RU2504687C2 - Wind-driven power plant - Google Patents
Wind-driven power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2504687C2 RU2504687C2 RU2012114014/06A RU2012114014A RU2504687C2 RU 2504687 C2 RU2504687 C2 RU 2504687C2 RU 2012114014/06 A RU2012114014/06 A RU 2012114014/06A RU 2012114014 A RU2012114014 A RU 2012114014A RU 2504687 C2 RU2504687 C2 RU 2504687C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- wind wheel
- elements
- plane
- rotation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/30—Wind power
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии при небольшом ветре.The invention relates to the field of wind energy and can be used to generate electricity in light winds.
В настоящее время практический интерес представляет создание горизонтально-осевых ветроэнергетических установок (ВЭУ) для регионов планеты, где среднегодовые скорости ветра соответствуют V=3-6 м/с. Горизонтально-осевые ВЭУ практически все пропеллерного типа. Вращающий момент создается за счет подъемной силы на лопастях. Относительно вектора скорости ветроколесо в рабочем положении может располагаться перед башней (up wind) или после нее (down wind). В предлагаемом изобретении используется первый случай. Для стабильной работы ВЭУ малой и средней мощности чаще всего применяют систему активной самоориентации (за счет взаимодействия элементов ветроустановки с ветровым потоком). Наиболее часто в качестве таких устройств для горизонтально-осевых ВЭУ малой и средней мощности применяют хвостовик или флюгер.At present, of practical interest is the creation of horizontal axis wind turbines (wind turbines) for the regions of the planet where the average annual wind speeds correspond to V = 3-6 m / s. Horizontal axis wind turbines of almost all propeller type. The torque is created due to the lifting force on the blades. Regarding the velocity vector, the wind wheel in the working position can be located in front of the tower (up wind) or after it (down wind). In the present invention, the first case is used. For the stable operation of wind turbines of small and medium power, the most often used system of active self-orientation (due to the interaction of the elements of the wind turbine with the wind flow). Most often, a shank or weather vane is used as such devices for horizontal-axis wind turbines of small and medium power.
Основное требование к системе активной самоориентации на направление ветра следующее:The main requirement for a system of active self-orientation in the direction of the wind is as follows:
- при всех режимах работы должна соблюдаться устойчивость положения гондолы в потоке, т.е. ориентация должна выполняться только при существенном и относительно долговременном изменении направления ветра, а не при случайных его пульсациях.- under all operating conditions, the stability of the position of the nacelle in the stream must be observed, i.e. orientation should be carried out only with a significant and relatively long-term change in the direction of the wind, and not with its random pulsations.
Известно техническое решение «Лопастное устройство», патент РФ №2272932, МКП 6 F03D 1/00, опубл. 27.03.2006 г., содержащее лопасти, кинематически связанные с генератором электрической энергии, при этом оно выполнено в виде флюгера с направляющим хвостовиком, исполняющим функцию самоориентации.Known technical solution "Vane device", RF patent No. 2272932,
Недостатком данного изобретения является то, что при простоте конструкции хвостовика, а именно устройство ориентации, имеет повышенную скорость поворачивания лопастного устройства вокруг ее вертикальной оси и усложняет ее уравновешивание, что сказывается на точности, качестве и эффективности работы.The disadvantage of this invention is that with the simplicity of the construction of the shank, namely the orientation device, has an increased speed of rotation of the blade device around its vertical axis and complicates its balancing, which affects the accuracy, quality and efficiency.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и взятому за прототип является «Безредукторный ветроэлектроагрегат», патент РФ №2337251, МКП 6 F03D 7/00, опубл. 27.10.2008 г., содержащий неподвижную башню, поворотное основание, ветроколесо, электроагрегат и устройство ориентации в виде хвоста.The closest in technical essence to the claimed invention and taken as a prototype is "Gearless wind turbine", RF patent No. 2337251, MKP 6 F03D 7/00, publ. 10.27.2008, containing a fixed tower, a swivel base, a wind wheel, an electric unit and an orientation device in the form of a tail.
Недостатком данного изобретения является то, что при простоте конструкции устройства ориентации, выполненного в виде направляющего хвоста, оно имеет повышенную скорость поворачивания плоскости ветроколеса, усложняя уравновешивание, что сказывается на точности, качестве и эффективности работы, а значит снижение стабилизации положения плоскости ветроколеса на ветровом потоке при малой скорости его. Наличие перечисленных недостатков ограничивает использование устройств ориентации в виде флюгера (хвоста) при небольшом ветре.The disadvantage of this invention is that with the simplicity of the design of the orientation device, made in the form of a guide tail, it has an increased speed of rotation of the plane of the wind wheel, complicating the balancing, which affects the accuracy, quality and efficiency, and therefore reducing stabilization of the position of the plane of the wind wheel on the wind flow at low speed him. The presence of these disadvantages limits the use of orientation devices in the form of a weather vane (tail) with a slight wind.
Решаемой задачей изобретения является повышение эффективности стабилизации положения ветроколеса по ветровому потоку при небольших скоростях ветра за плоскостью ветроколеса.The object of the invention is to increase the efficiency of stabilizing the position of the wind wheel in the wind flow at low wind speeds beyond the plane of the wind wheel.
Техническим результатом от использования предполагаемого изобретения является повышение эффективности ветроэнергоустановки за счет стабилизации положения ветроколеса по ветровому потоку при небольших скоростях ветра за плоскостью ветроколеса.The technical result from the use of the proposed invention is to increase the efficiency of the wind power plant by stabilizing the position of the wind wheel in the wind flow at low wind speeds behind the plane of the wind wheel.
Технический результат достигается тем, что в ветроэнергетической установке, содержащей ветроколесо, опорную башню, гондолу с электроагрегатом, поворотное основание, устройство ориентации на ветровой поток, которое выполнено в виде хвостового оперения двухкилевой схемы вертикального оперения и стабилизатора, расположенного на поворотном основании, при этом кили установлены на концевых участках стабилизатора и их аэродинамические профили ориентированы вогнутой стороной наружу, а каждый киль состоит из пары элементов одинаковых по размерам и с одинаковыми несимметричными профилями с постоянной хордой по всей длине, причем элементы установлены относительно друг друга под углом и с зазором, образующим профилированную щель, с возможностью поворота плоскости ветроколеса относительно вертикальной оси вращения при небольшой скорости набегающего потока, в условиях максимального торможения скорости ветрового потока за плоскостью вращения ветроколеса, при этом элементы жестко соединены по торцам.The technical result is achieved by the fact that in a wind power installation containing a wind wheel, a support tower, a nacelle with an electric unit, a rotary base, a device for orienting on the wind flow, which is made in the form of the tail of a two-keel vertical tail unit and a stabilizer located on the rotary base, while the keels are installed on the end sections of the stabilizer and their aerodynamic profiles are oriented with the concave side out, and each keel consists of a pair of elements of equal size measures and with identical asymmetric profiles with a constant chord along the entire length, the elements being installed relative to each other at an angle and with a gap forming a profiled slot, with the possibility of rotation of the plane of the wind wheel relative to the vertical axis of rotation at low speed of the incoming flow, under conditions of maximum braking of the wind speed flow beyond the plane of rotation of the wind wheel, while the elements are rigidly connected at the ends.
Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует одному из критериев условия патентоспособности: «новизна».The analysis of the prior art cited by the applicant made it possible to establish that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed technical solution. Therefore, the claimed technical solution meets one of the criteria for the condition of patentability: "novelty."
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипами признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата.The search results for known solutions in the art in order to identify features that match the distinctive features of the prototypes of the claimed technical solution have shown that they do not follow explicitly from the prior art. From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed technical solution on the achievement of the specified technical result is not known.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует одному из критериев условия патентоспособности: « изобретательский уровень».Therefore, the claimed technical solution meets one of the criteria for the conditions of patentability: "inventive step".
Новизной данного предполагаемого изобретения является:The novelty of this alleged invention is:
Разрезные профили вертикального оперения (килей) работают в условиях торможения (при малых скоростях за плоскостью ветроколеса) и создают большой восстанавливающий момент, благодаря которому, плоскость ветроколеса устанавливается по направлению ветрового потока при относительно долговременном изменении его направления, а не при случайных его пульсациях., таким образом, обеспечивается стабилизация положения плоскости ветроколеса..The split profiles of the vertical tail (keels) work under braking conditions (at low speeds behind the plane of the wind wheel) and create a large restoring moment, due to which the plane of the wind wheel is installed in the direction of the wind flow with a relatively long-term change in its direction, and not with its random pulsations., this ensures stabilization of the position of the plane of the wind wheel ..
Для пояснения технической сущности рассмотрим:To clarify the technical nature, consider:
Фиг.1 - Вид сбоку на ВЭУ,Figure 1 - Side view of a wind turbine,
Фиг.2 - Вид сверху на ВЭУ, гдеFigure 2 - Top view of a wind turbine, where
1 - опорная башня;1 - reference tower;
2 - ветроколесо;2 - wind wheel;
3 - гондола с электроагрегатом;3 - a nacelle with an electric unit;
4 - поворотное основание;4 - rotary base;
5 - стабилизатор;5 - stabilizer;
6 - киль №1;6 - keel No. 1;
7 - киль №2.7 - keel No. 2.
Ветроустановка с горизонтальной осью вращения состоит из опорной башни 1, на которой установлены ветроколесо 2, гондола с электроагрегатом 3 и поворотное основание 4, на конце которого установлен стабилизатор 5 с двумя килями 6 и 7.A wind turbine with a horizontal axis of rotation consists of a
Ветроустановка работает следующим образом:Wind turbine works as follows:
Вертикальные кили 6 и 7 спроектированы по принципу работы механизации крыла и обеспечивают поворот горизонтальной оси ВЭУ относительно ее вертикальной оси вращения поворотного основания 4 при небольших скоростях набегающего потока в условиях максимального торможения скорости ветра за плоскостью вращения ветроколеса 2.
В результате того, что кили 6 и 7 установлены таким образом, что их аэродинамические профили вогнутой стороной ориентированы наружу, при изменении направления ветра угол атаки (6) киля №1, например, увеличивается, а (7) киля №2 при этом уменьшается. Вследствие этого возникает момент относительно вертикальной оси вращения поворотного основания (4) ВЭУ, которое разворачивает плоскость ветроколеса 2 в сторону изменения направления ветра. В этом случае аэродинамическая сила на (7)киле №2 уменьшается. В случае изменения направления ветра на противоположное происходит обратное явление.As a result of the fact that
Расчетно-экспериментальными методами, проведенными в отделе аэрогидродинамики ИАТТ Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева - КАИ получены результаты исследований модели ветроэнергетической установки.Calculation and experimental methods carried out in the Department of Aerohydrodynamics IATT Kazan National Research Technical University. A.N. Tupolev - KAI, the results of studies of a model of a wind power installation are obtained.
Исследования проводились в соответствии с теорией подобия в эталонной аэродинамической трубе Т-1К ИАТТ КГТУ им. А.Н. Туполева. Углы установки килей на стабилизаторе и их элементов, а также размер профилированной щели определены расчетно-экспериментальным методом. Результаты исследований показали, что выбранная схема активной самоориентации обеспечивает точность ориентации не менее 5°, что позволяет избежать потери мощности, а скорость поворота ветроколеса не превышает 0,3 об/мин, что не вызывает чрезмерного гироскопического момента, при этом самоориентация выполняется только при существенном и относительно долговременном изменении направления ветрового потока, обеспечивая таким образом стабильное положение ветроколеса на ветровом потоке.The studies were carried out in accordance with the theory of similarity in the reference wind tunnel T-1K IATT KSTU named after A.N. Tupolev. The angles of installation of the keels on the stabilizer and their elements, as well as the size of the profiled slit are determined by the calculation-experimental method. The research results showed that the chosen scheme of active self-orientation ensures orientation accuracy of at least 5 °, which avoids power loss, and the speed of rotation of the wind wheel does not exceed 0.3 rpm, which does not cause excessive gyroscopic moment, while self-orientation is performed only at a significant and a relatively long-term change in the direction of the wind flow, thereby providing a stable position of the wind wheel on the wind flow.
По сравнению с известными аналогами, предлагаемое изобретение ВЭУ с горизонтальной осью вращения обладает следующими достоинствами:Compared with known analogues, the proposed invention of a wind turbine with a horizontal axis of rotation has the following advantages:
- простотой конструкции устройства ориентации на ветровой поток, позволяющей стабильно ориентировать плоскость ветроколеса на направление ветрового потока;- the simplicity of the design of the device for orientation to the wind flow, which allows stably orienting the plane of the wind wheel to the direction of the wind flow;
- упрощением технологии изготовления и, как следствие, низкие экономические затраты;- simplification of manufacturing technology and, as a result, low economic costs;
Все эти достоинства в целом позволяют создать заявленную ветроэнергоустановку высокоэффективной.All these advantages as a whole make it possible to create the declared wind power plant highly efficient.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012114014/06A RU2504687C2 (en) | 2012-04-10 | 2012-04-10 | Wind-driven power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012114014/06A RU2504687C2 (en) | 2012-04-10 | 2012-04-10 | Wind-driven power plant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012114014A RU2012114014A (en) | 2013-10-20 |
RU2504687C2 true RU2504687C2 (en) | 2014-01-20 |
Family
ID=49356850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012114014/06A RU2504687C2 (en) | 2012-04-10 | 2012-04-10 | Wind-driven power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2504687C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2745840C1 (en) * | 2020-03-02 | 2021-04-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Wind power plant |
RU2801883C1 (en) * | 2022-03-21 | 2023-08-17 | Юлий Борисович Соколовский | Wind power unit |
US11795921B2 (en) | 2018-02-02 | 2023-10-24 | Wobben Properties Gmbh | Nacelle of a wind turbine, as well as a wind turbine having a nacelle and method for the maintenance of a wind turbine of this type |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU43579A1 (en) * | 1934-10-05 | 1935-06-30 | В.В. Шелковников | Fitting to Eclipse type wind turbines with tail and side rudders for shutting it out of the wind |
US4297075A (en) * | 1979-05-14 | 1981-10-27 | Jacobs Marcellus L | Automatic storm protection control for wind energy system |
RU2337251C1 (en) * | 2007-03-22 | 2008-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Direct-drive wind power generator |
RU80900U1 (en) * | 2008-10-08 | 2009-02-27 | Виктор Степанович Фроловский | WIND ENGINE |
US7600963B2 (en) * | 2005-08-22 | 2009-10-13 | Viryd Technologies Inc. | Fluid energy converter |
RU111893U1 (en) * | 2011-08-12 | 2011-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Союз" | WIND POWER PLANT |
-
2012
- 2012-04-10 RU RU2012114014/06A patent/RU2504687C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU43579A1 (en) * | 1934-10-05 | 1935-06-30 | В.В. Шелковников | Fitting to Eclipse type wind turbines with tail and side rudders for shutting it out of the wind |
US4297075A (en) * | 1979-05-14 | 1981-10-27 | Jacobs Marcellus L | Automatic storm protection control for wind energy system |
US7600963B2 (en) * | 2005-08-22 | 2009-10-13 | Viryd Technologies Inc. | Fluid energy converter |
RU2337251C1 (en) * | 2007-03-22 | 2008-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Direct-drive wind power generator |
RU80900U1 (en) * | 2008-10-08 | 2009-02-27 | Виктор Степанович Фроловский | WIND ENGINE |
RU111893U1 (en) * | 2011-08-12 | 2011-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Союз" | WIND POWER PLANT |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11795921B2 (en) | 2018-02-02 | 2023-10-24 | Wobben Properties Gmbh | Nacelle of a wind turbine, as well as a wind turbine having a nacelle and method for the maintenance of a wind turbine of this type |
RU2745840C1 (en) * | 2020-03-02 | 2021-04-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Wind power plant |
RU2801883C1 (en) * | 2022-03-21 | 2023-08-17 | Юлий Борисович Соколовский | Wind power unit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012114014A (en) | 2013-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10012210B2 (en) | Horizontal-axis wind turbine using airfoil blades with uniform width and thickness | |
KR101216252B1 (en) | Aerogenerator blade of tip airfoil | |
WO2010071850A3 (en) | Multi-rotor vertical axis wind turbine | |
MX2010011600A (en) | Blade for a device for generating energy from a fluid flow. | |
US20100215488A1 (en) | Fluid flow energy concentrator | |
RU2504687C2 (en) | Wind-driven power plant | |
RU122129U1 (en) | WIND POWER PLANT | |
Nishizawa | An experimental study of the shapes of rotor for horizontal-axis small wind turbines | |
US20110070083A1 (en) | Streamlined Wind Turbine Optimized for Laminar Layer | |
RU161935U1 (en) | WIND POWER INSTALLATION OF CHARACTER TYPE OF BEAM STRUCTURE WITH VERTICAL ROTATION AXIS | |
Sokolovsky et al. | Technical proposals for wind turbine structures | |
Dumitrescu et al. | Wind tunnel experiments on vertical-axis wind turbines with straight blades | |
CN103629045A (en) | Multi-system combined structure for impellers of H-shaped vertical axis wind turbine | |
KR101331961B1 (en) | Blade airfoil for wind turbine generator having trailing edge shape which possible inserting of aerodynamic control unit | |
TR202010653A2 (en) | AUTOMATIC TRANSMISSION WIND TURBIN | |
US8202051B2 (en) | Turbine apparatus | |
KR101216308B1 (en) | Aerogenerator blade of root airfoil | |
CN205256655U (en) | A high efficiency three -bladed propeller for light aircraft | |
Rathod et al. | Design of PVC Bladed Horizontal Axis Wind Turbine for Low Wind Speed Region | |
RU2653641C2 (en) | Vertical-axial wind turbine | |
KR101418674B1 (en) | Louver guided wind turbine | |
US20180355845A1 (en) | Low friction vertical axis-horizontal blade wind turbine with high efficiency | |
US20170234298A1 (en) | Wind concentrator turbine generator | |
RU2801883C1 (en) | Wind power unit | |
KR20150096553A (en) | Downwind Windpower Generating Apparatus having Swept Blade Tip |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150411 |