RU2285149C2 - Vortex wind-power plant - Google Patents
Vortex wind-power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2285149C2 RU2285149C2 RU2004133475/06A RU2004133475A RU2285149C2 RU 2285149 C2 RU2285149 C2 RU 2285149C2 RU 2004133475/06 A RU2004133475/06 A RU 2004133475/06A RU 2004133475 A RU2004133475 A RU 2004133475A RU 2285149 C2 RU2285149 C2 RU 2285149C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- confuser
- guiding
- tier
- channels
- installation according
- 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
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к вихревым ветроэнергетическим установкам, которые снабжены направляющими конфузорными каналами, и может быть использовано для получения экологически чистой электроэнергии на ветроэлектростанциях средней, большой и сверхбольшой мощности.The invention relates to the field of electric power, in particular to vortex wind power plants, which are equipped with guiding confuser channels, and can be used to produce environmentally friendly electricity in wind farms of medium, large and extra large power.
Известна вихревая ветроэнергетическая установка по патенту Российской Федерации №2043536, опубл. 1995.09.10, МПК 6 F 03 D 9/00, которая содержит вверху в конфузоре ветроколесо с вертикальной осью, которое кинематически соединено с преобразователем энергии, соосно с конфузором и под ним расположен на фундаменте наземный ярус направляющих конфузорных каналов, которые образованы экранами-щитами и которые расположены по касательной к цилиндрической части с равномерно расположенными входными отверстиями ветрового потока. Вертикальные стенки этой цилиндрической части создают целостное спиральное кольцо с одним выходным отверстием в зону формирования вихревого потока. При этом ветровой поток по вертикали создается конически спрофилированной поверхностью фундамента по вертикальной оси.Known vortex wind power installation according to the patent of the Russian Federation No. 2043536, publ. 1995.09.10, IPC 6 F 03
Основным недостатком этой установки является низкая стойкость формирования вихревого потока (его рабочего кольца), что обусловлено потерей ветровым потоком скорости при прохождении его в целостном спиральном кольце, а также наличием одного выходного отверстия в зону формирования вихревого потока.The main disadvantage of this installation is the low stability of the formation of the vortex flow (its working ring), which is due to the loss of wind speed during its passage in an integral spiral ring, as well as the presence of one outlet in the formation zone of the vortex flow.
Вторым недостатком является недостаточная скорость ветрового потока по вертикали, что обусловлено использованием для этого конически спрофилированной поверхности фундамента, что также приводит к неустойчивому формированию рабочего кольца вихревого потока.The second disadvantage is the lack of vertical wind flow velocity, which is due to the use of a conically profiled foundation surface for this, which also leads to unstable formation of the working ring of the vortex flow.
Известная вихревая ветроэнергетическая установка по патенту Российской Федерации №2070661, опубл. 1996.12.20, МПК 6 F 03 D 3/04, которая содержит вытяжную трубу с расположенными в середине ее четырьмя ветроколесами с вертикальной осью и которые кинематически соединены с преобразователем энергии, соосно с вытяжной трубой, с внешней ее стороны, расположенны четыре яруса направляющих конфузорных каналов, которые в ярусе расположены винтообразно вдоль вертикальной оси, а вокруг нее по криволинейным в плане поверхностям, которые имеют форму цилиндрических поверхностей, при этом суженные в плане внутренние сечения направляющих конфузорных каналов соединены с соответствующими выходными отверстиями в вытяжной трубе, над которыми расположено соответствующее ветроколесо этого яруса, а широкие в плане внешние сечения направляющих конфузорных каналов являются входными отверстиями ветрового потока. В этой установке винтообразность направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси есть разница между большим наклоном их нижней поверхности вверх и меньшим наклоном их верхней поверхности вниз. Также уплотненный ветровой поток внутри каждого канала проходит вдоль внешней стороны его цилиндрической поверхности и попадает в зону формирования вихревого потока (его рабочего кольца) практически радиально.Known vortex wind power installation according to the patent of the Russian Federation No. 2070661, publ. 1996.12.20, IPC 6 F 03
Преимуществом этой установки относительно предыдущей есть то, что каждый направляющий конфузорный канал с цилиндрическими вертикальными поверхностями занимает лишь небольшую часть целостного круга, что тем самым снижает возможность срыва формирования вихревого потока.The advantage of this installation relative to the previous one is that each guide confuser channel with cylindrical vertical surfaces occupies only a small part of the whole circle, thereby reducing the possibility of disruption of the formation of the vortex flow.
Вместе с тем и эта установка имеет низкую стойкость формирования вихревого потока (его рабочего кольца), что обусловлено использованием цилиндрической формы вертикальных поверхностей, с вогнутостью к вертикальной оси, в направляющих конфузорных каналах, при которой уплотненный ветровой поток попадает в зону формирования вихревого потока практически радиально.At the same time, this installation also has a low resistance to the formation of a vortex flow (its working ring), which is caused by the use of a cylindrical shape of vertical surfaces, with a concavity to the vertical axis, in the guiding confuser channels, in which the sealed wind flow enters the formation zone of the vortex flow almost radially .
Низкая стойкость формирования вихревого потока (его рабочего кольца) обусловлена и возможным срывом вихревого кольца в верхней части каждого яруса после прохождения и отдачи своей энергии на ветроколесе этого яруса из-за уменьшения кинетической энергии вихревого потока при этом.The low stability of the formation of the vortex flow (its working ring) is also due to the possible breakdown of the vortex ring in the upper part of each tier after the passage and transfer of its energy to the wind wheel of this tier due to a decrease in the kinetic energy of the vortex flow.
Вторым недостатком этой установки является то, что части каждого направляющего конфузорного канала, в области их входных отверстий, имеют в плане цилиндрическую форму, что уменьшает общую площадь ветрового потока в этих отверстиях и, как следствие, уменьшается скорость ветрового потока в зоне формирования вихревого потока.The second disadvantage of this installation is that the parts of each guide confuser channel, in the region of their inlet openings, are cylindrical in plan view, which reduces the total area of the wind flow in these openings and, as a result, reduces the speed of the wind flow in the vortex flow formation zone.
Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является вихревая ветроэнергетическая установка по патенту Российской Федерации №2059881, опубл. 1995.05.10, МПК 6 F 03 D 9/00, которая содержит расположенное вверху в трубе по крайней мере одно ветроколесо, которое кинематически соединено с преобразователем энергии, под трубой первый ярус направляющих конфузорных каналов, которые в ярусе расположены винтообразно вдоль вертикальной оси, а вокруг нее - по криволинейным поверхностям внешней и внутренней сторон каждого направляющего конфузорного канала, при этом суженные в плане сечения направляющих конфузорных каналов являются выходными отверстиями, которые образуют вокруг вертикальной оси зону формирования вихревого потока, а широкие в плане сечения направляющих конфузорных каналов являются входными отверстиями ветрового потока. В этой установке криволинейные поверхности имеют цилиндрическую форму, которая приближается к линейной форме и имеет вогнутость от вертикальной оси. По высоте установки расположены несколько ярусов направляющих конфузорных каналов, причем первая часть их расположена под трубой с ветроколесом, а вторая часть - на уровне с ней и обеспечивает подсасывание ветрового потока для создания над ветроколесом разрежения.Closest to the claimed solution on the technical nature and the technical result achieved is a vortex wind power installation according to the patent of the Russian Federation No. 2059881, publ. 1995.05.10, IPC 6 F 03
Преимуществом этого прототипа относительно предыдущей установки является уменьшение возможности срыва формирования вихревого потока (его рабочего кольца) за счет выполнения криволинейных поверхностей цилиндрической формы с вогнутостью от вертикальной оси.The advantage of this prototype relative to the previous installation is to reduce the possibility of disruption of the formation of the vortex flow (its working ring) due to the implementation of curved surfaces of a cylindrical shape with a concavity from the vertical axis.
Вместе с тем и эта установка не обеспечивает достаточного снижения возможности срыва формирования вихревого потока (его рабочего кольца), что обусловлено тем, что при цилиндрической форме выполнения внешней и внутренней сторон направляющих конфузорных каналов с вогнутостью от вертикальной оси ветровой поток вдоль обеих этих сторон объединяется под острым углом в выходных отверстиях направляющих конфузорных каналов. А это характеризуется нестационарностью линий потока, их резкими выгибаниями и, как следствие этого, образованием вторичных вихревых течений, что приводит или к срыву формирования вихревого потока в зоне его формирования или к потере им энергии и снижению кпд установки.At the same time, this installation does not provide a sufficient reduction in the possibility of disruption of the formation of the vortex flow (its working ring), which is due to the fact that with a cylindrical shape of the external and internal sides of the guide confuser channels with a concavity from the vertical axis, the wind flow along both of these sides is combined under acute angle in the outlet openings of the guides of the confuser channels. And this is characterized by the unsteadiness of the flow lines, their sharp bends and, as a consequence of this, the formation of secondary vortex flows, which leads either to a breakdown in the formation of the vortex stream in the zone of its formation or to a loss of energy and a decrease in the efficiency of the installation.
В основу изобретения положена задача создания эффективной вихревой ветроэнергетической установки путем обеспечения в выходных отверстиях каждого направляющего конфузорного канала ламинарного потока для формирования стойкого вихревого потока, без его срывов, что в свою очередь, позволит повысить энергию этого потока и повысить кпд установки. Кроме того, обеспечивается повышение захватывания объема ветрового потока, снижается возможность запирания его по высоте в зоне формирования вихревого потока без его срывов.The basis of the invention is the creation of an effective vortex wind power installation by providing a laminar flow in the outlet holes of each guiding confuser channel to form a stable vortex flow without stalling, which in turn will increase the energy of this flow and increase the efficiency of the installation. In addition, an increase in the capture of the volume of the wind flow is provided, and the possibility of locking it in height in the zone of formation of the vortex flow without stalling is reduced.
Поставленная задача решается тем, что вихревая ветроэнергетическая установка, содержащая расположенное вверху в трубе по крайней мере одно ветроколесо, которое кинематически соединено с преобразователем энергии, под трубой первый ярус направляющих конфузорных каналов, которые в ярусе расположены винтообразно вдоль вертикальной оси, а вокруг нее - по криволинейным поверхностям внешней и внутренней сторон каждого направляющего конфузорного канала, при этом суженные в плане сечения направляющих конфузорных каналов являются выходными отверстиями, которые образуют вокруг вертикальной оси зону формирования вихревого потока, а широкие в плане сечения направляющих конфузорных каналов являются входными отверстиями ветрового потока. В установке криволинейные поверхности внешней и внутренней сторон каждого направляющего конфузорного канала вокруг вертикальной оси выполнены спиралеподобно. Кроме того, относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси увеличивается в ярусе от одного направляющего конфузорного канала ко второму вокруг вертикальной оси. Каждый направляющий конфузорный канал в вертикальной плоскости выполнен суженным от входного отверстия к выходному. При этом спиралеподобная часть каждого направляющего конфузорного канала в области входных отверстий плавно переходит в радиальную часть. А радиальная часть внешней стороны каждого направляющего конфузорного канала выполнена с возможностью ее дополнительного регулируемого радиального увеличения. Кроме того, на внутренней поверхности спиралеподобной внешней стороны каждого направляющего конфузорного канала, вдоль ветрового потока, расположены пластины обтекаемой формы, высота которых плавно от нуля увеличивается в направлении зоны формирования вихревого потока. Внутреннее сечение каждого направляющего конфузорного канала выполнено со скругленными углами. А в суженном в плане сечении каждого направляющего конфузорного канала расположена регулируемая заслонка для обеспечения возможности перекрытия этого сечения. Также установка содержит соосно с первым ярусом направляющих конфузорных каналов по крайней мере второй ярус направляющих конфузорных каналов. При этом все ярусы направляющих конфузорных каналов выполнены в виде срезанного конуса, верхняя и нижняя поверхности которого имеют форму кольца также срезанного конуса, при этом нижняя большая поверхность верхнего яруса направляющих конфузорных каналов соединена с меньшей верхней поверхностью нижнего яруса направляющих конфузорных каналов. А зона формирования вихревого потока выполнена суженной от низа установки к ее верху. Относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси увеличивается от одного яруса ко второму в направлении вверх. В ярусах направляющих конфузорных каналов снизу вверх количество направляющих конфузорных каналов уменьшается. Вверху трубы расположен раструб с рассекателями вихревого потока. Кроме того, направляющие конфузорные каналы спиралеподобно расположены вокруг вертикальной оси против хода часовой стрелки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки в южном полушарии Земли. При этом относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси увеличивается в каждом ярусе от одного направляющего конфузорного канала ко второму и от одного яруса ко второму в направлении вверх против хода часовой стрелки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки в южном полушарии Земли.The problem is solved in that the vortex wind power installation containing at least one wind wheel located at the top of the pipe, which is kinematically connected to the energy converter, under the pipe is the first tier of the guiding confuser channels, which are arranged in a spiral shape along the vertical axis, and around it curved surfaces of the outer and inner sides of each guide confuser channel, while the sections of the guide confuser channels narrowed in terms of planes are output tverstiyami that form around the vertical axis of the zone of formation of the vortex flow, and wide in the sectional plane converging guide channels are inlets of the wind flow. In the installation, the curved surfaces of the outer and inner sides of each guide confuser channel around the vertical axis are helical. In addition, relative to the horizontal plane, the angle of the screw-shaped guiding confuser channels along the vertical axis increases in tier from one guiding confuser channel to the second around the vertical axis. Each guide confusory channel in the vertical plane is made narrowed from the inlet to the outlet. In this case, the spiral-like part of each guide confuser channel in the region of the inlet openings smoothly passes into the radial part. And the radial part of the outer side of each guide confuser channel is made with the possibility of its additional adjustable radial increase. In addition, streamlined plates are located on the inner surface of the spiral-like outer side of each guide confuser channel along the wind flow, the height of which gradually increases from zero in the direction of the vortex flow formation zone. The internal section of each guide confuser channel is made with rounded corners. And in the narrowed in plan section of each guide confuser channel, an adjustable damper is located to provide the possibility of overlapping this section. The installation also contains coaxially with the first tier of the guiding confuser channels at least the second tier of the guiding confuser channels. Moreover, all the tiers of the guiding confuser channels are made in the form of a cut cone, the upper and lower surfaces of which are also in the form of a ring of a cut cone, while the lower large surface of the upper tier of the guiding confuser channels is connected to the smaller upper surface of the lower tier of the guiding confuser channels. And the zone of formation of the vortex flow is made narrowed from the bottom of the installation to its top. Relatively to the horizontal plane, the angle of the screw-shaped guides of the confuser channels along the vertical axis increases from one tier to the second in the upward direction. In the tiers of the guiding confusor channels from the bottom up, the number of guiding confuser channels is reduced. At the top of the pipe there is a bell with swirl flow dividers. In addition, the guiding confusor channels are spiral-shaped around the vertical axis counterclockwise in the northern hemisphere of the Earth or clockwise in the southern hemisphere of the earth. At the same time, relative to the horizontal plane, the angle of the screw-shaped guiding confuser channels along the vertical axis increases in each tier from one guiding confuser channel to the second and from one tier to the second in the upward direction counterclockwise in the northern hemisphere of the Earth or clockwise in the southern hemisphere Of the earth.
Выполнение криволинейных поверхностей внешней и внутренней сторон каждого направляющего конфузорного канала вокруг вертикальной оси спиралеподобными позволяет обеспечить ламинарное течение ветрового потока как в каждом направляющем конфузорному канале, так и в их выходных отверстиях, которыми являются суженные в плане внутренние сечения каждого направляющего конфузорного канала на границе в зону формирования вихревого потока в виде рабочего кольца. Это обеспечивается тем, что при прохождении ветрового потока по спиралеподобному направляющему конфузорному каналу он за счет тангенциальных сил инерции уплотняется вдоль внешней стороны его спиралеподобной части. Такой уплотненный поток и поступает в зону формирования вихревого потока, что обеспечивает снижение возможности создания вторичных вихревых течений и, как следствие этого, обеспечивает более стойкое формирование кольца вихревого потока в этой рабочей зоне. А это также позволяет повысить энергию этого кольцевого рабочего потока как за счет снижения вторичных вихревых течений, так и потому что в уплотненном потоке все составляющие его проходят параллельно друг другу и линейно складываются, а не под углом, как это имеет место в прототипе, кпд установки при этом увеличивается.The execution of the curved surfaces of the outer and inner sides of each guide confuser channel around a vertical axis is spiral-like allows for a laminar flow of the wind flow both in each guide confusor channel and in their outlet openings, which are the inner sections of each guide confuser channel narrowed in terms of planes at the border to the zone the formation of a vortex flow in the form of a working ring. This is ensured by the fact that when a wind stream passes through a spiral-like guide confuser channel, it is sealed along the outer side of its spiral-like part due to the tangential inertia forces. Such a compacted flow enters the vortex flow formation zone, which reduces the possibility of creating secondary vortex flows and, as a result of this, provides a more stable formation of the vortex flow ring in this working zone. And it also allows you to increase the energy of this annular working stream, both by reducing secondary vortex flows, and because in the sealed stream, all its components are parallel to each other and linearly fold, and not at an angle, as is the case in the prototype, the efficiency of the installation while increasing.
Выполнение относительно горизонтальной плоскости угла винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси таким, что увеличивается в ярусе от одного направляющего конфузорного канала ко второму вокруг вертикальной оси, позволяет плавно повысить скорость рабочего кольца вихревого потока по высоте в пределах одного яруса, что тем самым также способствует стойкому формированию и перемещению этого рабочего кольца по высоте, без его срывов.The execution of a screw-shaped guiding confuser channels along a vertical axis relative to the horizontal plane of the angle such that it increases in tier from one guiding confuser channel to the second around the vertical axis, allows smoothly increasing the speed of the working ring of the vortex flow in height within one tier, which also contributes to persistent formation and movement of this working ring in height, without its breakdowns.
Выполнение каждого направляющего конфузорного канала в вертикальной плоскости суживающим от входного отверстия к выходному позволяет выполнить уплотнение ветрового потока по высоте этого канала и тем самым еще повысить стойкость формирования вихревого потока в виде его рабочего кольца.The execution of each guide confusory channel in the vertical plane tapering from the inlet to the outlet allows the wind flow to be densified along the height of this channel and thereby increase the stability of the formation of the vortex flow in the form of its working ring.
Выполнение с плавным переходом спиралеподобной части каждого направляющего конфузорного канала в области входных отверстий в радиальную часть позволяет повысить объем захватывания установкой внешнего ветрового потока.Performing with a smooth transition of the spiral-like part of each guide confuser channel in the region of the inlet openings to the radial part allows to increase the volume of capture by the installation of an external wind flow.
Выполнение радиальной части спиралеподобной внешней стороны каждого направляющего конфузорного канала с возможностью ее дополнительного регулируемого радиального увеличения позволяет также осуществить регулируемое увеличение объема захватывания ветрового потока при уменьшении его скорости.The implementation of the radial part of the spiral-like outer side of each guide confuser channel with the possibility of its additional adjustable radial increase also allows for an adjustable increase in the volume of capture of the wind flow with a decrease in its speed.
Выполнение на внутренней поверхности спиралеподобной внешней стороны каждого направляющего конфузорного канала вдоль ветрового потока пластин обтекаемой формы позволяет повысить ламинарность течения уплотненного вдоль внешней стороны спиралеподобной части каждого направляющего конфузорного канала, что еще больше уменьшает возможность создания вторичных вихревых течений. А это также обеспечивает еще более стойкое формирование, без срывов, рабочего кольца вихревого потока. А выполнение высоты этих пластин такими, что плавно от нуля увеличиваются в направлении зоны формирования ветрового потока позволяет при этом уменьшить их сопротивление ветровому потоку.The execution on the inner surface of the spiral-like outer side of each guide confuser channel along the wind stream of streamlined plates allows to increase the laminarity of the flow of the spiral-like part of each guide confuser channel sealed along the outer side, which further reduces the possibility of creating secondary vortex flows. And it also provides an even more stable formation, without disruption, of the working ring of the vortex flow. And the performance of the height of these plates so that they gradually increase from zero in the direction of the zone of formation of the wind flow, while reducing their resistance to the wind flow.
Выполнение внутреннего сечения каждого направляющего конфузорного канала со скругленными углами или элипсовидными также позволяет уменьшить возможность создания вторичных вихревых течений и тем самым направленно на уменьшение возможности срыва рабочего кольца вихревого потока.The implementation of the internal section of each guide confuser channel with rounded corners or ellipsoidal also reduces the possibility of creating secondary vortex flows and thereby aims to reduce the possibility of disruption of the working ring of the vortex flow.
Расположение регулируемой заслонки в суженном в плане сечении каждого направляющего конфузорного канала позволяет уменьшить или совсем перекрыть выходные отверстия в зону формирования вихревого потока при повышении величины внешнего ветрового потока к штормовому.The location of the adjustable damper in the narrowed in plan section of each guide confuser channel allows you to reduce or completely block the outlet openings in the zone of formation of the vortex flow with increasing external wind flow to the storm.
Выполнение соосно с первым ярусом направляющих конфузорных каналов по крайней мере второго яруса направляющих конфузорных каналов позволит выполнить установку многоярусной, что в свою очередь позволит использовать не только приземные малоскоростные ветровые потоки, но и ветровые потоки с большей скоростью на высоте.Performing at least the second tier of guiding confuser channels coaxially with the first tier of guiding confuser channels will allow multi-tier installation, which in turn will allow using not only surface low-speed wind flows, but also wind flows with a higher speed at a height.
Выполнение всех ярусов направляющих конфузорных каналов в виде срезанного конуса, верхняя и нижняя поверхности которых имеют также форму срезанного конуса в виде кольца, причем нижняя большая поверхность верхнего яруса соединена с меньшей верхней поверхностью нижнего яруса, позволяет выполнить установку в виде как срезанного конуса всей установки, так и с одинаковыми широкими конусами, расположенными ступенчато в нижней части установки, где действуют малоскоростные ветровые потоки, и в виде срезанного конуса в верхней ее части. Это обеспечивает захватывания большего объема ветрового потока по высоте для поддержки стойкого рабочего кольца вихревого потока в зоне формирования вихревого потока.The execution of all tiers of the guiding confuser channels in the form of a cut cone, the upper and lower surfaces of which are also in the form of a cut cone in the form of a ring, the lower large surface of the upper tier being connected to the lower upper surface of the lower tier, which allows the installation to be made as a cut cone of the entire installation, and with identical wide cones located stepwise in the lower part of the installation, where low-speed wind flows operate, and in the form of a cut cone in its upper part. This ensures that a larger volume of the wind flow is captured in height to support the stable working ring of the vortex flow in the vortex flow formation zone.
Выполнение зоны формирования вихревого потока суженной от низа установки к ее верху позволяет обеспечить повышение уплотнения рабочего кольца вихревого потока в этой зоне по высоте с максимальным повышением его энергии вверху, в зоне расположения ветроколеса, которое может быть выполнено в виде нескольких турбин, расположеных на вертикальной оси в трубе одна над одной.The execution of the zone of formation of the vortex flow narrowed from the bottom of the installation to its top allows to increase the compaction of the working ring of the vortex flow in this zone in height with a maximum increase in its energy at the top, in the area of the wind wheel, which can be made in the form of several turbines located on the vertical axis in a pipe one over one.
Выполнение относительно горизонтальной плоскости угла винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси таким, что увеличивается от одного яруса ко второму в направлении вверх установки, позволяет с высотой повышать вертикальную скорость перемещения рабочего кольца вихревого потока, что тем самым снижает возможность запирания по высоте зоны формирования вихревого потока, которое обусловлено разными скоростями внешнего ветрового потока внизу и вверху многоярусной установки. А это способствует оптимизации перемещение вихревого потока по высоте установки, без срывов этого потока.The execution of a screw-shaped guiding confuser channels along a vertical axis relative to the horizontal plane of the angle such that it increases from one tier to the second in the upward direction of the installation allows increasing the vertical velocity of the working ring of the vortex flow with height, thereby reducing the possibility of locking along the height of the vortex formation zone flow, which is due to different speeds of the external wind flow at the bottom and top of the multi-tiered installation. And this helps to optimize the movement of the vortex flow along the installation height, without disruption of this flow.
Выполнение установки, в которой количество направляющих конфузорных каналов в ярусах уменьшается по высоте установки, также направлено на снижение возможности запирания по высоте зоны формирования вихревого потока из-за разных скоростей внешнего ветрового потока внизу и вверху многоярусной установки, что также способствует оптимизации перемещение вихревого потока по высоте установки, без срывов этого потока.The installation, in which the number of guiding confuser channels in the tiers decreases along the installation height, is also aimed at reducing the possibility of locking along the height of the vortex flow formation zone due to different speeds of the external wind flow at the bottom and top of the multi-tiered installation, which also helps to optimize the movement of the vortex flow along installation height, without disruption to this flow.
Выполнение сверху трубы раструба с рассекателями позволяет рассеять отработанный вихревой поток.Performing a bell with dividers on top of the pipe allows you to disperse the spent vortex flow.
Закрутка направляющих конфузорных каналов спиралеподобно вокруг вертикальной оси против хода часовой стрелки при расположении установки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки при расположении установки в южном полушарии Земли позволяет использовать для повышения закрутки ветрового потока в ярусах установки Кориолиса ускорения, которое обусловлено вращением Земли.The twist of the guiding confusor channels is spiral-like around the vertical axis counterclockwise when the installation is located in the northern hemisphere of the Earth or clockwise when the installation is in the southern hemisphere of the Earth, it can be used to increase the wind flow swirl in the tiers of the Coriolis acceleration due to the rotation of the Earth.
А выполнение относительно горизонтальной плоскости угла винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси таким, что увеличивается в каждом ярусе от одного направляющего конфузорного канала ко второму и от одного яруса ко второму ярусу в направлении вверх установки против хода часовой стрелки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки в южном полушарии Земли, позволяет также использовать для повышения скорости рабочего кольца вихревого потока по высоте установки Кориолиса ускорения.And the execution relative to the horizontal plane of the angle of the spiral-shaped guiding confuser channels along the vertical axis such that it increases in each tier from one guiding confuser channel to the second and from one tier to the second tier in the upward direction of the installation counterclockwise in the northern hemisphere of the Earth or in the direction clockwise in the southern hemisphere of the Earth, it also allows you to use acceleration to increase the speed of the working ring of the vortex flow along the height of the Coriolis installation.
Изложенное выше подтверждает наличие причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом.The above confirms the presence of causal relationships between the totality of the essential features of the claimed invention and the achieved technical result.
Данная совокупность существенных признаков позволяет по сравнению с прототипом вихревой ветроэнергетической установки обеспечить формирование стойкого вихревого потока в виде рабочего кольца без его срывов за счет обеспечения в выходных отверстиях каждого направляющего конфузорного канала уплотненного и ламинарного ветрового потока. А это обеспечивает повышение энергии этого потока и соответствующее повышение кпд установки. Кроме того, обеспечивается повышение захватывания объема ветрового потока с возможностью регулирования этого повышения. Также обеспечивается снижение возможности запирания по высоте зоны формирования вихревого потока без его срывов. Обеспечивается и повышение уплотнения рабочего кольца вихревого потока по высоте установки.This set of essential features allows, in comparison with the prototype of the vortex wind power installation, to ensure the formation of a stable vortex flow in the form of a working ring without its disruptions due to the provision of a compacted and laminar wind flow in the outlet openings of each guiding confuser channel. And this provides an increase in the energy of this flow and a corresponding increase in the efficiency of the installation. In addition, an increase in the capture of the volume of the wind flow is provided with the possibility of regulating this increase. It also reduces the possibility of locking along the height of the zone of formation of the vortex flow without disruption. EFFECT: increased sealing of the working ring of the vortex flow along the installation height.
По мнению авторов, заявляемое техническое решение отвечает критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень", потому что совокупность существенных признаков, которые характеризуют заявляемую вихревую ветроэнергетическую установку, является новой и не вытекает явным образом из известного уровня техники.According to the authors, the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty" and "inventive step", because the combination of essential features that characterize the claimed whirlwind wind power installation is new and does not follow explicitly from the prior art.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых одинаковые элементы имеют одинаковые цифровые обозначения и где на фиг.1 изображена вихревая ветроэнергетическая установка, общий вид; на фиг.2 - то же, разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - то же, вертикальный разрез на фиг.1, без направляющих конфузорных каналов; на фиг.4 изображено расположение регулируемой заслонки в выходном отверстии; на фиг.5 изображено расположение дополнительной радиальной плоскости на внешней стороне каждого направляющего конфузорного канала.The invention is illustrated by drawings, in which the same elements have the same digital designations and where Fig. 1 shows a vortex wind power installation, general view; figure 2 is the same, a section along aa in figure 1; figure 3 is the same, a vertical section in figure 1, without guiding confuser channels; figure 4 shows the location of the adjustable damper in the outlet; figure 5 shows the location of the additional radial plane on the outside of each guide confuser channel.
Предпочтительный вариант вихревой ветроэнергетической установки в соответствии с фиг.1, 2, 3, выполнен в виде многоярусной установки пирамидоподобной формы, например семиярусной, которая содержит расположенную вверху вертикальную трубу 1, в середине которой расположено на вертикальной оси 2 ветроколесо 3, которое кинематически соединено с преобразователем (не показано) энергии, соосно с трубой 1 и ветроколесом 3 и под ними на фундаменте 4 расположены ярусы 5-11 с зоной 12 формирования вихревого потока в виде рабочего кольца. В каждом ярусе 5-11 спиралеподобно в плане вокруг оси 2 и винтообразно вдоль нее расположены направляющие конфузорные (суженные) каналы (НКК) 13-19, каждый из которых имеет внешнюю 20 и внутреннюю 21 вертикальные стороны, криволинейные в плане поверхности которых в соответствии с фиг.2 выполнены спиралеподобно. Каждый НКК 13-19 имеет соответствующие входные 22 и выходные 23 отверстия. При этом в области входных отверстий 22 спиралеподобная часть каждого НКК 13-19 плавно переходит в свою радиальную часть соответственно с радиальными внешней 24 и внутренней 25 сторонами. В соответствии с фиг.5, радиальные внешние 24 стороны каждого НКК 13-19 выполнены с возможностью их дополнительного регулируемого радиального увеличения выдвиганием плоскостей 26. Вблизи каждого выходного отверстия 23, в соответствии с фиг.4, расположена регулируемая заслонка 27 для обеспечения возможности перекрытия суженного в плане сечения каждого НКК 13-19. Зона 12 формирования вихревого потока фактически является вытяжной трубой, которая выполнена суженной от низа установки к ее верху, места расположения ветроколеса 3. А в верхней части трубы 1 расположен раструб 28 с рассекателями (не показано) вихревого потока. При этом относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных НКК вдоль вертикальной оси увеличивается в каждом ярусе от одного НКК ко второму и от одного яруса ко второму в направлении вверх установки.The preferred embodiment of the vortex wind power installation in accordance with figures 1, 2, 3, is made in the form of a multi-tier installation of a pyramid-like shape, for example a seven-tier, which contains a
В качестве ветроколеса 3 применены несколько турбин, которые расположены одна над одной на вертикальной оси 2.As a
В качестве преобразователя энергии в предпочтительном варианте применен мощный электрогенератор с маховиком. А в другом варианте может быть применен преобразователь механической энергии вращения ветроколеса 3 в тепловую энергию или другое.As a power converter, a powerful electric generator with a flywheel is preferably used. And in another embodiment, a converter of mechanical energy of rotation of the
В одном из вариантов выполнения установки на внутренней поверхности 29 спиралеподобной внешней стороны 20 каждого НКК 13-19 и вдоль направления ветрового потока расположен ряд небольших по высоте пластин обтекаемой формы (не показано), высота которых плавно от нуля увеличивается в направлении зоны 12 формирования вихревого потока и которая может быть выполнена регулируемой.In one embodiment of the installation, on the
Также в одном из вариантов каждый НКК 13-19 в вертикальной плоскости выполнен суженным от входных отверстий 22 к выходным отверстиям 23.Also, in one embodiment, each NCC 13-19 in a vertical plane is made narrowed from the inlet openings 22 to the
Внутреннее сечение каждого НКК 13-19 в предпочтительном варианте выполнено со скругленными углами. В других вариантах это сечение может быть выполнен в виде эллипса, круга, полуэллипса.The inner section of each NCC 13-19 in the preferred embodiment is made with rounded corners. In other embodiments, this section can be made in the form of an ellipse, circle, semi-ellipse.
В одном из вариантов установка может быть выполнена в виде срезанного конуса с соответственно расположенными друг над другом ярусами 5-11 в виде также срезанных конусов пирамидальной или конусообразной верхней частью.In one embodiment, the installation can be made in the form of a cut cone with tiers 5-11 respectively located one above the other in the form of also cut cones with a pyramidal or cone-shaped upper part.
Также установка может быть выполнена в виде ступенчато расположенных в нижней ее части широких и одинаковых в плане ярусов, которые расположены друг над другом.Also, the installation can be performed in the form of stepwise located in its lower part wide and identical in terms of tiers, which are located one above the other.
При расположении установки в северном полушарии Земли НКК направлены спиралеподобно вокруг вертикальной оси против хода часовой стрелки, а при расположении установки в южном полушарии Земли - по ходу часовой стрелки для того, чтобы использовать для ускорения в плане ветрового потока в НКК Кориолиса ускорение. При этом относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных НКК вдоль вертикальной оси увеличивается в каждом ярусе от одного НКК ко второму и от одного яруса ко второму в направлении вверх установки против хода часовой стрелки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки в южном полушарии Земли также для того, чтобы использовать Кориолиса ускорение для ускорения ветрового потока по высоте установки в зоне 12 ФВП.When the installation is located in the northern hemisphere of the Earth, the NCC are directed in a spiral-like manner around the vertical axis counterclockwise, and when the installation is in the southern hemisphere of the Earth, they are directed clockwise in order to use acceleration in terms of the wind flow in the Coriolis NCC. In this case, with respect to the horizontal plane, the angle of the helical NCC along the vertical axis increases in each tier from one NCC to the second and from one tier to the second in the upward direction of the installation counterclockwise in the northern hemisphere of the Earth or clockwise in the southern hemisphere of the Earth also for in order to use Coriolis acceleration to accelerate the wind flow along the installation height in the
Во внешних и внутренних боковых стенках НКК 13-19 могут быть выполнены технологические каналы для размещения коммуникаций и доступа для обслуживания.In the external and internal side walls of NCC 13-19, technological channels can be made for placing communications and access for maintenance.
Вихревая ветроэнергетическая установка работает следующим образом.Vortex wind power installation works as follows.
Поток ветра (показано стрелками) любого направления набегает на корпус установки и захватывается НКК 13-19, в которых он уплотняется за счет сужения этих каналов и закручивается по спирали. При этом скорость его перемещения повышается во столько раз, во сколько раз сечение входных отверстий 22 превышает сечение выходных отверстий 23. Через выходные отверстия 23 закрученный ветровой поток поступает в зону 12 формирования вихревого потока (ФВП) по восходящей спирали за счет винтообразного выполнения каждого НКК 13-19 вдоль вертикальной оси 2. В зоне 12 ФВП ветровой поток формируется в вихревое рабочее кольцо с максимальной плотностью, которое поднимается по высоте зоны 12 ФВП, которая выполняет функцию вытяжной трубы, и за счет ее сужения по высоте еще больше уплотняется. При этом скорость перемещения рабочего кольца вихревого потока по высоте растет также и за счет увеличения угла винтообразного выполнения, как в каждом верхнем ярусе НКК по сравнению с нижним, так и увеличения этого угла в соседних НКК в каждом ярусе, что способствует отсутствию запирания перемещения рабочего кольца вихревого потока по высоте зоны 12 ФВП. В вертикальной трубе 1 энергия рабочего кольца вихревого потока превращается в энергию вращения ветроколеса 3 и далее в электрогенераторе - в электрическую энергию.A wind stream (shown by arrows) of any direction runs onto the installation casing and is captured by NCC 13-19, in which it is condensed by narrowing these channels and twists in a spiral. Moreover, the speed of its movement increases so many times, how many times the cross section of the inlet openings 22 exceeds the cross section of the
При росте скорости вращения рабочего кольца вихревого потока имеет место подсасывания ветрового потока из всех НКК 13-19, что еще больше повышает энергию этого рабочего кольца.With an increase in the rotation speed of the working ring of the vortex flow, there is a suction of the wind flow from all NCC 13-19, which further increases the energy of this working ring.
Энергия рабочего кольца также повышается и за счет большего захватывания ветрового потока радиальными частями НКК 13-19, которые дополнительно радиально еще увеличиваются выдвиганием плоскостей 26 при уменьшении скорости ветрового потока.The energy of the working ring also increases due to greater capture of the wind flow by the radial parts of the NCC 13-19, which are additionally radially increased by the extension of the
При росте скорости ветрового потока выше критической в каждом НКК 13-19 выдвигаются заслонки 27, которые частично или полностью перекрывают выходные отверстия 23 для обеспечения поступления только необходимого объема ветрового потока на ветроколесо 3, что обеспечивает работу электрогенератора в номинальном режиме.With an increase in the speed of the wind flow above the critical in each NCC 13-19, the
При выполнении установки, в которой от яруса к ярусу количество НКК 13-19 в направлении снизу вверх снижается, также способствует отсутствию запирания перемещения рабочего кольца вихревого потока по высоте зоны 12 ФВП за счет того, что при этом учитывается большая скорость ветрового потока вверху установки, чем в нижней ее части.When performing the installation, in which the number of NCC 13-19 in the direction from bottom to top decreases from tier to tier, this also contributes to the absence of locking of the movement of the working ring of the vortex flow along the height of
Хотя здесь показаны и описаны варианты, которые признаны лучшими для осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной отрасли техники будет понятно, что можно осуществлять разнообразные изменения и модификации, и элементы можно заменять на эквивалентные не выходя при этом за пределы объема притязаний по настоящему изобретению.Although shown and described as being the best for carrying out the present invention, those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made and elements can be replaced with equivalent ones without departing from the scope of the claims of the present invention.
Соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "промышленная применимость» подтверждается указанными примерами выполнения вихревой ветроэнергетической установки.The conformity of the claimed technical solution to the criteria of the invention "industrial applicability" is confirmed by the indicated examples of the implementation of a vortex wind power installation.
Claims (16)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20040604735A UA76252C2 (en) | 2004-06-16 | 2004-06-16 | SWIRL WIND-POWER UNIT ôYALYNKAö |
| UA20040604735 | 2004-06-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004133475A RU2004133475A (en) | 2006-04-27 |
| RU2285149C2 true RU2285149C2 (en) | 2006-10-10 |
Family
ID=36655414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004133475/06A RU2285149C2 (en) | 2004-06-16 | 2004-11-16 | Vortex wind-power plant |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2285149C2 (en) |
| UA (1) | UA76252C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008123838A1 (en) * | 2007-04-10 | 2008-10-16 | Stanislav Ivanovich Gusak | Method for operating a wind-driven powerplant and a wind-driven powerplant |
| RU2638120C1 (en) * | 2016-11-09 | 2017-12-11 | Сергей Николаевич Белозеров | Wind turbine plant |
| RU177800U1 (en) * | 2017-04-21 | 2018-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | WIND ENGINE |
| RU181671U1 (en) * | 2017-07-13 | 2018-07-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | COMBINED ADJUSTABLE WIND ENGINE |
| WO2018132888A1 (en) * | 2017-01-19 | 2018-07-26 | Дмитрий Владимирович БУТЯНОВ | Wind generator |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2573061C2 (en) * | 2013-11-19 | 2016-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ГРИН ЭНЕРДЖИ" | Vortex gas wind-driven power plant |
| RU171007U1 (en) * | 2015-04-20 | 2017-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | WIND ENGINE |
-
2004
- 2004-06-16 UA UA20040604735A patent/UA76252C2/en unknown
- 2004-11-16 RU RU2004133475/06A patent/RU2285149C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008123838A1 (en) * | 2007-04-10 | 2008-10-16 | Stanislav Ivanovich Gusak | Method for operating a wind-driven powerplant and a wind-driven powerplant |
| RU2638120C1 (en) * | 2016-11-09 | 2017-12-11 | Сергей Николаевич Белозеров | Wind turbine plant |
| WO2018088929A1 (en) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | Сергей Николаевич БЕЛОЗЕРОВ | Wind turbine assembly |
| WO2018132888A1 (en) * | 2017-01-19 | 2018-07-26 | Дмитрий Владимирович БУТЯНОВ | Wind generator |
| RU177800U1 (en) * | 2017-04-21 | 2018-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | WIND ENGINE |
| RU181671U1 (en) * | 2017-07-13 | 2018-07-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | COMBINED ADJUSTABLE WIND ENGINE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004133475A (en) | 2006-04-27 |
| UA76252C2 (en) | 2006-07-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101383849B1 (en) | Omni-directional wind turbine | |
| US9049752B2 (en) | Generating electrical power utilizing surface-level hot air as the heat source, high atmosphere as the heat sink and a microwave beam to initiate and control air updraft | |
| KR20110115546A (en) | Tunnel power turbine system to generate potential energy from waste kinetic energy | |
| GB2477824A (en) | Vertical axis turbine with annular radial vane | |
| RU2285149C2 (en) | Vortex wind-power plant | |
| AU756332B2 (en) | Plant for utilising the energy in waves | |
| RU2093702C1 (en) | Vortex wind-power plant | |
| CN209818213U (en) | Wind collecting type wind power generation system | |
| CN101956660A (en) | Open type volute universal wind driven generator set device | |
| CN205936974U (en) | It can formula wind generating set to catch | |
| AU2005318921B2 (en) | Omni-directional wind turbine | |
| US20060067819A1 (en) | Device and method for conversion of continuous medium flow energy | |
| KR200323401Y1 (en) | Wind Turbine System | |
| Eseosa et al. | A comprehensive review on performance evaluation of a mini wind turbine for electricity generation | |
| RU2070661C1 (en) | Vortex power plant | |
| RU2455523C2 (en) | Stepanchuk wind-driven motor | |
| TW201142144A (en) | A hybrid solar-wind turbine generator | |
| RU106920U1 (en) | WIND POWER PLANT | |
| RU2070660C1 (en) | Thermal-and-vortex power plant | |
| KR100937156B1 (en) | Electric generator using air flow | |
| Mikhailov | Characteristics of Flow in Scrolls of Hydraulic Turbines Calculated by the Equations of the Flow Induced by a Vortex Sink Cylinder of Finite Length Located on an Impermeable Cylinder of Infinite Length | |
| RU2293211C1 (en) | Windmill rotor | |
| CN113153627A (en) | Multilayer drainage vertical axis wind driven generator | |
| CN102269133A (en) | Solar and wind power mixed-type turbine power generation device | |
| RO125330B1 (en) | In-tube wind turbine with vertical axis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091117 |