RU2688095C1 - Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения - Google Patents
Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688095C1 RU2688095C1 RU2018120025A RU2018120025A RU2688095C1 RU 2688095 C1 RU2688095 C1 RU 2688095C1 RU 2018120025 A RU2018120025 A RU 2018120025A RU 2018120025 A RU2018120025 A RU 2018120025A RU 2688095 C1 RU2688095 C1 RU 2688095C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- wind
- working
- flat
- rotation
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
- F03D3/0409—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels surrounding the rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/06—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения содержит направляющий аппарат и вращающийся рабочий аппарат. Направляющий аппарат состоит из четырех стационарно закрепленных плоских лопастей, расположенных под прямым углом к рабочим поверхностям лопаток, закрепленных между верхним и нижним квадратными основаниями направляющего аппарата, четырех плоских поворотных в шарнирах лопастей, четырех опор, расположенных по углам направляющего аппарата, и крышки с подшипником. Вращающийся рабочий аппарат состоит из восьми лопаток с плоской рабочей поверхностью, радиальной относительно оси вращения, и обратной стороной под углом 45° к рабочей поверхности, закрепленных между верхней и нижней частями вращающегося рабочего аппарата, в верхней части которого - полуось в подшипнике, в нижней - отверстие для насадки на вал потребителя механической энергии, установленные на раме. Изобретение направлено на получение большого диапазона мощностей при занимаемых небольших площадях. 1 ил.
Description
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветряным двигателям с вертикальной осью вращения, предназначенным для преобразования энергии ветра в механическую для устройств, не требующих постоянного обязательного воздействия.
Известны два типа ветряных двигателей - с горизонтальной и с вертикальной осями вращения.
В данное время для получения электроэнергии, в основном, используются ветродвигатели с горизонтальной осью вращения. Диапазон мощностей у них большой. Но имеется ряд недостатков: для получения большой мощности установок требуется изготовление крупногабаритных деталей: лопастей, флюгерной системы, мачт; использование больших площадей при изготовлении, монтажных работах и эксплуатации; отсутствие регулирования потока воздуха; шум при работе.
Ветряные двигатели с вертикальной осью вращения при наличии ряда преимуществ (не зависимость от направления ветра, бесшумная работа, размещение на меньших площадях) используются редко из-за отсутствия лучшей конструкции. Считается, что они более материалоемки.
Из ветряных двигателей с вертикальной осью вращения наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является вертикально-осевая ветровая и гидравлическая турбина с регулированием потока, содержащая правильную шестиугольную структуру радиуса, в форме параллелепипеда, ротор, размещенный внутри правильной шестиугольной структуры и обеспечивающий впуск или выпуск воздуха или жидкости и содержащий три или более лопаток, вращающихся на вертикальной оси ротора, которая расположена в центре правильной шестиугольной структуры, и шесть шарнирно закрепленных направляющих лопастей, которые захватывают и концентрируют поток воздуха или жидкости, поступающий на лопатки ротора, со стороны входа потока ветра или жидкости в турбину, и рассеивают поток воздуха или жидкости, сходящий с лопаток ротора, на стороне, противоположной стороне входа ветра или жидкости в турбину, причем каждая из шарнирно закрепленных направляющих лопастей содержит неподвижную часть и подвижную часть (см. патент RU 2645187, опубл. 16.02.2018). В этой конструкции имеется регулируемый направляющий аппарат, размещенный на шестиугольной структуре, и ротор с лопатками. Но отсутствуют верхнее и нижнее основания направляющего аппарата, и у ротора нет верхней и нижней частей, создающих замкнутый конус.
Недостатками данной конструкции являются:
- отсутствие на направляющем аппарате и в роторе замкнутого конуса, часть воздуха собранного в направляющем аппарате будет уходить вверх и вниз, снижая возможности использования его потока;
- лопатки располагаются близко к оси ротора, крутящий момент и мощность будут слабыми; если не прикрывать подвижную часть направляющих лопастей, скорость вращения будет очень большая, прикрытие ее создает уменьшение мощности;
- направляющий аппарат и лопатки имеют сложный аэродинамический профиль, трудоемкость и материалоемкость при изготовлении будет большая.
Также известен ветродвигатель карусельного типа, имеющий ветроколесо с вертикальной осью вращения и корпус, в котором размещено ветроколесо, отличающийся тем, что корпус снабжен конфузором и направляющим аппаратом с установленными в нем жалюзи, а также кольцевыми опорами, на которые опираются концы лопастей и их средние участки (см. патент RU 2432493, опубл. 27.10.2011). Воздух в этой конструкции тоже собирается в направляющем аппарате (конфузоре), сжимается и подается на рабочий аппарат. Жалюзи регулируют подачу воздуха.
Недостатками данной конструкции являются:
- при изготовлении ветродвигателей больших мощностей, конфузор вместе с корпусом будут крупными и тяжелыми, для поворота потребуется дополнительный привод;
- при частом изменении направления ветра, необходимо постоянно поворачивать конфузор для обеспечения забора воздуха;
- сложность изготовления и монтажа.
Целью предлагаемого изобретения является создание лучшей конструкции ветряного двигателя из всех имеющихся, обеспечивающей более эффективную, надежную работу установки при изменяющихся скоростях и направлениях ветра, простоту и экономичность изготовления, монтажа и эксплуатации; возможность получения большого диапазона мощностей при занимаемых небольших площадях для промышленного и частного использования.
Для достижения этих целей в конструкции ветряной регулируемой установки с вертикальной осью вращения, направляющий аппарат состоит из четырех стационарно закрепленных лопастей между квадратными верхним и нижним его основаниями, и четырех поворотных в шарнирах лопастей, образующих конусы. Верхнее основание направляющего аппарата держится по углам на четырех опорах и стационарно закрепленных лопастях. Стационарно закрепленные лопасти равны 0,5 диаметра рабочего аппарата плоские перпендикулярно осевым линиям и плоской рабочей поверхности восьми рабочих лопаток, расположенных радиально относительно оси вращения между верхней и нижней частями рабочего аппарата. Обратная сторона рабочих лопаток плоская под углом 45° к рабочей поверхности. В верхней части рабочего аппарата полуось в подшипнике, в нижней - отверстие для насадки на вал потребителя механической энергии.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с известными конструкциями ветродвигателей свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:
Признак «… регулируемый направляющий аппарат состоит из четырех стационарно закрепленных лопастей между квадратными верхним и нижним его основаниями, и четырех поворотных в шарнирах лопастей, образующих конусы …» позволяет направляющему аппарату выполнять забор воздуха со всех сторон без поворотов установки, сжатие, направление, регулирование подачи воздуха на рабочие поверхности восьми лопаток ротора, при средней скорости ветра 4-5 м/сек. и полном открытии поворотных лопастей вырабатывать максимальную мощность; при увеличении скорости ветра - прикрывать поворотные лопасти для сохранения необходимой скорости вращения ротора и максимальной мощности установки; при полном закрытии поворотных лопастей - останавливать работу ветряной регулируемой установки.
Признак «… стационарно закрепленные лопасти равны 0,5 диаметра рабочего аппарата плоские перпендикулярно осевым линиям и плоской рабочей поверхности восьми рабочих лопаток, расположенных радиально относительно оси вращения между верхней и нижней частями рабочего аппарата …» обеспечивает защиту от воздействия потока воздуха на обратную сторону лопаток; подачу сжатого воздуха на их рабочую поверхность под прямым углом без завихрения и торможения вращающегося рабочего аппарата, создавая максимальное давление на них и более эффективное использование силы ветра.
Признак «… обратная сторона рабочих лопаток плоская под углом 45° к рабочей поверхности …» обеспечивает обтекаемость при выводе воздуха и жесткость конструкции.
Признак «… в верхней части рабочего аппарата полуось в подшипнике, в нижней -отверстие для насадки на вал потребителя механической энергии …» обеспечивает экономию затрат за счет использования только одного подшипника и исключения муфтового соединения.
Сущность изобретения поясняется на примере реализации ветряной регулируемой установки с вертикальной осью вращения совместно с генератором в прилагаемом чертеже.
Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения состоит из генератора 1 с рабочим аппаратом (ротором) 3 и направляющего аппарата 5 (статора), расположенных на раме 4. В рабочий аппарат 3 входят восемь рабочих лопаток 6, выполненных из листового материала, закрепленных между нижней 7 и верхней 8 частями ротора 3, в нижней части 7 которого, отверстие для насадки на вал 2 генератора 1 или другого потребителя механической энергии, в верхней части 8 ротора 3 - полуось 9 в подшипнике 10. В направляющий аппарат 5 входят четыре плоских стационарно закрепленных лопасти 15, расположенных перпендикулярно осевым линиям и плоской рабочей поверхности рабочих лопаток 6, четыре плоских поворотных лопасти 17, шарнирные соединения 16, квадратные верхнее 12 и нижнее 13 основания статора 5, четыре опоры 14, расположенные по углам статора 5, крышка статора 11 с подшипником 10.
Устройство работает следующим образом.
При скорости ветра до 5 м/сек. поворотные лопасти 17 полностью открыты, поток воздуха, проходя через них и стационарно закрепленные лопасти 15, сжимается в конусе и подается под прямым углом к рабочей поверхности лопаток 6, создавая давление на них, придает ротору 3 вращательное движение, обтекаемой обратной стороной рабочих лопаток 6 вытесняется через направляющий аппарат 5 с противоположной стороны от потока ветра. Подача воздуха на рабочие поверхности лопаток 6 под углом 90° создает максимальные давление и крутящий момент, обеспечивая более эффективное использование силы ветра. Для работы электрических генераторов, насосов и прочих устройств требуются определенные диапазоны скоростей вращения. Существующие ветряные двигатели, в основном, обеспечивают полную мощность при скорости ветра 10-11 м/сек. Так как такие скорости бывают очень редко, использование их получается малоэффективным. Конструкция заявленной ветряной регулируемой установки рассчитывается под выработку максимальной мощности при средних скоростях ветра с полностью открытыми поворотными лопастями 17. В этом случае даже самый слабый ветер до 1 м/сек. будет вращать ротор 3 и передавать энергию генератору 1 или другому устройству. При скорости ветра более 5 м/сек. поворотные лопасти 17 прикрываются со стороны потока воздуха на определенный угол, отсекают лишний, обеспечивая необходимую скорость вращения ротора и максимальную мощность. Для остановки ветряной регулируемой установки поворотные лопасти 17 полностью закрываются.
Данная конструкция превосходит конструкции имеющихся ветряных двигателей, позволяет изготавливать основную часть ветряной регулируемой установки из тонкого листового материала (для обеспечения меньшей материалоемкости и веса) на небольших площадях, производить многоярусную сборку из отдельных элементов болтовыми соединениями на месте эксплуатации, увеличивать мощность установок за счет изменения высоты с незначительным увеличением занимаемой площади, размещать несколько ветряных регулируемых установок с минимальными промежуточными между ними расстояниями, обеспечивает более эффективное использование силы ветра, надежную работу при изменяющихся скоростях и направлениях ветра, простоту и экономичность изготовления, а так же эксплуатации, возможность получения большого диапазона мощностей при занимаемых небольших площадях для промышленного и частного использования.
Claims (1)
- Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения, содержащая направляющий аппарат и вращающийся рабочий аппарат, отличающаяся тем, что направляющий аппарат состоит из четырех стационарно закрепленных плоских лопастей, расположенных под прямым углом к рабочим поверхностям лопаток, закрепленных между верхним и нижним квадратными основаниями направляющего аппарата, четырех плоских поворотных в шарнирах лопастей, четырех опор, расположенных по углам направляющего аппарата, и крышки с подшипником, вращающийся рабочий аппарат состоит из восьми лопаток с плоской рабочей поверхностью, радиальной относительно оси вращения, и обратной стороной под углом 45° к рабочей поверхности, закрепленных между верхней и нижней частями вращающегося рабочего аппарата, в верхней части которого - полуось в подшипнике, в нижней - отверстие для насадки на вал потребителя механической энергии, установленные на раме.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120025A RU2688095C1 (ru) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120025A RU2688095C1 (ru) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2688095C1 true RU2688095C1 (ru) | 2019-05-17 |
Family
ID=66579088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018120025A RU2688095C1 (ru) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2688095C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2768140C1 (ru) * | 2021-05-11 | 2022-03-23 | Виолен Макарович Любченко | Способ управления ветрогенератором |
| GB2608101A (en) * | 2021-05-28 | 2022-12-28 | Airde Pte Ltd | Improvements in wind turbines |
| RU2789140C2 (ru) * | 2021-06-24 | 2023-01-30 | Юлий Борисович Соколовский | Концентратор воздушного потока |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3986786A (en) * | 1974-06-28 | 1976-10-19 | Sellman Donald L | Wind motors |
| SU1721285A1 (ru) * | 1989-06-20 | 1992-03-23 | В.А.Захаров и А.В.Захаров | Ветродвигатель |
| RU2362906C1 (ru) * | 2008-01-18 | 2009-07-27 | Иван Давыдович Востропятов | Роторная ветроэлектростанция |
| WO2010050888A1 (en) * | 2008-10-30 | 2010-05-06 | Ahlström Engström Vind Handelsbolag | Vertical axis wind turbine generator |
| RU167270U1 (ru) * | 2015-10-15 | 2016-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Проминтел" | Ветроэнергетический агрегат |
| EP3019742B1 (en) * | 2013-07-12 | 2017-06-21 | Treecube S.r.l. | Vertical axis wind turbine |
| RU2626265C1 (ru) * | 2016-05-27 | 2017-07-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Ветродвигатель |
| US20180135599A1 (en) * | 2016-08-14 | 2018-05-17 | Cbc, Llc | Wind turbine |
-
2018
- 2018-05-30 RU RU2018120025A patent/RU2688095C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3986786A (en) * | 1974-06-28 | 1976-10-19 | Sellman Donald L | Wind motors |
| SU1721285A1 (ru) * | 1989-06-20 | 1992-03-23 | В.А.Захаров и А.В.Захаров | Ветродвигатель |
| RU2362906C1 (ru) * | 2008-01-18 | 2009-07-27 | Иван Давыдович Востропятов | Роторная ветроэлектростанция |
| WO2010050888A1 (en) * | 2008-10-30 | 2010-05-06 | Ahlström Engström Vind Handelsbolag | Vertical axis wind turbine generator |
| EP3019742B1 (en) * | 2013-07-12 | 2017-06-21 | Treecube S.r.l. | Vertical axis wind turbine |
| RU167270U1 (ru) * | 2015-10-15 | 2016-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Проминтел" | Ветроэнергетический агрегат |
| RU2626265C1 (ru) * | 2016-05-27 | 2017-07-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Ветродвигатель |
| US20180135599A1 (en) * | 2016-08-14 | 2018-05-17 | Cbc, Llc | Wind turbine |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2768140C1 (ru) * | 2021-05-11 | 2022-03-23 | Виолен Макарович Любченко | Способ управления ветрогенератором |
| GB2608101A (en) * | 2021-05-28 | 2022-12-28 | Airde Pte Ltd | Improvements in wind turbines |
| RU2789140C2 (ru) * | 2021-06-24 | 2023-01-30 | Юлий Борисович Соколовский | Концентратор воздушного потока |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8232664B2 (en) | Vertical axis wind turbine | |
| AU2005216113B2 (en) | Wind energy conversion system | |
| US20090015015A1 (en) | Linear power station | |
| US20140356163A1 (en) | Turbomachine | |
| KR101849052B1 (ko) | 방향키 풍력을 이용한 환풍기와 무동력 선풍기 발전 시스템 | |
| WO2006123951A1 (en) | A wind turbine | |
| KR101924375B1 (ko) | 수직형 풍력발전기 | |
| CA2978494C (en) | Wind turbine suitable for mounting without a wind turbine tower | |
| RU2688095C1 (ru) | Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения | |
| CN201943888U (zh) | 一种风帆式发电机 | |
| US20100111668A1 (en) | Ultra high power density wind turbine system | |
| US9441608B2 (en) | Wind turbine | |
| RU2383775C1 (ru) | Роторная ветроустановка | |
| CN202187867U (zh) | 对开叶片垂直轴风力发电机 | |
| WO2014174327A2 (en) | Turbine with moving-self adjusting blades for conversion of the kinetic energy of fluids to mechanical-rotational and electric | |
| RU2623637C2 (ru) | Ветротепловой преобразователь-накопитель | |
| GB2378225A (en) | Vertical axis turbine in building | |
| KR20110079794A (ko) | 수평바람을 수직기류로 바꾸는 집풍관 이용 풍력발전장치 | |
| RU2249722C1 (ru) | Роторная ветроэлектростанция | |
| RU79622U1 (ru) | Ветроэнергоустановка | |
| CN204921259U (zh) | 一种风力发电装置 | |
| RU2697245C2 (ru) | Ветроэлектростанция | |
| CN102691624A (zh) | 多级垂直叶片风力发电机 | |
| RU193554U1 (ru) | Модуль выработки электроэнергии | |
| CN221032935U (zh) | 一种带有文丘里效应的垂直轴微风发电风力装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200531 |