RU2504686C1 - Polywind rotary power system of continental application - Google Patents
Polywind rotary power system of continental application Download PDFInfo
- Publication number
- RU2504686C1 RU2504686C1 RU2012146469/06A RU2012146469A RU2504686C1 RU 2504686 C1 RU2504686 C1 RU 2504686C1 RU 2012146469/06 A RU2012146469/06 A RU 2012146469/06A RU 2012146469 A RU2012146469 A RU 2012146469A RU 2504686 C1 RU2504686 C1 RU 2504686C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- power
- vertical
- mast
- rotors
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/728—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
Description
Устройство предназначено для преобразования энергии средне-скоростных ветров в сложных атмосферно-аэродинамических условиях континентального климата с получением электроэнергии больших промышленных мощностей.The device is designed to convert the energy of medium-speed winds in difficult atmospheric and aerodynamic conditions of the continental climate with the generation of electricity of large industrial capacities.
Предлагаемый энергокомплекс относится к ветрогенераторам с вертикально-осевым вращением ортогональных турбин.The proposed energy complex relates to wind generators with vertical-axis rotation of orthogonal turbines.
Ускоренные темпы развития ветроэнергетики выявили необходимость качественной модернизации генерирующих устройств при их применении на континентальных территориях. Горизонтально-осевые установки оказались здесь, за пределами морских побережий и шельфов, низко эффективны, а подчас просто неработоспособны, что подтверждается опытом строительства в РФ башкирской ВЭС Тюпкильды, калининградской ВЭС Куликово, калмыцкой ВЭС Ергенинская возвышенность, аналогичных объектов материковой дислокации за рубежом. Что касается виндроторов, более приемлемых в условиях средне-скоростных, порывистых, часто и резко меняющих направление ветров, низких температур воздушной среды, то для них является актуальным поиск технических решений, не менее чем на порядок повышающих мощность ветрогенераторов.The accelerated pace of development of wind energy has revealed the need for high-quality modernization of generating devices when they are used in the continental territories. The horizontal-axis installations here, beyond the borders of sea coasts and shelves, are ineffective, and sometimes simply inoperative, as evidenced by the experience of building the Bashkir wind farm Tyupkilda in the Russian Federation, Kaliningrad wind farm Kulikovo, Kalmyk wind farm Ergeninsky Upland, similar objects of mainland deployment abroad. As for wind rotors, more acceptable in conditions of medium-speed, gusty, often and dramatically changing the direction of the winds, low air temperatures, it is relevant for them to search for technical solutions that increase the power of wind generators by at least an order of magnitude.
Из уровня техники известны ветроэнергетические установки (ВЭУ), в состав которых входят несколько турбинно-генераторных узлов, как правило, горизонтально-осевого класса, объединенных в единый механизм общими фермами или каркасами (патенты SU №№8970, 2018028). В других устройствах ветрогенераторы размещены в ячейках сети, натянутой на вертикальные рамы (заявка на изобретение №2007104713, патент RU №2397361). Их общими недостатками является, свойственная в целом горизонтально-осевым ВЭУ, плохая ориентация на ветер, малая суммарная мощность устройств, т.к. энергетические узлы ограничены по численности и габаритам из-за недостаточной прочности и жесткости конструкций, являющихся для них опорными, что в результате не дает существенного выигрыша мощности.The prior art wind power plants (wind turbines), which include several turbine-generating units, usually of the horizontal-axial class, combined into a single mechanism by common trusses or frames (patents SU No. 8970, 2018028). In other devices, wind generators are located in the cells of the network stretched over vertical frames (patent application No. 2007104713, patent RU No. 2397361). Their common disadvantages are the generally horizontal-axis wind turbines, poor orientation to the wind, low total power of the devices, because energy nodes are limited in number and size due to insufficient strength and rigidity of the structures that are supporting for them, which as a result does not give a significant gain in power.
Имеется ВЭУ (патент SU №1793095), в которой энергетические блоки оснащены вертикально-осевыми турбинами. Данное устройство может быть отнесено к ветростанциям, ветропаркам, выставленным на местности и непосредственно опирающимися генераторами на грунт. Таким образом данная ВЭС работает в существенно худших аэродинамических условиях, а именно, при средне годовых скоростях атмосферных фронтов 3-5 м/с согласно карты ветров, преобладающих в России, на других континентальных территориях у поверхности земли, чем виндроторы, поднятые на высоту в 40-60 метров, где происходит усиление ветра до 6-12 м/с. Низкие технико-экономические показатели не могут быть улучшены простым умножением числа маломощных виндроторов, поскольку при этом непомерно вырастит площадь, занимаемая станцией, возрастут земельные платежи и налоги, входящие составной частью в себестоимость электроэнергии, вырабатываемой от ветра.There is a wind turbine (patent SU No. 1793095), in which power units are equipped with vertically axial turbines. This device can be attributed to wind farms, wind farms, exposed on the ground and directly resting generators on the ground. Thus, this wind farm operates in significantly worse aerodynamic conditions, namely, at an average annual speed of atmospheric fronts of 3-5 m / s according to the map of winds prevailing in Russia on other continental territories at the earth's surface than wind rotors raised to a height of 40 -60 meters, where there is an increase in wind up to 6-12 m / s. Low technical and economic indicators cannot be improved by simply multiplying the number of low-powered windrotors, since this will increase the area occupied by the station unreasonably, land payments and taxes, which are part of the cost of electricity generated from wind, will increase.
В поливиндроторном энергоблоке (патент RU №2482328) генерирующие узлы подняты на максимальную высоту, которая технически возможна и экономически оправдана. Однако все составляющие устройство виндроторы смещены в одну сторону относительно мачты, создавая тем самым изгибающий момент, отрицательно воздействующий на подшипники поворотного механизма, усиливая их неравномерный износ и вероятность заклинивания. Суммарный вес турбинно-генераторной части приходится ограничивать меньшим числом виндроторов, что не позволяет энергоблоку развивать результирующую мощность более 160-200 кВт. Аналогичные прочностные проблемы имеют место в ветродвигателе (патент RU №2009370) и само-ориентирующемся линейном устройстве получения энергии от ветра (патент US №7883318), что в конечном счете отражается на энергетической эффективности устройств.In the multivindrotor power unit (patent RU No. 2482328), the generating units are raised to the maximum height, which is technically possible and economically viable. However, all the rotor components making up the device are shifted in one direction relative to the mast, thereby creating a bending moment that adversely affects the bearings of the rotary mechanism, increasing their uneven wear and the likelihood of jamming. The total weight of the turbine-generator part must be limited to a smaller number of windrotors, which does not allow the unit to develop the resulting power of more than 160-200 kW. Similar strength problems occur in a wind turbine (RU patent No. 2009370) and a self-orientating linear device for generating wind energy (US patent No. 7883318), which ultimately affects the energy efficiency of the devices.
В качестве прототипа выбрана ветроустановка (патент SU №1645597), в которой на вертикальной опоре с поворотной головкой и с закрепленными на ней Т-образными траверсами установлены генерирующие узлы в составе горизонтально-осевых ветродвигателей и ветроколес, имеется подветренная плоскость ориентации. Разнонаправленное вращение ветроколес, выставленных в плоскости, коаксиальной атмосферному фронту, наличие плоского оперения, действующего в турбулентном шлейфе отработанного воздуха, не гарантируют надежной и устойчивой ориентации установки. В неоднородном воздушном потоке ветродвигатели на кронштейне, подвешенном на поворотной головке, подобно коромыслу, будут раскачиваться и терять оптимальное пространственное положение. Линейный порядок крепления тяжелых генерирующих узлов на консольных траверсах позволяет разместить их в незначительном числе и вырабатывать в целом лишь малые энергетические мощности. Данное устройство не имеет преимуществ перед одно-турбинными ВЭУ, усугубляет неустойчивость горизонтально-осевых систем в нестабильном континентальном климате.A wind turbine was chosen as a prototype (patent SU No. 1645597), in which generating units were installed on a vertical support with a swivel head and T-shaped traverses mounted on it as part of horizontal-axis wind turbines and wind wheels, and there was a leeward orientation plane. The multidirectional rotation of the wind wheels set in a plane coaxial to the atmospheric front, the presence of a flat tail, acting in a turbulent loop of exhaust air, does not guarantee a reliable and stable orientation of the installation. In an inhomogeneous airflow, wind turbines on a bracket suspended on a rotary head, like a beam, will swing and lose their optimal spatial position. The linear order of fastening of heavy generating units on cantilever traverses allows you to place them in a small number and generate only small energy capacities as a whole. This device does not have advantages over single-turbine wind turbines, exacerbates the instability of horizontal-axis systems in an unstable continental climate.
Сущность изобретения состоит в том, что на вершине и симметрично несущей мачте энергокомплекса установлены под острым углом к ветру по меньшей мере две вертикальные опорные решетки, в ячейки которых вставлены вертикально-осевые турбины с ортогональными лопастями (виндроторы), максимально достигнутой на практике площади ометания и мощности. Турбины объединены в блоки на вертикальных валах, вращение с которых передается на роторы генераторов через 1-2 ступенчатые мультипликаторы. Опорные решетки в сборе с виндроторами статически отбалансированы относительно поворотного узла устройства. Самоориентация энергокомплекса на ветер может быть усилена плоскостными элементами, выступающим в подветренную сторону за контур опорных решеток.The essence of the invention lies in the fact that at least two vertical support grids are installed at the apex and symmetrically bearing mast of the energy complex at an acute angle to the wind, into whose cells vertical-axis turbines with orthogonal blades (wind rotors) are inserted, the maximum sweeping area achieved in practice and power. The turbines are combined into blocks on vertical shafts, the rotation of which is transmitted to the rotors of the generators through 1-2 step multipliers. The support lattices assembled with wind rotors are statically balanced relative to the rotary assembly of the device. The self-orientation of the energy complex to the wind can be strengthened by planar elements protruding in the leeward side beyond the contour of the support grids.
Целью настоящего устройства является получение больших промышленных мощностей электроэнергии на основе виндроторной генерации, предпочтительной в материковых условиях, улучшение само-ориентации устройства на ветер, уменьшение износа и аварийности подшипников поворотного узла.The purpose of this device is to obtain large industrial capacities of electricity based on wind rotor generation, preferred in mainland conditions, to improve the device’s self-orientation to the wind, and to reduce the wear and failure rate of bearings of the rotary assembly.
Поставленная цель достигается следующими техническим решениями. В качестве опорных конструкций используются по меньшей мере две вертикальных решетки, в ячейки которых вставлены ортогональные турбины виндроторов, общее число которых в одном энергокомплексе за счет большей прочности и жесткости опоры можно увеличить многократно и столь же нарастить суммарно генерируемую мощность. Вращение ортогональных турбин передается на роторы генераторов посредством 1-2 ступенчатой мультипликации с малыми (i=3-5) передаточными числами, на которую уходят минимальные затраты энергии, полученной турбинами от ветра. Увеличение частоты вращения роторов с незначительными энергопотерями в свою очередь линейно повышает суммарную мощность энергокомплекса. Континентальное применение устройства обеспечивается его высокой самоориентацией на ветер, что гарантируется взаимным пространственным положением опорных решеток, которые симметрично поворотному узлу под острым углом сходятся в наветренном направлении. Оперативность реагирования устройства на флуктуации в окружающей воздушной среде может быть усилена плоскими ориентирующими элементами, вставленными в определенные ячейки одного из горизонтальных ярусов опорной решетки. За счет равного числа одинаковых опорных решеток и встроенных в них однотипных виндроторов на противоположно направленных траверсах обеспечивается баланс статических сил, действующих на поворотный узел.The goal is achieved by the following technical solutions. At least two vertical gratings are used as supporting structures, in whose cells orthogonal windrotor turbines are inserted, the total number of which in one energy complex due to the greater strength and stiffness of the support can be increased many times and the total generated power can be increased in the same way. The rotation of the orthogonal turbines is transmitted to the rotors of the generators by means of a 1-2-stage animation with small (i = 3-5) gear ratios, which takes the minimum amount of energy received by the turbines from the wind. An increase in the rotational speed of rotors with insignificant energy losses, in turn, linearly increases the total power of the energy complex. Continental use of the device is ensured by its high self-orientation to the wind, which is guaranteed by the mutual spatial position of the support grids, which symmetrically rotate the node at an acute angle converge in the windward direction. The responsiveness of the device to fluctuations in the ambient air can be enhanced by flat orienting elements inserted into specific cells of one of the horizontal tiers of the support grid. Due to the equal number of identical support grids and the same type of windrotors built into them on opposite traverses, a balance of static forces acting on the rotary assembly is ensured.
На фиг.1 показан вид сверху на поливиндроторный энергокомплекс материкового назначения; на фиг.2 - вид «А» на фиг.1.Figure 1 shows a top view of a multivindor power complex of a mainland destination; figure 2 is a view of "A" in figure 1.
Энергокомплекс содержит несущую мачту 1 с поворотным узлом 2, от которого отходят радиальные траверсы 3 равной длины, заканчивающиеся идентичными опорными решетками 4 со встроенными в их ячейки одинаковыми ортогональными турбинами 5. Турбины объединены в блоки на вертикальных валах 6, вращение от которых через мультипликаторы 7 передается на роторы генераторов 8. Ориентации устройства на ветер способствуют корректирующие плоскости 9.The energy complex contains a carrier mast 1 with a rotary unit 2, from which radial traverses 3 of equal length extend, ending in
Устройство работает следующим образом. Под напором ветра опорные решетки на участке максимального углового сближение разворачиваются навстречу ветру, одновременно начинается вращение ортогональных турбин 5 на валах 6. Вращение коммутируется через транзитные узлы - мультипликаторы 7, на роторы генераторов 8, которые совместно вырабатывают электрическую энергию промышленной мощности.The device operates as follows. Under the pressure of the wind, the support grids in the section of maximum angular convergence unfold towards the wind, at the same time, the rotation of the
Большая мощность достигается применением решеток 4 в качестве усиленных опорных конструкций, что дает возможность включить в состав энергокомплекса значительное число виндроторов, общая площадь ометания которых возрастает на порядок и более. Этому же служит объединение виндроторных ортогональных турбин 5 в блоки на вертикальных валах 6, что создает крутящие моменты, достаточные для преобразования их вращения во вращение генераторных роторов через 1-2 ступенчатые мультипликаторы 7 с малыми передаточными числами (i=3-5). Роторы разгоняются до больших скоростей, мощность генерируемой электроэнергии возрастает по меньшей мере в три раза. При этом затраты энергии на мультипликацию существенно ниже, чем в горизонтально-осевых ВЭУ, оснащенных планетарными редукторами, потери мощности в которых достигают 50-60%.Great power is achieved by the use of
Для само-ориентации данной установки на ветер используются технические приемы, задействованные в прототипе и известных устройствах, а именно, встречное вращение турбин 5 по разные стороны от несущей мачты; характер указанного встречного вращения, когда вектора скорости ортогональных лопастей совпадают с ветром в их позициях перпендикулярного положения к воздушному фронту, что сочетается с удаленностью, близкой к предельной, от поворотного узла. Упомянутое является недостаточным и усилено в предлагаемом энергокомплексе тем, что опорные решетки 4 симметрично мачте 1 сходятся навстречу ветру в вертикальных плоскостях и под острым углом. В особо нестабильной воздушной среде (например, зимний период в степных местностях России, Казахстана и т.д.) могут быть дополнительно применимы специальные ориентирующие плоскости (оперения) 9.For self-orientation of this installation to the wind, the techniques used in the prototype and known devices are used, namely, counter-rotation of the
Ресурс безаварийной работоспособности подшипников поворотного узла 2 увеличен, т.к. опорные решетки 4 статически отбалансированы относительно оси вращения за счет их равных массогабаритных показателей в сборе с ортогональными турбинами 5 и другими элементами конструкции (7, 8, 9). Данное качество энергокомплекса особенно важно для таких высотных сооружений, когда ремонтные работы имею особую сложность и стоимость, сопряжены со значительными рисками.Resource failure-free operation of the bearings of the rotary node 2 is increased, because supporting
В нижеприведенной таблице в порядке практического примера даны технические характеристики поливиндроторного энергокомплекса материкового назначения и их сравнение с показателями типичной промышленной установки «офшорной» ветроэнергетики.In the table below, as a practical example, the technical characteristics of the mainland multi-rotor energy complex and their comparison with the typical industrial installation of an “offshore” wind energy are given.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012146469/06A RU2504686C1 (en) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | Polywind rotary power system of continental application |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012146469/06A RU2504686C1 (en) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | Polywind rotary power system of continental application |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2504686C1 true RU2504686C1 (en) | 2014-01-20 |
Family
ID=49948028
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012146469/06A RU2504686C1 (en) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | Polywind rotary power system of continental application |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2504686C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
PL442393A1 (en) * | 2022-10-10 | 2024-04-15 | Łukasz Szwej | Wedge-shaped, resistance-free vertical axis fan, with polarization-acceleration generator drive |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU1793095C (en) * | 1990-07-11 | 1993-02-07 | Tsyganok Aleksandr | Windmill |
RU2009370C1 (en) * | 1991-03-04 | 1994-03-15 | Николай Андреевич Сидоров | Windmill |
UA71641C2 (en) * | 2002-05-07 | 2004-12-15 | Відкрите Акціонерне Товариство "Мотор Січ" | Wind power plant |
RU2384730C2 (en) * | 2007-02-08 | 2010-03-20 | Владимир Иванович Меркулов | Prof merkulov's windmill plant |
US7883318B2 (en) * | 2007-04-05 | 2011-02-08 | Joseph Voves | Self-orienting, linear drive apparatus for harvesting power from the wind |
-
2012
- 2012-11-01 RU RU2012146469/06A patent/RU2504686C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU1793095C (en) * | 1990-07-11 | 1993-02-07 | Tsyganok Aleksandr | Windmill |
RU2009370C1 (en) * | 1991-03-04 | 1994-03-15 | Николай Андреевич Сидоров | Windmill |
UA71641C2 (en) * | 2002-05-07 | 2004-12-15 | Відкрите Акціонерне Товариство "Мотор Січ" | Wind power plant |
RU2384730C2 (en) * | 2007-02-08 | 2010-03-20 | Владимир Иванович Меркулов | Prof merkulov's windmill plant |
US7883318B2 (en) * | 2007-04-05 | 2011-02-08 | Joseph Voves | Self-orienting, linear drive apparatus for harvesting power from the wind |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
PL442393A1 (en) * | 2022-10-10 | 2024-04-15 | Łukasz Szwej | Wedge-shaped, resistance-free vertical axis fan, with polarization-acceleration generator drive |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8164210B2 (en) | Vertical axis wind turbine with angled braces | |
US9024463B2 (en) | Vertical axis wind turbine with multiple flap vanes | |
CN102639867B (en) | Wind Turbine | |
US7696635B2 (en) | Gravity-flap, savonius-type wind turbine device | |
US7944075B2 (en) | Wind turbine based energy storage system and method using heavy weighted devices | |
US8157501B2 (en) | Vertical axis sail-type windmill power transfer device | |
AU2006284845B2 (en) | Multi-rotor wind turbine supported by continuous central driveshaft | |
US20090218823A1 (en) | Wind turbine structure having a plurality of propeller-type rotors | |
US10378510B2 (en) | Vertical axis wind turbine with self-orientating blades | |
KR101626715B1 (en) | Vertical type wind power generator | |
US20120070293A1 (en) | Wind turbine apparatus, wind turbine system and methods of making and using the same | |
WO2016129513A1 (en) | Floating offshore wind-power generator | |
EP3715623A1 (en) | Power device for increasing low flow rate | |
US8604635B2 (en) | Vertical axis wind turbine for energy storage | |
RU2504686C1 (en) | Polywind rotary power system of continental application | |
Ahmed et al. | Utilization of wind energy in green buildings | |
CN201103511Y (en) | Variable oar wind wheel | |
RU2482328C1 (en) | Polywindrotor power unit | |
JP6249258B1 (en) | Wind power generation system and wind receiving blade used therefor | |
AU2012339606B2 (en) | Omni-directional horizontal wind turbine | |
RU2365781C1 (en) | Self-controlled wind-powered generator | |
KR101250260B1 (en) | Mult type wind turbine | |
US20110113776A1 (en) | Aero-Hydro Power Plant | |
Bajaro | Horizontal and Vertical Axis Wind Turbines | |
CN102312786A (en) | Wind power generation device |