine 9.

- По периметру выходной кромки вытяжного кольцевого крыла 5 имеется внешний кольцевой отбойный козырек 2, создающий выходной тороидальный (кольцевой) воздушный вихрь 15, который дополнительно ускоряет воздушный поток 18.- Along the perimeter of the output edge of the exhaust annular wing 5 there is an external annular bump visor 2, creating an output toroidal (annular) air vortex 15, which additionally accelerates the air flow 18.

Флюгерная поверхность 1 обеспечивает без применения дополнительных механизмов и приспособлений ориентацию установки по ветру по оси вращения 20. Флюгерная поверхность 1 оснащена датчиком скорости ветра, устройством молниеотвода и сигнальной лампой.The weathervane surface 1 provides, without the use of additional mechanisms and devices, the installation orientation in the wind along the rotation axis 20. The weathervane surface 1 is equipped with a wind speed sensor, a lightning rod device and a signal lamp.

В кабине генератора 4 с обтекаемой наружной поверхностью и внутренней несущей конструкцией для крепления турбины и генератора предусмотрен доступ для осмотра и ремонта.In the generator cabin 4 with a streamlined outer surface and an internal supporting structure for mounting the turbine and generator, access is provided for inspection and repair.

Несущие радиальные кронштейны 7 входного кольцевого крыла 10, а также несущие радиальные кронштейны 3 крепления входного конуса 8 и кабины генератора 4 выполнены по типу конструктивных элементов, применяющихся в авиастроении.Bearing radial brackets 7 of the input annular wing 10, as well as bearing radial brackets 3 of the fastening of the input cone 8 and the generator cab 4 are made according to the type of structural elements used in aircraft construction.

Турбина 9 расположена внутри входного кольцевого крыла 10, в задней его части, где воздушный поток 18 имеет максимальную плотность и скорость, что обеспечивает максимальный к.п.д.The turbine 9 is located inside the inlet annular wing 10, in its rear part, where the air stream 18 has a maximum density and speed, which ensures maximum efficiency

Принцип работы установки.The principle of operation of the installation.

Воздушный поток 16, движущийся вдоль оси установки, ориентированной по ветру благодаря флюгерной поверхности 1 вытяжного кольцевого крыла 5, попадает на турбину 9, заставляя ее вращаться. Генератор 4, закрепленный на одной оси с турбиной 9, вырабатывает электрический ток, который снимается через токосъемники поворотного стенда 11.The air stream 16, moving along the axis of the installation, oriented in the wind due to the weathervane surface 1 of the exhaust ring wing 5, enters the turbine 9, causing it to rotate. The generator 4, mounted on the same axis with the turbine 9, generates an electric current, which is removed through the current collectors of the rotary stand 11.

Для повышения эффективности установки предусмотрены следующие особенности конструкции.To increase the efficiency of the installation, the following design features are provided.

1. Благодаря профилю передней кромки вытяжного кольцевого крыла 5, создающему на входе тороидальный (кольцевой) воздушный вихрь 13, на входе в турбину 9 создается конвергентный набегающий поток воздуха 17, за счет чего массовый приток воздуха на турбину 9 увеличивается.1. Due to the profile of the leading edge of the exhaust ring wing 5, which creates a toroidal (annular) air vortex 13 at the inlet, a convergent incident air stream 17 is created at the inlet of the turbine 9, due to which the mass flow of air to the turbine 9 increases.

2. Форма входного кольцевого крыла 10 и его положение в установке с кольцевым зазором 14 позволяет погасить турбулентность входного потока воздуха 19 и направить его на лопасти турбины 9.2. The shape of the inlet annular wing 10 and its position in the installation with an annular gap 14 allows you to suppress the turbulence of the inlet air flow 19 and direct it to the blades of the turbine 9.

3. Форма внутренней поверхности вытяжного кольцевого крыла 5, исполненной по профилю «Де-Лаваля», способствует созданию зоны разряжения в задней части установки 18, за турбиной 9, что существенно увеличивает скорость воздушного потока на турбине.3. The shape of the inner surface of the exhaust annular wing 5, made according to the profile of “De Laval”, helps to create a rarefaction zone in the rear of the installation 18, behind the turbine 9, which significantly increases the speed of the air flow on the turbine.

4. Кольцевой отбойный козырек 2 создает выходной тороидальный (кольцевой) воздушный вихрь 15, ускоряющий скорость воздушного потока, создавая дополнительное разряжение в воздушном потоке 18 за турбиной 9.4. The annular bump visor 2 creates an output toroidal (annular) air vortex 15, accelerating the speed of the air flow, creating additional vacuum in the air flow 18 behind the turbine 9.

Благодаря перечисленным конструктивным особенностям предлагаемой установки, порывистый и турбулентный воздушный поток 19 внутри установки стабилизируется и в рабочей зоне турбины становится ламинарным и с повышением давления, максимальным по скорости и плотности, что повышает эффективность установки и стабильность выработки электроэнергии.Due to the listed design features of the proposed installation, gusty and turbulent air flow 19 inside the installation is stabilized and in the working area of the turbine becomes laminar and with an increase in pressure, maximum in speed and density, which increases the efficiency of the installation and the stability of power generation.

Теоретические основыTheoretical basis

Приповерхностные ветровые потоки обладают явно выраженным профилем скорости в зависимости от высоты и значительной турбулентной составляющей, зависящей от местного рельефа, застроек и растительного покрова. Движущиеся воздушные массы имеют высокую энергию (кинетическую, термодинамическую и барометрическую) kW/m3 [1]Near-surface wind flows have a pronounced velocity profile depending on the height and significant turbulent component, depending on the local topography, buildings and vegetation. Moving air masses have high energy (kinetic, thermodynamic and barometric) kW / m 3 [1]

Figure 00000002
Figure 00000002

EΣ - общая энергия воздушного потока [kW/m3],E Σ is the total energy of the air flow [kW / m 3 ],

Eк - кинетическая энергия воздушного потока = ρ(ν2/2),E k - kinetic energy of the air flow = ρ (ν 2/2),

Eт - термодинамическая энергия воздушного потока = i (энталпия),E t - thermodynamic energy of the air flow = i (enthalpy),

Ев - барометрическая энергия воздушного потока = RT = pV.E in - barometric energy of the air flow = RT = pV.

Следовательно, энергия ветра зависит от состояния воздушных масс [2]:Therefore, wind energy depends on the state of air masses [2]:

Figure 00000003
Figure 00000003

ρ - плотность воздуха,ρ is the density of air,

ν - скорость воздуха,ν is the air velocity,

Т - температура воздуха,T is the air temperature

р - барометрическое давление.p is the barometric pressure.

Специфическая энергия еΣ = f (ρ, ν, Т, р) [kW/kg].The specific energy e Σ = f (ρ, ν, Т, р) [kW / kg].

Применением аэродинамической установки (турбины) можно утилизировать комплексно энергию, содержащуюся в ветре.By using an aerodynamic installation (turbine), it is possible to utilize the energy contained in the wind in a complex manner.

Турбина принимает всю трансформированную энергию ветра на установке. В установке происходят следующие изменения состояния набежавшего ветра:The turbine receives all the transformed wind energy in the installation. The following changes in the state of the incident wind occur in the installation:

1. Рост скорости Δνw на входе в турбину 21 за счет:1. The increase in speed Δν w at the entrance to the turbine 21 due to:

- конвергенции кольцевого крыла 10 и редукции проточного сечения за счет входного конуса 8;- convergence of the annular wing 10 and the reduction of the flow section due to the inlet cone 8;

- конвергенции набегающего воздушного потока под действием всасывающего ротора 13.- convergence of incoming air flow under the action of the suction rotor 13.

2. Рост давления 16 Δph на входе в турбину 9 за счет:2. The pressure increase 16 Δph at the entrance to the turbine 9 due to:

- препятствия струе воздуха со стороны диска турбины 9;- obstacles to the air stream from the side of the turbine disk 9;

- погашения ΔpW вихревых движений в кольцевом зазоре между входным кольцевым крылом 10 и входным конусом 8.- repayment ΔpW of vortex movements in the annular gap between the inlet annular wing 10 and the inlet cone 8.

3. Увеличивается к.п.д. турбины за счет работы ее в замкнутом контуре (кольцевом просвете) без индуктивного сопротивления.3. Increases efficiency turbines due to its operation in a closed loop (annular clearance) without inductive resistance.

4. За диском турбины 9 создается разряжение ΔpV 23 за счет:4. Behind the turbine disk 9, a vacuum ΔpV 23 is created due to:

- отсасывающего действия воздушной струи ΔрV1 18;- suction action of the air stream ΔpV1 18;

- дополнительного ускорения воздушной струи ΔpV2 в профиле «Де-Лаваля»;- additional acceleration of the air stream ΔpV2 in the profile of "De Laval";

- отсасывающего действия аэродинамического генератора ΔpV3 15 на выходе из вытяжного кольцевого крыла 5, дополнительно ускоряющего воздушный поток 18;- the suction action of the aerodynamic generator ΔpV3 15 at the outlet of the exhaust ring wing 5, further accelerating the air flow 18;

- падения парциального давления водяного пара в воздухе в результате конденсации, происходящей при адиабатической экспансии через турбину ΔpV4 (эжекторное охлаждение) в случае выхода за рамки конденсации.- a drop in the partial pressure of water vapor in the air as a result of condensation occurring during adiabatic expansion through the ΔpV4 turbine (ejector cooling) in the case of going beyond the limits of condensation.

5. Возникновение аэродинамического момента, ориентирующего установку по ветру на поверхностях:5. The occurrence of an aerodynamic moment orienting the installation downwind on surfaces:

- лобового сечения входного кольцевого крыла 10 + MI;- frontal section of the input annular wing 10 + MI;

- наружной поверхности вытяжного кольцевого крыла 5 - MII;- the outer surface of the exhaust annular wing 5 - MII;

- флюгерной поверхности 1 - MIII.- vane surface 1 - MIII.

При этом:Wherein:

МIIIII>MI (противоположное направление действия - уравновешивается)M II + M III > M I (the opposite direction of action is balanced)

М=f(α), при α=0° состояние равновесия, и аэродинамические моменты отсутствуют.M = f (α), at α = 0 ° the equilibrium state, and there are no aerodynamic moments.

- Сила, реализованная на турбине [3]:- The force realized on the turbine [3]:

Figure 00000004
Figure 00000004

Δph - добавочное давление набегающего потока на диск турбины,Δp h is the additional pressure of the free flow on the turbine disk,

Δрv - добавочное разряжение воздушного потока за диском турбины,Δp v - additional discharge of the air flow behind the turbine disk,

А[n2] - поверхность сечения входного кольцевого крыла,And [n 2 ] is the surface section of the input annular wing,

Figure 00000005
- скорость ветра,
Figure 00000005
- wind speed,

Δph [N/m2] - функция конструкции установки,Δp h [N / m 2 ] is the design function of the installation,

Δpv [N/m2] - функция конструкции установки,Δp v [N / m 2 ] is the design function of the installation,

η - к.п.д.,η - efficiency

ηATWT [%] значительно выше > ηВЭУ классической винтовой ВЭУ за счет синергетических действий:η ATWT [%] is significantly higher> η wind turbines of a classical helical wind turbine due to synergistic actions:

- конвергенции воздушного потока;- convergence of air flow;

- погашения турбулентных потоков;- repayment of turbulent flows;

- увеличения объема входящего воздуха;- increase in the volume of incoming air;

- действия переднего аэродинамического генератора;- actions of the front aerodynamic generator;

- действия заднего аэродинамического генератора;- actions of the rear aerodynamic generator;

- работы турбины в замкнутом контуре;- turbine operation in a closed loop;

- составной ΔpV за счет парциального давления водяного пара;- composite ΔpV due to the partial pressure of water vapor;

- эжекторного (вытягивающего) эффекта с обратной стороны турбины;- ejector (pulling) effect on the back of the turbine;

- турбина имеет выше КПД, чем винт.- the turbine has a higher efficiency than a screw.

Так как общий ηATWT [%] установки является функцией скорости ветра, действующего на установку

Figure 00000006
тогда действительно [4]:Since the total η ATWT [%] of the installation is a function of the wind speed acting on the installation
Figure 00000006
then really [4]:

Figure 00000007
Figure 00000007

илиor

Figure 00000008
Figure 00000008

где ВЭУ - классическая ветроэнергетическая установка винтового типа. По классическим аэродинамическим расчетам в области обычных ветров 4÷6 [м/с]:where a wind turbine is a classic screw type wind turbine. According to classical aerodynamic calculations in the field of ordinary winds 4 ÷ 6 [m / s]:

Figure 00000009
Figure 00000009

что само собой доказывает преимущество установки перед классической ВЭУ винтового типа.which by itself proves the advantage of the installation over the classical wind turbines of the screw type.

Установка подвержена ветровым нагрузкам на заданной высоте, которая определяется расстоянием оси вращения турбины от горизонта грунта, на котором установка возведена. Так как установка способна гасить и утилизировать турбулентность ветровых потоков, она по высоте установки не очень требовательна, а ее меньший ротационный диаметр не обуславливает этого. Единственное требования по высоте установки - чтобы она была достаточна для доступа к интенсивным воздушным струям, не требуя при этом, чтобы эти потоки были ламинарными.The installation is subject to wind loads at a given height, which is determined by the distance of the axis of rotation of the turbine from the soil horizon at which the installation is erected. Since the installation is able to damp and utilize the turbulence of wind flows, it is not very demanding in terms of installation height, and its smaller rotational diameter does not determine this. The only requirement for installation height is that it is sufficient to access intense air jets, without requiring that these flows be laminar.

Благодаря специальному профилю 6 передней кромки вытяжного кольцевого крыла 5, создающему входной тороидальный воздушный вихрь 13, на входе в турбину 9 формируется конвергентный набегающий поток ветра 21, за счет чего увеличивается массовый приток воздуха, что отличает установку от классических установок винтового типа: [7]Due to the special profile 6 of the leading edge of the exhaust ring wing 5, which creates the inlet toroidal air vortex 13, a convergent incident wind stream 21 is formed at the turbine inlet 9, due to which the mass flow of air increases, which distinguishes the installation from classical screw-type installations: [7]

Figure 00000010
Figure 00000010

Di - диаметр передней (входной) части вытяжного кольцевого крыла,D i - the diameter of the front (input) part of the exhaust annular wing,

ρ - плотность воздуха,ρ is the density of air,

Кк - коэффициент конвергенции ветровой струи:To to - the convergence coefficient of the wind stream:

Кк=f(Vw); Кк>1 (см. [6]).K k = f (V w ); K k > 1 (see [6]).

Увеличенный массовый воздушный поток 17 утилизируется на турбине 9 благодаря вытяжному (эжекторному) действию вытяжного кольцевого крыла 5. Увеличенный массовый воздушный поток увеличивает энергоотдачу, а также обеспечивает рост давления 22 перед диском турбины 9.The increased mass air flow 17 is utilized on the turbine 9 due to the exhaust (ejector) action of the exhaust ring wing 5. The increased mass air flow increases energy efficiency, and also provides an increase in pressure 22 in front of the turbine disk 9.

Воздушная струя в кольцевом зазоре между двумя кольцевыми профилями 14 ускоряется и за диском турбины 9 создается зона вакуума 23, создающая дополнительный момент на валу турбины и поглощающая увеличенный (конвергированный) воздушный поток 17 на входе во входное кольцевое крыло 10. Таким образом, обеспечивается прохождение воздушного потока через турбину без турбулентных завихрений, тормозящих воздушный поток, и тогда Δph [2] = max, что обеспечивает максимальную нагрузку турбины.The air stream in the annular gap between the two annular profiles 14 is accelerated and a vacuum zone 23 is created behind the turbine disk 9, which creates an additional moment on the turbine shaft and absorbs the increased (converged) air stream 17 at the entrance to the inlet ring wing 10. Thus, the passage of air flow through the turbine without turbulent turbulence inhibiting the air flow, and then Δp h [2] = max, which ensures the maximum load of the turbine.

Выходящая воздушная струя первично ускоряется в кольцевом зазоре 14, затем продолжает ускоряться за счет внутреннего профиля вытяжного кольцевого крыла 5 (Де-Лаваль), сглаживая турбулентности и усиливая весь массовый проток через турбину 9, и тогда Δрh [2] = max, что обеспечивает максимальную нагрузку турбины.The outgoing air stream is primarily accelerated in the annular gap 14, then continues to accelerate due to the internal profile of the exhaust ring wing 5 (De Laval), smoothing out the turbulence and enhancing the entire mass flow through the turbine 9, and then Δр h [2] = max, which ensures maximum turbine load.

Ускорение выходящего потока еще дополнительно увеличивается за счет действия внешнего кольцевого козырька 2 по периметру выходной кромки вытяжного кольцевого крыла 5, генерирующего выходной тороидальный вихрь 15.The acceleration of the output stream is further increased due to the action of the external annular visor 2 along the perimeter of the output edge of the exhaust annular wing 5, generating the output toroidal vortex 15.

Представленная установка имеет существенные преимущества перед известными аналогами, так как она значительно эффективнее преобразует кинетическую энергию ветрового потока в электрическую энергию и не требует механизма для поворота по ветру. Кроме того, установка отличается от других ВЭУ простотой конструкции, поскольку самым технологически сложным узлом конструкции является исполненная по профилю «Де-Лаваля» внутренняя поверхность вытяжного кольцевого крыла.The presented installation has significant advantages over known analogues, since it converts the kinetic energy of the wind flow into electrical energy much more efficiently and does not require a mechanism for turning in the wind. In addition, the installation differs from other wind turbines in its simplicity of design, since the most technologically complex assembly is the internal surface of the exhaust ring wing, made according to the De Laval profile.

1. Установка утилизирует все составляющие энергии ветра (термодинамика движущихся масс смеси газов).1. The installation utilizes all components of wind energy (thermodynamics of moving masses of a mixture of gases).

2. Установка значительно ускоряет на входе в рабочую зону турбины набегающий воздушный поток, увеличивает кинетическую составляющую его энергии, создает оптимальный режим работы для турбины и не генерирует инфразвук.2. The installation significantly accelerates the incoming air flow at the entrance to the turbine’s working area, increases the kinetic component of its energy, creates an optimal operating mode for the turbine and does not generate infrasound.

3. Установка создает низкое давление (вакуум) за диском турбины и тем самым увеличивает перепад давления, который реализуется на турбине.3. The installation creates a low pressure (vacuum) behind the turbine disk and thereby increases the pressure drop that is realized on the turbine.

4. Установка создает конвергенцию набежавшего воздушного потока, увеличивая таким образом массовый проток воздуха (и реализованную энергию на турбине) через установку.4. The unit creates convergence of the running air flow, thus increasing the mass air flow (and the realized energy on the turbine) through the unit.

5. Установка сама ориентируется по ветру благодаря флюгерной поверхности вытяжного кольцевого крыла.5. The installation itself is oriented in the wind due to the weathervane surface of the exhaust ring wing.

6. В установке адиабатическая экспансия проходящего через турбину воздушного потока создает перепад температуры (ΔtT), который дополнительно увеличивает вакуум за диском турбины, что приводит к дополнительной конденсации атмосферной влаги, которую можно собирать.6. In the installation, the adiabatic expansion of the air flow passing through the turbine creates a temperature difference (ΔtT), which further increases the vacuum behind the turbine disk, which leads to additional condensation of atmospheric moisture that can be collected.

7. Установка обеспечивает достаточно высокое число оборотов на турбине, что позволяет применять низкоскоростные асинхронные генераторы без редукторов (мультипликаторов).7. The installation provides a sufficiently high speed on the turbine, which allows the use of low-speed asynchronous generators without gears (multipliers).

8. Установка по сравнению с другими ВЭУ является низким источником шума, так как все источники шума закрыты в объемном корпусе; а инфразвуковая составляющая вообще отсутствует.8. Installation in comparison with other wind turbines is a low noise source, since all noise sources are closed in a three-dimensional housing; and the infrasound component is completely absent.

9. Установка эффективно утилизирует энергию турбулентных потоков и порывов ветра, что делает ее применимой в географических районах со сложной топографией. Таким образом, установка не очень требовательна к высоте ее установки.9. The plant efficiently utilizes the energy of turbulent flows and gusts of wind, which makes it applicable in geographical areas with complex topography. Thus, the installation is not very demanding on the height of its installation.

10. Установка отличается технологической простотой конструкции (для исполнения, для эксплуатации, для монтажа и для ремонта) с простейшей электронной автоматизацией.10. The installation is distinguished by the technological simplicity of the design (for execution, for operation, for installation and for repair) with the simplest electronic automation.

11. Благодаря ускорению воздушной струи на входе установка имеет более низкий порог включения (производит электричество уже при минимальных скоростях ветра) по сравнению с подобными ВЭУ.11. Due to the acceleration of the air stream at the inlet, the installation has a lower switching threshold (produces electricity even at minimum wind speeds) in comparison with similar wind turbines.

12. Предлагаемая установка сравнительных недостатков, как таковых, не имеет и представляет собой лишь улучшение параметров и характеристик существующих ВЭУ.12. The proposed installation of comparative disadvantages, as such, does not have and represents only an improvement in the parameters and characteristics of existing wind turbines.

13. Установка более совместима с экологическим окружением, чем другие существующие в настоящее время ВЭУ.13. The installation is more compatible with the environmental environment than other currently existing wind turbines.

Библиографические данныеBibliographic data

1. Willy J.G.

Figure 00000011
Flugzeugtriebwerke;1. Willy JG
Figure 00000011
Flugzeugtriebwerke;

2. Erich Hau, Windkraftanlagen;2. Erich Hau, Windkraftanlagen;

3. Eckhard Rebhan (Hrsg.), Energiehandbuch;3. Eckhard Rebhan (Hrsg.), Energiehandbuch;

4. Hutte, Die Grundlagen der Ingenierwissenschaften;4. Hutte, Die Grundlagen der Ingenierwissenschaften;

5. Horst Crome, Handbuch Windenergie Technik;5. Horst Crome, Handbuch Windenergie Technik;

6. Robert Y. Redlinger, Per Dannemand Andersen, Poul Erik Morthorst, Wind Energy in the 21st Century;6. Robert Y. Redlinger, Per Dannemand Andersen, Poul Erik Morthorst, Wind Energy in the 21 st Century;

7. Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins, Ervin Bossanyi, Wind Energy Handbook;7. Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins, Ervin Bossanyi, Wind Energy Handbook;

8. Т.Е.Faber, Fluid dynamics for physicists;8. T.E. Faber, Fluid dynamics for physicists;

9. European Wind Atlas, Copyright © 1989 by Rise National Laboratory;9. European Wind Atlas, Copyright © 1989 by Rise National Laboratory;

10. Bojan Kraut

Figure 00000012
Figure 00000013
Kniga, Zagreb, 1988.10. Bojan Kraut
Figure 00000012
Figure 00000013
Kniga, Zagreb, 1988.

Claims (4)

1. Аэродинамическая ветроэнергетическая установка, содержащая генератор, турбину, вытяжное кольцевое крыло с внутренней поверхностью, выполненной по профилю «Де-Лаваль», являющееся несущим элементом установки и оснащенное флюгерной поверхностью, обеспечивающей ориентацию по ветру, несущие радиальные кронштейны для крепления генератора, кабину генератора с обтекаемой наружной поверхностью и с внутренней несущей конструкцией для опор генератора и опоры турбины, входной неподвижный конус, закрывающий ротор турбины, радиальные кронштейны, несущие входной конус, входное кольцевое крыло, имеющее замкнутый контур для вращения ротора турбины, опорную мачту установки и поворотный стенд с токосъемниками, осуществляющий коммуникацию между кабиной генератора и опорной мачтой, причем профиль входного кольцевого крыла выполнен в паре с вытяжным кольцевым крылом.1. An aerodynamic wind power installation containing a generator, a turbine, an exhaust ring wing with an internal surface made according to the De Laval profile, which is a bearing element of the installation and equipped with a weather vane providing orientation in the wind, bearing radial arms for mounting the generator, generator cabin with a streamlined outer surface and with an internal load-bearing structure for generator supports and turbine supports, fixed input cone closing the turbine rotor, radial brackets us carrying input cone inlet annular wing, having a closed circuit for the rotation of the turbine rotor, the supporting mast installation and the rotary stand with current collectors carrying out communication between the cabin and the reference oscillator mast, wherein the input profile annular wing is formed with a pair of annular exhaust wing. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что флюгерная поверхность содержит датчик скорости ветра и сигнальную лампочку, входной конус представляет собой обтекаемую коническую поверхность из стеклопластика, а лопатки ротора турбины выполнены из полимеров или стеклопластика.2. Installation according to claim 1, characterized in that the weather vane surface contains a wind speed sensor and a signal light, the inlet cone is a streamlined conical surface made of fiberglass, and the turbine rotor blades are made of polymers or fiberglass. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кабина генератора соединена трубным проходом с поворотным стендом для доступа к вращающимся агрегатам.3. Installation according to claim 1, characterized in that the generator cabin is connected by a pipe passage to a rotary stand for access to rotating units. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что опорная мачта выполнена в виде цилиндрической металлической конструкции, укрепленной на анкерах бетонного фундамента и имеющей внутреннюю лестницу для поворотного стенда, кабельные линии и освещение.4. Installation according to claim 1, characterized in that the supporting mast is made in the form of a cylindrical metal structure, mounted on anchors of a concrete foundation and having an internal ladder for a rotary stand, cable lines and lighting.
RU2003120718/06A 2003-07-10 2003-07-10 Aerothermodynamic wind power-generating plant RU2261362C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003120718/06A RU2261362C2 (en) 2003-07-10 2003-07-10 Aerothermodynamic wind power-generating plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003120718/06A RU2261362C2 (en) 2003-07-10 2003-07-10 Aerothermodynamic wind power-generating plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003120718A RU2003120718A (en) 2005-02-10
RU2261362C2 true RU2261362C2 (en) 2005-09-27

Family

ID=35208149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003120718/06A RU2261362C2 (en) 2003-07-10 2003-07-10 Aerothermodynamic wind power-generating plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2261362C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008043367A1 (en) * 2006-10-12 2008-04-17 Vadim Konstantinovich Gorin Aerodynamic wind-driven powerplant
WO2009025580A1 (en) * 2007-08-20 2009-02-26 Arter Technology Limited Wind-driven powerplant
WO2009031927A1 (en) * 2007-08-20 2009-03-12 Arter Technology Limited Wind power plant
WO2009031926A1 (en) * 2007-08-20 2009-03-12 Arter Technology Limited Wind power plant
RU2470180C1 (en) * 2011-06-22 2012-12-20 Николай Сергеевич Говоров Windmill

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008043367A1 (en) * 2006-10-12 2008-04-17 Vadim Konstantinovich Gorin Aerodynamic wind-driven powerplant
WO2009025580A1 (en) * 2007-08-20 2009-02-26 Arter Technology Limited Wind-driven powerplant
WO2009031927A1 (en) * 2007-08-20 2009-03-12 Arter Technology Limited Wind power plant
WO2009031926A1 (en) * 2007-08-20 2009-03-12 Arter Technology Limited Wind power plant
US20110200428A1 (en) * 2007-08-20 2011-08-18 Ovchinnikov Alexandr Ivanovich Wind-driven electric plant
RU2470180C1 (en) * 2011-06-22 2012-12-20 Николай Сергеевич Говоров Windmill

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003120718A (en) 2005-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2436920C (en) Fluid-powered energy conversion device
Manyonge et al. Mathematical modelling of wind turbine in a wind energy conversion system: Power coefficient analysis
US4070131A (en) Tornado-type wind turbine
RU2124142C1 (en) Wind-driven electric plant
US9512817B2 (en) Diffuser augmented wind turbines
US20030025334A1 (en) Fluid-powered energy conversion device
AU2002228948A1 (en) Fluid-powered energy conversion device
JP2017075597A (en) Storage container storing type flywheel integral formation vertical shaft wind turbine power generator
EA023719B1 (en) Wind-driven plant for power generation and method for power generation using wind-driven plant
WO2008043367A1 (en) Aerodynamic wind-driven powerplant
JP2013510997A (en) Method for power generation and solar cell type wind power generator
RU2261362C2 (en) Aerothermodynamic wind power-generating plant
US20120098262A1 (en) Energy production device from an omnidirectional Bi-axial flow
EP2994636A1 (en) Ejector type turbine
Zefreh Design and CFD analysis of airborne wind turbine for boats and ships
US20210123412A1 (en) Wind-based electrical power generation system
Balaji et al. Wind power generator using horizontal axis wind turbine with convergent nozzle
JP3201957U (en) Vertical axis wind turbine generator with integrated containment flywheel
Chong et al. Design and wind tunnel testing of a Savonius wind turbine integrated with the omni-direction-guide-vane
RU2365781C1 (en) Self-controlled wind-powered generator
KR20140123324A (en) Ventilation Duct Exhaust Energy Capturing Power Generation System
KR101165619B1 (en) Wind energy converting system using air stack
WO2013095178A1 (en) Method and apparatus for producing electrical energy
Kulkarni et al. Comprehensive Evaluation of Some Innovative Wind Turbines
Qasim et al. Design of vertical axis wind turbine with movable vanes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060711