RU2447318C2 - Method of thermal protection for operating carousel-type wind-driven power plant and device for method implementation - Google Patents

Method of thermal protection for operating carousel-type wind-driven power plant and device for method implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2447318C2
RU2447318C2 RU2008137251/06A RU2008137251A RU2447318C2 RU 2447318 C2 RU2447318 C2 RU 2447318C2 RU 2008137251/06 A RU2008137251/06 A RU 2008137251/06A RU 2008137251 A RU2008137251 A RU 2008137251A RU 2447318 C2 RU2447318 C2 RU 2447318C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotation shaft
blades
nasa
turbine
wind turbine
Prior art date
Application number
RU2008137251/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008137251A (en
Inventor
Айнакул Капасовна Ершина (KZ)
Айнакул Капасовна Ершина
Шахбаз Алимгиреевич Ершин (KZ)
Шахбаз Алимгиреевич Ершин
Чингиз Шахбазович Ершин (KZ)
Чингиз Шахбазович Ершин
Рустем Кусаингазыевич Манатбаев (KZ)
Рустем Кусаингазыевич Манатбаев
Original Assignee
Айнакул Капасовна Ершина
Шахбаз Алимгиреевич Ершин
Чингиз Шахбазович Ершин
Рустем Кусаингазыевич Манатбаев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Айнакул Капасовна Ершина, Шахбаз Алимгиреевич Ершин, Чингиз Шахбазович Ершин, Рустем Кусаингазыевич Манатбаев filed Critical Айнакул Капасовна Ершина
Priority to RU2008137251/06A priority Critical patent/RU2447318C2/en
Publication of RU2008137251A publication Critical patent/RU2008137251A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2447318C2 publication Critical patent/RU2447318C2/en

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
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines
    • 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

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: method of thermal protection for operating plant with Darie turbine that consists of vertical stationary rack and coaxial rotation shaft connected to operating turbine blades by flywheel or by troposkino technique; the method lies in heating provided for all elements by warm air by means of inner natural ventilation of the plant, at that flow-through system is provided through the whole plant with used air discharge into atmosphere. Method is implemented in the plat where upper edge of rotation shaft, which represents flowing passage, is connected to hollow flywheels in the form of NASA - 0021 vane profile at which ends NASA - 0021 T- or L-shaped hollow blades are fixed forming flow-through system communicating with warm air source in the lower part, at that there are holes for air discharge at blade tips. Method is also implemented in another plant with bow-shaped hollow blades NASA - 0021 fixed to rotation shaft by their low ends and to shaft end by their top end, at that rotation shaft is equipped with adjacent ring channels; one channel is connected to top end of hollow blade, the other is connected to low end of hollow blade and used air discharge is made in medium part of the blade. ^ EFFECT: invention allows stable operation of the plant in severe climatic conditions by means of anti-icing and freezing protection. ^ 3 cl, 6 dwg

Description

Предлагается способ тепловой защиты наружных поверхностей работающей ветротурбины от заносов снегом в зимнее время за счет организации естественной вентиляции воздуха его внутренних полостей и соответствующие конструктивные решения для осуществления способа.A method is proposed for thermal protection of the outer surfaces of a working wind turbine from snow drifts in winter due to the organization of natural ventilation of the air of its internal cavities and corresponding structural solutions for implementing the method.

1. Область техники. Изобретение относится к инфраструктуре ветроэнергетики - обеспечению стабильной работы ветроэнергетических установок (ВЭУ) карусельного типа [1-6] в суровых климатических условиях путем использования естественной вентиляции теплого воздуха внутри вращающихся элементов ВЭУ, возникающей вследствие центробежных сил.1. Field of technology. The invention relates to the infrastructure of wind energy - ensuring the stable operation of wind turbines (wind turbines) of the carousel type [1-6] in severe climatic conditions by using natural ventilation of warm air inside the rotating elements of wind turbines arising from centrifugal forces.

Прототипом предлагаемого нами изобретения является ВЭУ Дарье, использующаяся для преобразования энергии ветра в электричество.The prototype of our invention is the wind turbine Daria, used to convert wind energy into electricity.

Центральные, Северные и Восточные области Казахстана и сопредельная им территория России имеют резко континентальный климат с суровыми зимами и гололедными явлениями. Именно в периоды наибольшей нужды в тепловой и электрической энергии ВЭУ могут быть выведены из строя вследствие заносов мокрым снегом с последующим резким понижением температуры воздуха и образованием тяжелого ледового покрова на них. Есть большая опасность, что с ними случится то же, что и с линией электропередачи, показанной на фиг.1. Одним из возможных путей защиты наружных поверхностей работающей ветротурбины Дарье от налипания мокрого снега является подогрев теплым воздухом, протекающим по внутренним каналам аппарата.The central, northern and eastern regions of Kazakhstan and the adjacent territory of Russia have a sharply continental climate with severe winters and icy conditions. It is during periods of greatest need for thermal and electric energy that wind turbines can be disabled due to drifts with wet snow, followed by a sharp decrease in air temperature and the formation of heavy ice cover on them. There is a great danger that the same thing will happen to them as with the power line shown in figure 1. One of the possible ways to protect the outer surfaces of a running Daria wind turbine from sticking to wet snow is to heat the air through the internal channels of the apparatus.

2. Уровень техники. Существуют две наиболее распространенные конструктивные формы ВЭУ Дарье: Н - ротор (фиг.2а) и система тропоскино (фиг.2б). На фиг.2 приведены фотографии эксплуатируемых ныне ветроагрегатов Дарье. Есть сведения, что ВЭУ покрывают гидрофобной краской, что, возможно, защищает от сплошного покрытия дождевыми каплями, но вряд ли сможет уберечь от осаждения (прилипания) влажных снежинок на холодную поверхность деталей ВЭУ при минусовой температуре среды. Поэтому тепловая защита является более радикальным средством. Причем, при сильных морозах он к тому же спасает подшипники от промерзания.2. The prior art. There are two of the most common constructive forms of wind turbines Daria: N - rotor (figa) and the troposkino system (fig.2b). Figure 2 shows photographs of currently operating Darier wind turbines. There is evidence that wind turbines are coated with hydrophobic paint, which probably protects against continuous coating with raindrops, but is unlikely to be able to protect wet snowflakes from precipitation (sticking) onto the cold surface of wind turbine parts at sub-zero ambient temperatures. Therefore, thermal protection is a more radical means. Moreover, in severe frosts, it also saves bearings from freezing.

В применении к ВЭУ любой конструкции предлагаемый нами способ не имеет аналогов, если не считать аналогом бытовую отопительную систему.As applied to wind turbines of any design, our proposed method has no analogues, with the exception of the domestic heating system.

3. Раскрытие изобретения. Принципиальная схема осуществления способа тепловой защиты ВЭУ карусельного типа на примере H - ротора показана на фиг.3. При вращении турбины возникает центробежная сила

Figure 00000001
(где ρ - плотность воздуха, ω - угловая скорость вращения турбины, l1 - длина маха), направленная вдоль махов (2) в сторону рабочих лопастей (3), на концах которых имеются отверстия в атмосферу. Махи и рабочие лопасти представляют собой каналы, образованные симметричным крыловым профилем NASA-0021. Под действием силы F воздух внутри маха (2) будет перемещаться к рабочим лопастям (3) ветротурбины и выбрасываться в атмосферу, одновременно вызывая подсос воздуха по вертикальному кольцевому каналу (1), образованному между центральной стойкой ВЭУ и наружным валом вращения. Таким образом, возникает естественная внутренняя вентиляция ветротурбины при круговом движении махов, вызванная действием центробежных сил3. Disclosure of the invention. Schematic diagram of the method of thermal protection of wind turbines of the carousel type on the example of the H - rotor is shown in figure 3. When the turbine rotates, a centrifugal force
Figure 00000001
(where ρ is the air density, ω is the angular speed of rotation of the turbine, l 1 is the Mach length), directed along the sweeps (2) towards the working blades (3), at the ends of which there are openings to the atmosphere. Machs and rotor blades are channels formed by the NASA-0021 symmetrical wing profile. Under the action of the force F, the air inside the fly (2) will move to the working blades (3) of the wind turbine and be released into the atmosphere, while simultaneously causing air to suck along the vertical annular channel (1) formed between the central pillar of the wind turbine and the outer shaft of rotation. Thus, there is a natural internal ventilation of the wind turbine with a circular movement of the wings, caused by the action of centrifugal forces

Figure 00000002
Figure 00000002

Отсюда нетрудно подсчитать перепад давления на концах махов (см. фиг.3)From here it is not difficult to calculate the pressure drop at the ends of the swings (see figure 3)

Figure 00000003
Figure 00000003

Течение вязкой жидкости в канале махов испытывает сопротивление тренияViscous fluid flow in the mach channel is resisted by friction

Figure 00000004
Figure 00000004

где u1, d1, λ1 - соответственно среднерасходная скорость, эквивалентный диаметр и коэффициент гидравлического сопротивления канала маха.where u 1 , d 1 , λ 1 - respectively, the average consumption rate, equivalent diameter and coefficient of hydraulic resistance of the mach channel.

Тогда ежесекундная работа центробежных сил на перемещение воздушной массы вдоль маха за вычетом работы на преодоление сил вязкого сопротивления записывается в виде:Then the every second work of centrifugal forces to move the air mass along the swing minus the work to overcome the forces of viscous resistance is written in the form:

где цифра 2 суммирует работу обеих махов (в случае трехлопастной турбины 2 следует заменить на цифру 3). Естественная вентиляция ветротурбины возможна, если работа A1 будет больше или равна сумме работ по преодолению сопротивления трения в кольцевом канале длиной l0 и в рабочей лопасти - l2 where the number 2 summarizes the work of both swings (in the case of a three-bladed turbine 2 should be replaced by the number 3). Natural ventilation of a wind turbine is possible if the work A 1 is greater than or equal to the sum of the work to overcome the friction resistance in the annular channel of length l 0 and in the working blade - l 2

Figure 00000006
Figure 00000006

где λ0, d0, u0 - известные параметры для кольцевого канала (см. [7]), а также в лопастяхwhere λ 0 , d 0 , u 0 are the known parameters for the annular channel (see [7]), as well as in the blades

Figure 00000007
Figure 00000007

где λ2, u2, d2 - соответственно параметры рабочей лопасти (см. обозначения в формуле (3)).where λ 2 , u 2 , d 2 - respectively, the parameters of the working blades (see notation in the formula (3)).

Формула (6) получена с учетом того, что d1=d2 и воздух будет двигаться по четырем каналам длиной l2 со скоростями u1/2. Таким образом, необходимым условием определения угловой скорости вращения ветротурбины ω, обеспечивающим естественную вентиляцию элементов турбины, является A1≥A0+A2.Formula (6) is obtained taking into account the fact that d 1 = d 2 and air will move through four channels of length l 2 with speeds u 1/2 . Thus, a necessary condition for determining the angular velocity of rotation of a wind turbine ω, providing natural ventilation of the turbine elements, is A 1 ≥A 0 + A 2 .

Подставляя выражения (4), (5) и (6), после несложных преобразований получим:Substituting expressions (4), (5) and (6), after simple transformations, we obtain:

Figure 00000008
Figure 00000008

В качестве примера рассмотрим ветротурбину Дарье с прямыми лопастями (фиг.2а) мощностью 6-7 кВт при среднегодовой скорости ветра 6-7 м/с.As an example, consider a Daria wind turbine with straight blades (figa) with a capacity of 6-7 kW at an average annual wind speed of 6-7 m / s.

Как известно, максимальное значение коэффициента использования энергии ветра ξ=0,45 (см. [2]) находится между величиной быстроходности турбины As is known, the maximum value of the coefficient of utilization of wind energy ξ = 0.45 (see [2]) is between the turbine speed

Figure 00000009
Figure 00000009

Мощность ветротурбин определяется формулойThe power of wind turbines is determined by the formula

Figure 00000010
Figure 00000010

где U - скорость ветра, S - ометаемая поверхность. При U=7 м/с удельная мощность ветра на 1 м2 Nв=221,2 Вт. Из этой мощности ветротурбина может снять с каждого квадратного метра миделева сечения ветротурбины не более 100 Вт и 7-и кВт-ная ветротурбина должна иметь S=70 м2, т.е. чуть больше 8 м рабочие лопасти и длину махов более 4 м. Махи должны быть расположены на высоте (l0) не менее 7 м. Для простоты примем S=64 м2, т.е. 8 м × 8 м. Тогда хорда лопастей и махов будет b=1 м [8]. У профиля NASA-0021 отношение периметра крыла Ф к хорде b приблизительно равно 2,1. В этом случае площадь их сечения f1=0.14 м2, d1=0,28 м. Если принять u1=2 м/с, то число Рейнольдса в полости l1 маха Re=37333.where U is the wind speed, S is the swept surface. At U = 7 m / s, the specific wind power per 1 m 2 N in = 221.2 watts. From this power, the wind turbine can take no more than 100 W from each square meter of the mid-section of the wind turbine and the 7 kW wind turbine should have S = 70 m 2 , i.e. a little more than 8 m the working blades and the length of the wings more than 4 m. Machs should be located at a height (l 0 ) of at least 7 m. For simplicity, we take S = 64 m 2 , i.e. 8 m × 8 m. Then the chord of blades and swings will be b = 1 m [8]. In the NASA-0021 profile, the ratio of the wing perimeter Ф to the chord b is approximately 2.1. In this case, their cross-sectional area f 1 = 0.14 m 2 , d 1 = 0.28 m. If we take u 1 = 2 m / s, then the Reynolds number in the cavity l 1 mach Re = 37333.

В формуле (7) неизвестным является коэффициент гидравлического сопротивления каналов с формой NASA-0021, применяемых в качестве махов и рабочих лопастей. В связи с этим был поставлен специальный эксперимент с продувкой канала, имеющего форму крылового профиля NASA-0021 [9]. В результате установлен коэффициент его гидравлического сопротивленияIn formula (7), the coefficient of hydraulic resistance of channels with the form NASA-0021, which are used as flaps and rotor blades, is unknown. In this regard, a special experiment was carried out with a channel purge having the shape of a NASA-0021 wing profile [9]. As a result, the coefficient of its hydraulic resistance

λ=4,62Re-0.488,λ = 4.62 Re -0.488 ,

где число Рейнольдса Re определяется по среднерасходной скорости воздуха в канале u1 и его эквивалентному диаметру dэ=4f/Ф (f - площадь сечения канала, Ф - его периметр).where the Reynolds number Re is determined by the average consumption air velocity in the channel u 1 and its equivalent diameter d e = 4f / Ф (f is the channel cross-sectional area, Ф is its perimeter).

В l2 полостях Re2=18567 и λ2=0,034. Расход воздуха в каждом махе Q/2=0.28 м3/с или Q=0.56 м3/с.In l 2 cavities Re 2 = 18567 and λ 2 = 0.034. The air flow in each stroke is Q / 2 = 0.28 m 3 / s or Q = 0.56 m 3 / s.

Как уже указывалось, l0=7 м. Диаметр центральной стойки положим равным 0,15 м при длине 15 м. Тогда можно использовать подшипники (ОСТ НКСМ 6121-39) внутренним диаметром d=150 мм и внешним D=270 мм. Эквивалентный диаметр кольцевой полости d0=0,12 м, а площадь ее сечения 0,188 м2. Среднерасходная скорость движения воздуха в этом канале u0=3 м/с, число Рейнольдса Re0=20000 и λ0=0,054. Подставляя значения величин, входящих в формулу (7) найдем, что ω≥1.3 1/с. Таким образом, для естественной вентиляции ветротурбины достаточно всего 12 об/мин, в то время как при скорости ветра 7 м/с для выбранной нами ветротурбины ω=7.875 1/с или 75 об/мин. Заметим, при буревых скоростях ветра 12-15 м/с ветротурбина будет иметь 129-161 об/мин. Таким образом, работа центробежных сил с избытком хватает для организации естественной вентиляции внутри ветротурбины, даже если для усиления жесткости махов и рабочих лопастей внутри их полостей имеется арматура.As already indicated, l 0 = 7 m. We set the diameter of the central strut to 0.15 m with a length of 15 m. Then, bearings (OST NKSM 6121-39) can be used with an inner diameter of d = 150 mm and an outer diameter of D = 270 mm. The equivalent diameter of the annular cavity is d 0 = 0.12 m, and its cross-sectional area is 0.188 m 2 . The average consumption air velocity in this channel is u 0 = 3 m / s, the Reynolds number Re 0 = 20000 and λ 0 = 0.054. Substituting the values of the quantities included in formula (7) we find that ω≥1.3 1 / s. Thus, for natural ventilation of the wind turbine, only 12 rpm is sufficient, while at a wind speed of 7 m / s for the selected wind turbine, ω = 7.875 1 / s or 75 rpm. Note that at a drill wind speed of 12-15 m / s, the wind turbine will have 129-161 rpm. Thus, the work of centrifugal forces in excess is enough to organize natural ventilation inside the wind turbine, even if there is reinforcement inside the cavities to strengthen the stiffness of the wings and working blades.

Заявленный технический результат в способе тепловой защиты работающей ветротурбины карусельного типам с турбиной Дарье, включающей вертикальную неподвижную стойку на прочном фундаменте, вал вращения, расположенный соосно со стойкой, отделен от нее центрирующими подшипниками и соединен с рабочими лопастями ветротурбины любым из известных способов: либо с помощью махов, либо по системе тропоскино, и генератор тока, связанный с валом вращения для выработки электроэнергии, достигается тем, что с помощью внутренней естественной вентиляции установки, возникающей вследствие центробежной силы, организуется обогрев всех элементов теплым воздухом при обеспечении в конструкции ветротурбины непрерывной проточной системы через весь агрегат с выбросом отработавшего воздуха в атмосферу.The claimed technical result in the method of thermal protection of a running rotary-type wind turbine with a Daria turbine, including a vertical stationary stand on a solid foundation, the rotation shaft located coaxially with the stand, is separated from it by centering bearings and connected to the working blades of the wind turbine by any of the known methods: either using swings, either through the troposkino system, and the current generator connected to the rotation shaft to generate electricity is achieved by using internal natural ventilation Fitting occurring due to centrifugal force arranged heating elements of the warm air, while ensuring a continuous flow design of the wind turbine system through the entire unit with ejection of spent air to atmosphere.

В качестве источников получения теплого воздуха может служить резкое увеличение установленной мощности установки вследствие роста скорости ветра снежных метелей, пурги, бури, т.к. энергия ветра пропорциональна кубу скорости ветра. Поэтому часть энергии уйдет на обеспечение потребителя электроэнергией, а излишняя остальная часть энергии идет на разогрев электрической муфельной печи, через которую протекает и нагревается подсасываемый снаружи атмосферный воздух, и зарядку аккумулятора. Можно использовать для нагрева подсасываемого атмосферного воздуха сжигание баллонного газа для получения необходимого тепла, а вся дополнительная мощность, полученная за счет буревых скоростей, аккумулируется. Применение электрических тэнов для обогрева внешних поверхностей вращающихся ветротурбин не желательно по следующим причинам: при больших токах тэны могут перегореть и во вторых необходимо дополнительное устройство для подключения тэнов к генераторам тока при вращении ветротурбины.The sources of warm air can be a sharp increase in the installed capacity of the installation due to an increase in the wind speed of snowstorms, blizzards, and storms, as wind energy is proportional to the cube of wind speed. Therefore, part of the energy will be spent on providing the consumer with electric energy, and the rest of the energy is spent on heating the electric muffle furnace, through which atmospheric air drawn in from the outside flows and heats up, and charges the battery. It is possible to use the combustion of bottled gas to heat the sucked-in atmospheric air to obtain the necessary heat, and all the additional power received due to the drilling speeds is accumulated. The use of electric heating elements for heating the outer surfaces of rotating wind turbines is not advisable for the following reasons: at high currents, heating elements can burn out and, secondly, an additional device is needed to connect the heating elements to current generators during rotation of the wind turbine.

4. Осуществление изобретения4. The implementation of the invention

Вариант 1.Option 1.

На фиг.4 показана принципиальная конструктивная схема позволяющая организовать тепловую защиту вращающейся ветротурбины типа Н - ротор.Figure 4 shows a schematic structural diagram that allows you to organize thermal protection of a rotating H-type wind turbine - rotor.

Ветроэнергетическая установка, включающая вертикальную неподвижную стойку, нижний конец которой заделан в прочный фундамент, вал вращения, связанный с генератором тока, расположен соосно со стойкой и отделенный от нее центрирующими подшипниками, верхний торец вала вращения соединен с махами, представляющими собой горизонтально расположенные симметричные относительно хорды крыловые профили NASA-0021, на концах которых крепятся рабочие лопасти с профилем NASA-0021 буквой «Т» или «Г» так, чтобы хорда лопастей была направлена по касательной к окружности, описываемой концами махов при вращения ветротурбины, отличается тем, что связанный с генератором тока вал вращения представляет собой проточный кольцевой канал, соединенный с пустотелыми махами, которые в свою очередь соединены с аналогичными каналами рабочих лопастей с образованием единой проточной системы через всю установку, у которого в нижней части имеется возможность для входа теплого воздуха в эту систему, а на концах лопастей - отверстия для выхода воздуха в атмосферу.A wind power installation, including a vertical stationary stand, the lower end of which is embedded in a strong foundation, the rotation shaft connected to the current generator is located coaxially with the rack and separated by centering bearings, the upper end of the rotation shaft is connected to the wings, which are horizontally symmetrical with respect to the chord wing profiles NASA-0021, at the ends of which working blades are attached with a profile NASA-0021 with the letter “T” or “G” so that the chord of the blades is directed tangentially to approx. of the circumference described by the ends of the swaths during rotation of the wind turbine, characterized in that the rotation shaft connected to the current generator is a flowing annular channel connected to hollow flaps, which in turn are connected to similar channels of the working blades with the formation of a single flow system through the entire installation, which in the lower part there is an opportunity for the entry of warm air into this system, and at the ends of the blades - openings for air to enter the atmosphere.

Вариант 2.Option 2

Ветроэнергетическая установка, включающая вертикальную неподвижную стойку, нижней конец которой заделан в прочный фундамент, вал вращения, связанный с генератором тока, расположенный соосно со стойкой и отделенный от нее центрирующими подшипниками, упругие рабочие лопасти NASA-0021, согнутые в виде лука, нижним концом прикреплены к валу вращения, а верхним концом - к его торцевой части, отличается тем, что вал вращения, связанный с генератором тока, представляет собой два смежных кольцевых канала разной высоты, один из которых соединен с верхним концом согнутой в виде лука пустотелой лопасти ветротурбины, а второй, короткий, - подведен к нижнему концу изогнутой лопасти так, чтобы при подаче теплого воздуха давления в местах соединения вала вращения с лопастями были равны между собой, а выход для отработавшего воздуха в атмосферу находится в средней части лопастей, обеспечивая естественную вентиляцию всей установки.Wind power installation, including a vertical stationary stand, the lower end of which is embedded in a strong foundation, a rotation shaft connected to a current generator located coaxially with the stand and separated from it by centering bearings, NASA-0021 elastic working blades, bent in the form of a bow, are attached to the lower end to the rotation shaft, and the upper end to its end part, characterized in that the rotation shaft connected to the current generator is two adjacent annular channels of different heights, one of which is connected to the top with the end of the hollow blade of the wind turbine bent in the form of an onion, and the second short one is brought to the lower end of the curved blade so that when warm air is supplied, the pressures at the junctions of the rotation shaft with the blades are equal to each other, and the exhaust air outlet is in the middle part of the blades, providing natural ventilation of the entire installation.

В случае конструкции ветротурбины Дарье по системе тропоскино (см. фиг.2б) предлагаемый нами способ тепловой защиты остается в силе. Конструктивное оформление ветроагрегата схематично показано на фиг.5. Принципиальное отличие от предыдущей схемы естественной вентиляции полых элементов аппарата заключается лишь в том, чтобы обеспечить равенство статических давлений P1 на входе в нижнюю половину дугообразной лопасти (7) и P1 I на входе ее в верхнюю половину (см. фиг.5), т.е.In the case of the design of the Darier wind turbine according to the troposkino system (see fig.2b), our proposed method of thermal protection remains valid. The design of the wind turbine is schematically shown in Fig.5. The fundamental difference from the previous scheme of natural ventilation of the hollow elements of the apparatus is only to ensure that the static pressures P 1 at the entrance to the lower half of the arcuate blade (7) and P 1 I at its entrance to the upper half are equal (see FIG. 5), those.

Figure 00000011
Figure 00000011

Тогда перепады давлений Р1-Ратм и P1 I-Ратм обеспечат одинаковые расходы теплого воздуха как по нижней, так верхней половинкам лопасти (7). В результате имеем три вертикальных кольцевых канала (9), (10), (11) (остальные обозначения элементов ветротурбины те же, что на фиг.4).Then the pressure drops P 1 -P atm and P 1 I -P atm will provide the same flow of warm air along the lower and upper halves of the blade (7). As a result, we have three vertical annular channels (9), (10), (11) (the remaining designations of the elements of the wind turbine are the same as in Fig. 4).

Для выполнения условия (9) возникает задача найти размеры кольцевого канала (9) (т.е. d5-d4) в зависимости от отношения Н/l, если известны (заданы) размеры канала (10), т.е. d3-d2 (см. фиг.5).To fulfill condition (9), the problem arises of finding the dimensions of the annular channel (9) (i.e., d 5 -d 4 ) depending on the H / l ratio, if the dimensions of the channel (10) are known (given), i.e. d 3 -d 2 (see figure 5).

Как известно [7], гидравлическое сопротивление каналов (9) и (11) определяются по формуламAs is known [7], the hydraulic resistance of the channels (9) and (11) are determined by the formulas

Figure 00000012
Figure 00000012

Расходы теплого воздуха по каналу (9) Q1 и по каналу (11) Q2 будут одинаковыми при выполнении условия (9), т.е.The flow of warm air through the channel (9) Q 1 and through the channel (11) Q 2 will be the same when conditions (9) are satisfied, i.e.

Figure 00000013
Figure 00000013

где Q0 - общий расход теплого воздуха, потребный для пепловой защиты ветроагрегата. В результате будем иметьwhere Q 0 is the total consumption of warm air required for the ash protection of the wind turbine. As a result, we will have

Figure 00000014
Figure 00000014

где (см [3]) dэ1=d5-d4, λ1=0,3164Re1 -0.25, where (see [3]) d e1 = d 5 -d 4 , λ 1 = 0.3164Re 1 -0.25 ,

Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000015
Figure 00000016

dэ2=d3-d2, λ2=0,3164 Re2 -0.25, d e2 = d 3 -d 2 , λ 2 = 0.3164 Re 2 -0.25 ,

Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000017
Figure 00000018

(ν - кинематическая вязкость воздуха).(ν is the kinematic viscosity of air).

Если с учетом (11) в равенство (12) подставить выражения всех входящих в него величин, то в конечном счете придем к трансцендентной зависимости видаIf, taking into account (11), we substitute the expressions of all quantities included in it into equality (12), then ultimately we will come to a transcendental dependence of the form

Figure 00000019
Figure 00000019

При известных d2, d3, и Н/l при помощи компьютерной технологии нетрудно найти соответствующий диаметр d5, т.к. d4=d3+h, где h - толщина стенки канала (11)With known d 2 , d 3 , and N / l using computer technology, it is easy to find the corresponding diameter d 5 , because d 4 = d 3 + h, where h is the channel wall thickness (11)

ЛитератураLiterature

1. Darrieus F.M. Turbine Having in Rotation Transverse to the Flow of Current, US Patent 1834/018 Doc. B.1931.1. Darrieus F.M. Turbine Having in Rotation Transverse to the Flow of Current, US Patent 1834/018 Doc. B.1931.

2. Ершина А.К., Ершин Ш.А., Жапбасбаев У.К. Основы теории ветротурбины Дарье. - Алматы, 2001. - 104 с.2. Ershina A.K., Ershin Sh.A., Zhapbasbayev U.K. Fundamentals of the Daria wind turbine theory. - Almaty, 2001 .-- 104 s.

3. Турян К. Дж., Стриклэнд Дж., X., Бэрг Д.Э. Мощность ветроэлектрических агрегатов с вертикальной осью вращения. // Аэрокосмическая техника 1988. №8. - С.105-121.3. Turyan K.J., Strickland J., X., Burg D.E. Power of wind power units with a vertical axis of rotation. // Aerospace engineering 1988. No. 8. - S.105-121.

4. Безруких П.П. Использование энергии ветра. М., 2008. - 197 с.4. Bezrukikh P.P. Using wind power. M., 2008 .-- 197 p.

5. Ветроэнергетика / Под. Ред. Д. де Рензо. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 272 с.5. Wind Energy / Under. Ed. D. de Renzo. M .: Energoatomizdat, 1982.- 272 p.

6. Предпатент, МПК F03D 3/06 (2006.01) «Ветродвигатель Бидарье» 14.08.2007 г.6. Pre-Patent, IPC F03D 3/06 (2006.01) “Bidarya Wind Turbine” 08/14/2007

7. Шлихтинг. Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974.7. Schlichting. G. Theory of the boundary layer. M .: Nauka, 1974.

8. И.И. Иванов, Г.А Иванова, О.Л. Перфилов. Модельные исследования роторных рабочих колес ветроэнергетических станций. Сборник научных трудов Гидропроекта, вып.129. М.: 1988 г. С.106-113.8. I.I. Ivanov, G.A. Ivanova, O.L. Perfilov. Model studies of rotor impellers of wind power stations. Collection of scientific papers of the Hydroproject, issue 129. M .: 1988, pp. 106-113.

9. Ершина А.К., Манатбаев Р.К. Определение гидравлического сопротивления симметричного крылового профиля NASA-0021. Вестник КазНУ, серия математика, механика, информатика, 2006 г., №4 (51), С.56-58.9. Ershina A.K., Manatbaev R.K. Determination of hydraulic resistance of a symmetric wing profile NASA-0021. Bulletin of KazNU, a series of mathematics, mechanics, computer science, 2006, No. 4 (51), S.56-58.

Claims (3)

1. Способ тепловой защиты работающей ветроэнергоустановки карусельного типам с турбиной Дарье, включающей вертикальную неподвижную стойку на прочном фундаменте, вал вращения, расположенный соосно со стойкой, отделенный от нее центрирующими подшипниками и соединенный с рабочими лопастями турбины любым из известных способов: либо с помощью махов, либо по системе тропоскино, и генератор тока, связанный с валом вращения для выработки электроэнергии, отличающийся тем, что с помощью внутренней естественной вентиляции установки, возникающей вследствие центробежной силы, организуется обогрев всех ее элементов теплым воздухом при обеспечении в конструкции ветроэнергоустановки непрерывной проточной системы через всю установку с выбросом отработавшего воздуха в атмосферу.1. The method of thermal protection of a working rotary-type wind turbine with a Darier turbine, including a vertical stationary stand on a solid foundation, a rotation shaft located coaxially with the stand, separated from it by centering bearings and connected to the turbine working blades by any of the known methods: either with the help of swings, either by the troposkino system, and a current generator connected to the rotation shaft to generate electricity, characterized in that by using the internal natural ventilation of the installation that occurs due to centrifugal force, heating of all its elements with warm air is organized while providing a continuous flow system in the wind turbine design through the entire plant with the exhaust of exhaust air into the atmosphere. 2. Ветроэнергетическая установка, включающая вертикальную неподвижную стойку, нижний конец которой заделан в прочный фундамент, вал вращения, связанный с генератором тока, расположенный соосно со стойкой и отделенный от нее центрирующими подшипниками, верхний торец вала вращения соединен с махами, представляющими собой горизонтально расположенные симметричные относительно хорды крыловые профили NASA-0021, на концах которых крепятся рабочие лопасти с профилем NASA-0021 буквой «Т» или «Г» так, чтобы хорда лопастей была направлена по касательной к окружности, описываемой концами махов при вращения турбины, отличающаяся тем, что связанный с генератором тока вал вращения представляет собой проточный кольцевой канал, соединенный с пустотелыми махами, которые, в свою очередь, соединены с аналогичными каналами рабочих лопастей с образованием единой проточной системы через всю установку, у которой в нижней части имеется возможность для входа теплого воздуха в эту систему, а на концах лопастей - отверстия для выхода воздуха в атмосферу.2. Wind power installation, including a vertical stationary stand, the lower end of which is embedded in a strong foundation, a rotation shaft connected to the current generator, located coaxially with the rack and separated from it by centering bearings, the upper end of the rotation shaft is connected to the wings, which are horizontally symmetrical relative to the chord are NASA-0021 wing profiles, at the ends of which working blades are attached with the NASA-0021 profile with the letter “T” or “G” so that the chord of the blades is tangentially directed to the circle described by the ends of the sweeps during the rotation of the turbine, characterized in that the rotation shaft connected to the current generator is a flowing annular channel connected to hollow flaps, which, in turn, are connected to similar channels of the working blades with the formation of a single flow system through installation, in which at the bottom there is an opportunity for the entry of warm air into this system, and at the ends of the blades there are openings for air to enter the atmosphere. 3. Ветроэнергетическая установка, включающая вертикальную неподвижную стойку, нижний конец которой заделан в прочный фундамент, вал вращения, связанный с генератором тока, расположенный соосно со стойкой и отделенный от него центрирующими подшипниками, упругие рабочие лопасти NASA-0021, согнутые в виде лука, нижним концом прикреплены к валу вращения, а верхним концом - к его торцевой части, отличающаяся тем, что вал вращения, связанный с генератором тока, представляет собой два смежных кольцевых канала разной высоты, один из которых соединен с верхним концом согнутой в виде лука пустотелой лопасти ветротурбины, а второй, короткий - подведен к нижнему концу изогнутой лопасти так, чтобы при подаче теплого воздуха давления в местах соединения вала вращения с лопастями были равны между собой, а выход для отработавшего воздуха в атмосферу находится в средней части лопастей, обеспечивая естественную вентиляцию всей установки. 3. Wind power installation, including a vertical stationary stand, the lower end of which is embedded in a strong foundation, a rotation shaft connected to a current generator located coaxially with the stand and separated from it by centering bearings, NASA-0021 elastic working blades, bent in the form of a bow, lower end attached to the shaft of rotation, and the upper end to its end part, characterized in that the shaft of rotation associated with the current generator is two adjacent annular channels of different heights, one of which is connected to the upper end of the hollow blade of the wind turbine bent in the form of an onion, and the second short one is brought to the lower end of the curved blade so that when warm air is supplied, the pressures at the junctions of the rotation shaft with the blades are equal to each other, and the exhaust air outlet to the atmosphere is in the middle part of the blades, providing natural ventilation throughout the installation.
RU2008137251/06A 2008-09-18 2008-09-18 Method of thermal protection for operating carousel-type wind-driven power plant and device for method implementation RU2447318C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137251/06A RU2447318C2 (en) 2008-09-18 2008-09-18 Method of thermal protection for operating carousel-type wind-driven power plant and device for method implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137251/06A RU2447318C2 (en) 2008-09-18 2008-09-18 Method of thermal protection for operating carousel-type wind-driven power plant and device for method implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008137251A RU2008137251A (en) 2010-03-27
RU2447318C2 true RU2447318C2 (en) 2012-04-10

Family

ID=42137913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008137251/06A RU2447318C2 (en) 2008-09-18 2008-09-18 Method of thermal protection for operating carousel-type wind-driven power plant and device for method implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2447318C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2632317C2 (en) * 2013-04-11 2017-10-03 Воббен Пропертиз Гмбх Rotor blade of wind-driven power plant
RU2665847C1 (en) * 2017-05-22 2018-09-04 Вячеслав Антонович Якимчук Wind energy conversion module
RU2683354C2 (en) * 2014-10-30 2019-03-28 Чжучжоу Таймс Нью Материалс Текнолоджи Ко., Лтд Method of counteraction to the icing of the wind generator blades and the blade of the wind generator
RU2685160C2 (en) * 2014-09-12 2019-04-16 Чжучжоу Таймс Нью Материалс Текнолоджи Ко., Лтд Method and device for prevention of wind generator blades icing

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1195450A (en) * 1958-04-28 1959-11-17 Improvements to vacuum wind turbines
SU547546A1 (en) * 1973-04-23 1977-02-25 Wind power unit
SU1746057A1 (en) * 1990-02-09 1992-07-07 Рижский Краснознаменный Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.Ленинского Комсомола Windmill electric plant
RU2173280C2 (en) * 1998-05-07 2001-09-10 Дальневосточная государственная морская академия им. адмирала Г.И.Невельского Floating windmill-electric generating plant
RU2240443C1 (en) * 2003-05-05 2004-11-20 Лятхер Виктор Михайлович Vertical-shaft wind-driven power unit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1195450A (en) * 1958-04-28 1959-11-17 Improvements to vacuum wind turbines
SU547546A1 (en) * 1973-04-23 1977-02-25 Wind power unit
SU1746057A1 (en) * 1990-02-09 1992-07-07 Рижский Краснознаменный Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.Ленинского Комсомола Windmill electric plant
RU2173280C2 (en) * 1998-05-07 2001-09-10 Дальневосточная государственная морская академия им. адмирала Г.И.Невельского Floating windmill-electric generating plant
RU2240443C1 (en) * 2003-05-05 2004-11-20 Лятхер Виктор Михайлович Vertical-shaft wind-driven power unit

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2632317C2 (en) * 2013-04-11 2017-10-03 Воббен Пропертиз Гмбх Rotor blade of wind-driven power plant
RU2685160C2 (en) * 2014-09-12 2019-04-16 Чжучжоу Таймс Нью Материалс Текнолоджи Ко., Лтд Method and device for prevention of wind generator blades icing
RU2683354C2 (en) * 2014-10-30 2019-03-28 Чжучжоу Таймс Нью Материалс Текнолоджи Ко., Лтд Method of counteraction to the icing of the wind generator blades and the blade of the wind generator
RU2665847C1 (en) * 2017-05-22 2018-09-04 Вячеслав Антонович Якимчук Wind energy conversion module

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008137251A (en) 2010-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Characteristics of ice accretions on blade of the straight-bladed vertical axis wind turbine rotating at low tip speed ratio
Saha et al. On the performance analysis of Savonius rotor with twisted blades
US20120003077A1 (en) Annular multi-rotor double-walled turbine
Gupta et al. Experimental study of a Savonius-Darrieus wind machine
EP2324242A1 (en) Turbine apparatus
Kiwata et al. Performance of a vertical axis wind turbine with variable-pitch straight blades utilizing a linkage mechanism
RU2447318C2 (en) Method of thermal protection for operating carousel-type wind-driven power plant and device for method implementation
Li Straight-bladed vertical axis wind turbines: history, performance, and applications
Roy et al. Investigations on the effect of aspect ratio into the performance of Savonius rotors
Madsen et al. On the relative importance of rotational, unsteady and three-dimensional effects on the HAWT rotor aerodynamics
Li et al. Wind tunnel tests on ice accretions on the surface of a static straight blade for the vertical axis wind turbine
Rathod et al. Design and Fabrication of PVC bladed inexpensive wind turbine
Zhou et al. Design for the turbine of solar chimney power plant system with vertical collector
Islam et al. Aerodynamic factors affecting performance of straight-bladed vertical axis wind turbines
Samosir et al. Design of microhidro turbine for electricity plants based on techno park in cimanggu village
Khan et al. Wind Turbine design and fabrication to power street lights
Rus Tests upon Savonius turbine and its usage in street lighting pole
Iliev et al. Investigation of the efficiency of VAWTs at different wind speeds
Iliev et al. Harnessing of the low energy wind potential
Moorthy et al. Wind energy recovery from a cooling tower with the help of a wind turbine generator
Kumar et al. Savonius wind turbine design and validation. A manufacturing approach
Simms et al. A comparison of baseline aerodynamic performance of optimally-twisted versus non-twisted HAWT blades
Kraj et al. Icing characteristics and mitigation strategies for wind turbines in cold climates
Azizjon-ugli DEVICES USING WIND ENERGY
Santoso et al. Performance Evaluation of Axial Flow Wind Turbine Integrated with The Condenser

Legal Events

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

Effective date: 20160919