RU2787430C1 - Wind turbine with vertical axis of rotor rotation - Google Patents
Wind turbine with vertical axis of rotor rotation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787430C1 RU2787430C1 RU2022115847A RU2022115847A RU2787430C1 RU 2787430 C1 RU2787430 C1 RU 2787430C1 RU 2022115847 A RU2022115847 A RU 2022115847A RU 2022115847 A RU2022115847 A RU 2022115847A RU 2787430 C1 RU2787430 C1 RU 2787430C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- blades
- stator
- wind turbine
- rotor housing
- Prior art date
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001174 ascending Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000001154 acute Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000036633 rest Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветряным двигателям с вертикальной осью вращения ротора по отношению к горизонту, и может быть использовано для преобразования энергии потока воздуха во вращательное движение, передаваемое на электрогенератор, насос или другой вращающийся механизм.The invention relates to wind energy, namely to wind turbines with a vertical axis of rotation of the rotor relative to the horizon, and can be used to convert the energy of the air flow into rotational motion transmitted to an electric generator, pump or other rotating mechanism.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
Известна ветротурбина, содержащая ротор, размещенный вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженный лопатками [патент DE 3636248, МКИ F03D 9/00, опубл. 05.05.1988 г.]. В известной установке ветротурбина установлена в трубе и работает в восходящем потоке воздуха, используя эффект самотяги.Known wind turbine containing a rotor placed vertically for rotation inside the housing and equipped with blades [patent DE 3636248, MKI F03D 9/00, publ. May 5, 1988]. In a known installation, the wind turbine is installed in a pipe and operates in an upward air flow, using the effect of gravity.
Известная ветротурбинная установка [патент RU 2286477, F03D 1/02, опубл.27.10.2006] содержит ротор, размещенный внутри неподвижного корпуса (статора) с возможностью вращения в нем. Ротор состоит из вала, на котором установлены вертикально по окружности на заданном расстоянии от центра турбинные лопатки радиального типа, которые соединяются с валом ротора посредством кронштейнов (крестовин). Статор выполнен в виде направляющего аппарата, состоящего из вертикально расположенных направляющих лопастей, которые установлены под острым углом внешней кромке турбинных лопаток радиального типа, которые образуют внешние ветровые проточные каналы, расположенные по касательной к внутренней окружности установки. Нижняя часть ротора выполнена в виде осевой турбины. На валу установлены рабочие лопатки осевого типа, которые предназначены для работы в потоке воздуха, выходящем из направляющих лопаток. Дополнительные направляющие лопатки установлены в нижней части корпуса и расположены радиально внутри обечайки. Нижний конец ротора оперт на обтекатель, который жестко скреплен с концами лопаток направляющего аппарата. Верхняя часть обечайки скреплена с корпусом, а нижняя - укреплена на верхней части полого корпуса (трубе самотяги), на котором установлен конфузор. В нижней части полого корпуса выполнены воздухоподводящие окна.Known wind turbine [patent RU 2286477, F03D 1/02, publ.27.10.2006] contains a rotor placed inside a fixed housing (stator) with the possibility of rotation in it. The rotor consists of a shaft on which radial-type turbine blades are installed vertically around the circumference at a given distance from the center, which are connected to the rotor shaft by means of brackets (crosses). The stator is made in the form of a guide apparatus, consisting of vertically arranged guide vanes, which are installed at an acute angle to the outer edge of the radial-type turbine blades, which form external wind flow channels located tangentially to the inner circumference of the installation. The lower part of the rotor is made in the form of an axial turbine. The shaft is equipped with axial-type working blades, which are designed to work in the air flow coming out of the guide vanes. Additional guide vanes are installed in the lower part of the housing and are located radially inside the shell. The lower end of the rotor rests on the fairing, which is rigidly attached to the ends of the guide vane blades. The upper part of the shell is fastened to the body, and the lower part is fixed on the upper part of the hollow body (self-pull pipe), on which the confuser is installed. Air supply windows are made in the lower part of the hollow body.
Ветротурбинная установка по патенту RU 2286477, 2006 г. при работе использует энергию горизонтальных потоков ветра, а также энергию восходящих потоков, возникающих в полом корпусе с конфузором. Однако в конструкции восходящие потоки воздуха не подхватываются горизонтальными, а частично перекрывают их и тормозят. Хаотичное неуправляемое смешивание двух практически перпендикулярных потоков приводит к образованию значительной неуправляемой турбулентности в верхней зоне, а, следовательно, к снижению эффективности установки. Это «противодействие» тем больше, чем больше напор ветровых горизонтальных потоков.The wind turbine plant according to patent RU 2286477, 2006 uses the energy of horizontal wind currents, as well as the energy of ascending currents that occur in a hollow body with a confuser. However, in the design, ascending air flows are not picked up by horizontal ones, but partially block them and slow them down. The chaotic uncontrolled mixing of two almost perpendicular flows leads to the formation of significant uncontrolled turbulence in the upper zone, and, consequently, to a decrease in the efficiency of the installation. This "opposition" is the greater, the greater the pressure of wind horizontal flows.
Повышение эффективности работы ветротурбины достигается в ветротурбинной установке [патент RU 2488019, F03D 3/06, F03D 3/04, опубл. 20.07.2013], которая имеет в своем составе статор с верхним и нижним основаниями, соединенными между собой вертикальными направляющими лопастями, ориентированными внутрь. В статоре размещен ротор, снабженный продольными лопатками. Корпус ротора выполнен в виде полого, сужающегося вверх, конуса. Лопатки ротора установлены на его наружной поверхности и ориентированы под углом к оси симметрии ротора. Во внутренней полости ротора установлены пластинчатые крестовины, соединяющие ротор с верхней и нижней полуосями вращения. Нижнее основание статора выполнено с обеспечением возможности поступления воздуха внутрь ротора. Верхнее основание статора имеет коническую часть, направленную и сужающуюся в сторону нижнего основания, и имеет осевое отверстие, диаметр которого больше, чем верхний диаметр конуса ротора, с образованием кольцевого зазора между ними. На верхней полуоси ротора, выходящей внутрь конической части верхнего основания статора, установлена дополнительная крыльчатка. Нижняя полуось ротора установлена на нижнем основании статора. Верхняя полуось соединена с верхним основанием при помощи радиальных ребер, установленных внутри конической части верхнего основания. На нижнем основании установлен нижний конфузор с закрепленными на нем лопатками.Improving the efficiency of the wind turbine is achieved in the wind turbine [patent RU 2488019, F03D 3/06, F03D 3/04, publ. 07/20/2013], which incorporates a stator with upper and lower bases interconnected by vertical guide vanes oriented inward. The stator contains a rotor equipped with longitudinal blades. The rotor housing is made in the form of a hollow cone tapering upwards. The rotor blades are mounted on its outer surface and are oriented at an angle to the rotor symmetry axis. Lamellar crosses are installed in the internal cavity of the rotor, connecting the rotor with the upper and lower semi-axes of rotation. The lower base of the stator is designed to allow air to enter the rotor. The upper base of the stator has a conical part directed and tapering towards the lower base, and has an axial hole, the diameter of which is greater than the upper diameter of the rotor cone, with the formation of an annular gap between them. An additional impeller is installed on the upper semi-axis of the rotor, which goes inside the conical part of the upper base of the stator. The lower semi-axis of the rotor is mounted on the lower base of the stator. The upper axle shaft is connected to the upper base by means of radial ribs installed inside the conical part of the upper base. On the lower base there is a lower confuser with blades fixed on it.
Ветротурбинная установка по патенту RU 2488019, 2013 г. обладает следующими недостатками, снижающими эффективность её работы.The wind turbine plant according to patent RU 2488019, 2013 has the following disadvantages that reduce the efficiency of its operation.
Коническая часть верхнего основания статора мешает работе всей конструкции, экранируя зону разрежения, создаваемую под верхней крыльчаткой от наружных лопастей ротора. Небольшой диаметр верхней крыльчатки уменьшает скорость восходящего потока. Также конструкция не защищена от атмосферных осадков.The conical part of the upper base of the stator interferes with the operation of the entire structure, shielding the rarefaction zone created under the upper impeller from the outer rotor blades. The small diameter of the upper impeller reduces the speed of the upward flow. Also, the design is not protected from precipitation.
В основу изобретения поставлена задача повышения эффективности работы ветротурбины с вертикальной осью вращения ротора при неизменных геометрических размерах.The invention is based on the task of increasing the efficiency of a wind turbine with a vertical axis of rotation of the rotor with unchanged geometric dimensions.
Технический результат заключается в увеличении мощности ветротурбины за счет создания движения увеличенного потока воздуха внутрь ветротурбины.The technical result consists in increasing the power of the wind turbine by creating the movement of an increased air flow inside the wind turbine.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Поставленная задача решается тем, что в ветротурбине с вертикальной осью вращения ротора, имеющей в своем составе статор с нижним и верхним основаниями, соединенными между собой вертикальными направляющими лопастями статора, корпус ротора, выполненный в виде полого, сужающегося вверх, усеченного конуса, лопатки ротора, установленные на наружной поверхности корпуса ротора, верхнюю и нижнюю полуоси вращения ротора, установленные в верхней и нижней опорах, соответственно, верхнюю крестовину, верхнюю крыльчатку, нижний конфузор с лопатками, согласно изобретению, верхняя крыльчатка закреплена внутри верхней части корпуса ротора, над статором установлен диффузор, который выполнен в виде двух разнесенных двояковыпуклых дисков, нижний диск диффузора жестко связан с верхним диском диффузора и является верхним основанием статора, лопасти статора выполнены с криволинейной поверхностью и ориентированы наружу, корпус ротора выполнен с криволинейной поверхностью и в верхней части закреплен к верхней полуоси вращения ротора с помощью лопаток верхней крыльчатки, верхняя опора закреплена на верхнем основании с помощью верхней крестовины, внутри нижней части корпуса ротора установлена нижняя крыльчатка, с помощью лопаток которой корпус ротора соединен с нижней полуосью вращения ротора, нижняя опора которой закреплена в вершине конфузора, в полости нижнего диска диффузора дополнительно установлен вентилятор ротора, лопатки которого огибают верхнюю часть наружной поверхности корпуса ротора, при этом шаг лопаток верхней крыльчатки выбирают больше шага лопаток вентилятора.The problem is solved by the fact that in a wind turbine with a vertical axis of rotation of the rotor, which has a stator with lower and upper bases interconnected by vertical guide stator blades, the rotor housing is made in the form of a hollow, tapering upwards, truncated cone, rotor blades, mounted on the outer surface of the rotor housing, the upper and lower semiaxes of rotation of the rotor, installed in the upper and lower supports, respectively, the upper cross, the upper impeller, the lower confuser with blades, according to the invention, the upper impeller is fixed inside the upper part of the rotor housing, a diffuser is installed above the stator , which is made in the form of two spaced biconvex disks, the lower diffuser disk is rigidly connected to the upper diffuser disk and is the upper base of the stator, the stator blades are made with a curved surface and are oriented outward, the rotor housing is made with a curved surface and in the upper part is fixed to the upper semi-axis of rotation of the rotor with the help of the blades of the upper impeller, the upper support is fixed on the upper base with the help of the upper cross, inside the lower part of the rotor housing there is a lower impeller, with the help of the blades of which the rotor housing is connected to the lower semi-axis of rotation of the rotor, the lower support of which is fixed in the top of the confuser, in the cavity of the lower disc of the diffuser, a rotor fan is additionally installed, the blades of which go around the upper part of the outer surface of the rotor housing, while the pitch of the blades of the upper impeller is chosen more than the pitch of the fan blades.
Предпочтительным является выполнение поверхности корпуса ротора и лопаток ротора по гиперболической зависимости.It is preferable to perform the surface of the rotor housing and rotor blades according to hyperbolic dependence.
Кроме того, лопасти статора выполнены с возможностью изменения угла наклона относительно вертикальной оси статора.In addition, the stator blades are made with the possibility of changing the angle of inclination relative to the vertical axis of the stator.
Увеличение мощности ветротурбины достигается тем, что внутри и снаружи ротора организуется восходящий вихревой поток, перенаправляющий внутри установки горизонтальные ветровые потоки, а том числе находящиеся в области ветровой тени, в вертикальный поток с эффектом закручивания.An increase in wind turbine power is achieved by organizing an ascending vortex flow inside and outside the rotor, redirecting horizontal wind flows inside the installation, including those in the wind shadow area, into a vertical flow with a swirling effect.
Лучшие варианты осуществления изобретенияBest Modes for Carrying Out the Invention
Изобретение поясняется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:
Фиг. 1 изображает продольное осевое сечение (А-А на Фиг. 3);Fig. 1 shows a longitudinal axial section (A-A in Fig. 3);
Фиг. 2 изображает фронтальный вид;Fig. 2 is a frontal view;
Фиг. 3 изображает вид сверху;Fig. 3 is a top view;
Фиг. 4 изображает поперечное сечение (В-В на Фиг. 2);Fig. 4 shows a cross section (b-b in Fig. 2);
Фиг. 5 изображает поперечное сечение (С-С на Фиг. 2).Fig. 5 shows a cross section (CC in FIG. 2).
Ветротурбина с вертикальной осью вращения ротора содержит неподвижный статор 1 с нижним основанием 2 и с верхним основанием 3. Основания 2, 3 соединены между собой вертикальными направляющими лопастями 4 статора, ориентированными наружу, и выполненными с возможностью поворота на оси 5. Ротор 6 размещен внутри статора 1 и имеет общую с ним ось симметрии. Корпус 7 ротора выполнен в виде полого, сужающегося вверх, конуса с криволинейной поверхностью. Предпочтительным является выполнение поверхности корпуса ротора по гиперболической зависимости.A wind turbine with a vertical axis of rotation of the rotor contains a fixed stator 1 with a
На наружной поверхности корпуса 7 ротора установлены продольные лопатки 8, которые выполнены в виде ребер криволинейной формы. Лопатки 8 ориентированы под углом к оси симметрии ротора. Предпочтительным является выполнение поверхности лопаток ротора по гиперболической зависимости.On the outer surface of the
Над статором 1 установлен диффузор 9, выполненный в виде двух разнесенных двояковыпуклых дисков, нижний диск 10 которого жестко связан с верхним диском 11 диффузора и является верхним основанием 2 статора. Соединение дисков диффузора может быть выполнено, например, с помощью шпилек 12. Расстояние между дисками диффузора выбирают из условия обеспечения разряжения воздуха над верхней крыльчаткой ротора.A
Внутри корпуса 7 ротора закреплены верхняя и нижняя крыльчатки 13 и 14 ротора. С помощью лопаток 15 верхней крыльчатки ротор 6 в верхней части закреплен к верхней полуоси 16 вращения ротора, верхняя опора 17 которой закреплена на верхнем основании 2 с помощью верхней крестовины 18. С нижней полуосью вращения 19 ротор 6 скреплен с помощью лопаток 20 нижней крыльчатки 14 ротора. Нижняя опора 21 ротора закреплена в вершине конфузора 22, который снабжен лопатками 23.Inside the
В полости 24 нижнего диска 10 диффузора дополнительно установлен вентилятор 25 ротора, лопатки 26 которого огибают верхнюю часть наружной поверхности корпуса 7 ротора.In the
Шаг лопаток верхней крыльчатки 13 выбирают большим, чем шаг лопаток вентилятора 25 для выравнивания скоростей потоков внутри и снаружи корпуса ротора ввиду разных угловых скоростей лопаток в центре ротора и на его периферии.The pitch of the blades of the
Передача вращательного движения ротора, например, на электрогенератор или насос, обеспечивается через нижнюю полуось.The transmission of the rotational motion of the rotor, for example, to an electric generator or a pump, is provided through the lower axle shaft.
Ветротурбина с вертикальной осью вращения ротора работает следующим образом.Wind turbine with a vertical axis of rotation of the rotor operates as follows.
Горизонтальный поток воздуха попадает на лопасти 4 статора. Часть потока, попадающая на наружные части лопастей статора, отклоняется лопатками наружу в обход ротора 6. Другая часть потока воздуха попадает на внутренние поверхности лопастей 4 статора, ускоряется на них и воздействует на лопатки 8 ротора. При этом за счет криволинейной формы поверхности лопаток ротора формируется восходящий поток по наружной поверхности ротора одновременно с созданием крутящего момента всей конструкции ротора. Этот наружный восходящий поток воздействует на лопатки вентилятора 25 ротора, создавая дополнительный крутящий момент ротора.The horizontal air flow enters the
В области основания 2 статора за счет возникающего уменьшения давления поток воздуха снизу поступает в конфузор 22, где происходит увеличение вертикальной скорости потока воздуха, его завихрение за счет криволинейной формы лопаток 23 конфузора и формирование восходящего потока внутрь корпуса 7 ротора. Внутренний поток воздуха последовательно попадает на нижнюю крыльчатку 14 и затем на верхнюю крыльчатку 13, увеличивая крутящий момент ротора.In the region of the
Таким образом, в конструкции реализуются два вихревых восходящих потока один - на наружной поверхности ротора, другой - внутри него. Один вихрь подхватывает и дополнительно подкручивает второй. Это приводит к увеличению крутящего момента ветротурбины в целом. В создании и поэтапном усилении вихревых потоков внутри корпуса ротора участвует ряд последовательно установленных лопастей конфузора, верхней и нижней крыльчаток, что позволяет постепенно наращивать эффект увеличения крутящего момента ротора.Thus, two vortex ascending flows are realized in the design, one - on the outer surface of the rotor, the other - inside it. One vortex picks up and additionally twists the second. This leads to an increase in the torque of the wind turbine as a whole. A number of successively installed confuser blades, upper and lower impellers are involved in the creation and gradual strengthening of vortex flows inside the rotor housing, which makes it possible to gradually increase the effect of increasing the rotor torque.
Вся конструкция в целом создает движение увеличенного потока воздуха внутрь ветротурбины, в том числе в области ветровой тени, за счет разгона потока воздуха конфузором, внутренними крыльчатками 13 и 14 ротора, лопатками 8 ротора и создания разряжения воздуха вентилятором 25 и диффузором 9.The entire structure as a whole creates the movement of an increased air flow inside the wind turbine, including in the area of the wind shadow, due to the acceleration of the air flow by the confuser, the
Верхний диск 11 диффузора защищает конструкцию от атмосферных осадков. Кроме того, заявленная ветротурбина с вертикальной осью вращения ротора обладает низким звуковым излучением за счет отсутствия параллельно движущихся с разными скоростями плоскостей.The
Claims (4)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2787430C1 true RU2787430C1 (en) | 2023-01-09 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6740989B2 (en) * | 2002-08-21 | 2004-05-25 | Pacifex Management Inc. | Vertical axis wind turbine |
RU2268396C2 (en) * | 2001-04-12 | 2006-01-20 | Ченьвень ХУАН | Method and device for generating electric power by converting energy of compressed air flow |
RU117522U1 (en) * | 2011-12-05 | 2012-06-27 | Анатолий Викторович Леошко | WIND TURBINE INSTALLATION |
WO2013037202A1 (en) * | 2011-09-14 | 2013-03-21 | 北京祥天华创空气动力科技研究院有限公司 | Natural energy storage and power generation method and power generation system thereof |
RU2488019C1 (en) * | 2011-11-29 | 2013-07-20 | Анатолий Викторович Леошко | Wind turbine plant |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2268396C2 (en) * | 2001-04-12 | 2006-01-20 | Ченьвень ХУАН | Method and device for generating electric power by converting energy of compressed air flow |
US6740989B2 (en) * | 2002-08-21 | 2004-05-25 | Pacifex Management Inc. | Vertical axis wind turbine |
WO2013037202A1 (en) * | 2011-09-14 | 2013-03-21 | 北京祥天华创空气动力科技研究院有限公司 | Natural energy storage and power generation method and power generation system thereof |
RU2488019C1 (en) * | 2011-11-29 | 2013-07-20 | Анатолий Викторович Леошко | Wind turbine plant |
RU117522U1 (en) * | 2011-12-05 | 2012-06-27 | Анатолий Викторович Леошко | WIND TURBINE INSTALLATION |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5289770B2 (en) | Omnidirectional wind turbine | |
US4457666A (en) | Apparatus and method for deriving energy from a moving gas stream | |
JPS60500302A (en) | wind turbine equipment | |
US20040156710A1 (en) | Ducted wind turbine | |
KR101368611B1 (en) | Boundary layer wind turbine with tangential rotor blades | |
JPH06507693A (en) | Method and apparatus for generating useful energy from cocurrent flow | |
US11994103B2 (en) | Vertical-axis wind turbine | |
CN103987956B (en) | For the method for the compact blade and configuration runner of Fa Shi turbine discs | |
GB2269859A (en) | Vertical axis wind turbine. | |
RU2787430C1 (en) | Wind turbine with vertical axis of rotor rotation | |
CN107339241B (en) | Multi-wing centrifugal fan | |
WO2016030821A1 (en) | Three-vane double rotor for vertical axis turbine | |
KR101336280B1 (en) | Wind power generator of a wind focus type | |
EA041796B1 (en) | WIND TURBINE WITH VERTICAL AXIS OF ROTOR ROTATION | |
RU2488019C1 (en) | Wind turbine plant | |
RU117522U1 (en) | WIND TURBINE INSTALLATION | |
CN107339261B (en) | Strong-suction multi-wing centrifugal fan | |
KR101136546B1 (en) | Wind-collecting type wind power generator | |
RU184213U1 (en) | Wind power plant | |
WO2017081496A1 (en) | Kionas wind turbine | |
CN208534807U (en) | Backward tilt centrifugal blower | |
EP4160002B1 (en) | Wind turbine with shroud | |
KR101994376B1 (en) | Wind power generation apparatus | |
RU2098657C1 (en) | Windmill | |
RU2182985C1 (en) | Vortex windmill |