RU2352808C2 - Энергетическая установка wr - Google Patents
Энергетическая установка wr Download PDFInfo
- Publication number
- RU2352808C2 RU2352808C2 RU2007115753/06A RU2007115753A RU2352808C2 RU 2352808 C2 RU2352808 C2 RU 2352808C2 RU 2007115753/06 A RU2007115753/06 A RU 2007115753/06A RU 2007115753 A RU2007115753 A RU 2007115753A RU 2352808 C2 RU2352808 C2 RU 2352808C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- blades
- wind flow
- forming
- power plant
- 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
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/30—Wind power
-
- 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
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам, и может быть использовано в качестве автономного источника электроэнергии, в частности, на зданиях, имеющих достаточную высоту. Установка содержит электрогенератор, соединенный с имеющей вертикальную ось вращающейся турбиной с профилированными лопастями, установленными по окружности турбины. Турбина размещена внутри неподвижного устройства формирования ветрового потока в виде цилиндрической системы с направляющими лопастями, установленными по окружности устройства. Устройство формирования ветрового потока с размещенной в нем турбиной выполнено в виде нескольких установленных друг на друга и механически соединенных между собой ярусов, в каждом из которых турбина снабжена верхним и нижним маховиками, к которым прикреплены лопасти. Устройство формирования ветрового потока снабжено верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти. В центральной части каждого яруса турбины размещена прикрепленная к верхнему и нижнему маховикам полая труба, причем отношение внешнего диаметра турбины к диаметру полой трубы находится в интервале 1,5÷2,5. Лопасти устройства формирования ветрового потока в поперечном сечении представляют собой сегмент кольца, а лопасти турбины в поперечном сечении имеют профиль в виде синусоиды. Конструкция установки обеспечивает повышение КПД, снижение уровня вибрации и надежна в эксплуатации. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.
Description
Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам, содержащим многоярусную турбину с вертикальной осью вращения, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии, в частности, на зданиях, имеющих достаточную высоту.
Известна вихревая электростанция (патент РФ №2070661, кл. F03D 3/02 от 25.07.1994), содержащая несколько генераторов вихря с вертикальной осью вращения, в прорези каждого из которых воздушный поток поступает через раструбы устройств формирования ветровых потоков, захватывающих весь воздушный поток по их высоте и ширине со стороны направления ветра.
К недостаткам данного устройства можно отнести замкнутость конструкции электростанции, не обеспечивающую эффективность использования ветрового потока и, как следствие, снижение КПД установки. Кроме того, данную конструкцию трудно отбалансировать, что ведет к повышенному уровню вибрации.
Также известен ветродвигатель (патент РФ №2074980, кл. F03D 3/04 от 08.02.1994), содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью, расположенную внутри системы ветронаправляющих экранов, каждый из которых непосредственно ориентирован на лопасть ветротурбины, причем крайние положения экрана определяют размер лопасти ветротурбины.
Известный ветродвигатель имеет сложную и ненадежную конструкцию из-за необходимости создания вращающихся ветронаправляющих экранов, а также повышенный уровень вибрации.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению является энергетическая установка "ВИНДРОТОР" (патент РФ №52120, кл. F03D 3/02 от 10.11.2006), содержащая многоярусную турбину с вертикальной осью вращения, каждый ярус которой выполнен в виде неподвижного устройства формирования ветрового потока с установленной в нем вращающейся турбиной с лопастями, представляющими собой часть поверхности цилиндра. Лопасти установлены по окружности и в сечении имеют параболическую форму и прикреплены к маховикам. Устройство формирования ветрового потока содержит лопасти, прикрепленные к основаниям и выполненные в виде одного листа, представляющие собой два участка, один из которых имеет форму кольцевого сектора, а второй участок - прямой.
Согласно изобретению соотношение диаметра турбины к диаметру устройства формирования ветрового потока находится в интервале 1,31÷3,00, а турбина и устройство формирования ветрового потока имеют, по меньшей мере, по восемь лопастей.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится то, что в известном устройстве не используется в полной мере энергия ветра и, следовательно, снижается КПД установки, а также отсутствие устройств, защищающих ротор от разрушения при превышении предельной частоты вращения.
Задача, стоящая перед изобретателем, заключалась в разработке ветроэнергетической установки, лишенной вышеизложенных недостатков, обеспечивающей повышение КПД установки, ее надежности и снижение уровня вибрации.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной энергетической установке, содержащей электрогенератор, соединенный с имеющей вертикальную ось вращающейся турбиной с профилированными лопастями, установленными по окружности турбины, которая размещена внутри неподвижного устройства формирования ветрового потока, представляющего собой цилиндрическую систему с направляющими лопастями, установленными по окружности устройства, причем устройство формирования ветрового потока с размещенной в нем турбиной выполнено в виде нескольких установленных друг на друга и механически соединенных между собой ярусов, в каждом из которых турбина снабжена верхним и нижним маховиками, к которым прикреплены лопасти турбины, устройство формирования ветрового потока снабжено верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти, в центральной части каждого яруса турбины размещена прикрепленная к верхнему и нижнему маховикам полая труба, причем отношение внешнего диаметра турбины к диаметру полой трубы находится в интервале 1,5÷2,5, при этом лопасти устройства формирования ветрового потока в поперечном сечении представляют собой сегмент кольца, а лопасти турбины в поперечном сечении имеют профиль в виде синусоиды.
В энергетической установке отношения:
- внутреннего радиуса лопасти устройства формирования ветрового потока к ее хорде находится в интервале 0,75÷1,5;
- количества лопастей в турбине к количеству лопастей в устройстве формирования ветрового потока находится в интервале 1,2÷1,9.
В энергетической установке лопасти устройства формирования ветрового потока установлены с углом входа потока ветра 70÷80° на входе и 15÷20° на выходе.
В энергетической установке лопасти турбины установлены с углом входа потока ветра 35÷45° на входе и 175÷185° на выходе.
Благодаря введению в центральную часть энергетической установки полой трубы, конструкция ветротурбины становится более устойчивой, что приводит к уменьшению вибрации и защите ротора от разрушения при шквальных ветрах, кроме того, воздушный поток, попадая на поверхность полой трубы, отражается от нее и формируется в виде кругового потока. При движении воздушного потока по кругу лопастям ротора придается дополнительный вращающий момент, что приводит к более полному использованию энергии ветрового потока и повышению КПД установки.
Выполнение лопастей устройства формирования ветрового потока в поперечном сечении в виде сегмента кольца обеспечивает плавное прохождение воздушного потока с них на лопасти турбины. Таким образом происходит уменьшение потерь энергии ветрового потока, т.е. повышение КПД установки.
Выполнение лопастей турбины, в поперечном сечении имеющих профиль синусоиды, приводит к образованию на выпуклой поверхности зоны разрежения, а на вогнутой стороне - зоны повышенного давления, при этом происходит более полная передача энергии ветрового потока лопастям турбины.
На чертежах представлено: на фиг.1 - общий вид энергетической установки; на фиг.2 - поперечное сечение энергетической установки; на фиг.3 - аксонометрический вид яруса энергетической установки.
Энергетическая установка выполнена сборно-разборной в виде нескольких установленных друг на друга и механически скрепленных между собой ярусов, содержащих каждый вращающуюся турбину 1, установленную внутри неподвижного устройства формирования ветрового потока 13.
Турбина 1 в каждом ярусе 11 содержит лопасти 2, каждая из которых представляет собой в поперечном сечении профиль синусоиды и установлена с углом входа потока ветра 35÷45° на входе и 175÷185° на выходе, по окружности турбины. Данные оптимальные углы определены лабораторными испытаниями, результаты которых приведены в табл.1. Лопасти жестко крепятся к верхнему и нижнему маховикам 3.
В центральной части турбины 1 установлена полая труба 4, прикрепленная к верхнему и нижнему маховикам 3, внутри которой расположена вертикальная ось 5. Отношение внешнего диаметра турбины 1 к диаметру полой трубы 4 находится в интервале 1,5÷2,5. Результаты лабораторных испытаний приведены в табл.2.
Маховики 3 установлены на вертикальную ось 5, которая соединена с валом генератора 6. Оси 5 и полые трубы 4 в ярусах 11 соединены между собой механически, например замковым устройством. На оси 5 установлено тормозное устройство 7. Генератор 6 расположен в машинном зале 8 и электрически связан с аккумуляторной батареей 9 и инвертором 10.
В каждом ярусе 11 лопасти 12 устройства формирования ветрового потока 13 установлены по окружности и жестко крепятся к нижнему и верхнему основаниям 14. Каждая лопасть 12 в поперечном сечении представляет собой сегмент кольца, причем отношение внутреннего радиуса 15 лопасти 12 устройства формирования ветрового потока 13 к хорде 16 находится в интервале 0,75÷1,5, а сама лопасть 12 установлена с углом входа потока ветра 70÷80° на входе и 15÷20° на выходе. Результаты лабораторных испытаний приведены в табл.3.
Установлено, что оптимальное отношение количества лопастей 6 в турбине 1 к количеству лопастей 12 в устройстве формирования ветрового потока 13 находится в интервале 1,2÷1,9. Результаты испытаний приведены в табл.4.
Энергетическая установка работает следующим образом.
Поток ветра, поступая на лопасти 12 устройства формирования воздушного потока 13, ускоряется, завихряется на них и поступает на лопасти 2 турбины 1 и отдает ей свою наибольшую энергию. Сходя с лопасти 2 турбины 1, ветровой поток ударяется в полую трубу 4, отражается от нее и формируется в виде кругового потока. Двигаясь по кругу, ветровой поток воздействует на лопасти турбины и передает ей дополнительную энергию, что приводит к увеличению крутящего момента и повышению КПД установки. Турбина 1 вращает электрогенератор 6, вырабатывающий электрическую энергию. Отработанный воздух уходит вдоль оси установки 5 через верхнее и нижнее основания 14.
Таким образом, комплекс вышеперечисленных конструктивных особенностей обеспечивает повышение КПД энергетической установки, ее надежности и понижение уровня вибрации, что позволяет устанавливать ее, в частности, на жилые здания, имеющие достаточную высоту.
| Таблица 1 | ||||||
| Зависимость частоты вращения турбины от углов установки лопастей турбины | ||||||
| Углы установки лопастей (вход/выход), град | 30/170 | 40/180 | 50/190 | |||
| Частота вращения турбины, об/мин | 125 | 250 | 90 | |||
| Таблица 2 | ||||||
| Зависимость крутящего момента от отношения диаметра полой трубы к внешнему диаметру турбины | ||||||
| Отношение диаметров | 1 | 2 | 3 | |||
| Крутящий момент, H·м | 74,1 | 112,5 | 90,2 | |||
| Таблица 3 | ||||||
| Зависимость скорости воздушного потока от углов установки лопастей устройства формирования ветрового потока и отношения радиус/хорда | ||||||
| Углы установки лопастей (вход/выход), град. | 65/10 | 75/17 | 85/25 | |||
| Отношение радиус/хорда | 0,75 | 1,3 | 2 | |||
| Скорость воздушного потока, м/с | 5,6 | 13,4 | 1,2 | |||
| Таблица 4 | ||||||
| Зависимость крутящего момента от отношения количества лопастей в турбине и устройстве формирования ветрового потока | ||||||
| Отношение количества лопастей | 1 | 1,5 | 2,5 | |||
| Крутящий момент (на единицу площади лопастей турбины), Н·м | 8,1 | 110,3 | 0,1 | |||
Claims (5)
1. Энергетическая установка, содержащая электрогенератор, соединенный с имеющей вертикальную ось вращающейся турбиной с профилированными лопастями, установленными по окружности турбины, которая размещена внутри неподвижного устройства формирования ветрового потока, представляющего собой цилиндрическую систему с направляющими лопастями, установленными по окружности устройства, причем устройство формирования ветрового потока с размещенной в нем турбиной выполнено в виде нескольких установленных друг на друга и механически соединенных между собой ярусов, в каждом из которых турбина снабжена верхним и нижним маховиками, к которым прикреплены лопасти, устройство формирования ветрового потока снабжено верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти, отличающаяся тем, что в центральной части каждого яруса турбины размещена прикрепленная к верхнему и нижнему маховикам полая труба, причем отношение внешнего диаметра турбины к диаметру полой трубы находится в интервале 1,5÷2,5, при этом лопасти устройства формирования ветрового потока в поперечном сечении представляют собой сегмент кольца, а лопасти турбины в поперечном сечении имеют профиль в виде синусоиды.
2. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что отношение внутреннего радиуса лопасти устройства формирования ветрового потока к ее хорде находится в интервале 0,75÷1,5.
3. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что отношение количества лопастей в турбине к количеству лопастей в устройстве формирования ветрового потока находится в интервале 1,2÷1,9.
4. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что лопасти направляющего аппарата установлены с углом входа потока ветра 70°÷80° на входе и 15°÷20° - на выходе.
5. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что лопасти турбины установлены с углом входа потока ветра 35°÷45° на входе и 175°÷185° на выходе.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007115753/06A RU2352808C2 (ru) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Энергетическая установка wr |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007115753/06A RU2352808C2 (ru) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Энергетическая установка wr |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007115753A RU2007115753A (ru) | 2008-10-27 |
| RU2352808C2 true RU2352808C2 (ru) | 2009-04-20 |
Family
ID=41018044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007115753/06A RU2352808C2 (ru) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Энергетическая установка wr |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2352808C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2511780C1 (ru) * | 2013-02-07 | 2014-04-10 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Ветровой энергетический модуль с вертикальной центростремительной турбиной и высокоэффективная энергетическая установка для производства переменного электрического тока |
| RU177202U1 (ru) * | 2017-06-09 | 2018-02-13 | Владимир Николаевич Фасюра | Электроветрогенератор |
-
2007
- 2007-04-25 RU RU2007115753/06A patent/RU2352808C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2511780C1 (ru) * | 2013-02-07 | 2014-04-10 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Ветровой энергетический модуль с вертикальной центростремительной турбиной и высокоэффективная энергетическая установка для производства переменного электрического тока |
| RU177202U1 (ru) * | 2017-06-09 | 2018-02-13 | Владимир Николаевич Фасюра | Электроветрогенератор |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007115753A (ru) | 2008-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8128337B2 (en) | Omnidirectional vertical-axis wind turbine | |
| RU2268396C2 (ru) | Способ и устройство для генерирования электрической энергии путем преобразования энергии уплотненного воздушного потока | |
| CN104471239B (zh) | 具有流控制的垂直轴风力兼液力涡轮机 | |
| KR101383849B1 (ko) | 전방향식 풍력 터빈 | |
| US20110206526A1 (en) | Vertical-axis wind turbine having logarithmic curved airfoils | |
| US8262338B2 (en) | Vertical axis dual vortex downwind inward flow impulse wind turbine | |
| KR20110115546A (ko) | 폐기 운동 에너지로부터 포텐셜 에너지를 생산하는 터널 동력 터빈 시스템 | |
| US9371815B2 (en) | Turbine with radial inlet and outlet rotor for use in bidirectional flows | |
| US20140356163A1 (en) | Turbomachine | |
| GB2477824A (en) | Vertical axis turbine with annular radial vane | |
| US20130093191A1 (en) | Vertical axis wind turbine | |
| CN112534130A (zh) | 涡流加速风能塔 | |
| US20100060010A1 (en) | Ecology friendly compound energy unit | |
| JP2012107612A (ja) | 風洞体、垂直軸型風車、構造物、風力発電装置、油圧装置、ならびに建築物 | |
| US20080317582A1 (en) | Vertical axis dual vortex downwind inward flow impulse wind turbine | |
| RU2352808C2 (ru) | Энергетическая установка wr | |
| CN105899906B (zh) | 轴流式风机进口风转叶片组件 | |
| RU2602661C1 (ru) | Ветровентиляторная установка | |
| RU2638120C1 (ru) | Ветротурбинная установка | |
| RU2168059C2 (ru) | Ветродвигатель | |
| CA2523793A1 (en) | Wind power plant of cyclone type and method of obtaining energy from such | |
| RU2168060C1 (ru) | Ветроустановка | |
| JPH10103216A (ja) | 誘導板付き三次元積層風収集方式による風力発電装置 | |
| RU2415305C2 (ru) | Радиальный крышный вентилятор | |
| RU2147079C1 (ru) | Ветровая энергетическая установка |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130426 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140920 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20141125 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160426 |