RU2551465C2 - Wind-driven power system - Google Patents
Wind-driven power system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2551465C2 RU2551465C2 RU2013136460/06A RU2013136460A RU2551465C2 RU 2551465 C2 RU2551465 C2 RU 2551465C2 RU 2013136460/06 A RU2013136460/06 A RU 2013136460/06A RU 2013136460 A RU2013136460 A RU 2013136460A RU 2551465 C2 RU2551465 C2 RU 2551465C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- opv
- wind wheel
- blades
- flow
- 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
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Abstract
Description
Изобретение относится к отрасли ветроэнергетики, в частности к ветроэнергетическим системам с вертикальной осью вращения ветроколеса. Эти системы предназначенные для превращения энергии потока ветра в электрическую энергию или тепловую энергию. В частности эти ветроэнергетические системы также могут быть расположены на башне или на крыше дома.The invention relates to the field of wind energy, in particular to wind energy systems with a vertical axis of rotation of the wind wheel. These systems are designed to convert wind flow energy into electrical energy or thermal energy. In particular, these wind energy systems can also be located on the tower or on the roof of the house.
Известна ветроэнергетическая система по патенту US 7744338 (В2), опубл. 2010.03.29, МПК 7 F03D 7/06, которая содержит структуру отклонения потока ветра (ОПВ), ветроколесо с вертикальной осью вращения, энергетический преобразователь, который соединен с ветроколесом для превращения вращательного движения ветроколеса в полезную энергию, узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса. При этом спереди ветроколеса с одной стороны расположена выпуклая внешне и полая изнутри структура отклонения потока ветра на лопатки ветроколеса. Эта структура перекрывает спереди часть ветроколеса, что в основном встречно вращается к ветровому потоку. А с другой стороны и спереди ветроколеса расположена структура аэродинамического профиля также для отклонения потока ветра на лопатки ветроколеса.Known wind energy system according to patent US 7744338 (B2), publ. 2010.03.29, IPC 7 F03D 7/06, which contains the structure of the wind flow deviation (OPV), a wind wheel with a vertical axis of rotation, an energy converter that is connected to the wind wheel to convert the rotational movement of the wind wheel into useful energy, an orientation unit for the optimal direction of the OPV to wind wheel blades. In this case, on the front of the wind wheel, on one side, there is a convex structure of the wind flow deflecting externally and hollow from the inside onto the wind wheel blades. This structure covers the front part of the wind wheel, which mainly rotates in the opposite direction to the wind flow. And on the other hand and in front of the wind wheel there is an aerodynamic profile structure also for deflecting the wind flow on the wind wheel blades.
Основным недостатком данной ветроэнергетической системы является отклонение потока ветра на лопатки ветроколеса под разными углами от выпуклой структуры и от структуры аэродинамического профиля для отклонения потока ветра на лопатки ветроколеса. А это приводит к сталкиванию отклоненных потоков ветра и турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса и, как следствие, этого приводит к значительной потере энергии потока на лопатках ветроколеса.The main disadvantage of this wind energy system is the deviation of the wind flow on the blades of the wind wheel at different angles from the convex structure and from the structure of the aerodynamic profile for the deviation of the wind flow on the blades of the wind wheel. And this leads to a collision of deviated wind flows and turbulization of the resulting flow on the blades of the wind wheel and, as a result, this leads to a significant loss of energy flow on the blades of the wind wheel.
Указанный недостаток также обусловлен выполнением выпуклой структуры отклонения потока ветра в виде полой внешней поверхности, которая открытой частью обращена к лопаткам ветроколеса. А это также приводит к циркуляции потока ветра вокруг ветроколеса и внутри указаной полой выпуклой структуры, в результате чего также имеет место сталкивание потоков ветра и значительная их турбулизация на лопатках ветроколеса. А это только увеличивает указанный выше недостаток.This drawback is also due to the implementation of the convex structure of the deviation of the wind flow in the form of a hollow outer surface, which open part faces the blades of the wind wheel. And this also leads to the circulation of the wind flow around the wind wheel and inside the indicated hollow convex structure, as a result of which there is also a collision of wind flows and their significant turbulization on the blades of the wind wheel. And this only increases the above disadvantage.
Наиболее близким к решению, которое заявляется, по технической сути и техническому результату, который достигается, является ветроэнергетическая система по патенту US 7679209 (В2), опубл. 2010.03.16, МПК 7 F03D 9/00, которая содержит первую структуру отклонения потока ветра (ОПВ), ветроколесо с вертикальной осью вращения, средство фиксации ветроколеса вокруг и поблизости к указанной первой структуре ОПВ таким образом, чтобы ветроколесо приводилось к вращению отклоненным потоком ветра, энергетический преобразователь, который соединен с ветроколесом для преобразования вращательного движения ветроколеса в полезную электрическую энергию, узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса. При этом в ветроэнергетической системе первая структура отклонения потока ветра выполнена в виде вертикально расположенного цилиндра, с двух сторон которого расположены на своих вертикальных осях шесть цилиндрических ветроколес - по три на каждой оси. Средство фиксации ветроколес вокруг указанной первой структуры ОПВ (цилиндра) выполнено в виде верхней и нижней поперечин, которые сверху и снизу цилиндра соединяют ось цилиндра и оси ветроколес. Узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса выполнен в виде электромеханического привода поворачивания указанных поперечин перпендикулярно к ветровому потоку.Closest to the solution that is claimed, on the technical nature and the technical result that is achieved, is the wind energy system according to patent US 7679209 (B2), publ. 2010.03.16, IPC 7 F03D 9/00, which contains the first structure of the wind flow deviation (OPV), the wind wheel with a vertical axis of rotation, means for fixing the wind wheel around and near the specified first structure of the OPV so that the wind wheel is driven by the deflected wind , an energy converter, which is connected to the wind wheel to convert the rotational movement of the wind wheel into useful electric energy, an orientation unit for the optimal direction of the OPV on the wind wheel blades. Moreover, in the wind energy system, the first structure of the wind flow deviation is made in the form of a vertically located cylinder, on two sides of which six cylindrical wind wheels are located on their vertical axes - three on each axis. The means of fixing the wind wheels around the specified first structure of the OPV (cylinder) are made in the form of upper and lower cross members, which connect the cylinder axis and the axis of the wind wheels from above and below the cylinder. The orientation unit for the optimal direction of the OPV on the blades of the wind wheel is made in the form of an electromechanical drive to rotate these crossbars perpendicular to the wind flow.
Преимуществом прототипа по сравнению с аналогом является некоторое повышение эффективности использования ветрового потока за счет отсутствия выпуклой полой структуры отклонения потока ветра и структуры аэродинамического профиля для отклонения потока ветра на лопатки ветроколеса.The advantage of the prototype in comparison with the analogue is a slight increase in the efficiency of using the wind flow due to the absence of a convex hollow structure of the deviation of the wind flow and the structure of the aerodynamic profile for the deviation of the wind flow on the blades of the wind wheel.
Вместе с тем основным недостатком и данной ветроэнергетической системы является также отклонение потока ветра на лопатки ветроколеса под разными углами от первой структуры отклонения потока ветра в виде цилиндра и от цилиндрических ветроколес. А это также приводит к сталкиванию отклоненных потоков ветра и турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколес. И, как следствие, это приводит также к значительной потере энергии потока ветра на лопатках ветроколеса и снижению эффективности использования ветрового потока.However, the main disadvantage of this wind energy system is also the deviation of the wind flow on the blades of the wind wheel at different angles from the first structure of the deviation of the wind flow in the form of a cylinder and from cylindrical wind wheels. And this also leads to the collision of deviated wind flows and turbulization of the resulting flow on the blades of the wind wheels. And, as a consequence, this also leads to a significant loss of wind flow energy on the blades of the wind wheel and a decrease in the efficiency of using the wind flow.
В основу изобретения положена задача повышения эффективности использования ветрового потока путем направления отклоненных потоков ветра в одном направлении.The basis of the invention is the task of increasing the efficiency of using the wind flow by directing the deflected wind flows in one direction.
Поставленная задача решается тем, что ветроэнергетическая система содержит первую структуру отклонения потока ветра (ОПВ), выполненную в виде тела вращения, ветроколесо с вертикальной осью вращения, средство фиксации ветроколеса вокруг и поблизости к указанной первой структуре ОПВ в виде верхних и нижних поперечин, чтобы ветроколесо приводилось к вращению отклоненным потоком ветра первой структуры ОПВ, энергетический преобразователь, который соединен с ветроколесом для преобразования вращательного движения ветроколеса в полезную энергию, узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса. При этом ветроэнергетическая система также содержит вторую структуру ОПВ, которая расположена перед ветроколесом и первой структурой ОПВ таким образом, чтобы направление отклоненного потока ветра внешней поверхностью второй структуры ОПВ совпадало с направлением указанного отклонения потока ветра первой структурой ОПВ, при этом лопатки ветроколеса расположены в зазоре между первой структурой ОПВ и второй структурой ОПВ, причем верхние и нижние поперечины средства фиксации ветроколеса с одной стороны жестко соединены с лопатками ветроколеса, а с другой стороны соединены с вертикальным валом вертикальной оси вращения ветроколеса, вторая структура ОПВ перекрывает спереди часть ветроколеса, что в основном встречно вращается к ветровому потоку. А указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ выполнена гибкой для отклонения сильных потоков ветра от ветроколеса. Кроме того, контур тела вращения первой структуры ОПВ в плоскости вертикальной оси вращения ветроколеса повторяет контур вращения ветроколеса и контур внутренней поверхности второй структуры ОПВ. Указанные лопатки ветроколеса жестко соединены с указанной первой структурой ОПВ для одновременного их вращения вокруг вертикальной оси. Также указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ может быть выполнена выпуклой к ветровому потоку для направления, отклоненного ею ветрового потока на лопатки ветроколеса, а внутренняя поверхность указанной второй структуры ОПВ прилегает с концентрическим зазором к ветроколесу, при этом указанное перекрытие спереди части ветроколеса второй структурой ОПВ преимущественно составляет 120 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока. Также указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ может быть выполнена вогнутой к ветровому потоку для направления, отклоненного ею, ветрового потока на лопатки ветроколеса, а внутренняя поверхность указанной второй структуры ОПВ прилегает с концентрическим зазором к ветроколесу, при этом указанное перекрытие спереди части ветроколеса второй структурой ОПВ преимущественно составляет 90 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока. Указанная вторая структура ОПВ как с выпуклой, так и из вогнутой внешней поверхностью может быть соединена с указанным узлом ориентирования для оптимального направления указанного отклонения потока ветра второй структурой ОПВ на лопатки ветроколеса. Сверху и снизу указанных первой и второй структур ОПВ могут быть расположены крышки, которые соответственно соединены с верхними и нижними частями второй структуры ОПВ и указанного узла ориентирования. Указанные крышки могут быть расположены под углом вдоль потока ветра для соответствующего отклонения ветрового потока вверх и вниз от ветроколеса и первой структуры ОПВ.The problem is solved in that the wind energy system contains the first structure of the deviation of the wind flow (OPV), made in the form of a body of rotation, a wind wheel with a vertical axis of rotation, a means of fixing the wind wheel around and near the specified first structure of the OPV in the form of upper and lower cross members so that the wind wheel led to the rotation of the first OPV structure by a deflected wind flow, an energy converter that is connected to the wind wheel to convert the rotational movement of the wind wheel into useful energy Ergyu, an orientation unit for the optimal direction of OPV on the blades of a wind wheel. Moreover, the wind energy system also contains a second OPV structure, which is located in front of the wind turbine and the first OPV structure so that the direction of the deflected wind flow by the outer surface of the second OPV structure coincides with the direction of the indicated deviation of the wind flow by the first OPV structure, while the wind wheel blades are located in the gap between the first structure of the OPV and the second structure of the OPV, the upper and lower cross members of the means for fixing the wind wheel on one side are rigidly connected to the blades rokolesa, on the other hand are connected to the vertical shaft of the vertical axis of rotation of the propeller, the second structure covers the front portion of OPV propeller that rotates generally opposite to the wind flow. And the specified external surface of the second OPV structure is made flexible to deflect strong wind flows from the wind wheel. In addition, the contour of the body of revolution of the first OPV structure in the plane of the vertical axis of rotation of the wind wheel follows the contour of rotation of the wind wheel and the contour of the inner surface of the second OPV structure. These blades of the wind wheel are rigidly connected to the specified first structure of the OPV for their simultaneous rotation around the vertical axis. Also, the indicated external surface of the second OPV structure can be made convex to the wind flow for the direction deflected by the wind flow to the blades of the wind wheel, and the inner surface of the specified second OPV structure is adjacent with a concentric gap to the wind wheel, while the said overlap in front of the wind wheel by the second OPV structure is predominantly is 120 degrees in the direction of rotation of the wind wheel from the perpendicular to the direction of movement of the wind flow. Also, the indicated outer surface of the second OPV structure can be made concave to the wind flow for the direction deflected by it, the wind flow to the blades of the wind wheel, and the inner surface of the specified second OPV structure is adjacent with a concentric gap to the wind wheel, while the specified overlap in front of the wind wheel by the second OPV structure mainly 90 degrees in the direction of rotation of the wind wheel from the perpendicular to the direction of movement of the wind flow. The specified second structure of the OPV with both a convex and a concave outer surface can be connected with the specified node orientation for the optimal direction of the specified deviation of the wind flow by the second structure of the OPV on the blades of the wind wheel. Top and bottom of the indicated first and second OPV structures can be located covers, which are respectively connected to the upper and lower parts of the second OPV structure and the specified orientation node. These covers can be positioned at an angle along the wind flow for the corresponding deviation of the wind flow up and down from the wind wheel and the first structure of the OPV.
Выполнение ветроэнергетической системы со второй структурой ОПВ, которая расположена перед ветроколесом и первой структурой ОПВ таким образом, чтобы направление отклоненного потока ветра внешней поверхностью второй структуры ОПВ совпадало с направлением указанного отклонения потока ветра первой структурой ОПВ, позволяет избежать возможности сталкивания отклоненных потоков ветра от первой и второй структур ОПВ. Кроме того, расположение лопаток ветроколеса в зазоре между первой структурой ОПВ и второй структурой ОПВ позволяет создать в этом зазоре эжекционный воздушный канал. При этом отклоненный второй структурой ОПВ ветровой поток, двигаясь с большой скоростью по касательной к выходному сечению эжекционного воздушного канала, эжектирует из него воздух. А это обеспечивает движение воздуха в этом эжекционном воздушном канале в направлении вращения лопаток ветроколеса. Такое соединение двух различных воздушных потоков путем эжекции одного ветрового потока другим, не приводит к их турбулизации и образования вихрей (потери энергии). А это обеспечивает повышение эффективности использования ветрового потока путем отбора большей его мощности. Для усиления действия приведенного выше на внешней поверхности первой структуры ОПВ могут быть дополнительно выполнены выступы, которые могут быть расположены по образующей этой поверхности или под углом.The implementation of the wind energy system with a second structure of OPV, which is located in front of the wind wheel and the first structure of the OPV so that the direction of the deflected wind flow by the outer surface of the second structure of the OPV coincides with the direction of the specified deviation of the wind flow by the first structure of the OPV, avoiding the possibility of collision of the deflected wind flows from the first and second OPV structures. In addition, the location of the blades of the wind wheel in the gap between the first structure of the OPV and the second structure of the OPV allows you to create an ejection air channel in this gap. Moreover, the wind flow deflected by the second OPV structure, moving at high speed tangentially to the exit section of the ejection air channel, ejects air from it. And this ensures the movement of air in this ejection air channel in the direction of rotation of the blades of the wind wheel. Such a combination of two different air streams by ejecting one wind stream by another does not lead to their turbulization and the formation of vortices (energy loss). And this provides an increase in the efficiency of using the wind flow by selecting its greater power. To enhance the effect of the above on the outer surface of the first structure of the OPV can be additionally made protrusions, which can be located along the generatrix of this surface or at an angle.
Выполнение верхних и нижних поперечин средства фиксации ветроколеса с одной стороны жестко соединенных с лопатками ветроколеса, а с другой стороны соединенных с вертикальным валом вертикальной оси вращения ветроколеса позволяет расположить лопатки ветроколеса по всей высоте первой структуры ОПВ для обеспечения большего использования отклоняемого первой и второй структурами ОПВ ветрового потока. При этом лопатки ветроколеса соединены с вертикальным валом вертикальной оси вращения ветроколеса жестко или через подшипник с обеспечением вращения указанных лопаток ветроколеса вокруг первой структуры ОПВ. При этом такое ветроколесо является разновидностью ветровой турбины Дарье.The implementation of the upper and lower cross members of the fixation device of the wind wheel on one side of the wind wheel rigidly connected to the blades of the wind wheel and on the other side of the vertical axis of rotation of the wind wheel connected to the vertical shaft allows the wind wheel blades to be located along the entire height of the first OPV structure to ensure greater use of the wind deflected by the first and second OPV structures flow. In this case, the blades of the wind wheel are connected to the vertical shaft of the vertical axis of rotation of the wind wheel rigidly or through a bearing, ensuring the rotation of these wind wheel blades around the first structure of the OPV. At the same time, such a wind wheel is a type of Daria wind turbine.
Перекрытие же спереди второй структурой ОПВ части ветроколеса, что в основном встречно вращается к ветровому потоку, в соединении с вышеприведенным, также позволяет повысить использование энергии ветрового потока за счет исключения противодействия ветрового потока для вращения ветроколеса.The front overlap of the part of the wind wheel by the second OPV structure, which mainly rotates in the opposite direction to the wind flow, in conjunction with the above, also makes it possible to increase the use of wind flow energy by eliminating the counteraction of the wind flow to rotate the wind wheel.
Указанный зазор между первой структурой ОПВ и второй структурой ОПВ преимущественно выполнен как концентрический зазор. Также этот зазор может быть выполнен с более узким выходным сечением и соответственно более широким входным сечением указанного эжекционного воздушного канала, что может иметь место при смещении в горизонтальной плоскости первой структуры ОПВ.The specified gap between the first structure of the OPV and the second structure of the OPV mainly made as a concentric gap. Also, this gap can be made with a narrower exit section and a correspondingly wider inlet section of the specified ejection air channel, which can occur when the first OPV structure is displaced in the horizontal plane.
Также профиль лопаток ветроколеса преимущественно выполнен в виде профиля крыла самолета, расположенного по касательной к окружности вращения ветроколеса. А в другом исполнении профиль лопаток ветроколеса в виде профиля крыла самолета может быть выполнен изогнутым по окружности вращения ветроколеса.Also, the profile of the blades of the wind wheel is mainly made in the form of a profile of the wing of the aircraft, located tangentially to the circumference of rotation of the wind wheel. And in another design, the profile of the blades of the wind wheel in the form of a profile of the wing of the aircraft can be made curved around the circumference of rotation of the wind wheel.
Выполнение указанной внешней поверхности (или ее части) второй структуры ОПВ гибкой позволяет обеспечить отклонение сильных потоков ветра от ветроколеса за счет прогиба этой поверхности.The implementation of the specified outer surface (or part of it) of the second OPV structure is flexible, which allows for the deviation of strong wind flows from the wind wheel due to the deflection of this surface.
Выполнение контура тела вращения первой структуры ОПВ в плоскости вертикальной оси вращения ветроколеса такой, что повторяет контур вращения ветроколеса, позволяет выполнить форму первой структуры ОПВ и соответственно форму ветроколеса как в виде цилиндра, так и в виде конусообразной формы, трапецеидальной, бочкообразной и тому подобной. При этом контур внутренней поверхности второй поверхности ОПВ также повторяет контур ветроколеса в вертикальной плоскости его вращения.Performing the contour of the body of revolution of the first OPV structure in the plane of the vertical axis of rotation of the wind wheel such that it follows the contour of rotation of the wind wheel, allows you to perform the shape of the first structure of the OPV and, accordingly, the shape of the wind wheel both in the form of a cylinder, and in the form of a cone-shaped, trapezoidal, barrel-shaped and the like. The contour of the inner surface of the second surface of the OPV also repeats the contour of the wind wheel in the vertical plane of its rotation.
Выполнение ветроэнергетической системы такой, что указанные лопатки ветроколеса жестко соединены с указанной первой структурой ОПВ, позволяет выполнить систему с одновременным вращением вокруг вертикальной оси как ветроколеса, так и первой структуры ОПВ.The implementation of the wind energy system such that these blades of the wind wheel are rigidly connected to the specified first structure of the OPV, allows you to perform the system with simultaneous rotation around the vertical axis of both the wind wheel and the first structure of the OPV.
Выполнение указанной внешней поверхности второй структуры ОПВ выпуклой к ветровому потоку позволяет направить отклоненный ею ветровой поток на лопатки ветроколеса. При этом выполнение внутренней поверхности указанной второй структуры ОПВ такой, которая прилегает с концентрическим зазором к ветроколесу, также позволяет создать в этом зазоре эжекционный воздушный канал для того, чтобы избежать турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса и, как следствие этого, также уменьшить значительную потерю энергии ветрового потока на лопатках ветроколеса. А это также обеспечивает повышение эффективности использования ветрового потока.The implementation of the specified outer surface of the second structure of the OPV convex to the wind flow allows you to direct the deflected wind flow to the blades of the wind wheel. Moreover, the execution of the inner surface of the specified second OPV structure such that it adjoins the concentric gap to the wind wheel also makes it possible to create an ejection air channel in this gap in order to avoid turbulization of the resulting flow on the wind wheel blades and, as a result, also reduce a significant energy loss wind flow on the blades of a wind wheel. And it also provides improved wind flow efficiency.
Выполнение указанного перекрытия спереди части ветроколеса второй структурой ОПВ выпуклой формы преимущественно в 120 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока позволяет добиться максимального использования отклоненных ветровых потоков первой и второй структурами ОПВ в сочетании со сложением их с эжектирующим воздушным потоком в зазоре между этими указанными структурами. При этом в пределах 90…150 градусов указанного перекрытия этот эффект сохраняется на достаточном рабочем уровне. Если указанное перекрытие будет больше 150 градусов, то этот эффект прогрессивно снижается за счет ухода части потока, отклоненного второй структурой ОПВ выпуклой формы, за пределы лопаток ветроколеса. Если указанное перекрытие будет меньше 90 градусов, этот эффект прогрессирующе снижается за счет отклонения части потока, отклоненного второй структурой ОПВ, в зазор между первой и второй структурами ОПВ, что противодействует эжектированию воздушного потока в этом зазоре.The implementation of the specified overlap in front of the part of the wind turbine by the second convex OPV structure, mainly 120 degrees in the direction of rotation of the wind turbine from the perpendicular to the direction of the wind flow movement, allows to maximize the use of the deflected wind flows by the first and second OPV structures in combination with adding them to the ejected air flow in the gap between by these indicated structures. Moreover, within 90 ... 150 degrees of the specified overlap, this effect is maintained at a sufficient working level. If the specified overlap is more than 150 degrees, then this effect is progressively reduced due to the departure of part of the flow, deflected by the second convex-shaped OPV structure, beyond the limits of the wind wheel blades. If the specified overlap is less than 90 degrees, this effect is progressively reduced due to the deviation of part of the flow deflected by the second OPV structure into the gap between the first and second OPV structures, which counteracts the ejection of the air flow in this gap.
Указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ также может быть выполнена вогнутой к ветровому потоку, который также позволит направить отклоненный ею ветровой поток на лопатки ветроколеса. При этом выполнение внутренней поверхности указанной второй структуры ОПВ такой, которая прилегает с концентрическим зазором к ветроколесу, также позволяет создать в этом зазоре эжекционный воздушный канал для того, чтобы избежать турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса и, как следствие этого, также уменьшить значительную потерю энергии ветрового потока на лопатках ветроколеса. А это также обеспечивает повышение эффективности использования ветрового потока.The specified external surface of the second OPV structure can also be made concave to the wind flow, which will also allow directing the wind flow deflected by it onto the blades of the wind wheel. Moreover, the execution of the inner surface of the specified second OPV structure such that it adjoins the concentric gap to the wind wheel also makes it possible to create an ejection air channel in this gap in order to avoid turbulization of the resulting flow on the wind wheel blades and, as a result, also reduce a significant energy loss wind flow on the blades of a wind wheel. And it also provides improved wind flow efficiency.
Выполнение указанного перекрытия спереди части ветроколеса второй структурой ОПВ выгнутой формы преимущественно в 90 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока позволяет добиться максимального использования отклоненных ветровых потоков первой и второй структурами ОПВ в сочетании со сложением их с эжектирующим воздушным потоком в зазоре между этими указанными структурами. При этом в пределах 60…120 градусов указанного перекрытия этот эффект сохраняется на достаточном рабочем уровне. Если указанное перекрытие будет больше 120 градусов, то этот эффект прогрессивно снижается за счет ухода части потока, отклоненного второй структурой ОПВ вогнутой формы, за пределы лопаток ветроколеса. Если указанное перекрытие будет меньше 60 градусов, этот эффект прогрессирующе снижается за счет отклонения части потока, отклоненного второй структурой ОПВ, в зазор между первой и второй структурами ОПВ, что противодействует эжектированию воздушного потока в этом зазоре.The implementation of the specified overlap in front of a part of the wind turbine by a second curved-shaped OPV structure predominantly 90 degrees in the direction of rotation of the wind-wheel from the perpendicular to the direction of movement of the wind flow makes it possible to maximize the use of deflected wind flows by the first and second OPV structures in combination with their addition to the ejected air flow in the gap between by these indicated structures. Moreover, within 60 ... 120 degrees of the specified overlap, this effect is maintained at a sufficient working level. If the specified overlap is more than 120 degrees, then this effect is progressively reduced due to the departure of a part of the flow deflected by the second concave-shaped OPV structure beyond the limits of the wind wheel blades. If the specified overlap is less than 60 degrees, this effect is progressively reduced due to the deviation of part of the flow deflected by the second OPV structure into the gap between the first and second OPV structures, which counteracts the ejection of the air flow in this gap.
Соединение указанной второй структуры ОПВ как с выпуклой, так и из вогнутой внешней поверхностью с указанным узлом ориентирования позволит обеспечить оптимальное (без сталкивания отклоненных потоков ветра от первой и второй структур ОПВ и без турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса) направление указанного отклонения потока ветра второй структурой ОПВ на лопатки ветроколеса.The connection of the specified second structure of the OPV with both a convex and concave outer surface with the indicated orientation unit will allow to ensure the optimal (without turbulence of the deflected wind flows from the first and second OPV structures and without turbulization of the resulting flow on the wind wheel blades) direction of the specified deviation of the wind flow by the second structure OPV on the blades of a wind wheel.
Расположение сверху и снизу указанной первой структуры ОПВ крышек позволяет также избежать турбулизации ветрового потока сверху и под первой структурой ОПВ за счет отсутствия проникновения ветрового потока сверху и снизу в зону вращения лопаток ветроколеса. При этом за крышками, вдоль ветрового потока, появляется зона пониженного давления, в которую дополнительно подсасывается ветровой поток перед лопатками ветроколеса, что также повышает его скорость.The location above and below the specified first structure of the OPV covers also allows you to avoid turbulization of the wind flow above and below the first structure of the OPV due to the absence of penetration of the wind flow from above and below into the rotation zone of the blades of the wind wheel. At the same time, behind the covers, along the wind flow, a zone of reduced pressure appears, in which the wind flow is additionally sucked in front of the blades of the wind wheel, which also increases its speed.
Расположение указанных крышек под углом вдоль потока ветра позволит также избежать турбулизации ветрового потока сверху и снизу ветроколеса и первой структурой ОПВ за счет направления ветрового потока соответственно вверх и вниз от верхней и нижней поверхностей первой структуры ОПВ и ветроколеса. При этом за крышками, вдоль ветрового потока, также появляется зона пониженного давления, в которую также дополнительно подсасывается ветровой поток перед лопатками ветроколеса, что также повышает его скорость.The location of these covers at an angle along the wind flow will also avoid the turbulence of the wind flow above and below the wind wheel and the first structure of the OPV due to the direction of the wind flow, respectively, up and down from the upper and lower surfaces of the first structure of the OPV and the wind wheel. At the same time, behind the covers, along the wind flow, a zone of reduced pressure also appears, into which the wind flow is also additionally sucked in front of the blades of the wind wheel, which also increases its speed.
Изложенное выше подтверждает наличие причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом.The above confirms the presence of causal relationships between the totality of the essential features of the claimed invention and the achieved technical result.
Данная совокупность существенных признаков по сравнению с прототипом ветроэнергетической системы позволяет повысить эффективность использования ветрового потока путем обращения отклоненных потоков ветра от первой и второй структур ОПВ в одном направлении - на лопатки ветроколеса. При этом исключается возможность сталкивания отклоненных ветровых потоков и исключается возможность турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса.This set of essential features in comparison with the prototype of the wind energy system allows to increase the efficiency of using the wind flow by reversing the deflected wind flows from the first and second OPV structures in one direction - to the wind wheel blades. This eliminates the possibility of collision of deviated wind flows and excludes the possibility of turbulization of the resulting flow on the blades of a wind wheel.
По мнению автора, заявляемое техническое решение отвечает критериям изобретения ″новизна″ и ″изобретательский уровень″ потому, что совокупность существенных признаков, которые характеризуют ветроэнергетическую систему, является новой и не вытекает явно из известного уровня техники.According to the author, the claimed technical solution meets the criteria of the invention “novelty ″ and ″ inventive step ″ because the set of essential features that characterize the wind energy system is new and does not follow clearly from the prior art.
Заявленное изобретение поясняется чертежами, на котором одинаковые элементы имеют одинаковые цифровые обозначения и где на: Фиг. 1 изображена ветроэнергетическая система с независимым вращением ветроколеса вокруг вертикальной оси и со снятыми верхней и нижней крышками, аксонометрия; на Фиг. 2 изображена ветроэнергетическая система по Фиг. 1, вид сбоку с вертикальным вырезом; на Фиг. 3 изображена ветроэнергетическая система по Фиг. 2, вид сверху, поперечный разрез по А-А; на Фиг. 4 изображена ветроэнергетическая система с вращением ветроколеса вокруг вертикальной оси, в которой лопатки ветроколеса жестко соединены с первой структурой отклонения потока ветра, и со снятыми верхней и нижней крышками, аксонометрия; на Фиг. 5 - изображена ветроэнергетическая система по Фиг. 4, вид сбоку с вертикальным вырезом; на Фиг. 6 изображена ветроэнергетическая система по Фиг. 5, вид сверху, поперечный разрез по В-В; на Фиг. 7 изображена ветроэнергетическая система с гибкой выпуклой внешней поверхностью второй структуры ОПВ, вид сверху по Фиг. 2 в поперечном разрезе; на Фиг. 8 изображена ветроэнергетическая система с вогнутой внешней поверхностью второй структуры ОПВ, аксонометрия; на Фиг. 9 изображена ветроэнергетическая система по Фиг. 8, вид сверху в поперечном разрезе; на Фиг. 10 - вид сверху на верхнюю крышку; на Фиг. 11 изображен поперечный разрез В-В на Фиг. 5 ветроэнергетической системы с примером механической системы отклонения сильного потока ветра.The claimed invention is illustrated by drawings, in which the same elements have the same numeric designations and where in: FIG. 1 shows a wind energy system with independent rotation of the wind wheel around a vertical axis and with the upper and lower covers removed, a perspective view; in FIG. 2 shows the wind power system of FIG. 1 is a side view with a vertical neckline; in FIG. 3 shows the wind energy system of FIG. 2 is a plan view, a cross section along AA; in FIG. 4 shows a wind energy system with the rotation of the wind wheel around a vertical axis, in which the blades of the wind wheel are rigidly connected to the first structure of the wind flow deviation, and with the upper and lower covers removed, axonometry; in FIG. 5 - shows the wind power system of FIG. 4, a side view with a vertical neckline; in FIG. 6 shows the wind energy system of FIG. 5 is a top view, a cross-section along BB; in FIG. 7 shows a wind energy system with a flexible convex external surface of a second OPV structure, a top view of FIG. 2 in cross section; in FIG. 8 depicts a wind energy system with a concave outer surface of the second structure of OPV, axonometry; in FIG. 9 shows the wind power system of FIG. 8 is a cross-sectional top view; in FIG. 10 is a top view of the top cover; in FIG. 11 is a cross-sectional view BB of FIG. 5 of the wind energy system with an example of a mechanical system for deflecting a strong wind flow.
Предпочтительный вариант ветроэнергетической системы, в соответствии с Фиг. 1-3, выполнен с независимым вращением ветроколеса вокруг вертикальной оси 1. При этом ветроэнергетическая система может быть расположена на башне или на крыше дома (не показано). Ветроэнергетическая система содержит первую структуру отклонения потока ветра (ОПВ), выполненной в виде вертикального цилиндра 2, вокруг которого вращаются лопатки 3 ветроколеса. Ветроколесо содержит средство фиксации в виде верхних 4 и нижних 5 поперечин, которые с одной стороны жестко соединены с лопатками 3 ветроколеса, а с другой стороны жестко соединены с вертикальным валом 6 с осью 1. Лопатки 3 расположены вокруг и поблизости к вертикальному цилиндру 2 первой структуры ОПВ таким образом, чтобы ветроколесо приводилось во вращение отклоненным поверхностью вертикального цилиндра 2 потоком ветра. Система также содержит вторую структуру ОПВ, которая выполнена в виде вертикальной структуры 7 с выпуклой внешней поверхностью 8 к ветровому потоку для направления, отклоненного ею, ветрового потока также на лопатки 3 ветроколеса, а внутренняя поверхность 9 указанной вертикальной структуры 7 прилегает с концентрическим зазором 10 к лопаткам 3 ветроколеса и к внешней поверхности 11 вертикального цилиндра 2. Вертикальная структура 7 расположена перед лопатками 3 ветроколеса и вертикальным цилиндром 2 таким образом, чтобы направление отклоненного потока ветра выпуклой внешней поверхностью 8 второй структуры ОПВ совпадал с направлением указанного отклонения потока ветра внешней поверхностью 11 вертикального цилиндра 2 первой структуры ОПВ, при этом вертикальная структура 7 второй структуры ОПВ перекрывает спереди по высоте часть лопаток 3 ветроколеса, которые в основном встречно вращаются к ветровому потоку. Указанное перекрытие спереди части ветроколеса преимущественно составляет 120 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока. Вертикальная структура 7 второй структуры ОПВ соединена с узлом 12 ориентирования для оптимального направления отклонения потока ветра на лопатки 3 ветроколеса, а через верхние 13 и нижние 14 поперечины соответственно соединена с верхним 15 и нижним 16 кольцевыми подшипниками, которые закреплены на вертикальном валу 6. Вертикальный цилиндр 2 через верхние 17 и нижние 18 поперечины соответственно соединен с верхним 19 и нижним 20 подшипниками, которые закреплены на вертикальном валу 6. Снизу вал 6 закреплен на подпятнике 21 качения, а через передачу 22 вал 6 соединен с энергетическим преобразователем в виде электрогенератора 23 для преобразования вращательного движения ветроколеса в полезную энергию. В соответствии из Фиг. 2, Фиг. 5 и Фиг. 10 сверху и снизу указанной первой структуры ОПВ расположены крышки 24 и 25, которые соответственно соединены с верхними и нижними частями второй структуры ОПВ в виде вертикальной структуры 7 и указанного узла 12 ориентирования. Указанные крышки 24 и 25 расположены под углом вдоль потока ветра для соответствующего отклонения ветрового потока вверх и вниз от ветроколеса и первой структуры ОПВ. А в нижней крышке 25 выполнено отверстие для вала 6.A preferred embodiment of the wind energy system in accordance with FIG. 1-3, is made with independent rotation of the wind wheel around the
Поперечины 4, 5, 26, 27 выполнены обтекаемой формы для уменьшения сопротивления воздуха при вращении лопаток 3 ветроколеса.The
Лопатки 3 ветроколеса могут быть соединены с вертикальным валом 6 с осью 1 посредством соответствующих подшипников (не показаны) с обеспечением их вращения вокруг первой структуры ОПВ. При этом вращение ветроколеса через промежуточный полый вал (не показан), который жестко соединен с одним из концов поперечин ветроколеса, передается на передачу 22 энергетического преобразователя.The
В одном из вариантов, в соответствии с Фиг. 4-6, ветроэнергетическая система с вращением ветроколеса вокруг вертикальной оси выполнена с лопатками 3 ветроколеса, которые жестко соединены верхними 26 и нижними 27 поперечинами с первой структурой ОПВ в виде вертикального цилиндра 2 и одновременно вращаются вместе с ней вокруг вертикальной оси 1. При этом вертикальный цилиндр 2 может выполнять функцию маховика.In one embodiment, in accordance with FIG. 4-6, the wind power system with the rotation of the wind wheel around the vertical axis is made with
Также в одном из вариантов выполнения, в соответствии с Фиг. 7, ветроэнергетическая система выполнена с гибкой выпуклой внешней поверхностью 28 второй структуры ОПВ для отклонения сильных потоков ветра от ветроколеса.Also in one embodiment, in accordance with FIG. 7, the wind energy system is made with a flexible convex
Также в одном из вариантов выполнения, в соответстви с Фиг. 8, ветроэнергетическая система выполнена с вогнутой к ветровому потоку внешней поверхностью 29 второй структуры ОПВ для направления отклоненного ею ветрового потока на лопатки 3 ветроколеса, а внутренняя поверхность 30 указанной второй структуры ОПВ прилегает с концентрическим зазором 10 к лопаткам 3 ветроколеса и к внешней поверхности 11 вертикального цилиндра 2.Also in one embodiment, in accordance with FIG. 8, the wind energy system is made with the
В соответствии с примером, указанным на Фиг. 11, для отклонения сильных потоков ветра от указанной ветроэнергетической системы вторая структура ОПВ может быть выполнена с механической системой этого отклонения в виде упругого смещения датчика 31 силы ветрового потока (смещаемой части внешней поверхности второй структуры ОПВ). Датчик 31 смещает первую зубчатую рейку 32, смещение которой через зубчатое колесо 33 передается второй зубчатой рейке 34 с выдвижной (за внешнюю поверхность второй структуры ОПВ) пластиной 35 для отклонения сильного потока ветра.According to the example shown in FIG. 11, for the deviation of strong wind flows from the specified wind energy system, the second OPV structure can be performed with a mechanical system of this deviation in the form of the elastic displacement of the wind flow force sensor 31 (the displaced part of the outer surface of the second OPV structure). The
Передача 22, которая соединяет вал 6 с энергетическим преобразователем, может быть выполнена шкивною, зубчатой и тому подобной. При этом в качестве энергетического преобразователя вращательного движения вала 6 в полезную энергию также может быть использован преобразователь в тепловую энергию, например в виде известного кавитационного генератора.The
В других вариантах выполнения в ветроэнергетической системе первая структура ОПВ выполнена в виде тела вращения, контур которого в плоскости вертикальной оси вращения ветроколеса повторяет контур вращения ветроколеса и контур внутренней поверхности второй структуры ОПВ.In other embodiments, in the wind energy system, the first structure of the OPV is made in the form of a body of revolution, the contour of which in the plane of the vertical axis of rotation of the wind wheel repeats the contour of rotation of the wind wheel and the contour of the inner surface of the second structure of the OPV.
Ветроэнергетическая система с независимым вращением ветроколеса вокруг вертикальной оси работает следующим образом.Wind power system with independent rotation of the wind wheel around the vertical axis works as follows.
Ветровой поток, который обозначен стрелками на Фиг. 2, 3, 5, 6, 7, 9 и 11 со скоростью V1 действует на узел 12 ориентирования, что вынуждает вторую структуру ОПВ в виде вертикальной структуры 7 повернуться своей внешней поверхностью 8 к ветровому потоку. Дальше ветровой поток с ускорением обтекает внешнюю поверхность 8 вертикальной структуры 7. И этот уже ускоренный ветровой поток дальше направляется на внешнюю поверхность 11 вертикального цилиндра 2, обтекает ее с дополнительным ускорением и уже со скоростью V2, которая больше чем скорость V1, действует на лопатки 3 ветроколеса с более мощной силой, чем начальный ветровой поток. Ветроколесо вращает вал 6, который через передачу 22 вращает энергетический преобразователь в виде электрогенератора 23 для вырабатывания им полезной электроэнергии. При этом лопатки 3 ветроколеса вращаются независимо и вся мощность их вращения непосредственно прикладывается к вращению электрогенератора 23.The wind flow, which is indicated by the arrows in FIG. 2, 3, 5, 6, 7, 9, and 11 act on the
В варианте выполнения ветроэнергетической системы, в соответствии с Фиг. 4-6, вращение ветроколеса вокруг вертикальной оси 1 осуществляется одновременно с вращением вертикального цилиндра 2, который дополнительно убыстряет ветровой поток и выполняет функцию маховика.In an embodiment of a wind energy system in accordance with FIG. 4-6, the rotation of the wind wheel around the
Хотя здесь показаны и описаны варианты, которые признаны лучшими для осуществления нынешнего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что можно осуществлять разнообразные изменения и модификации, и элементы можно заменять на эквивалентные, не выходя при этом за пределы объема притязаний нынешнего изобретения. В частности, такие термины, как ″первый″, ″второй″ приведенные в нынешней заявке по соображениям удобства и не являются терминами, которые ограничивают объем прав по заявке. При этом термин ″соответствующие″ следует понимать как верхний элемент системы связан с другим верхним элементом, нижний - со вторым нижним элементом и тому подобное.Although shown and described as being the best for carrying out the present invention, those skilled in the art will understand that various changes and modifications can be made and elements can be replaced with equivalent ones without departing from the scope of the present invention. In particular, terms such as ″ first ″, ″ second ″ are given in the present application for convenience reasons and are not terms that limit the scope of rights in the application. The term ″ appropriate ″ should be understood as the upper element of the system is associated with another upper element, the lower - with the second lower element and the like.
Соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения ″промышленная применимость″ подтверждается указанными примерами выполнения ветроэнергетической системы.The compliance of the proposed technical solution with the criteria of the invention ″ industrial applicability ″ is confirmed by the indicated examples of the wind energy system.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013136460/06A RU2551465C2 (en) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Wind-driven power system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013136460/06A RU2551465C2 (en) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Wind-driven power system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013136460A RU2013136460A (en) | 2015-02-10 |
| RU2551465C2 true RU2551465C2 (en) | 2015-05-27 |
Family
ID=53281748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013136460/06A RU2551465C2 (en) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Wind-driven power system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2551465C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU5458A1 (en) * | 1926-08-06 | 1928-05-31 | И.И. Золотухин | Horizontal wind motor |
| SU10199A1 (en) * | 1928-05-03 | 1929-06-29 | В.И. Освецимский | Wind engine |
| RU2268396C2 (en) * | 2001-04-12 | 2006-01-20 | Ченьвень ХУАН | Method and device for generating electric power by converting energy of compressed air flow |
| US7679209B2 (en) * | 2007-07-10 | 2010-03-16 | Cleveland State University | Wind powered electricity generating system |
| US7726933B2 (en) * | 2003-12-31 | 2010-06-01 | Envision Corporation | Wind powered turbine engine—horizontal rotor configuration |
| RU2422673C1 (en) * | 2010-02-15 | 2011-06-27 | Валерий Петрович Вигаев | Wind-driven power generator |
-
2013
- 2013-08-02 RU RU2013136460/06A patent/RU2551465C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU5458A1 (en) * | 1926-08-06 | 1928-05-31 | И.И. Золотухин | Horizontal wind motor |
| SU10199A1 (en) * | 1928-05-03 | 1929-06-29 | В.И. Освецимский | Wind engine |
| RU2268396C2 (en) * | 2001-04-12 | 2006-01-20 | Ченьвень ХУАН | Method and device for generating electric power by converting energy of compressed air flow |
| US7726933B2 (en) * | 2003-12-31 | 2010-06-01 | Envision Corporation | Wind powered turbine engine—horizontal rotor configuration |
| US7679209B2 (en) * | 2007-07-10 | 2010-03-16 | Cleveland State University | Wind powered electricity generating system |
| RU2422673C1 (en) * | 2010-02-15 | 2011-06-27 | Валерий Петрович Вигаев | Wind-driven power generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013136460A (en) | 2015-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7573148B2 (en) | Boundary layer wind turbine | |
| US4359311A (en) | Wind turbine rotor | |
| EP2694805B1 (en) | Diffuser augmented wind turbines | |
| US20110033288A1 (en) | Omnidirectional vertical-axis wind turbine | |
| KR101368611B1 (en) | Boundary layer wind turbine with tangential rotor blades | |
| US20120230810A1 (en) | Shrounded wind turbine configuration with nozzle augmented diffuser | |
| RU2392490C1 (en) | Carousel-type wind-electric set (wes) with cyclic symmetric blades smoothly rotating in opposite phase to rotor | |
| US20200158074A1 (en) | Vertical-shaft turbine | |
| KR101817229B1 (en) | Apparatus for generating by wind power | |
| US9879651B2 (en) | Vane device for a turbine apparatus | |
| KR102471788B1 (en) | rotor for electric generator | |
| RU2551465C2 (en) | Wind-driven power system | |
| US20170306925A1 (en) | Three-vane double rotor for vertical axis turbine | |
| RU2375603C2 (en) | Vortex windmill | |
| EP3702609A1 (en) | Wind power installation | |
| RU2383775C1 (en) | Rotor-type windmill | |
| RU2215898C1 (en) | Rotary windmill electric generating plant | |
| KR101562788B1 (en) | Wind power generator | |
| RU2472031C1 (en) | Wind-driven power plant | |
| KR20150096553A (en) | Downwind Windpower Generating Apparatus having Swept Blade Tip | |
| RU2550718C2 (en) | Onipko's universal rotor | |
| GB2508814A (en) | Concentric turbine arrangement | |
| RU2743564C1 (en) | Vane engine | |
| KR101810872B1 (en) | Apparatus for generating by wind power | |
| RU2615287C1 (en) | Wind and hydraulic power unit with composite blades using magnus effect in flow (versions) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160803 |