RU2660759C1 - Method of forcing horizontal-axial wind turbine - Google Patents

Method of forcing horizontal-axial wind turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2660759C1
RU2660759C1 RU2016125602A RU2016125602A RU2660759C1 RU 2660759 C1 RU2660759 C1 RU 2660759C1 RU 2016125602 A RU2016125602 A RU 2016125602A RU 2016125602 A RU2016125602 A RU 2016125602A RU 2660759 C1 RU2660759 C1 RU 2660759C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind turbine
blade
angle
sections
forcing
Prior art date
Application number
RU2016125602A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016125602A (en
Inventor
Сергей Александрович Кобка
Original Assignee
Сергей Александрович Кобка
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Александрович Кобка filed Critical Сергей Александрович Кобка
Priority to RU2016125602A priority Critical patent/RU2660759C1/en
Publication of RU2016125602A publication Critical patent/RU2016125602A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2660759C1 publication Critical patent/RU2660759C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to wind power engineering. Method of forcing a horizontal-axial wind turbine, consisting in the fact that the blade of the forced wind turbine is deduced in the tip part at the supercritical, in the angle of inflow of the air flow, the flow regime by decreasing the angle of relative twist of the sections of the selected blade prototype with the installation along the leading edge of such a slat blade.
EFFECT: invention is aimed at obtaining the maximum possible coefficient of wind energy use.
1 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области техники, использующей энергию воздушного потока, ветра (скоростной напор).The invention relates to the field of technology using the energy of air flow, wind (high-pressure).

Уровень техникиState of the art

Настоящее изобретение описывает метод форсирования горизонтально осевой ветровой турбины и определяет область его применения.The present invention describes a method of forcing a horizontally axial wind turbine and determines its scope.

В данном изобретении в качестве прототипа рассматривается одно-, двух- или трехлопастная (в пределе - без ограничения количества лопастей) горизонтально осевая ветровая турбина, в которой лопасть может иметь угол относительной закрученности сечений в диапазоне от 0° до 90°.In this invention, a one-, two- or three-bladed (in the limit - without limiting the number of blades) horizontally axial wind turbine in which the blade may have a relative twist angle of sections in the range from 0 ° to 90 ° is considered as a prototype.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Согласно общепринятой методике, в настоящее время применяется аэродинамическая модель ветровой турбины, лопасти которой находятся в режиме ламинарного обтекания воздушным потоком (с углами атаки до 5° в каждом их сечении). В данном изобретении рассматривается форсированная горизонтально осевая ветровая турбина, лопасти которой в своей комлевой части находятся в закритической, по углам притекания потока, иначе, в срывной, зоне обтекания. Этот режим достигается путем уменьшения угла относительной закрученности сечений лопасти. Установив по передней кромке комля такой лопасти предкрылок (дефлектор), можно использовать закритический режим обтекания потоком, ламинируя его.According to the generally accepted technique, an aerodynamic model of a wind turbine is currently being used, the blades of which are in the regime of laminar flow around the air stream (with angles of attack of up to 5 ° in each section). The present invention considers a forced horizontal axial wind turbine, the blades of which in their butt part are located in the supercritical, at the angles of the inflow of the flow, otherwise, in the stall, flow around zone. This mode is achieved by reducing the angle of relative twist of the sections of the blade. By installing a slat (deflector) along the leading edge of the butt of such a blade, you can use the supercritical flow regime by laminating it.

Применение метода форсирования горизонтально осевой ветровой турбины позволяет получить дополнительный импульс по направлению ее вращения с целью увеличения крутящего момента. Это допущение можно обосновать, следуя теории лопасти: чем больше отклонение потока за каждым сечением лопасти, тем больше движущая сила ветровой турбины в целом.The application of the method of forcing a horizontally axial wind turbine allows you to get an additional impulse in the direction of its rotation in order to increase the torque. This assumption can be justified by following the theory of the blade: the greater the deviation of the flow behind each section of the blade, the greater the driving force of the wind turbine as a whole.

В пользу метода форсирования ветровых турбин с горизонтальной осью вращения свидетельствует определение из теории Беца-Жуковского - максимальный коэффициент полезного действия ветровой турбины (предел Беца-Жуковского, равный 59,3%), достигается, когда скорость воздушного потока за ветровой турбиной становится в три раза ниже скорости воздушного потока перед ветровой турбиной. Достижению максимального приближения к пределу Беца-Жуковского способствует применение предкрылка (дефлектора): по принципу своего действия он отклоняет (тормозит) ветровой поток за турбиной, более, чем любое из известных устройств, применяемых в прототипе.The method of forcing wind turbines with a horizontal axis of rotation is supported by the determination from the Betz-Zhukovsky theory - the maximum efficiency of a wind turbine (Betz-Zhukovsky limit equal to 59.3%) is achieved when the airflow velocity behind the wind turbine becomes three times lower airflow in front of the wind turbine. The achievement of maximum approximation to the Betz-Zhukovsky limit is facilitated by the use of a slat (deflector): by the principle of its action, it rejects (slows down) the wind flow behind the turbine, more than any of the known devices used in the prototype.

Описание чертежейDescription of drawings

Фиг. 1 Возрастание эффективности ветровой энергетической установки (ВЭУ) посредством применения форсированной ветровой турбины на примере графика «мощность - ветер»

Figure 00000001
:FIG. 1 Increasing the efficiency of a wind power plant (wind turbine) through the use of a forced wind turbine on the example of the graph "power - wind"
Figure 00000001
:

Figure 00000002
- для выбранного прототипа ветровой турбины;
Figure 00000002
- for the selected prototype of a wind turbine;

Figure 00000003
- для форсированной ветровой турбины,
Figure 00000003
- for forced wind turbine,

где:Where:

- V01 - начальная скорость ветра форсированной ветровой турбины;- V 01 - the initial wind speed of the forced wind turbine;

- V02 - начальная скорость ветра прототипа ветровой турбины;- V 02 - the initial wind speed of the prototype of a wind turbine;

- Vном1 - номинальная скорость ветра форсированной ветровой турбины;- V nom1 - nominal wind speed of a forced wind turbine;

- Vном2 - номинальная скорость ветра прототипа ветровой турбины;- V nom2 - nominal wind speed of the prototype of a wind turbine;

- Vi - произвольно выбранная скорость ветра в диапазоне между V02 и Vном1.- V i - randomly selected wind speed in the range between V 02 and V nom1 .

Представлена графическая интерпретация ожидаемого эффекта, состоящего в приросте выходной мощности на величину ΔР в каждый момент времени, по отношению к прототипу. По достижении ВЭУ номинальной выходной мощности Рном вступает в действие программа ограничения угловой скорости вращения ветровой турбины, аналогичная прототипу.A graphical interpretation of the expected effect is presented, consisting in an increase in the output power by ΔР at each moment of time, in relation to the prototype. Upon reaching the wind turbine rated output power R nom , a program for limiting the angular velocity of rotation of the wind turbine enters into force, similar to the prototype.

Фиг. 2 Варианты исполнения лопасти форсированной ветровой турбины, где:FIG. 2 Variants of execution of a forced wind turbine blade, where:

1 - лопасть;1 - blade;

2 - предкрылок;2 - slat;

β - угол относительной закрученности сечений лопасти и предкрылка:β is the angle of relative twist of the sections of the blade and slat:

Figure 00000004
- для лопасти прототипа;
Figure 00000004
- for the prototype blade;

Figure 00000005
- для лопасти форсированной ветровой турбины;
Figure 00000005
- for a forced wind turbine blade;

Figure 00000006
- для предкрылка лопасти форсированной ветровой турбины.
Figure 00000006
- for the slat of the blade of the forced wind turbine.

I - вариант исполнения лопасти форсированной ветровой турбины со скачкообразным переходом по углам относительной закрученности сечений лопасти от комля к перу.I - embodiment of a forced wind turbine blade with a jumplike transition along the angles of relative twist of the blade sections from butt to feather.

II - вариант исполнения лопасти форсированной ветровой турбины с наличием участка интегрированного перехода от комля к перу.II is an embodiment of a forced wind turbine blade with an integrated transition from butt to feather.

Заштрихованный участок - перо лопасти.The shaded area is the feather of the blade.

У форсированной ветровой турбины угол относительной закрученности сечений лопастей β на величину Δβ меньше, чем у прототипа.In a forced wind turbine, the angle of relative torsion of the sections of the blades β by Δβ is less than that of the prototype.

Примечание к фиг. 2: Отношение OX/OL (где ОХ - комлевая часть, обслуживаемая предкрылком, OL - общая длина лопасти) тем больше, чем больше угол относительной закрученности лопасти ветровой турбины выбранного прототипа.Note to FIG. 2: The ratio OX / OL (where OX is the butt portion serviced by the slat, OL is the total length of the blade), the larger the angle of relative curl of the blade of the wind turbine of the selected prototype.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Величина Δβ, на которую следует уменьшить угол относительной закрученности сечений лопасти форсированной горизонтально осевой ветровой турбины, может быть определена расчетным или эмпирическим путем, на основе анализа поляры выбранного аэродинамического профиля, с предкрылком и без него, с тем, чтобы вывести комель лопасти в диапазон закритических углов притекания воздушного потока.The value of Δβ, by which the angle of relative torsion of the blade sections of the forced horizontal axial wind turbine should be reduced, can be determined by calculation or empirically, based on the analysis of the polar of the selected aerodynamic profile, with and without a slat, in order to bring the blade blade into the supercritical range angles of inflow of an air stream.

Лопасть форсированной горизонтально осевой ветровой турбины может быть выполнена в варианте с интегрированным участком перехода от комля к перу, а также в варианте со скачкообразным, по углу относительной закрученности сечений, переходом от комля к перу.The blade of the forced horizontal axial wind turbine can be made in the variant with an integrated section of the transition from the butt to the feather, as well as in the variant with a jump-like transition in the angle of the relative twist of the sections from the butt to the feather.

В частном случае предкрылок может быть установлен по передней кромке лопасти форсированной ветровой турбины по всей ее длине, для упрощения технологии производства или по конструктивной необходимости. В этом случае отношение OX/OL равно 1.In the particular case, the slat can be installed along the leading edge of the blade of the forced wind turbine along its entire length, to simplify production technology or for structural need. In this case, the OX / OL ratio is 1.

Claims (2)

1. Способ форсирования горизонтально-осевой ветровой турбины, отличающийся тем, что лопасть форсированной ветровой турбины выведена в комлевой части на закритический, по углу притекания воздушного потока, режим обтекания путем уменьшения угла относительной закрученности сечений выбранного прототипа лопасти с установкой по передней кромке такой лопасти предкрылка.1. The method of forcing a horizontal-axis wind turbine, characterized in that the forced wind turbine blade is brought out to the supercritical, by the angle of inflow of the air flow, flow mode by reducing the relative torsion angle of the cross-sections of the selected prototype blades with the installation of such a slat blade on the front edge . 2. Способ форсирования горизонтально-осевой ветровой турбины по п. 1, отличающийся тем, что комлевый участок лопасти, выведенный на закритический режим обтекания воздушным потоком, имеет собственный угол относительной закрученности сечений; при этом предкрылок, обслуживающий данный участок лопасти, имеет собственный угол относительной закрученности сечений.2. The method of forcing a horizontal-axis wind turbine according to claim 1, characterized in that the butt portion of the blade, brought to the supercritical mode of flow around the air stream, has its own angle of relative twist of the sections; while the slat serving this section of the blade has its own angle of relative twist of the sections.
RU2016125602A 2016-06-27 2016-06-27 Method of forcing horizontal-axial wind turbine RU2660759C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016125602A RU2660759C1 (en) 2016-06-27 2016-06-27 Method of forcing horizontal-axial wind turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016125602A RU2660759C1 (en) 2016-06-27 2016-06-27 Method of forcing horizontal-axial wind turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016125602A RU2016125602A (en) 2018-01-09
RU2660759C1 true RU2660759C1 (en) 2018-07-09

Family

ID=60965141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016125602A RU2660759C1 (en) 2016-06-27 2016-06-27 Method of forcing horizontal-axial wind turbine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2660759C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1295032B1 (en) * 2000-06-28 2006-12-13 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Blade of a wind turbine
RU2333382C1 (en) * 2006-12-29 2008-09-10 Наталья Михайловна Комарова Magnus effect amplification technique
EP2383465A1 (en) * 2010-04-27 2011-11-02 Lm Glasfiber A/S Wind turbine blade provided with a slat assembly
EP2757258A1 (en) * 2011-09-15 2014-07-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Wind power generator
US8899921B2 (en) * 2010-10-08 2014-12-02 Earl McCune Wind turbine having flow-aligned blades
RU2536442C2 (en) * 2012-12-12 2014-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Аэростарт" Air propeller of wind-driven power plants with adaptive blades

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1295032B1 (en) * 2000-06-28 2006-12-13 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Blade of a wind turbine
RU2333382C1 (en) * 2006-12-29 2008-09-10 Наталья Михайловна Комарова Magnus effect amplification technique
EP2383465A1 (en) * 2010-04-27 2011-11-02 Lm Glasfiber A/S Wind turbine blade provided with a slat assembly
US8899921B2 (en) * 2010-10-08 2014-12-02 Earl McCune Wind turbine having flow-aligned blades
EP2757258A1 (en) * 2011-09-15 2014-07-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Wind power generator
RU2536442C2 (en) * 2012-12-12 2014-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Аэростарт" Air propeller of wind-driven power plants with adaptive blades

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016125602A (en) 2018-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8777580B2 (en) Secondary airfoil mounted on stall fence on wind turbine blade
US6887031B1 (en) Habitat friendly, pressure conversion, wind energy extraction
EP2699796B1 (en) Diffuser augmented wind turbines
US9581132B2 (en) Wind turbine having flow-aligned blades
EP2957766B1 (en) Pressure side stall strip for wind turbine blade
US10690112B2 (en) Fluid turbine rotor blade with winglet design
US20110211966A1 (en) Wind power generation system
WO2010133649A3 (en) A wind turbine and a blade for a wind turbine
US20150300183A1 (en) Fluid Turbine With Turbine Shroud And Ejector Shroud Coupled With High Thrust-Coefficient Rotor
NZ567673A (en) Rotor for a low speed wind turbine
US20140169937A1 (en) Mixer-ejector turbine with annular airfoils
WO2015171349A1 (en) Soiling shield for wind turbine blade
WO2015024895A1 (en) Wind turbine blade
CA3031326A1 (en) System and method for improving efficiency of turbine airfoils
RU2660759C1 (en) Method of forcing horizontal-axial wind turbine
WO2017026894A1 (en) Wind turbine
RU2331781C2 (en) Method of producing reverse-thrust turbine engine
RU2460901C1 (en) Air propeller of wind-driven power plant with blades of variable geometry
CA2628855A1 (en) Vertical multiple blade turbine
US11773819B2 (en) Rotor blade for a wind turbine
WO2015145723A1 (en) Wind turbine blade and wind power generator provided with same
Schmidt et al. Design of a passive-adaptive slat for a rotor blade of a horizontal-axis wind turbine
RU2376202C2 (en) Rotor blade