RU2270932C2 - Energy-generating turbine - Google Patents
Energy-generating turbine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2270932C2 RU2270932C2 RU2003129460/06A RU2003129460A RU2270932C2 RU 2270932 C2 RU2270932 C2 RU 2270932C2 RU 2003129460/06 A RU2003129460/06 A RU 2003129460/06A RU 2003129460 A RU2003129460 A RU 2003129460A RU 2270932 C2 RU2270932 C2 RU 2270932C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- shaft
- turbine
- energy
- radial
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области устройств для генерирования энергии потоков воды или ветра.The invention relates to the field of devices for generating energy flows of water or wind.
Известны широко применяемые гидравлические турбины (Справочник машиностроителя под редакцией Е.А.Чудакова, т.1, Москва, 1951, с.857), в которых набегающий поток воды направлен вдоль оси вала. Основным недостатком их является необходимость высокого напора воды и, как следствие, строительства плоти, при этом дебит реки используется чаще всего однократно.Widely used hydraulic turbines are known (Mechanical Engineering Manual edited by E.A. Chudakov, vol. 1, Moscow, 1951, p. 857), in which an incident water flow is directed along the axis of the shaft. Their main disadvantage is the need for high water pressure and, as a consequence, the construction of flesh, while the flow rate of the river is most often used once.
Известно водяное, иначе мельничное колесо (Данилевский В.В., "История гидросиловых установок в России до XIX века", Лениздат, 1940 г.), в котором поток воды под напором направлен поперек вала и приложен к жестко связанным с ним лопастям, расположенным вокруг вала в радиальных направлениях в один круговой ряд.A water wheel, otherwise a mill wheel, is known (V. Danilevsky, “The History of Hydro Power Plants in Russia until the 19th Century”, Lenizdat, 1940), in which the flow of water under pressure is directed across the shaft and applied to the blades rigidly connected to it, located around the shaft in radial directions in one circular row.
В дополнение вышеназванных недостатков, водяное колесо малоэффективно, поскольку использует только лобовое давление потока на лопасти, которые к тому же частично экранируют друг друга от потока.In addition to the above disadvantages, the water wheel is ineffective because it uses only the frontal pressure of the flow on the blades, which also partially shield each other from the flow.
Известны применяемые в малой энергетике ветровые двигатели (А.Ф.Лукьянов и др., "Ветроэнергетика России", МЭИ, 1996, с.21) с осевым направлением потока, набегающего на винтовые лопасти, укрепленные на горизонтальном валу. К их недостаткам следует отнести невысокую эффективность в использовании энергии ветра, что обуславливает огромные габариты ветроустановок для получения значимого для практики количества энергии. Кроме того, они требуют позицирования относительно ветра, размещения генератора на подвижном валу установки.The wind engines used in small energy are known (A.F. Lukyanov et al., "Wind Energy of Russia", MPEI, 1996, p.21) with the axial direction of the flow running on screw blades mounted on a horizontal shaft. Their disadvantages include low efficiency in the use of wind energy, which leads to the huge dimensions of wind turbines to obtain a significant amount of energy for practice. In addition, they require positioning relative to the wind, placing the generator on the moving shaft of the installation.
Известен ветровой двигатель (А.Ф.Лукьянов и др., "Ветроэнергетика России", 1996, с.23), работающий при боковом направлении ветра, набегающего на лопасти размещенные вокруг вертикального вала в радиальных направлениях параллельно ему длинными сторонами, при этом поперечное сечение лопастей профилировано по типу самолетного крыла. Крутящий момент на валу создается за счет градиента аэродинамических сил при движении лопастей по ветру и против него, чем обуславливается большой противомомент и, следовательно, недостаточно эффективное использование энергии ветра, с чем связаны огромные габариты двигателя. Например, при расчетной мощности двигателя в 1 мегаватт ширина лопасти составляет 3,3 м, длина 27 м, диаметр двигателя 27 м, вследствие чего широкого применения двигатель не находит.A well-known wind engine (A.F. Lukyanov et al., "Wind Energy of Russia", 1996, p.23), working with the lateral direction of the wind, incident on the blades placed around the vertical shaft in radial directions parallel to it with long sides, while the cross section the blades are shaped like an airplane wing. Torque on the shaft is created due to the gradient of aerodynamic forces when the blades move in the wind and against it, which causes a large moment and, therefore, insufficiently efficient use of wind energy, which is associated with the huge size of the engine. For example, with an estimated engine power of 1 megawatt, the blade width is 3.3 m, length 27 m, engine diameter 27 m, as a result of which the engine does not find wide application.
Задачей изобретения является: при использовании в гидравлическом варианте повышение эффективности использования кинетической энергии дебита воды рек без применения плотин, а также энергии приливов-отливов, прибоев и т.п. с одновременным упрощением устройства и эксплуатации, при использовании изобретения в ветровом варианте повышение эффективности и упрощение устройства и эксплуатации.The objective of the invention is: when used in the hydraulic version, increasing the efficiency of using the kinetic energy of the flow rate of river water without the use of dams, as well as the energy of tides, tides, etc. while simplifying the device and operation, when using the invention in the wind version, increasing efficiency and simplifying the device and operation.
Сущностью изобретения является турбина для генерирования энергии при боковом направлении набегающего потока воды или ветра, при этом использованы следующие существенные признаки прототипов:The invention is a turbine for generating energy in the lateral direction of an incoming flow of water or wind, while the following essential features of the prototypes are used:
- вал, помещенный в шарнирах стойки;- a shaft placed in the hinges of the rack;
- лопасти, закрепленные в опорах вокруг вала в радиальных направлениях;- blades fixed in bearings around the shaft in radial directions;
- опоры лопастей, жестко связанные с валом.- blade supports rigidly connected to the shaft.
Отличительными признаками изобретения являются:Distinctive features of the invention are:
- крепление лопаток к опорам посредством шарниров относительно одной из кромок с возможностью поворота;- fastening the blades to the supports by means of hinges relative to one of the edges with the possibility of rotation;
- ограничение поворота лопаток фиксаторами их радиального положения, закрепленными на тех же опорах по обе стороны шарниров;- restriction of rotation of the blades by the clamps of their radial position, mounted on the same supports on both sides of the hinges;
- размещение лопаток рядами минимум в двух радиальных направлениях, чем образуется ярус турбины;- placement of the blades in rows in at least two radial directions, which forms the tier of the turbine;
- размещение ярусов по длине вала с равномерным угловым разворотом;- placement of tiers along the length of the shaft with a uniform angular turn;
- выполнение промежутков между скругленными кромками лопаток при радиальном положении их плоскостей.- the implementation of the gaps between the rounded edges of the blades with the radial position of their planes.
Использование изобретения позволяет получить следующие положительные технические результаты:Using the invention allows to obtain the following positive technical results:
для гидравлических турбин:for hydraulic turbines:
- упразднение плотин и возможность многократного использования энергии дебита естественно текущей воды малых рек и быстрин больших путем размещения каскадов турбин в вертикальном или горизонтальном положении вдоль их русел;- the abolition of dams and the possibility of reusing the energy of the flow rate of naturally flowing water of small rivers and large valleys by placing cascades of turbines in a vertical or horizontal position along their channels;
- возможность генерирования энергии приливно-отливных течений и прибойных волн;- the ability to generate energy of tidal currents and breaking waves;
- простоту изготовления и эксплуатации;- ease of manufacture and operation;
- сохранение экологии и окружающей среды;- conservation of ecology and the environment;
для ветровых турбин:for wind turbines:
- повышение эффективности использования энергии ветра и сокращение габаритов ветроустановок одинаковой мощности;- improving the efficiency of using wind energy and reducing the size of wind turbines of the same power;
- простоту изготовления и эксплуатации;- ease of manufacture and operation;
- упрощение регулирования параметров электротока;- simplification of regulation of electric current parameters;
- возможность применения ветроулавливателей, т.е. раструбов, последовательно сужающих сечение и увеличивающих скорость потока перед входом в турбину.- the possibility of using scavengers, i.e. sockets, sequentially narrowing the cross section and increasing the flow rate before entering the turbine.
На фигурах 1-6 изображены:In figures 1-6 depicted:
Фиг.1 - вид сбоку на ярус турбины по направлению набегающего потока.Figure 1 is a side view of the tier of the turbine in the direction of the flow.
Фиг.2 - горизонтальный разрез фиг.1. Стрелка "а" указывает направление потока.Figure 2 is a horizontal section of figure 1. Arrow "a" indicates the direction of flow.
Фиг.3 - вид сверху на 4-х ярусную турбину, фиксаторы 5 условно не показаны. Стрелка "а" указывает направление потока.Figure 3 is a top view of a 4-tier turbine,
Фиг.4 - схема последовательных позиций лопаток при одном обороте радиальной консольной балки, снабженной упорами 6, ограничивающими перекидывание лопаток углом 90°.Figure 4 is a diagram of the successive positions of the blades at one revolution of the radial cantilever beam, equipped with
Стрелки указывают направления:Arrows indicate directions:
"а" - набегающего потока,"a" - free flow,
"б" - вращения турбины,"b" - rotation of the turbine,
"с" - перекидывания лопаток."c" - throwing the blades.
Фиг.5 - фрагмент турбины с креплением лопаток в шарнирах, ось которых параллельно осям консольных балок.5 is a fragment of a turbine with mounting blades in hinges, the axis of which is parallel to the axes of the cantilever beams.
Фиг.6 - поперечные сечения профилированных консольных балок и лопатка между ними. Стрелка "а" указывает направление потока.6 is a cross section of the profiled cantilever beams and the blade between them. Arrow "a" indicates the direction of flow.
Предлагаемая турбина для генерирования энергии набегающего поперек вала потока воды или воздуха включает вал 1 (Фиг.1, Фиг.2), вокруг которого размещены лопатки 2, закрепленные в опорах, жестко связанных с валом, при этом лопатки преимущественно плоские прямоугольной формы размещены рядами с промежутками между их длинными кромками на консольных балках 3 не менее чем в двух радиальных симметричных направлениях и укреплены посредством шарниров 4 относительно одной из длинных кромок нормально оси балки с возможностью вращения, ограничиваемого фиксаторами 5 радиального положения лопаток, закрепленными на тех же балках по обе стороны шарниров. Созданный таким образом лопаточный ярус турбины повторяется по длине вала расчетное количество раз с равномерным угловым разворотом радиальных рядов (Фиг.3).The proposed turbine for generating energy of a flow of water or air flowing across the shaft includes a shaft 1 (Fig. 1, Fig. 2), around which there are
В целях увеличения мощности турбины за счет создания дополнительных импульсов момента при движении лопаток на части пути против набегающего потока угол перекладывания лопаток ограничивается углом, меньшим 180°, посредством упоров 6 (Фиг.4), жестко связанных с радиальными консолями.In order to increase the power of the turbine due to the creation of additional impulses of the moment when the blades move on a part of the path against the incoming flow, the angle of the blades is limited by an angle less than 180 ° by means of stops 6 (Figure 4), rigidly connected with radial consoles.
Для сокращения высоты турбины заданной мощности оси шарниров лопаток располагаются параллельно осям консольных балок (Фиг.5).To reduce the height of the turbine of a given power, the axis of the hinges of the blades are parallel to the axes of the cantilever beams (Figure 5).
Для увеличения скорости набегающего потока непосредственно перед лопатками поперечное сечение балок (Фиг.6) в направлении потока аэродинамически профилировано преимущественно в форме чечевицы.To increase the speed of the incident flow directly in front of the blades, the cross section of the beams (Fig.6) in the direction of flow is aerodynamically profiled mainly in the form of lentils.
С целью сокращения аэродинамических потерь в качестве опор служат диски, между которыми размещены лопатки.In order to reduce aerodynamic losses, the disks, between which the blades are placed, serve as supports.
Для регулирования параметров турбины при изменении скорости потока или нагрузки на валу часть фиксаторов выполнены убирающимися от лопаток при превышении ее силы давления тарированной силы сопротивления пружины, удерживающей фиксатор в рабочем положении.To regulate the parameters of the turbine when changing the flow rate or load on the shaft, some of the clamps are made removable from the blades when its pressure force is exerted by the calibrated resistance force of the spring holding the clamp in the working position.
В целях повышения эффекта циркуляции скорости потока лопатка представляет собой продольный срез цилиндра с высотой спинки не более 1/5 длины хорды, при этом плоская поверхность при радиальном положении лопатки направлена против потока.In order to increase the effect of the circulation of the flow velocity, the blade is a longitudinal section of the cylinder with a back height of no more than 1/5 of the chord length, while the flat surface with the radial position of the blade is directed against the flow.
Работа предлагаемой турбины осуществляется следующим образом: набегающий поперек вала 1 (Фиг.1, Фиг.2) поток воды или воздуха устанавливает лопатки 2, укрепленные на консольных балках 3 посредством шарниров 4 в два положения: радиальное с упором в фиксаторы 5 и в плоскость потока, вследствие чего гидродинамические силы, конкретно подъемная сила и лобовое давление, приложенные к плоскостям лопаток, находящихся в радиальном положении, многократно превышают силы лобового давления на площади поперечных сечений лопаток, находящихся в плоскости потока, в результате создается крутящий момент на валу, вызывающий его вращение в сторону действия больших сил, при этом радиальное положение лопаток сохраняется до тех пор, пока их направления движения совпадает с направлением потока, т.е. в течение поворота вала на угол π, после чего движение лопаток направлено против потока, и они перекидываются на угол π, вокруг шарниров, устанавливаются в плоскости потока и сохраняются в этом положении до встречи с фиксаторами радиального положения лопаток, т.е. в течение движения по углу π, после чего процесс повторяется. Размещение лопаток по ярусам в радиальных направлениях должно исключать или минимизировать экранирование потока предыдущих, по движению, лопаток последующими.The operation of the proposed turbine is carried out as follows: the flow of water or air running across the shaft 1 (Fig. 1, Fig. 2) sets the
Равномерность момента на валу достигается размещением по его длине лопаточных ярусов с равномерным угловым разворотом в одном направлении. Промежутки между скругленными кромками лопаток 2 при их радиальном положении обеспечивают эффект циркуляции скорости вокруг лопаток, что значительно увеличивает их подъемную силу.The uniformity of the moment on the shaft is achieved by placing along the length of the scapular tiers with a uniform angular turn in one direction. The gaps between the rounded edges of the
За каждый оборот вала каждая лопатка 2 пребывает на протяжении угла π в радиальном положении и подвергается действию двух импульсов: подъемной силы и лобового давления, значение которых определяется площадями синусоид, построенных в координатах "сила-время". Значение этих импульсов определяется разностью вектора скорости набегающего потока и проекции на него вектора окружной скорости лопатки 2, а это означает, что по мере удаления лопатки 2 от оси вала ее импульсы уменьшаются при одновременном увеличении плеча, создающего момент на валу, а при превышении скорости движения лопатки скорости набегающего потока она отходит от фиксатора и не участвует в создании момента, что придает турбине свойство саморегулирования в определенном диапазоне изменений нагрузки на валу и скорости набегающего потока.For each rotation of the shaft, each
Изобретение может быть использовано при проектировании гидравлических и ветровых турбин для генерирования кинетической энергии потоков воды или воздуха.The invention can be used in the design of hydraulic and wind turbines to generate kinetic energy of water or air flows.
Изготовление турбин проблем не вызывает, при этом применяются низколегированные стали, надежно защищенные от коррозии, лопатки и шарниры выполняются из нержавеющих сплавов или пластмасс.The manufacture of turbines does not cause problems, while low-alloy steels are used that are reliably protected from corrosion, the blades and hinges are made of stainless alloys or plastics.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003129460/06A RU2270932C2 (en) | 2003-10-06 | 2003-10-06 | Energy-generating turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003129460/06A RU2270932C2 (en) | 2003-10-06 | 2003-10-06 | Energy-generating turbine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003129460A RU2003129460A (en) | 2005-03-27 |
RU2270932C2 true RU2270932C2 (en) | 2006-02-27 |
Family
ID=35560246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003129460/06A RU2270932C2 (en) | 2003-10-06 | 2003-10-06 | Energy-generating turbine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2270932C2 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102606389A (en) * | 2012-03-25 | 2012-07-25 | 徐浩钟 | Hinge vertical shaft type high-effect wind energy power machine |
CN102606391A (en) * | 2012-03-25 | 2012-07-25 | 徐浩钟 | High-efficiency hinge type fan engine |
CN102606390A (en) * | 2012-03-25 | 2012-07-25 | 徐浩钟 | High-effect hinge type wind power machine |
RU2507412C1 (en) * | 2012-06-28 | 2014-02-20 | Открытое акционерное общество "Авиационное оборудование" | Tidal-wave power plant |
RU2508469C2 (en) * | 2011-09-28 | 2014-02-27 | Юрий Алексеевич Парахин | Wind generator of louvre type |
RU2562351C1 (en) * | 2011-12-12 | 2015-09-10 | Шаньдун Чжунтай Нью Энерджи Груп Ко., Лтд. | Hydroelectric power plant without arrangement of dam |
RU185639U1 (en) * | 2018-02-16 | 2018-12-13 | Ачикасов Ростислав Романович | Channel hydraulic unit Achikasova |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112983723B (en) * | 2021-03-02 | 2022-10-25 | 哈尔滨工业大学(威海) | No dead point's oscillating hydrofoil formula tidal current energy power generation structure |
-
2003
- 2003-10-06 RU RU2003129460/06A patent/RU2270932C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2508469C2 (en) * | 2011-09-28 | 2014-02-27 | Юрий Алексеевич Парахин | Wind generator of louvre type |
RU2562351C1 (en) * | 2011-12-12 | 2015-09-10 | Шаньдун Чжунтай Нью Энерджи Груп Ко., Лтд. | Hydroelectric power plant without arrangement of dam |
CN102606389A (en) * | 2012-03-25 | 2012-07-25 | 徐浩钟 | Hinge vertical shaft type high-effect wind energy power machine |
CN102606391A (en) * | 2012-03-25 | 2012-07-25 | 徐浩钟 | High-efficiency hinge type fan engine |
CN102606390A (en) * | 2012-03-25 | 2012-07-25 | 徐浩钟 | High-effect hinge type wind power machine |
RU2507412C1 (en) * | 2012-06-28 | 2014-02-20 | Открытое акционерное общество "Авиационное оборудование" | Tidal-wave power plant |
RU185639U1 (en) * | 2018-02-16 | 2018-12-13 | Ачикасов Ростислав Романович | Channel hydraulic unit Achikasova |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003129460A (en) | 2005-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2645187C2 (en) | Vertical-axial wind and hydraulic turbine with flow control | |
US7713020B2 (en) | Extracting energy from flowing fluids | |
US8022567B2 (en) | Underwater ducted turbine | |
US8177478B2 (en) | Darrieus water wheel turbine | |
AU2002328217A1 (en) | Underwater ducted turbine | |
US7645115B2 (en) | System, method, and apparatus for a power producing linear fluid impulse machine | |
RU2270932C2 (en) | Energy-generating turbine | |
CN102588187A (en) | Variable geometry water turbine for ocean current energy power generation and method thereof | |
Al-Maaitah | The design of the Banki wind turbine and its testing in real wind conditions | |
CA2615808C (en) | Underwater ducted turbine | |
KR101318480B1 (en) | Multi-stage tidal current power plant with high efficiency | |
KR102028668B1 (en) | Non-resistance wind or hydraulic power unit | |
Sutikno et al. | Flow visualization of water jet passing through the empty space of cross-flow turbine runner | |
KR100812136B1 (en) | Turbine for generator | |
Hantoro et al. | Numerical and experimental study on side-by-side darrieus cascade turbines array | |
RU179621U1 (en) | Installation for converting the energy of a moving fluid into useful energy | |
GB2386160A (en) | Variable geometry magnus effect turbine | |
KR102066031B1 (en) | Two axis vertical type wind power generator | |
RU2248462C2 (en) | Water-and-wind-driven power generating plant | |
KR101567319B1 (en) | The micro hydropower of combined cylindrical-shaped floaters for use on a stream of moving water | |
Zhao et al. | Flow characteristics and operation performance of the drag-type hydrokinetic rotor: a systematic review | |
Georgescu et al. | Overall efficiency of hydropower farms consisting of multiple vertical axis, cross-flow, marine current turbine modules | |
WO2010135197A1 (en) | Fluid flow energy harvester surface modifications | |
Yusuke et al. | 1027 EFFECT OF INLET FLOW CONDITION AND RUNNER SHAPE ON THE PERFORMANCE OF UNDERSHOT IMPULSE TURBINE BY VISUALIZATION OF FLOW PATTERN | |
JP2019113055A (en) | Hydroelectric power generator utilizing water stream |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061007 |