RU2563558C2

RU2563558C2 - Cylindrical wind turbine

Info

Publication number: RU2563558C2
Application number: RU2014103914/06A
Authority: RU
Inventors: Владислав Александрович Гуревич; Юлий Борисович Соколовский; Александр Юльевич Соколовский; Евгений Александрович Фролов
Original assignee: Владислав Александрович Гуревич; Юлий Борисович Соколовский; Александр Юльевич Соколовский; Евгений Александрович Фролов
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2015-09-20
Also published as: RU2014103914A

Abstract

FIELD: power industry.SUBSTANCE: invention relates to wind-driven power plants with the main shaft of a wind turbine, which is parallel to wind flow. A cylindrical wind turbine is installed on the shaft of the wind-driven power plant and includes blades arranged on radial rods. Each blade has an aerodynamic profile. The wind turbine is made in the form of a cylinder and installed on the main horizontal shaft. A bevel gear speed reducer and sleeves with bearings providing rotation of the main shaft are located on the same shaft. Surface of the cylinder adjoins front and rear wheels. Wheels consist of rims, hubs and radial rods. Hubs are fixed on the main horizontal shaft of the wind-driven power plant. Radial rods are flat-type. Radial rods attach rims of wheels to their hubs. Each of the heels has N>2 symmetrically located rods. Position of rods of the rear wheel is offset relative to rods of the front one at angle ?. Angle ? sets attack angle ? for all N blades and is fixed by the hub of the rear wheel. On the rods there are attachment points of the closest side members of all N blades. N ribs are attached to similar points for attachment of rods on rims of both wheels. Opposite side members of the corresponding blades are connected to the ribs. To the rear edge of N blades there fixed by means of a hinge are flaps with loading planks on their lower edge and with stops coinciding as to direction with the lower plane of the blades.EFFECT: simple and reliable design and absence of vibration noises.2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам с главным валом ветротурбины, параллельным ветровому потоку. Основным узлом рассматриваемой ветроэнергетической установки, определяющим ее технические характеристики, является цилиндрическая ветротурбина.The invention relates to the field of wind energy, namely to wind power plants with a main shaft of a wind turbine parallel to the wind flow. The main unit of the considered wind power installation, which determines its technical characteristics, is a cylindrical wind turbine.

Известен энергопреобразователь, содержащий ветротурбину, выполненную в виде лопастей, установленных на горизонтальном рабочем валу, приводной вал, кинематически связанный с рабочим валом генератора, и направляющий хвостовик (см. патент RU №2253747, кл. F03D 3/00 от 10.06.2005 г.). Рабочий вал и приводной вал установлены с возможностью вращения на одном кронштейне и связаны друг с другом через коническую передачу. В рассматриваемом аналоге применена лопастная ветротурбина, наиболее распространенная для современных ветроэнергетических установок. Однако она имеет ряд недостатков, ограничивающих область ее применения.A known energy converter containing a wind turbine made in the form of blades mounted on a horizontal working shaft, a drive shaft kinematically connected with the working shaft of the generator, and a guide shank (see patent RU No. 2253747, class F03D 3/00 from 10.06.2005, ) The working shaft and the drive shaft are mounted for rotation on one bracket and are connected to each other through a bevel gear. In the analogue under consideration, a blade wind turbine is used, the most common for modern wind power plants. However, it has several disadvantages that limit its scope.

Недостатком данной конструкции является малая поверхность лопасти, а как следствие этого - начальный крутящий момент близок к нулю, и поэтому запуск таких ветродвигателей затруднен. Крупные установки вообще приходится раскручивать от постороннего источника. Скорость концов лопастей при сильном ветре может приближаться к скорости звука, создавая шум как у винтомоторного самолета и помехи для электронных устройств, а также лопасти бьют птицу и другую летающую живность. При повороте ветродвигателя с изменением направления ветра на лопасти действует гироскопический момент, стремящийся дважды на каждом обороте изогнуть лопасть (вперед и назад), а это может вызывать большие напряжения, приводящие иной раз и к отрыву лопастей. Чтобы избежать этого, лопасти максимально облегчают и применяют специальные устройства - виндрозы, осуществляющие очень медленный поворот ветродвигателя. Система виндроз и другие дополнительные устройства значительно усложняют и повышают стоимость этих ветроэнергетических установок.The disadvantage of this design is the small surface of the blade, and as a consequence of this - the initial torque is close to zero, and therefore the launch of such wind turbines is difficult. Large installations generally have to unwind from an external source. The speed of the ends of the blades in strong winds can approach the speed of sound, creating noise like a propeller-driven aircraft and interference with electronic devices, as well as the blades hitting a bird and other flying animals. When the wind turbine rotates with a change in the wind direction, the gyroscopic moment acts on the blades, tending to bend the blade twice (forwards and backwards) at each revolution, and this can cause large stresses, sometimes leading to the separation of the blades. To avoid this, the blades make it as easy as possible and use special devices - windrose, which carry out a very slow rotation of the wind turbine. The windros system and other additional devices greatly complicate and increase the cost of these wind power plants.

В настоящее время эксплуатируются вертикально-осевые ветроэнергетические установки с ветротурбиной Дарье с аэродинамическим профилем крыла. Такие установки с вертикальным валом по сравнению с широко распространенными лопастными ветротурбинами с горизонтальным валом обладают рядом преимуществ.At present, vertical-axis wind turbines with a Darier wind turbine with an aerodynamic wing profile are in operation. Such installations with a vertical shaft in comparison with the widespread blade wind turbines with a horizontal shaft have several advantages.

Рассмотрим профиль крыла в потоке воздуха.Consider the wing profile in the air stream.

Подъемная сила крыла выражается согласно теореме Жуковского [1]:The lifting force of the wing is expressed according to the Zhukovsky theorem [1]:

где p - массовая плотность воздуха,where p is the mass density of air,

V - скорость движения крыла относительно воздуха,V is the speed of the wing relative to air,

S - площадь крыла,S is the wing area,

C_y - коэффициент подъемной силы крыла.C _y is the wing lift coefficient.

Коэффициент подъемной силы C_y в свою очередь сильно зависит от угла атаки α отдельного крыла в ветровом потоке (см. фиг. 1).The lift coefficient C _y, in turn, strongly depends on the angle of attack α of an individual wing in the wind flow (see Fig. 1).

Так, согласно теории Жуковского для крыла в плоскопараллельном потоке при небольших углах атаки:So, according to Zhukovsky’s theory for a wing in a plane-parallel flow at small angles of attack:

α - угол атаки крыла, т.е. угол между направлением скорости воздушного потока и хордой крыла,α is the angle of attack of the wing, i.e. the angle between the direction of air velocity and the chord of the wing,

a₀ - угол нулевой подъемной силы,a ₀ is the angle of zero lifting force,

m - коэффициент, зависящий от формы профиля крыла.m is a coefficient depending on the shape of the wing profile.

Известна ветроэнергетическая установка, именуемая "Карусельный ветродвигатель" (патент RU №2042044, кл. F03D 3/00 от 20.08.1995 г.), которая содержит установленную на вертикальном валу ветротурбину с лопастями аэродинамического профиля, размещенными на радиальных штангах, и механизм изменения угла атаки лопастей путем поворота лопастей вокруг собственных осей, параллельных оси вращения ротора. Механизм выполнен в виде связанного с каждой лопастью устройства изменения угла атаки, соединенного с другими аналогичными устройствами, радиальными штангами посредством согласующего узла, смонтированного на оси вращения ротора. Устройство изменения угла атаки содержит смонтированный на каждой радиальной штанге корпус, в котором установлен пространственный кривошипно-шатунный механизм качающейся шайбы, связанный с осью лопасти посредством конической шестерни ориентации, сидящей на оси кривошипа, на которой установлен подшипник кронштейна, качающейся шайбой является втулка с двумя радиальными цапфами, установленная с возможностью поворота на наклонной оси, расположенной под углом α=45 градусов к оси лопасти, а на цапфах шарнирно укреплены два вильчатых поводка, ось одного из которых установлена с возможностью вращения в подшипнике, размещенном на основании корпуса под углом β к линии оси лопасти, а ось второго вильчатого поводка установлена с возможностью поворота в подшипнике кронштейна, причем угол β не превышает угол α, a согласующий узел выполнен в виде конического дифференциала. Эта ветроэнергетическая установка по большинству признаков совпадает с предлагаемым техническим решением и принята в качестве прототипа. Недостатки этой ветроустановки следующие:A known wind power installation called a “Rotary wind turbine” (patent RU No. 2042044, class F03D 3/00 of 08/20/1995), which contains a wind turbine mounted on a vertical shaft with aerodynamic profile blades placed on radial rods, and a mechanism for changing the angle blade attacks by turning the blades around their own axes parallel to the axis of rotation of the rotor. The mechanism is made in the form of a change in the angle of attack associated with each blade of the device, connected to other similar devices, by radial rods by means of a matching unit mounted on the axis of rotation of the rotor. The device for changing the angle of attack contains a housing mounted on each radial rod, in which a spatial crank mechanism of the swash plate is mounted, connected to the axis of the blade by means of a conical orientation gear sitting on the axis of the crank, on which the bracket bearing is mounted, the swash plate is a sleeve with two radial trunnions mounted with the possibility of rotation on an inclined axis located at an angle α = 45 degrees to the axis of the blade, and two forks are pivotally mounted on the trunnions a, the axis of one of which is mounted for rotation in a bearing placed on the base of the housing at an angle β to the line of the axis of the blade, and the axis of the second forked lead is mounted for rotation in the bearing of the bracket, and the angle β does not exceed the angle α, and the matching unit is made in the form of a conical differential. This wind power installation in most respects coincides with the proposed technical solution and is adopted as a prototype. The disadvantages of this wind turbine are as follows:

- основным недостатком рассмотренной ветроустановки является сложность конструкции механических узлов управления углом атаки отдельных его лопастей.- the main disadvantage of the considered wind turbine is the complexity of the design of the mechanical nodes to control the angle of attack of its individual blades.

- сложно добиться надежности при эксплуатации механической системы управления углами атаки.- it is difficult to achieve reliability in the operation of a mechanical system of control of angles of attack.

- стоимость одного кВт установленной мощности рассмотренной установки будет завышена из за узла управления углом атаки.- the cost of one kW of installed power of the considered installation will be overestimated due to the control unit of the angle of attack.

- с точки зрения экологии применение такой ветроустановки в жилой зоне проблематично как и ветроустановки с лопастными ветротурбинами (шумы, помехи для электроники, битье птиц и другой летающей живности).- from an environmental point of view, the use of such a wind turbine in a residential area is problematic, as are wind turbines with lobed wind turbines (noise, noise for electronics, beating of birds and other flying animals).

Задачей предлагаемого изобретения является создание простой и надежной конструкции ветротурбины, отвечающей основным требованиям по экологии: отсутствие вибрационных шумов, помех для электроники, вредного влияния на здоровье людей, отсутствие внешних вращающихся деталей, вследствие этого установка не бьет птиц и другую летающую живность, а также возможность ее использования в ветроэнергетических установках, размещенных внутри жилого комплекса, например на крышах жилых построек, с КПД не ниже 45%.The objective of the invention is to create a simple and reliable design of a wind turbine that meets basic environmental requirements: the absence of vibration noise, interference to electronics, harmful effects on human health, the absence of external rotating parts, as a result of this installation does not hit birds and other flying animals, as well as the ability its use in wind power plants located inside a residential complex, for example, on the roofs of residential buildings, with an efficiency of at least 45%.

Эта задача достигается тем, что цилиндрическая ветротурбина, установленная на валу ветроэнергетической установки, содержит лопасти, размещенные на радиальных штангах, причем каждая лопасть имеет аэродинамический профиль, отличающаяся тем, что ветротурбина выполнена в виде цилиндра и установлена на главном горизонтальном валу, а поверхность цилиндра примыкает к переднему и заднему колесам, состоящим из ободов, ступиц, закрепленных на главном горизонтальном валу ветроэнергетической установки, и радиальных штанг, соединяющих ободы колес со своими ступицами, где колеса имеют по N>2 симметрично расположенных штанг, а положение штанг заднего колеса сдвинуто относительно штанг переднего на угол β, который задает угол атаки α для всех N лопастей и фиксируется ступицей заднего колеса, на штангах находятся точки крепления ближайших боковин всех N лопастей, а к одноименным точкам крепления штанг на ободах обоих колес крепятся N ребер, к последним подсоединены противоположные боковины соответствующих лопастей, причем к задней кромке N лопастей на шарнире прикреплены закрылки с нагрузочными планками на их нижней кромке и ограничителями, совпадающими по направлению с нижней плоскостью лопастей.This task is achieved in that the cylindrical wind turbine mounted on the shaft of the wind power installation contains blades placed on radial rods, each blade having an aerodynamic profile, characterized in that the wind turbine is made in the form of a cylinder and mounted on the main horizontal shaft, and the cylinder surface is adjacent to the front and rear wheels, consisting of rims, hubs, mounted on the main horizontal shaft of the wind power installation, and radial rods connecting the rims of the track c with its hubs, where the wheels have N> 2 symmetrically arranged rods, and the position of the rear wheel rods is shifted relative to the front rods by an angle β, which sets the angle of attack α for all N blades and is fixed by the rear wheel hub, the attachment points of the nearest the sidewalls of all N blades, and N ribs are attached to the same points of attachment of the rods on the rims of both wheels, the opposite sidewalls of the respective blades are attached to the latter, and flaps are attached to the hinge of the N blades on the hinge with ruzochnymi slats at their lower edge and delimited in the direction coinciding with the bottom plane of the blades.

Общий вид разработанной ветроэнергетической установки дан на фиг. 2.A general view of the developed wind power installation is given in FIG. 2.

На фиг. 3 изображено переднее колесо цилиндрической ветротурбины по виду А фиг. 2.In FIG. 3 shows the front wheel of a cylindrical wind turbine in view A of FIG. 2.

На фиг. 4 изображено заднее колесо цилиндрической ветротурбины по виду В фиг. 2.In FIG. 4 shows the rear wheel of a cylindrical wind turbine in view. FIG. 2.

На фиг. 5 показаны ребра цилиндра справа от вектора воздушного потока, а на фиг. 6. - ребра цилиндра слева от вектора воздушного потока.In FIG. 5 shows the ribs of the cylinder to the right of the airflow vector, and FIG. 6. - cylinder ribs to the left of the air flow vector.

Активные элементы - лопасти, имеющие аэродинамический профиль, изображены на фиг. 7.Active elements — blades having an aerodynamic profile are depicted in FIG. 7.

На фиг. 8 показан оптимальный угол атаки α для всех лопастей цилиндрической ветротурбины.In FIG. Figure 8 shows the optimum angle of attack α for all blades of a cylindrical wind turbine.

В состав ветроэнергетической установки (см. фиг. 2) входит цилиндрическая ветротурбина с цилиндром 1, установленным на главном горизонтальном валу 2. На этом же валу находится конический редуктор 5, втулки 6 с подшипниками, обеспечивающими вращение главного вала 2 с малым коэффициентом трения. Ветроэнергетическая установка содержит также базовую опорную конструкцию 3, защитную сетку 4, рабочий вал 7 с радиальным подшипником 8, установленным в опоре 9, который через конический редуктор 5 передает вращение с главного вала 2 через соединительную муфту 10 на блок генератора 11 с механизмом изменения оборотов. Выход блока генератора 11 соединен со входом преобразователя электроэнергии 12, а сама ветроэнергетическая установка размещена, например, на крыше жилого здания 13.The structure of the wind power installation (see Fig. 2) includes a cylindrical wind turbine with a cylinder 1 mounted on the main horizontal shaft 2. On the same shaft there is a bevel gear 5, bushings 6 with bearings, which ensure rotation of the main shaft 2 with a low coefficient of friction. The wind power installation also contains a basic support structure 3, a protective mesh 4, a working shaft 7 with a radial bearing 8 installed in the support 9, which through the bevel gear 5 transmits rotation from the main shaft 2 through the coupling 10 to the generator block 11 with a speed change mechanism. The output of the generator block 11 is connected to the input of the electric power converter 12, and the wind power installation itself is located, for example, on the roof of a residential building 13.

С целью обеспечения ориентации ветроэнергетической установки на ветровой поток устанавливается круговая вилка 14, колесо на оси с ограничителем 15 и кольцевой опорой 16, причем в качестве флюгера используется боковая поверхность цилиндрической ветротурбины, а центром вращения при ориентации по направлению ветрового потока является рабочий вал 7.In order to ensure the orientation of the wind power installation on the wind flow, a circular fork 14, a wheel on an axis with a limiter 15 and an annular support 16 are installed, the side surface of a cylindrical wind turbine being used as a wind vane, and the working shaft 7 is the center of rotation when oriented in the direction of the wind flow.

Решение поставленной задачи достигается за счет конструкции цилиндрической ветротурбины с главным горизонтальным валом 2 и цилиндром 1, боковые стороны которого формируются с помощью переднего 17 и заднего 18 колес соответственно по фиг. 3 и по фиг. 4, состоящих из обода 19, ступицы 20, закрепленной на главном валу 2 и N радиальных штанг 21.The solution to this problem is achieved due to the design of a cylindrical wind turbine with a main horizontal shaft 2 and cylinder 1, the sides of which are formed using the front 17 and rear 18 wheels, respectively, according to FIG. 3 and FIG. 4, consisting of a rim 19, a hub 20, mounted on the main shaft 2 and N of the radial rods 21.

N радиальных штанг 21, выполненных плоскими для уменьшения сопротивления поступающего в цилиндр ветрового потока (причем N должно быть не менее трех), соединяют обода 19 колес 17 и 18 со своими ступицами 20.N radial rods 21, made flat to reduce the resistance of the wind flow entering the cylinder (and N must be at least three), connect the rim 19 of the wheels 17 and 18 with their hubs 20.

Рассмотрим конструкцию цилиндрической ветротурбины на конкретном примере (см. фиг. 3 и фиг. 4).Consider the design of a cylindrical wind turbine on a specific example (see Fig. 3 and Fig. 4).

Колеса 17 и 18 имеют по шесть симметрично расположенных штанг 21, подсоединенных к ободам 19 в точках a, b, c, d, e, h для переднего колеса 17 и в точках a¹, b¹, c¹, d¹, e¹, h¹ для заднего колеса 18, причем положение штанг 21 заднего колеса 18 сдвинуто относительно штанг 21 переднего колеса 17 на угол β, который задает оптимальный угол атаки α лопастей 22. Величина угла атаки лопастей α зависит от параметров цилиндра длины L и радиуса R, средней скорости вращения цилиндра и фиксируется при наладке конкретной ветроэнергетической установки.The wheels 17 and 18 have six symmetrically arranged rods 21 connected to the rims 19 at points a, b, c, d, e, h for the front wheel 17 and at points a ¹ , b ¹ , c ¹ , d ¹ , e ¹ , h ¹ for the rear wheel 18, and the position of the rods 21 of the rear wheel 18 is shifted relative to the rods 21 of the front wheel 17 by an angle β, which sets the optimal angle of attack α of the blades 22. The angle of attack of the blades α depends on the parameters of the cylinder of length L and radius R, average cylinder rotation speed and is fixed during the commissioning of a specific wind power installation.

В рассматриваемом примере угол α=10° при максимальном C_y по фиг. 1, а длина L цилиндра турбины равна его радиусу R. На расстоянии 0,2 R от центра колес 17 и 18 на штангах находятся точки крепления N лопастей 22 (N>2) цилиндрической ветротурбины кр1-кр6 для переднего колеса 17 и точки крепления кр1¹-кр6¹ для заднего колеса 18. Между одноименными точками крепления штанг 21 на ободах 19 (a-a¹, b-b¹, c-c¹, d-d¹, e-e¹, h-h¹) переднего 17 и заднего 18 колес крепятся N лопастей 22 и N ребер 23 (N>2) цилиндра 1. К ребрам 23 подсоединены противоположные боковины соответствующих лопастей 22. Ребра цилиндра 1 справа от вектора воздушного потока показаны на фиг. 5, а ребра цилиндра 1 слева от вектора воздушного потока показаны на фиг. 6.In this example, the angle α = 10 ° at the maximum C _y in FIG. 1, and the length L of the turbine cylinder is equal to its radius R. At a distance of 0.2 R from the center of the wheels 17 and 18 on the rods are the attachment points of N blades 22 (N> 2) of the cylindrical wind turbine kr1-kp6 for the front wheel 17 and the attachment point kr1 ¹ -cr6 ¹ for the rear wheel 18. Between the same points of attachment of the rods 21 on the rims 19 (aa ¹ , bb ¹ , cc ¹ , dd ¹ , ee ¹ , hh ¹ ) of the front 17 and rear 18 wheels are attached N blades 22 and N ribs 23 (N> 2) of cylinder 1. Opposite sidewalls of respective vanes 22 are connected to ribs 23. The ribs of cylinder 1 to the right of the air flow vector are shown in FIG. 5, and the ribs of cylinder 1 to the left of the airflow vector are shown in FIG. 6.

Активными элементами цилиндрической ветротурбины являются лопасти 22, имеющие аэродинамический профиль, длиной L и шириной Т (в рассматриваемом примере по фиг. 7) с закрылками 24, прикрепленными к задней кромке каждой лопасти 22 шарниром 25. Закрылки имеют ограничители вращения 26 и на их нижней кромке закреплены нагрузочные планки 27, обеспечивающие более эффективное трогание цилиндрической ветротурбины и ее работу в зоне малых скоростей ветрового потока 28 (2-3 м/сек). Таким образом, внутри цилиндра 1 сформирован аналог ветротурбины Дарье, но с горизонтальным валом, кроме того, крылья в цилиндрической ветротурбине жестко закреплены с помощью точек крепления кр1-кр6, кр1¹-кр6¹ и ребер 23 и составляют единый механизм с осью 2, колесами 17, 18 и цилиндром 1. При этом полностью ликвидируется вибрация лопастей, характерная для известных ветроустановок с горизонтальным и вертикальным валами.The active elements of a cylindrical wind turbine are blades 22 having an aerodynamic profile, length L and width T (in the example of FIG. 7) with flaps 24 attached to the trailing edge of each blade 22 by a hinge 25. The flaps have rotation limiters 26 and on their lower edge fixed load straps 27, providing more efficient starting of the cylindrical wind turbine and its operation in the zone of low speeds of the wind flow 28 (2-3 m / s). Thus, an analogue of the Darier wind turbine is formed inside cylinder 1, but with a horizontal shaft, in addition, the wings in the cylindrical wind turbine are rigidly fixed using the attachment points kr1-kr6, kr1 ¹ -kr6 ¹ and ribs 23 and make up a single mechanism with axle 2, wheels 17, 18 and cylinder 1. In this case, the vibration of the blades characteristic of known wind turbines with horizontal and vertical shafts is completely eliminated.

Цилиндрическая ветротурбина работает следующим образом.A cylindrical wind turbine operates as follows.

Ветровой поток 28 (см. фиг. 5 и фиг. 6) попадает на боковую поверхность цилиндра 1 (см. фиг. 2) - переднее колесо 17, распределяется по отдельным лопастям 22, имеющим аэродинамический профиль и приводит ветротурбину во вращение. Предварительно при наладке ветротурбины устанавливают оптимальный угол атаки α лопастей 22 для ее номинального режима поворотом заднего колеса 18 относительно переднего 17 на угол β с последующей фиксацией. При вращении ветротурбины вращается главный вал 2, который через конический редуктор 5, рабочий вал 7 и соединительную муфту 10 передает вращение на блок генератора 11. Выходной сигнал с блока генератора 11 поступает на вход преобразователя электроэнергии 12, который подключен к электрическим нагрузкам, например, жилого здания.The wind stream 28 (see Fig. 5 and Fig. 6) hits the lateral surface of cylinder 1 (see Fig. 2) - the front wheel 17 is distributed over individual blades 22 having an aerodynamic profile and drives the wind turbine into rotation. Previously, when setting up a wind turbine, the optimum angle of attack α of the blades 22 is established for its nominal mode by turning the rear wheel 18 relative to the front 17 by an angle β with subsequent fixation. When the wind turbine rotates, the main shaft 2 rotates, which, through the bevel gear 5, the working shaft 7 and the coupling 10, transmits the rotation to the generator unit 11. The output signal from the generator unit 11 is fed to the input of the electric power converter 12, which is connected to electrical loads, for example, residential building.

При смене направления ветра за счет давления на подветренную поверхность цилиндра 1 создается вращающий момент, обеспечивающий ориентацию ветротурбины при повороте вокруг рабочего вала 7.When changing the direction of the wind due to pressure on the leeward surface of the cylinder 1, a torque is created that ensures the orientation of the wind turbine when turning around the working shaft 7.

Особенностью конструкции цилиндрической ветротурбины является постоянное (предварительно настроенное на номинальный режим работы) оптимальное положение всех лопастей 22 относительно вектора входного ветрового потока 28, т.е. его угла атаки α. В рассматриваемом примере при угле атаки α=10° передняя кромка каждого крыла будет выше задней его кромки на величину разности уровней передней и задней кромок крыльев Н (см. фиг. 7 и фиг. 8). Передняя и задняя кромки каждой лопасти параллельны между собой, причем:The design feature of the cylindrical wind turbine is a constant (pre-configured for the nominal operating mode) optimal position of all blades 22 relative to the vector of the input wind flow 28, i.e. its angle of attack α. In the considered example, at an angle of attack α = 10 °, the front edge of each wing will be higher than its rear edge by the amount of the difference between the levels of the front and rear edges of the wings H (see Fig. 7 and Fig. 8). The front and rear edges of each blade are parallel to each other, moreover:

где L-длина цилиндра (в примере L=R).where L is the length of the cylinder (in the example, L = R).

Установка при наладке угла β (β угловой сдвиг между радиальными штангами переднего и заднего колес цилиндрической ветротурбины) позволяет выставить постоянный, оптимальный угол атаки α для всех лопастей цилиндрической ветротурбины одновременно (см. фиг. 8) исходя из соотношения:When adjusting the angle β (β, the angular shift between the radial rods of the front and rear wheels of the cylindrical wind turbine) allows you to set a constant, optimal angle of attack α for all blades of the cylindrical wind turbine at the same time (see Fig. 8) based on the ratio:

В рассматриваемом примере Н=Rtgα, тогда по (4) угол β=arcos(1-tgα)=36°In the considered example, H = Rtgα, then by (4) the angle β = arcos (1-tgα) = 36 °

В общем случае оптимальный угол атаки α крыльев лопастей 22 будет отличаться от 10° по фиг. 2 и с помощью угла β выставляется при наладке. Угол β изменяется вращением ступицы 20 заднего колеса 18 с последующей ее фиксацией на рабочем валу 2 цилиндрической ветротурбины.In the general case, the optimum angle of attack α of the wings of the blades 22 will differ from 10 ° in FIG. 2 and with the help of angle β is set during commissioning. The angle β is changed by rotating the hub 20 of the rear wheel 18 with its subsequent fixation on the working shaft 2 of the cylindrical wind turbine.

Необходимо отметить, что сам цилиндр 1 является надежным флюгером с боковой площадью 2R L, кроме того, по (1) за счет удлинения цилиндра увеличивается площадь каждого крыла и его подъемная сила. При этом решается проблема трогания ветроустановки. Резервом эффективности цилиндрической ветротурбины является разница скоростей ветрового потока на ее выходе и ветрового потока обтекающего цилиндр с внешней стороны. В этом случае в связи с более высокой скоростью внешнего ветрового потока создается разреяжение на выходе цилиндра и вытяжка внутреннего ветрового потока из цилиндрической ветротурбины.It should be noted that cylinder 1 itself is a reliable weather vane with a lateral area of 2R L, in addition, according to (1), the area of each wing and its lifting force increase due to elongation of the cylinder. In this case, the problem of starting the wind turbine is solved. The reserve for the efficiency of a cylindrical wind turbine is the difference in the speeds of the wind flow at its outlet and the wind flow around the cylinder from the outside. In this case, due to the higher speed of the external wind flow, a rarefaction is created at the cylinder outlet and an exhaust of the internal wind flow from the cylindrical wind turbine.

ЛитератураLiterature

1. Жуковский Н. Е. О присоединенных вихрях. Полн. собр. соч., т.5, М.-Л., 1937.1. Zhukovsky N. E. On the attached vortices. Full Sobr. Op., vol. 5, M.-L., 1937.

Claims

1. A cylindrical wind turbine mounted on the shaft of a wind power installation contains blades placed on radial rods, each blade having an aerodynamic profile, characterized in that the wind turbine is made in the form of a cylinder and is mounted on the main horizontal shaft, and the cylinder surface is adjacent to the front and rear wheels, consisting of rims, hubs mounted on the main horizontal shaft of the wind power installation, and radial rods connecting the wheel rims with their hubs, where CAs have N> 2 symmetrically arranged rods, and the position of the rods of the rear wheel is shifted relative to the rods of the front by an angle β, which sets the angle of attack α for all N blades and is fixed by the hub of the rear wheel, on the rods are the attachment points of the nearest sidewalls of all N blades, and N ribs are attached to the same rod attachment points on the rims of both wheels, the opposite sidewalls of the respective blades are connected to the latter.

2. A cylindrical wind turbine according to claim 1, characterized in that flaps are attached to the trailing edge of the N blades on the hinge with load strips on their lower edge and limiters coinciding in direction with the lower plane of the blades.