RU2470181C2 - Wind turbine with vertical rotational axis - Google Patents

Wind turbine with vertical rotational axis Download PDF

Info

Publication number
RU2470181C2
RU2470181C2 RU2010136214/06A RU2010136214A RU2470181C2 RU 2470181 C2 RU2470181 C2 RU 2470181C2 RU 2010136214/06 A RU2010136214/06 A RU 2010136214/06A RU 2010136214 A RU2010136214 A RU 2010136214A RU 2470181 C2 RU2470181 C2 RU 2470181C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
shaft
axis
turbine
blades
Prior art date
Application number
RU2010136214/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010136214A (en
Inventor
Павел Юрьевич Беляков
Алексей Владимирович Тикунов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Балтийский станкостроительный завод"
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 Закрытое акционерное общество "Балтийский станкостроительный завод" filed Critical Закрытое акционерное общество "Балтийский станкостроительный завод"
Priority to RU2010136214/06A priority Critical patent/RU2470181C2/en
Publication of RU2010136214A publication Critical patent/RU2010136214A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2470181C2 publication Critical patent/RU2470181C2/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
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to wind power engineering and may be used for electric power generation. Wind turbine comprises shaft revolving about lengthwise axis and multiple stiff vanes jointed to the latter by cross arms and arranged in circle, each being composed of long body with top and bottom ends, and top, medium and bottom cross arms. Section of vane long body by plane perpendicular to shaft lengthwise axis represents aerofoil with front and rear edges and center line. Vane long body has central part, top part and bottom part and is twisted about its straight lengthwise axis to cross turbine rotational axis. Note here that top part end of each next vane is located definitely above the bottom part end of every previous vane. Chords of surface profiles obtained in cutting the vane by plane perpendicular to turbine shaft axis are formed with radius located in section plane to connect turbine shaft axis to geometrical center of the profile at angle a varying between 0-105° depending upon particular shape of the profile.
EFFECT: simplified design, constant torque at turbine shaft.
3 dwg

Description

Изобретение относится к ветряной турбине с вертикальной осью вращения, которая может быть использована для выработки электроэнергии.The invention relates to a wind turbine with a vertical axis of rotation, which can be used to generate electricity.

Известен ветродвигатель с вертикальной осью вращения, в описании изобретения к патенту РФ №2104408, МПК 6 F03D 3/00, от 25.05.1994., опубл. 10.02.1998, содержащий вал, ветровую турбину с горизонтальными траверсами и вертикальными лопастями аэродинамического профиля, связанную с валом, и по числу траверс дополнительные лопасти в виде вертикально поставленных криволинейно изогнутых поверхностей, отличающийся тем, что дополнительные лопасти расположены непосредственно на траверсе.Known wind turbine with a vertical axis of rotation, in the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2104408, IPC 6 F03D 3/00, from 05.25.1994., Publ. 02.10.1998, containing a shaft, a wind turbine with horizontal traverses and vertical aerodynamic blades connected with the shaft, and according to the number of traverses additional blades in the form of vertically placed curved curved surfaces, characterized in that the additional blades are located directly on the traverse.

2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что на дополнительных лопастях жестко укреплены горизонтальные связывающие их пластины, нижняя из которых жестко соединена с траверсами.2. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the horizontal blades connecting them on the additional blades are rigidly fixed, the lower of which is rigidly connected to the traverses.

3. Ветродвигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительные лопасти изогнуты по дуге окружности и их вертикальные края расположены в плоскости, проходящей через ось траверс, а выпуклость направлена в одну сторону с выпуклостью вертикальных лопастей аэродинамического профиля.3. The wind turbine according to claims 1 and 2, characterized in that the additional blades are curved along an arc of a circle and their vertical edges are located in a plane passing through the axis of the traverse, and the bulge is directed in one direction with the bulge of the vertical blades of the aerodynamic profile.

4. Ветродвигатель по пп.1 3, отличающийся тем, что угол между хордой каждой вертикальной лопасти аэродинамического профиля ветровой турбины и касательной к траектории ее вращения равен 14°.4. The wind turbine according to claims 1 to 3, characterized in that the angle between the chord of each vertical blade of the aerodynamic profile of the wind turbine and tangent to the path of its rotation is 14 °.

Недостатки: крутящий момент, действующий на вал, является пульсирующим.Disadvantages: the torque acting on the shaft is pulsating.

Наиболее близким аналогом является ветряная турбина с вертикальной осью вращения, в описании изобретения к патенту РФ №2322610, МПК F03D 3/00 от 26.07.2004., опубл. 20.04.2008., содержащая вал, вращающийся вокруг продольной оси, и множество по существу жестких лопастей, механически присоединенных к этому валу, при этом каждая из множества лопастей представляет собой удлиненное тело с верхним и нижним концами, причем верхний и нижний концы каждой лопасти ротационно смещены друг от друга по продольной оси так, что каждая лопасть имеет форму винтовой спирали, при этом сечение удлиненного тела каждой лопасти, перпендикулярное продольной оси, является аэродинамической поверхностью, имеющей ведущую кромку и хвостовую кромку и среднюю линию профиля аэродинамической поверхности, проходящую между ведущей кромкой и хвостовой кромкой, отличающаяся тем, что аэродинамическая поверхность имеет дугообразную форму, так что средняя линия профиля аэродинамической поверхности проходит по линии постоянной кривизны с радиусом кривизны R'.The closest analogue is a wind turbine with a vertical axis of rotation, in the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2322610, IPC F03D 3/00 from 07.26.2004., Publ. 04/20/2008., Containing a shaft rotating around a longitudinal axis, and many essentially rigid blades mechanically attached to this shaft, each of the many blades being an elongated body with upper and lower ends, the upper and lower ends of each blade being rotational offset from each other along the longitudinal axis so that each blade has the shape of a helical spiral, while the cross section of the elongated body of each blade perpendicular to the longitudinal axis is an aerodynamic surface having a leading edge and x skeleton edge and a center line of the airfoil profile extending between the leading edge and trailing edge, wherein the airfoil has an arcuate shape so that the middle line of the airfoil profile passes through a line of constant curvature having a radius of curvature R '.

2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что радиальное расстояние R средней линии L профиля аэродинамической поверхности каждой лопасти, измеряемое от продольной оси, меняется по длине лопасти.2. The turbine according to claim 1, characterized in that the radial distance R of the midline L of the profile of the aerodynamic surface of each blade, measured from the longitudinal axis, varies along the length of the blade.

3. Турбина по п.2, отличающаяся тем, что 1,00R<R'<1,12R.3. The turbine according to claim 2, characterized in that 1.00R <R '<1.12R.

4. Турбина по п.2, отличающаяся тем, что радиус кривизны R' средней линии профиля аэродинамической поверхности меняется по длине каждой лопасти.4. The turbine according to claim 2, characterized in that the radius of curvature R 'of the midline of the profile of the aerodynamic surface varies along the length of each blade.

5. Турбина по п.4, отличающаяся тем, что 1,00R<R'<1,12R.5. The turbine according to claim 4, characterized in that 1.00R <R '<1.12R.

6. Турбина по п.4, отличающаяся тем, что R' приблизительно равно 1,03R.6. The turbine according to claim 4, characterized in that R 'is approximately equal to 1.03R.

7. Турбина по п.4, отличающаяся тем, что R' равняется R.7. The turbine according to claim 4, characterized in that R 'is equal to R.

8. Турбина по любому из пп.2-7, отличающаяся тем, что форма лопасти приближается к форме скрученного по оси каната.8. A turbine according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the shape of the blade approaches the shape of the rope twisted along the axis.

9. Турбина по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что длина хорды каждой лопасти меняется по длине каждой лопасти.9. A turbine according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the chord length of each blade varies along the length of each blade.

10. Турбина по п.9, отличающаяся тем, что длина хорды каждой лопасти уменьшается к верхнему и/или нижнему концам относительно центрального участка каждой лопасти.10. The turbine according to claim 9, characterized in that the chord length of each blade decreases to the upper and / or lower ends relative to the central portion of each blade.

11. Турбина по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит множество распорок, которые механически прикрепляют лопасти к валу.11. The turbine according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it further comprises a plurality of spacers that mechanically attach the blades to the shaft.

12. Турбина по п.11, отличающаяся тем, что каждая лопасть присоединена к валу при помощи верхней и нижней распорок.12. The turbine according to claim 11, characterized in that each blade is connected to the shaft using the upper and lower struts.

13. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что вытянутое тело каждой лопасти содержит центральный участок, проходящий между верхней и нижней распорками лопасти, верхний участок, проходящий над верхней распоркой лопасти, и нижний участок, проходящий под нижней распоркой лопасти.13. The turbine of claim 12, wherein the elongated body of each blade comprises a central portion extending between the upper and lower struts of the blade, an upper portion extending above the upper strut of the blade, and a lower portion extending under the lower strut of the blade.

14. Турбина по п.13, отличающаяся тем, что верхний участок каждой лопасти образует верхний конец, причем верхний конец является свободно стоящим.14. The turbine according to item 13, wherein the upper portion of each blade forms an upper end, and the upper end is free-standing.

15. Турбина по п.13 или 14, отличающаяся тем, что нижний участок каждой лопасти образует нижний конец, причем этот нижний конец является свободно стоящим.15. The turbine according to item 13 or 14, characterized in that the lower portion of each blade forms a lower end, and this lower end is free-standing.

16. Турбина по п.13 или 14, отличающаяся тем, что радиальное расстояние верхнего конца и нижнего конца каждой лопасти от продольной оси является меньшим, чем длина распорок.16. The turbine according to item 13 or 14, characterized in that the radial distance of the upper end and lower end of each blade from the longitudinal axis is less than the length of the spacers.

17. Турбина по п.12, отличающаяся тем, что верхняя распорка присоединена к верхнему концу каждой лопасти, а нижняя распорка присоединена к нижнему концу каждой лопасти.17. The turbine of claim 12, wherein the upper strut is attached to the upper end of each blade, and the lower strut is attached to the lower end of each blade.

18. Турбина по п.13 или 14, отличающаяся тем, что отношение толщина-хорда каждой лопасти является большим в или вблизи места ее соединения с распорками по сравнению с отношением толщина-хорда ее центрального участка.18. The turbine according to item 13 or 14, characterized in that the thickness-chord ratio of each blade is large at or near its junction with spacers compared to the thickness-chord ratio of its central portion.

19. Турбина по любому из пп.1-7, 13 или 14, отличающаяся тем, что отношение толщина-хорда каждой лопасти увеличивается к верхнему и/или нижнему концам ее вытянутого тела по сравнению с отношением толщина-хорда ее центрального участка.19. A turbine according to any one of claims 1 to 7, 13 or 14, characterized in that the thickness-chord ratio of each blade increases to the upper and / or lower ends of its elongated body compared to the thickness-chord ratio of its central portion.

20. Турбина по любому из пп.1-7, 13 или 14, отличающаяся тем, что отношение толщина-хорда каждой лопасти является постоянным по всему ее вытянутому телу.20. A turbine according to any one of claims 1 to 7, 13 or 14, characterized in that the thickness-chord ratio of each blade is constant throughout its elongated body.

21. Турбина по любому из пп.1-7, 13 или 14, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит три лопасти, которые разнесены на одинаковое друг от друга расстояние вокруг продольной оси.21. The turbine according to any one of claims 1 to 7, 13 or 14, characterized in that it further comprises three blades, which are spaced at the same distance from each other around the longitudinal axis.

22. Турбина по любому из пп.1-7, 13 или 14, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, одну распорку, расположенную между каждой лопастью и вращающимся валом, причем распорка выполнена за одно целое с лопастью.22. A turbine according to any one of claims 1 to 7, 13 or 14, characterized in that it further comprises at least one spacer located between each blade and a rotating shaft, and the spacer is made in one piece with the blade.

23. Турбина по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, один дискообразный элемент, занимающий пространство между каждой лопастью и вращающимся валом.23. A turbine according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it further comprises at least one disk-shaped element occupying the space between each blade and a rotating shaft.

24. Турбина по п.23, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один дискообразный элемент расположен на концах ее лопастей.24. The turbine according to item 23, wherein the at least one disk-shaped element is located at the ends of its blades.

25. Турбина по любому из пп.1-7, 13 или 14, отличающаяся тем, что каждая лопасть представляет собой сердцевину, выполненную из вспененного материала, и композитную оболочку.25. A turbine according to any one of claims 1 to 7, 13 or 14, characterized in that each blade is a core made of foam material and a composite shell.

26. Ветряная турбина с вертикальной осью, содержащая вращающийся вокруг продольной оси вал и множество по существу жестких лопастей, механически присоединенных к валу, при этом каждая из множества лопастей представляет собой удлиненное тело, имеющее верхний и нижний концы, причем верхний и нижний концы каждой лопасти ротационно смещены друг от друга вокруг продольной оси так, что каждая лопасть имеет форму винтовой спирали, при этом сечение удлиненного тела каждой лопасти, перпендикулярное продольной оси, является аэродинамической поверхностью, имеющей ведущую кромку и хвостовую кромку и среднюю линию профиля аэродинамической поверхности, проходящую между ведущей кромкой и хвостовой кромкой, отличающаяся тем, что длина средней линии профиля аэродинамической поверхности каждой лопасти уменьшается к верхнему и/или нижнему концам относительно длины центрального участка каждой лопасти.26. A vertical axis wind turbine comprising a shaft rotating around a longitudinal axis and a plurality of substantially rigid blades mechanically attached to the shaft, each of the plurality of blades being an elongated body having upper and lower ends, the upper and lower ends of each blade rotationally displaced from each other around the longitudinal axis so that each blade has the shape of a helical spiral, while the section of the elongated body of each blade, perpendicular to the longitudinal axis, is an aerodynamic rotation a property having a leading edge and a tail edge and a midline of the profile of the aerodynamic surface extending between the leading edge and the tail edge, characterized in that the length of the midline of the profile of the aerodynamic surface of each blade decreases to the upper and / or lower ends relative to the length of the central portion of each blade.

27. Турбина по п.26, отличающаяся тем, что верхний или нижний конец является подветренным концом каждой лопасти.27. The turbine according to p, characterized in that the upper or lower end is the leeward end of each blade.

Недостатки: сложность конструкции лопасти.Disadvantages: the complexity of the design of the blade.

Технический результат: упрощение конструкции лопасти, получение постоянного крутящего момент на валу при любом положении лопастей относительно направления воздушного потока при текущих величинах скорости ветра и частоты вращения.Effect: simplifying the design of the blade, obtaining a constant torque on the shaft at any position of the blades relative to the direction of air flow at current values of wind speed and speed.

Технический результат достигается за счет того, что ветряная турбина с вертикальной осью вращения, содержащая вал, вращающийся вокруг продольной оси, и множество по существу жестких лопастей, каждая из которых представляет собой удлиненное тело с верхним и нижним концами, размещенных по окружности вокруг вала, механически присоединенных к этому валу с помощью множества траверс, при этом сечение удлиненного тела каждой лопасти, плоскостью перпендикулярной продольной оси вала, является аэродинамической поверхностью, имеющей переднюю кромку, заднюю кромку и среднюю линию профиля аэродинамической поверхности, верхние, средние и нижние траверсы, которые механически прикрепляют лопасти к валу, удлиненное тело каждой лопасти содержит центральный участок, проходящий между верхней и нижней траверсами лопасти, верхний участок, проходящий над верхней траверсой лопасти, и нижний участок, проходящий под нижней траверсой лопасти, отличается тем, что лопасть представляет собой удлиненное тело с круткой вокруг своей прямой продольной оси, перекрещивающейся с осью вращения турбины, причем конец верхнего участка каждой следующей по окружности лопасти расположен строго над концом нижнего участка каждой предыдущей лопасти и сечения лопастей плоскостью, перпендикулярной оси вала турбины, представляют собой аэродинамический профиль, хорда которого образует с радиусом, лежащим в плоскости этого сечения и соединяющим ось вала турбины с геометрическим центром профиля, угол α, величина которого постоянна по длине лопасти и лежит в диапазоне 0-105°, принимая конкретные значения для конкретно выбранной формы профиля.The technical result is achieved due to the fact that the wind turbine with a vertical axis of rotation, containing a shaft rotating around a longitudinal axis, and many essentially rigid blades, each of which is an elongated body with upper and lower ends, placed around the circumference around the shaft, mechanically attached to this shaft using multiple traverses, while the cross section of the elongated body of each blade, a plane perpendicular to the longitudinal axis of the shaft, is an aerodynamic surface having a front edge the flange, the trailing edge and the midline of the profile of the aerodynamic surface, the upper, middle and lower traverses that mechanically attach the blades to the shaft, the elongated body of each blade contains a central section extending between the upper and lower traverse of the blade, the upper section passing above the upper traverse of the blade, and the lower section passing under the lower traverse of the blade, characterized in that the blade is an elongated body with a twist around its straight longitudinal axis, intersecting with the axis of rotation of the turbine moreover, the end of the upper section of each blade following the circumference of the blade is located strictly above the end of the lower section of each previous blade and the section of the blades by a plane perpendicular to the axis of the turbine shaft, which represents an aerodynamic profile, the chord of which forms with a radius lying in the plane of this section and connecting the axis of the turbine shaft with the geometric center of the profile, the angle α, the value of which is constant along the length of the blade and lies in the range 0-105 °, taking specific values for a particular profile shape.

Упрощение конструкции лопасти достигается за счет того, что продольная ось лопасти представляет собой прямую линию, перекрещивающуюся с осью вращения ветряной турбины. У аналога ось - винтовая (изогнутая вокруг оси ротора) линия, расположенная на цилиндрической поверхности, образуемой лопастями при вращении. Лопасть в отличие от аналога представляет собой пространственную конструкцию с круткой вокруг своей прямой продольной оси, имеющую в сечении аэродинамический профиль.Simplification of the design of the blade is achieved due to the fact that the longitudinal axis of the blade is a straight line that intersects with the axis of rotation of the wind turbine. In the analogue, the axis is a helical (curved around the axis of the rotor) line located on a cylindrical surface formed by the blades during rotation. The blade, in contrast to the analogue, is a spatial structure with a twist around its straight longitudinal axis, which has an aerodynamic profile in cross section.

Известны конструкции турбин, у которых лопасти располагаются параллельно оси вращения, например в патенте RU №2104408 ветродвигатель с вертикальной осью вращения. Однако при таком расположении лопастей тангенциальная составляющая подъемной силы изменяется в зависимости от положения лопасти относительно воздушного потока и крутящий момент, действующий на вал, является пульсирующим, что не обеспечивает самозапуска турбины в любом положении относительно направления ветра. В заявляемом изобретении независимо от положения лопастей относительно ветра наблюдается самозапуск.Turbine designs are known in which the blades are parallel to the axis of rotation, for example, in the patent RU No. 2104408, a wind turbine with a vertical axis of rotation. However, with such an arrangement of the blades, the tangential component of the lifting force varies depending on the position of the blade relative to the air flow and the torque acting on the shaft is pulsating, which does not allow the turbine to self-start in any position relative to the direction of the wind. In the claimed invention, regardless of the position of the blades relative to the wind, self-start is observed.

Получение постоянного крутящего момента на валу при любом положении лопастей относительно направления воздушного потока достигается за счет наклона лопастей, при котором площадка верхнего конца каждой следующей по окружности лопасти расположена строго над площадкой нижнего конца каждой предыдущей лопасти. Этим достигается эффект заполнения лопастями всей окружности.Obtaining a constant torque on the shaft at any position of the blades relative to the direction of the air flow is achieved due to the inclination of the blades, in which the area of the upper end of each subsequent circumference of the blade is located strictly above the area of the lower end of each previous blade. This achieves the effect of filling the entire circle with the blades.

Известны конструкции, которые позволяют получить постоянный крутящий момент на валу, например конструкция, предложенная в патенте RU №2322610 ветряная турбина с вертикальной осью вращения (варианты), однако данная конструкция отличается от предлагаемой тем, что, во-первых, при такой форме лопасти ее длина больше, чем в предлагаемой конструкции, во-вторых, такая лопасть сложнее.Known designs that allow you to get a constant torque on the shaft, for example, the design proposed in patent RU No. 2323210 wind turbine with a vertical axis of rotation (options), however, this design differs from the proposed one, firstly, with this shape of the blade the length is longer than in the proposed design, and secondly, such a blade is more complicated.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая ветряная турбина с вертикальной осью вращения отличается от известных аналогов совокупностью существенных отличительных признаков, соответствует требованиям патентоспособности по критериям новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.A comparative analysis of the proposed solution with the prototype allows us to conclude that the inventive wind turbine with a vertical axis of rotation differs from the known analogues by a combination of significant distinguishing features, meets the requirements of patentability according to the criteria of novelty, inventive step and industrial applicability.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.The claimed invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен общий вид устройства.Figure 1 shows a General view of the device.

На фиг.2 изображена лопасть устройства.Figure 2 shows the blade of the device.

На фиг.3 изображен вид лопасти сверху и угол между хордами аэродинамического профиля лопасти и радиусом, соединяющим геометрический центр аэродинамического профиля и ось турбины.Figure 3 shows the top view of the blade and the angle between the chords of the aerodynamic profile of the blade and the radius connecting the geometric center of the aerodynamic profile and the axis of the turbine.

Ветряная турбина с вертикальной осью вращения состоит из не менее трех лопастей 4, равномерно распределенных вокруг вала 1, причем каждая лопасть 4 механически соединена со ступицей 2, закрепленной на валу 1, посредством одной или большего количества траверс 3 таким образом, что прямые продольные оси 8 лопастей 4 перекрещиваются с осью вала 1 и сечения лопастей 4 плоскостью, перпендикулярной оси вала 1 турбины, представляет собой аэродинамический профиль, хорда которого образует с радиусом, лежащим в плоскости этого сечения и соединяющим ось вала турбины с геометрическим центром профиля, угол α 9, величина которого лежит в интервале от 0 до 105°, принимая конкретное значение для конкретно выбранной формы профиля лопастей, и определяется: размерами турбины (высота, минимальный и максимальный диаметры), номинальной скоростью ветра и номинальной частотой вращения, расстоянием рассматриваемого сечения от оси вращения.A wind turbine with a vertical axis of rotation consists of at least three blades 4, evenly distributed around the shaft 1, and each blade 4 is mechanically connected to the hub 2, mounted on the shaft 1, through one or more traverses 3 so that the direct longitudinal axis 8 the blades 4 intersect with the axis of the shaft 1 and the section of the blades 4 with a plane perpendicular to the axis of the shaft 1 of the turbine, is an aerodynamic profile, the chord of which forms with a radius lying in the plane of this section and connecting the axis to turbines with a geometric profile center, angle α 9, the value of which lies in the range from 0 to 105 °, taking a specific value for a particular profile shape of the blades, and is determined by: turbine dimensions (height, minimum and maximum diameters), nominal wind speed and nominal speed, the distance of the section under consideration from the axis of rotation.

В частности, на основании экспериментальных данных для профилей, испытанных на рассматриваемой турбине, максимальные величины коэффициентов использования энергии ветра наблюдались при следующих значениях угла α:In particular, based on the experimental data for the profiles tested on the turbine under consideration, the maximum values of the wind energy utilization coefficients were observed at the following values of the angle α:

- α=0° по всей длине лопасти в случае применения лопастей с симметричным выпукло-вогнутым профилем (в виде полумесяца), расположенным выпуклостью в сторону направления вращения турбины;- α = 0 ° along the entire length of the blade in the case of using blades with a symmetrical convex-concave profile (in the form of a crescent) located convex in the direction of rotation of the turbine;

- α=90° по всей длине лопасти, если в ветряной турбине применены лопасти с двояко выпуклым симметричным профилем (например, NASA 0021, как показано на фиг.3);- α = 90 ° along the entire length of the blade, if blades with a double convex symmetrical profile are used in the wind turbine (for example, NASA 0021, as shown in FIG. 3);

- α=105° по всей длине лопасти, если в ветряной турбине применены лопасти с плоско-выпуклым профилем (например, тип «Эсперо»), расположенным выпуклой частью наружу.- α = 105 ° along the entire length of the blade, if blades with a flat-convex profile (for example, the Espero type) are located in the wind turbine, with the convex part facing out.

При значениях угла α меньше 0° и больше 105° параметры турбины ухудшаются.When the angle α is less than 0 ° and more than 105 °, the turbine parameters deteriorate.

Заявляемое изобретение работает следующим образом.The claimed invention works as follows.

При движении потока воздуха через ротор на наклонных лопастях 4 возникают аэродинамические подъемные силы, результирующая которых (тянущая сила) создает крутящий момент, передаваемый через траверсы 3 на ступицы 2 и вертикальный вал 1 потребителям механической энергии.When the air flow through the rotor on the inclined blades 4, aerodynamic lifting forces arise, the resulting of which (pulling force) creates a torque transmitted through the beam 3 to the hub 2 and the vertical shaft 1 to consumers of mechanical energy.

Величина и направление равнодействующей указанных сил в каждый конкретный момент времени определяются ориентацией тела лопасти 4 относительно направления воздушного потока. Поскольку каждая лопасть 4 через траверсы 3 и ступицы 2 жестко связана с валом 1 ветряной турбины, положение которого в пространстве обеспечивается подшипниковыми опорами (на чертеже не показаны), у конструкции в целом остается только одна степень свободы - вращательное движение относительно вертикальной оси вала. Некомпенсированные реакциями подшипниковых опор и траверс усилия, возникшие при взаимодействии лопастей 4 с воздушным потоком, приложены к внешним концам траверс 3 и создают на ступицах 2 крутящие моменты, суммирующиеся на валу 1, что приводит к его вращению.The magnitude and direction of the resultant of these forces at any given time is determined by the orientation of the body of the blade 4 relative to the direction of air flow. Since each blade 4 through the traverses 3 and the hub 2 is rigidly connected with the shaft 1 of the wind turbine, the position of which in space is provided by bearing bearings (not shown in the drawing), the design as a whole remains only one degree of freedom - rotational motion relative to the vertical axis of the shaft. Uncompensated by the reactions of bearings and traverses, the forces arising from the interaction of the blades 4 with the air flow are applied to the outer ends of the traverse 3 and create torques on the hubs 2, which are summed up on the shaft 1, which leads to its rotation.

В результате расположения верхнего конца каждой последующей лопасти строго над нижним концом каждой предыдущей лопасти их рабочие поверхности равномерно распределены по окружности вокруг вала. При текущих значениях скорости ветра и частоты вращения это обеспечивает практически постоянную величину крутящего момента независимо от углового положения турбины.As a result of the location of the upper end of each subsequent blade strictly above the lower end of each previous blade, their working surfaces are evenly distributed around the circumference around the shaft. At current wind speeds and speeds, this provides an almost constant amount of torque, regardless of the angular position of the turbine.

Технико-экономический эффектTechnical and economic effect

С мая 2010 г. действующая модель заявляемого изобретения проходит испытание на ООО «НПК «Дельта» в г.Воронеже. Масштабный макет устройства расчетной мощностью 1,5 кВт изготовляется на ЗАО «Балтийский станкостроительный завод». Использование заявляемого изобретения позволит обеспечить упрощение конструкции лопастей, при получении постоянного крутящего момента на валу при любом положении лопастей относительно направления воздушного потока при текущих величинах скорости ветра и частоты вращения.Since May 2010, the current model of the claimed invention has been tested at LLC NPK Delta in Voronezh. A large-scale model of the device with a rated power of 1.5 kW is being manufactured at ZAO Baltic Machine-Tool Plant. The use of the claimed invention will allow to simplify the design of the blades, upon receipt of constant torque on the shaft at any position of the blades relative to the direction of air flow at current values of wind speed and speed.

Claims (1)

Ветряная турбина с вертикальной осью вращения, содержащая вал, вращающийся вокруг продольной оси, и множество, по существу, жестких лопастей, каждая из которых представляет собой удлиненное тело с верхним и нижним концами, размещенных по окружности вокруг вала, механически присоединенных к этому валу с помощью множества траверс, при этом сечение удлиненного тела каждой лопасти, плоскостью, перпендикулярной продольной оси вала, является аэродинамической поверхностью, имеющей переднюю кромку, заднюю кромку и среднюю линию профиля аэродинамической поверхности, верхние, средние и нижние траверсы, которые механически прикрепляют лопасти к валу, удлиненное тело каждой лопасти содержит центральный участок, проходящий между верхней и нижней траверсами лопасти, верхний участок, проходящий над верхней траверсой лопасти, и нижний участок, проходящий под нижней траверсой лопасти, отличающаяся тем, что лопасть представляет собой удлиненное тело с круткой вокруг своей прямой продольной оси, перекрещивающейся с осью вращения турбины, причем конец верхнего участка каждой следующей по окружности лопасти расположен строго над концом нижнего участка каждой предыдущей лопасти, и хорды профилей аэродинамических поверхностей, получаемых при сечении лопастей плоскостью, перпендикулярной оси вала турбины, образуют с радиусом, лежащим в плоскости сечения и соединяющим ось вала турбины с геометрическим центром профиля, угол α, величина которого лежит в диапазоне 0-105°, принимая конкретные значения для конкретно выбранной формы профиля. A vertical-axis wind turbine comprising a shaft rotating around a longitudinal axis and a plurality of substantially rigid blades, each of which is an elongated body with upper and lower ends arranged circumferentially around a shaft mechanically attached to this shaft by multiple traverses, while the cross section of the elongated body of each blade, a plane perpendicular to the longitudinal axis of the shaft, is an aerodynamic surface having a leading edge, a trailing edge and a midline of the aerodynamic profile of the surface of the blade, the upper, middle and lower traverses that mechanically attach the blades to the shaft, the elongated body of each blade contains a central section extending between the upper and lower traverse of the blade, an upper section extending above the upper traverse of the blade, and a lower portion extending below the lower traverse blades, characterized in that the blade is an elongated body with a twist around its straight longitudinal axis, intersecting with the axis of rotation of the turbine, and the end of the upper section of each next the circumference of the blade is located strictly above the end of the lower section of each previous blade, and the chords of the profiles of the aerodynamic surfaces obtained when the blades are cut by a plane perpendicular to the axis of the turbine shaft form with an angle lying in the section plane and connecting the axis of the turbine shaft with the geometric center of the profile, angle α whose value lies in the range of 0-105 °, taking specific values for a particular profile shape.
RU2010136214/06A 2010-08-27 2010-08-27 Wind turbine with vertical rotational axis RU2470181C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010136214/06A RU2470181C2 (en) 2010-08-27 2010-08-27 Wind turbine with vertical rotational axis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010136214/06A RU2470181C2 (en) 2010-08-27 2010-08-27 Wind turbine with vertical rotational axis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010136214A RU2010136214A (en) 2012-03-10
RU2470181C2 true RU2470181C2 (en) 2012-12-20

Family

ID=46028737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010136214/06A RU2470181C2 (en) 2010-08-27 2010-08-27 Wind turbine with vertical rotational axis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2470181C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2670854C1 (en) * 2017-11-24 2018-10-25 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Vertical rotor of wind and water engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1373860A1 (en) * 1986-09-19 1988-02-15 Ю.В.О евченко Wind motor rotor
US5405246A (en) * 1992-03-19 1995-04-11 Goldberg; Steven B. Vertical-axis wind turbine with a twisted blade configuration
RU2178830C2 (en) * 1999-09-09 2002-01-27 Николай Алексеевич Лаврентьев Method for controlling wind power takeoff and wind-electric generating unit
RU2322610C2 (en) * 2003-07-24 2008-04-20 Квайэт Револьюшн Лимитед Wind turbine with vertical axle (versions)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1373860A1 (en) * 1986-09-19 1988-02-15 Ю.В.О евченко Wind motor rotor
US5405246A (en) * 1992-03-19 1995-04-11 Goldberg; Steven B. Vertical-axis wind turbine with a twisted blade configuration
RU2178830C2 (en) * 1999-09-09 2002-01-27 Николай Алексеевич Лаврентьев Method for controlling wind power takeoff and wind-electric generating unit
RU2322610C2 (en) * 2003-07-24 2008-04-20 Квайэт Револьюшн Лимитед Wind turbine with vertical axle (versions)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2670854C1 (en) * 2017-11-24 2018-10-25 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Vertical rotor of wind and water engine
RU2670854C9 (en) * 2017-11-24 2018-11-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Vertical rotor of wind and water engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010136214A (en) 2012-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1649163B1 (en) Vertical-axis wind turbine
US7726934B2 (en) Vertical axis wind turbine
US6786697B2 (en) Turbine
US20110027084A1 (en) Novel turbine and blades
US20120128500A1 (en) Turbines
US9683547B2 (en) Wind turbine having nacelle fence
CN110869606A (en) Vertical shaft turbine
US20080152495A1 (en) Vertical Axis Turbine Apparatus
CN201433854Y (en) Helical flexible blade turbine
WO2012007934A1 (en) Dual vertical wind turbine
Golecha et al. Review on Savonius rotor for harnessing wind energy
JP2011032918A (en) Wind turbine
RU2470181C2 (en) Wind turbine with vertical rotational axis
CN201228613Y (en) Impeller and windwheel of vertical shaft wind power generator
RU120152U1 (en) WIND ELECTRIC GENERATOR
EP2740931A1 (en) Blade for vertical-axis wind turbine and vertical-axis wind turbine
JP6126287B1 (en) Vertical axis spiral turbine
RU2705531C1 (en) Rotor of vertical axial wind-driven unit
RU2209999C1 (en) Windmill
WO2024005725A1 (en) Wind-solar chimney
Safe et al. Increasing Efficiency of a Twisted Blade Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) by Changing Various Parameter
RU122450U1 (en) WIND ELECTRIC GENERATOR
KR101334542B1 (en) A Blade for Wind Power Plant
Kale et al. Wind flow considerations to predict power performance of counter rotating horizontal axis wind turbine and unidirectional co-axial series rotor wind turbine
CA2715544A1 (en) Wind turbine

Legal Events

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

Effective date: 20130828

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20141110

PD4A Correction of name of patent owner