RU2800633C2 - Wind turbine with two counter-rotating rotors - Google Patents

Wind turbine with two counter-rotating rotors Download PDF

Info

Publication number
RU2800633C2
RU2800633C2 RU2021137465A RU2021137465A RU2800633C2 RU 2800633 C2 RU2800633 C2 RU 2800633C2 RU 2021137465 A RU2021137465 A RU 2021137465A RU 2021137465 A RU2021137465 A RU 2021137465A RU 2800633 C2 RU2800633 C2 RU 2800633C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blades
wind turbine
rotor
movable blades
wind
Prior art date
Application number
RU2021137465A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021137465A (en
Inventor
Александр Сергеевич Толикин
Original Assignee
Александр Сергеевич Толикин
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Сергеевич Толикин filed Critical Александр Сергеевич Толикин
Publication of RU2021137465A publication Critical patent/RU2021137465A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2800633C2 publication Critical patent/RU2800633C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: wind power engineering.
SUBSTANCE: wind turbine with two counter-rotating rotors on the same axis comprises a housing (13), in the centres of the upper and lower planes of which thrust bearings (9) are installed, in which external (5) and internal (6) shafts are installed, connected to drive mechanisms. The movable blades (1, 2, 3, 4) are either aerodynamic or flat. The inner shaft (6) of the upper rotor is located inside the shaft (5) of the lower rotor, which is shorter than the inner shaft (6). The movable blades (1 and 4) of the lower rotor are fixed to hinges (10) mounted on the bracket (7) of the outer shaft (5). The movable blades (2 and 3) of the upper rotor are mounted on hinges (10) mounted on the bracket (8) attached to the open part of the inner shaft (6). The movement of the movable blades (1-4) is limited by the stops (11) and (12) located on the brackets (7, 8), so that the blades moving towards the flow are deflected in the direction of the wind flow to rotate the upper and lower rotors in opposite directions without collision of movable blades (1-4).
EFFECT: increased efficiency of using the air flow as well as a reduced size of the wind turbine.
4 cl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к области ветроэнергетики, к устройствам, преобразовывающим энергию ветра в другие виды энергии и может быть использовано, например, для привода(ов) электрического(их) генератора(ов).The invention relates to the field of wind energy, to devices that convert wind energy into other forms of energy and can be used, for example, to drive(s) electric(their) generator(s).

В соответствие с п. 30 Требований к документам заявки на выдачу патента на изобретение, утвержденных приказом Минэкономразвития N316 от 25.05.2016 (с изменениями от 31.03.2021) индекс рубрики международной патентной классификации (МПК), к которой относится изобретение - F03D 3/02 (Ветряные двигатели с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра - с несколькими роторами)In accordance with paragraph 30 of the Requirements for the documents of an application for a patent for an invention, approved by order of the Ministry of Economic Development N316 dated May 25, 2016 (as amended on March 31, 2021), the index of the International Patent Classification (IPC) heading to which the invention belongs is F03D 3/02 (Wind turbines with an axis of rotation of the rotor perpendicular to the direction of the wind - with several rotors)

Уровень техникиState of the art

Известен двухлопастный ветродвигатель (ветроколесо) с вертикальной осью вращения (карусельного типа) с ротором Савониуса. Такой ротор имеет одну лопасть, движущуюся по направлению воздушного потока, и одну лопасть, движущуюся навстречу воздушному потоку. То есть площадь поверхности «рабочей» лопасти равна площади поверхности лопасти движущейся против потока (1:1). Вращение ротора в таком случае достигается за счет специальной формы лопастей с разным коэффициентом лобового сопротивления для лицевой и обратной их сторон (выпукло-вогнутой формы). Двигатель с ротором Савониуса является одним из наиболее простейших ветряных двигателей карусельного типа. Однако его недостатком является не очень высокий коэффициент использования ветра. Во многом из-за того, ч то практически половина всей его обдуваемой поверхности движется навстречу ветру, то есть противодействует воздушному потоку. А «рабочей» его частью является другая его половина, движущаяся по направлению потока.Known two-blade wind turbine (wind wheel) with a vertical axis of rotation (carousel type) with a Savonius rotor. Such a rotor has one blade moving in the direction of the air flow and one blade moving against the air flow. That is, the surface area of the “working” blade is equal to the surface area of the blade moving against the flow (1:1). The rotation of the rotor in this case is achieved due to the special shape of the blades with different drag coefficients for their front and back sides (convex-concave shape). The Savonius rotor motor is one of the simplest carousel-type wind turbines. However, its disadvantage is not a very high wind utilization factor. Largely due to the fact that almost half of its entire blown surface moves towards the wind, that is, it counteracts the air flow. And its “working” part is its other half, moving in the direction of the flow.

Представляется полезным применить в одном ветродвигателе сразу два ротора, чтобы использовать от каждого ротора по одной «рабочей половине», движущихся по направлению потока и тем самым увеличить коэффициент полезного использования ветра. Этого можно добиться, например, если применить противовращающиеся роторы, установленные на одной оси.It seems useful to use two rotors at once in one wind turbine in order to use one “working half” from each rotor moving in the direction of the flow and thereby increase the wind efficiency. This can be achieved, for example, by using counter-rotating rotors mounted on the same axis.

В роторном ветроэлектрическом преобразователе энергии (патент RU 2738790 С1 опубл. 16.12.2020) применены два ротора, вращающиеся в противоположные стороны и установленные на одной оси. Но сама конструкция тех роторов не приводит к увеличению коэффициента использования ветра, так как оба ротора преобразователя выполнены по принципу Савониуса, и также «половина» каждого из роторов движется навстречу воздушному потоку.In a rotary wind-electric energy converter (patent RU 2738790 C1 publ. 12/16/2020), two rotors are used, rotating in opposite directions and mounted on the same axis. But the very design of those rotors does not lead to an increase in the wind utilization factor, since both rotors of the converter are made according to the Savonius principle, and also the “half” of each of the rotors moves towards the air flow.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

В представленном варианте объединены два двухлопастных карусельных ветроколеса-ротора на одной оси (вращающихся во встречных направлениях) и за счет подгибания (отклонения) лопастей, движущихся против потока воздуха, получено уменьшение площади поверхности лопастей движущихся против потока. А за счет поднимания лопастей (тоже подвижных), движущихся по направлению потока, увеличена площадь «рабочей» поверхности лопастей. Таким образом, достигнуто соотношение площадей «рабочих» и «встречных» лопастей более эффективное, чем 1:1. Кроме того, конструкция ветродвигателя сохраняет работоспособность при использовании не только лопастей с аэродинамической формой, но и при использовании просто плоских.In the presented version, two two-bladed carousel wind-wheels-rotors on the same axis (rotating in opposite directions) are combined, and due to the bending (deviation) of the blades moving against the air flow, a decrease in the surface area of the blades moving against the flow is obtained. And by raising the blades (also movable) moving in the direction of flow, the area of the "working" surface of the blades is increased. Thus, the ratio of the areas of "working" and "counter" blades is more effective than 1:1. In addition, the design of the wind turbine remains operational when using not only blades with an aerodynamic shape, but also when using simply flat ones.

Целью изобретения является повышение коэффициента использования ветра ветродвигателем карусельного типа за счет увеличения площади «рабочих» поверхностей и уменьшения площади «нерабочих» («встречных») поверхностей лопастей роторов при их вращении. Данного увеличения позволяет добиться факт отклонения лопастей ротора движущихся навстречу воздушному потоку, что позволяет применить в одном ветродвигателе два ротора, исключая соударения лопастей верхнего и нижнего роторов.The aim of the invention is to increase the wind utilization factor of a carousel-type wind turbine by increasing the area of "working" surfaces and reducing the area of "non-working" ("counter") surfaces of the rotor blades during their rotation. This increase allows you to achieve the fact of deflection of the rotor blades moving towards the air flow, which allows you to use two rotors in one wind turbine, excluding collisions between the blades of the upper and lower rotors.

Результат достигается путем комбинирования силы ветра и силы земного притяжения. Лопасти в состоянии покоя находятся в опущенном положении (Фиг. 1, 2), а под действием набегающего потока воздуха (ветра) отклоняются (поднимаются, Фиг. 3-5).The result is achieved by combining the force of the wind and the force of gravity. The blades at rest are in the lowered position (Fig. 1, 2), and under the action of the oncoming air flow (wind) they are deflected (raise, Fig. 3-5).

Ветродвигатель не зависит от направления ветра и одинаково эффективно работает при любом его направлении.The wind turbine does not depend on the direction of the wind and works equally effectively in any direction.

Ветродвигатель состоит из двух роторов (ветряных колес карусельного типа) установленных на одной вертикальной оси (вал 6 внутри вала 5, закрепленных в подшипниках 9, Фиг. 1) и с установленными лопастями таким образом (при помощи специальных упоров 11 и 12, Фиг. 4, 5), что роторы могут вращаться только в противоположных направлениях. Упорами 11 и 12 задаются направления вращения роторов. На левой стороне каждого из кронштейнов 7, 8 упоры выставляются обратно ориентированно относительно правой стороны (Фиг. 1, 3).The wind turbine consists of two rotors (carousel-type wind wheels) mounted on the same vertical axis (shaft 6 inside shaft 5, fixed in bearings 9, Fig. 1) and with blades installed in this way (using special stops 11 and 12, Fig. 4 , 5) that the rotors can only rotate in opposite directions. Stops 11 and 12 set the direction of rotation of the rotors. On the left side of each of the brackets 7, 8 stops are set back oriented relative to the right side (Fig. 1, 3).

Лопасти 1-4 роторов выполнены подвижными (отклоняемыми), установлены в шарнирах 10 на кронштейнах 7, 8 (Фиг. 1, 3).Blades 1-4 of the rotors are movable (deflectable), mounted in hinges 10 on brackets 7, 8 (Fig. 1, 3).

Специальные упоры 11 и 12 ограничивают ход лопастей 1, 4 и 2, 3 соответственно, что позволяет также избежать соударения лопастей (верхних с нижними) в промежуточных положениях роторов. Это позволяет допускать вращение роторов с разной угловой скоростью в виду возможной разной их нагруженностью (в случае подключения к отдельным электрическим генераторам).Special stops 11 and 12 limit the stroke of the blades 1, 4 and 2, 3, respectively, which also avoids collision of the blades (upper with lower) in the intermediate positions of the rotors. This allows the rotation of the rotors with different angular speeds due to their possible different loading (in case of connection to separate electric generators).

Кроме того валы ветродвигателя могут оснащаться механизмами, выполняющими функции устройств торможения, что не мешает работе ветродвигателя.In addition, the wind turbine shafts can be equipped with mechanisms that act as braking devices, which does not interfere with the operation of the wind turbine.

Краткое описание чертежей, иных графических материаловBrief description of drawings, other graphic materials

На фиг. 1. показан ветродвигатель с опущенными лопастями роторов (в состоянии покоя). Вид спереди.In FIG. 1. shows a wind turbine with lowered rotor blades (at rest). Front view.

На фиг. 2. показан ветродвигатель с опущенными лопастями роторов (в состоянии покоя). Вид справа.In FIG. 2. shows a wind turbine with lowered rotor blades (at rest). Right view.

На фиг. 3 показан ветродвигатель с максимальной площадью рабочих поверхностей лопастей обоих роторов (при вращении). Вид спереди. Лопасти, движущиеся на смотрящего, обозначены кружком с точкой внутри, а от смотрящего - с крестиком внутри кружка.In FIG. 3 shows a wind turbine with the maximum area of the working surfaces of the blades of both rotors (during rotation). Front view. The blades moving towards the viewer are indicated by a circle with a dot inside, and from the viewer - with a cross inside the circle.

На фиг. 4 показан ветродвигатель с максимальной площадью рабочих поверхностей лопастей обоих роторов при их вращении (вид справа).In FIG. 4 shows a wind turbine with the maximum area of the working surfaces of the blades of both rotors during their rotation (right view).

На фиг. 5 показано положение лопастей в рабочем состоянии и в состоянии покоя. Положение лопастей в состоянии покоя (при отсутствии ветра) показано пунктирной линией.In FIG. 5 shows the position of the blades in working condition and at rest. The position of the blades at rest (in the absence of wind) is shown by the dotted line.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Данный ветродвигатель может быть изготовлен современными предприятиями машиностроительной промышленности.This wind turbine can be manufactured by modern enterprises of the machine-building industry.

Для этого изготавливается неподвижный корпус 13, впоследствии устанавливаемый (и закрепляемый) на ветреном месте (возвышенности природного ландшафта, высотные сооружения и проч.). В центрах верхней и нижней плоскостях корпуса (основаниях) устанавливаются упорные подшипники 9, в которых устанавливаются валы 5 и 6 (Фиг. 1, 3). Причем внешний вал 5 изготавливают короче вала 6, чтобы он не закрывал полностью вал 6. Валы 5 и 6 пропускаются сквозь нижнее основание корпуса 13 для сочленения с приводными механизмами (например, электрогенераторами), которые могут располагаться под корпусом 13, например, в специальной нише.For this, a fixed body 13 is made, which is subsequently installed (and fixed) in a windy place (hills of the natural landscape, high-rise buildings, etc.). Thrust bearings 9 are installed in the centers of the upper and lower planes of the housing (bases), in which shafts 5 and 6 are installed (Fig. 1, 3). Moreover, the outer shaft 5 is made shorter than the shaft 6 so that it does not completely cover the shaft 6. Shafts 5 and 6 are passed through the lower base of the housing 13 for articulation with drive mechanisms (for example, electric generators) that can be located under the housing 13, for example, in a special niche .

Па валу 5 и открытой части вала 6 устанавливают кронштейны 7 и 8, на которых устанавливаются шарниры 10. В них закрепляются лопасти 1-4 (Фиг. 1).On the shaft 5 and the open part of the shaft 6, brackets 7 and 8 are installed, on which hinges 10 are installed. Blades 1-4 are fixed in them (Fig. 1).

Кронштейны 7 и 8 дополнительно оснащаются упорами 11 и 12 соответственно для ограничения возможного хода лопастей (Фиг. 2-5).Brackets 7 and 8 are additionally equipped with stops 11 and 12, respectively, to limit the possible travel of the blades (Fig. 2-5).

Лопасти с аэродинамической формой можно выполнять из листового металла (оцинкованного железа, алюминия и его сплавов) либо из пластиковых материалов (стеклопластиковых и т.п.).Blades with an aerodynamic shape can be made of sheet metal (galvanized iron, aluminum and its alloys) or plastic materials (fiberglass, etc.).

Все механизмы и устройства ветродвигателя представляются в уже освоенных промышленностью и распространенных конструктивах, что удовлетворяет критерию патентоспособности «промышленная применимость».All mechanisms and devices of the wind turbine are presented in already mastered by the industry and common designs, which satisfies the criterion of patentability "industrial applicability".

Ветродвигатель работает следующим образом. Под действием ветра лопасть 1 нижнего ротора поднимается и за счет давления потока воздуха приводит в движение ротор (лопасть 4 при этом опущена и оказывает минимальное сопротивление вращению). Лопасть 2 верхнего ротора тоже поднимается (отклоняется) и уменьшает сопротивление вращению ротора (Фиг. 4), которое возникает за счет давления потока воздуха на опущенную лопасть 3. (Лопасть 3 уперта в упор 12, изображенный пунктиром на Фиг. 3). После совершения полуоборота каждого из роторов под действием силы тяжести лопасти 1 и 2 опускаются, занимают положения лопастей 3 и 4, и процесс повторяется заново.The wind turbine works as follows. Under the action of the wind, the blade 1 of the lower rotor rises and, due to the pressure of the air flow, sets the rotor in motion (the blade 4 is lowered and has minimal resistance to rotation). The blade 2 of the upper rotor also rises (deflects) and reduces the resistance to rotation of the rotor (Fig. 4), which occurs due to the pressure of the air flow on the lowered blade 3. (Blade 3 rests against stop 12, shown by a dotted line in Fig. 3). After a half-turn of each of the rotors under the action of gravity, the blades 1 and 2 are lowered, occupy the positions of the blades 3 and 4, and the process is repeated anew.

Таким образом, исходя из указанного принципа работы, для функционирования устройства и достижения заявленного технического результата необходимо, чтобы лопасти были выполнены подвижными за счет установки на шарнирах 10, установленных на кронштейны 7 и 8, установленные снизу на внешний вал 5, выполненный короче внутреннего вала 6, и на верхней открытой части внутреннего вала 6, а ход движения лопастей ограничивался упорами 11 и 12 таким образом, чтобы лопасти, движущиеся навстречу потоку ветра, отклонялись по направлению потока, и роторы могли вращаться только в противоположных направлениях без соударения лопастей, а лопасти, движущиеся по ходу потока ветра поднимались бы перпендикулярно потоку.Thus, based on the specified principle of operation, for the operation of the device and the achievement of the claimed technical result, it is necessary that the blades are made movable by mounting on hinges 10 mounted on brackets 7 and 8 mounted from below on the outer shaft 5, which is shorter than the inner shaft 6 , and on the upper open part of the inner shaft 6, and the movement of the blades was limited by stops 11 and 12 so that the blades moving towards the wind flow deviated in the direction of the flow, and the rotors could rotate only in opposite directions without collision of the blades, and the blades, winds moving along the flow would rise perpendicular to the flow.

Claims (4)

1. Ветряной двигатель с двумя противовращающимися на одной оси роторами, содержащий корпус (13), в центрах верхней и нижней плоскостей которого устанавливаются упорные подшипники (9), в которых устанавливаются внешний (5) и внутренний (6) валы, соединенные с приводными механизмами, подвижные лопасти (1, 2, 3, 4), выполненные с аэродинамической формой либо плоскими, внутренний вал (6) верхнего ротора размещен внутри вала (5) нижнего ротора, выполненного короче внутреннего вала (6), и подвижные лопасти (1 и 4) нижнего ротора закреплены на шарнирах (10), установленных на кронштейн (7), внешнего вала (5), а подвижные лопасти (2 и 3) верхнего ротора закреплены на шарнирах (10), установленных на кронштейн (8), закрепленный па открытой части внутреннего вала (6), причем ход движения подвижных лопастей (1-4) ограничен упорами (11) и (12), расположенными на кронштейнах (7, 8), таким образом, что лопасти, движущиеся навстречу потоку, отклоняются по направлению потока ветра для вращения верхнего и нижнего роторов в противоположных направлениях без соударения подвижных лопастей (1-4).1. A wind turbine with two counter-rotating rotors on the same axis, containing a housing (13), in the centers of the upper and lower planes of which thrust bearings (9) are installed, in which the outer (5) and inner (6) shafts are installed, connected to the drive mechanisms , movable blades (1, 2, 3, 4) made with an aerodynamic shape or flat, the inner shaft (6) of the upper rotor is located inside the shaft (5) of the lower rotor, which is shorter than the inner shaft (6), and the movable blades (1 and 4) the lower rotor is fixed on the hinges (10) mounted on the bracket (7), the outer shaft (5), and the movable blades (2 and 3) of the upper rotor are fixed on the hinges (10) mounted on the bracket (8) fixed on the pa the open part of the inner shaft (6), and the movement of the movable blades (1-4) is limited by the stops (11) and (12) located on the brackets (7, 8), so that the blades moving towards the flow deviate in the direction wind flow to rotate the upper and lower rotors in opposite directions without collision of the movable blades (1-4). 2. Ветряной двигатель по п. 1, отличающийся тем, что приводные механизмы представляют собой электрогенератор(ы).2. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the drive mechanisms are an electric generator(s). 3. Ветряной двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упоры (11) и (12) дополнительно снабжены пружинными механизмами для смягчения толчков, бросков и повышения плавности хода лопастей.3. The wind turbine according to claim. 1, characterized in that the stops (11) and (12) are additionally equipped with spring mechanisms to mitigate shocks, throws and increase the smoothness of the blades. 4. Ветряной двигатель по п. 1, отличающийся тем, что валы роторов дополнительно оснащены механизмами, выполняющими функции устройств торможения.4. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the rotor shafts are additionally equipped with mechanisms that perform the functions of braking devices.
RU2021137465A 2021-12-16 Wind turbine with two counter-rotating rotors RU2800633C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021137465A RU2021137465A (en) 2023-06-16
RU2800633C2 true RU2800633C2 (en) 2023-07-25

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU23258A1 (en) * 1930-09-29 1931-09-30 Д.Д. Подопригорин Horizontal wind motor
US4134710A (en) * 1977-03-28 1979-01-16 Atherton Dewitt T Simultaneous plural-directional flow motor
RU2352809C1 (en) * 2007-09-07 2009-04-20 Альберт Васильевич Болотов Bolotov's wind-driven electric plant
CN101943127A (en) * 2010-09-02 2011-01-12 李树广 Wind collecting vertical type wind power generating system
RU2738790C1 (en) * 2020-04-14 2020-12-16 Евгений Васильевич Бусыгин Rotor wind electric power converter (embodiments)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU23258A1 (en) * 1930-09-29 1931-09-30 Д.Д. Подопригорин Horizontal wind motor
US4134710A (en) * 1977-03-28 1979-01-16 Atherton Dewitt T Simultaneous plural-directional flow motor
RU2352809C1 (en) * 2007-09-07 2009-04-20 Альберт Васильевич Болотов Bolotov's wind-driven electric plant
CN101943127A (en) * 2010-09-02 2011-01-12 李树广 Wind collecting vertical type wind power generating system
RU2738790C1 (en) * 2020-04-14 2020-12-16 Евгений Васильевич Бусыгин Rotor wind electric power converter (embodiments)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4012163A (en) Wind driven power generator
US6688842B2 (en) Vertical axis wind engine
EP2267298A2 (en) Wind turbine blade with rotatable fins at the tip
US8371809B2 (en) Windmill device with oriented air flow
US9041239B2 (en) Vertical axis wind turbine with cambered airfoil blades
TWI668368B (en) Vertical axis wind turbine with automatic adjustment of blade angle
CA2498635A1 (en) Vertical axis wind turbine with modified tesla disks
US20200040872A1 (en) Omni M-VAWT
US20150061294A1 (en) Magnus type wind power generator
CN112141308A (en) Magnus rotor
CN105840428B (en) A kind of adaptive variable pitch vertical axis aerogenerator of the blade with wing flap
CN205578183U (en) Self -adaptation becomes vertical axis wind -force drive arrangement and aerogenerator of oar
RU2290533C1 (en) Windmill
RU2800633C2 (en) Wind turbine with two counter-rotating rotors
CN102287324B (en) Windmill blade structure capable of altering actuated blade area automatically
CN204941781U (en) A kind of vertical-axis generators with flap valve blade
JPS5928754B2 (en) Vertical axis wind turbine blade
CN106837687A (en) Fan blade component and wind power generating set with vertical shaft
CN209324583U (en) Elevator piston blast power generation system
US20170107972A1 (en) Vertical wind turbine
CN206571620U (en) Fan blade component and wind power generating set with vertical shaft
WO2020152590A1 (en) Turbine for a vertical-axis wind turbine generator
CN109026537A (en) Elevator piston blast power generation system
JP2014163249A (en) Vertical shaft type wind turbine
CN201071786Y (en) Windmill structure