RU2810877C1 - Wind turbine system based on aerodynamic drag with adjustable blades - Google Patents

Wind turbine system based on aerodynamic drag with adjustable blades Download PDF

Info

Publication number
RU2810877C1
RU2810877C1 RU2022120491A RU2022120491A RU2810877C1 RU 2810877 C1 RU2810877 C1 RU 2810877C1 RU 2022120491 A RU2022120491 A RU 2022120491A RU 2022120491 A RU2022120491 A RU 2022120491A RU 2810877 C1 RU2810877 C1 RU 2810877C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
wind
control devices
panels
mounting device
Prior art date
Application number
RU2022120491A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ракеш АГГАРВАЛ
Original Assignee
Ракеш АГГАРВАЛ
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 Ракеш АГГАРВАЛ filed Critical Ракеш АГГАРВАЛ
Application granted granted Critical
Publication of RU2810877C1 publication Critical patent/RU2810877C1/en

Links

Abstract

FIELD: wind energy.
SUBSTANCE: variable-blade drag wind turbine system comprises one or more output drive rotors located on a base structure. Each output rotor is connected to one or more arms using one or more primary control devices. One or more blade panel assemblies are rotatably mounted using one or more corresponding levers. Each of the blade panel assemblies includes an auxiliary rotary shaft rotatably mounted on each of one or more arms. The mounting device is connected to an auxiliary rotary shaft controlled by one or more primary control devices. Each blade panel mounting device accommodates one or more sub-blade panels that are rotated at one or more pivot points of the mounting device using one or more secondary control devices to allow one or more sub-blades to rotate, thereby blocking and/or allowing wind to pass through the blades. panels partially or completely. One or more sensors for reading system control parameters are connected to one or more main control units (MCUs) and to one or more processing modules, one or more primary control devices and one or more secondary control devices. The output device is configured to convert the torque of one or more output drive rotors into one or more forms of energy.
EFFECT: improved efficiency of using a wind turbine, expanded range of operating wind speeds, and simplified maintenance.
10 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Воплощение настоящего изобретения в основном относится к системам и устройствам для выработки возобновляемой энергии. В частности, настоящая разработка относится к ветротурбинной системе на основе аэродинамического сопротивления с регулируемыми лопастями.An embodiment of the present invention generally relates to systems and devices for generating renewable energy. In particular, the present development relates to a wind turbine system based on aerodynamic drag with adjustable blades.

Уровень техникиState of the art

Предмет, рассматриваемый в разделе о предпосылках не следует рассматривать как предшествующий уровень техники только потому, что он упоминается в разделе о предпосылках. Аналогичным образом, не следует предполагать, что проблема, упоминаемая в разделе о предпосылках или связанная с предметом раздела о предпосылках, была ранее признана на предшествующем уровне развития техники. Предмет раздела о предпосылках просто представляет различные подходы, которые сами по себе также могут относиться к реализации заявленной технологии.Subject matter discussed in the background section should not be considered prior art simply because it is mentioned in the background section. Likewise, it should not be assumed that a problem mentioned in the background section or related to the subject matter of the background section has been previously recognized in the prior art. The subject of the background section simply presents various approaches, which themselves may also relate to the implementation of the claimed technology.

Возобновляемые источники энергии, часто называемой чистой энергией, все увереннее становятся одним из основных источников энергии в мире. В условиях истощения невосполнимых ресурсов, усиления загрязнения окружающей среды и постоянно растущих потребностей в электроэнергии мир обратил внимание на возобновляемые источники энергии, чтобы удовлетворить спрос на энергию без ущерба для окружающей среды. Два наиболее популярных источника возобновляемой энергии -солнечная энергия и энергия ветра. Ветряные турбины и ветряные мельницы существуют уже много веков и представляют собой самый дешевый источник энергии во многих частях мира.Renewable energy, often referred to as clean energy, is increasingly becoming one of the world's main energy sources. With depleting non-renewable resources, increasing environmental pollution and ever-increasing energy demands, the world has turned its attention to renewable energy sources to meet energy demand without harming the environment. The two most popular sources of renewable energy are solar energy and wind energy. Wind turbines and windmills have been around for centuries and represent the cheapest source of energy in many parts of the world.

И базовая конфигурация платформы ветряных мельниц с трехлопастной горизонтально-осевой ветряной турбиной с подветренной стороны на монопольной башне не очень изменилась. Однако размеры ветряной мельницы увеличились в 6-7 раз для высоты ступицы, в 6-8 раз для диаметра ротора и в 30-50 раз по номинальной мощности. Размеры ветряных турбин сегодня соперничают с внушительными памятниками и зданиями, выдерживая динамические и сложные нагрузки на протяжении всего срока службы турбины. Большинство ветряных турбин состоят из турбины с тремя лопастями, установленных на башне из трубчатой стали. Существуют менее распространенные разновидности с двумя лопастями или с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов (30, 48 м) или более над землей башня позволяет турбине пользоваться преимуществами более высоких скоростей ветра на больших высотах.And the basic configuration of a windmill platform with a three-bladed horizontal axis wind turbine downwind on a monopole tower has not changed much. However, windmill dimensions have increased by 6-7 times for hub height, 6-8 times for rotor diameter, and 30-50 times for power rating. Wind turbines today rival the size of imposing monuments and buildings, withstanding dynamic and complex loads throughout the life of the turbine. Most wind turbines consist of a turbine with three blades mounted on a tubular steel tower. There are less common varieties with two blades or with concrete or steel lattice towers. At 100 feet (30.48 m) or more above the ground, the tower allows the turbine to take advantage of higher wind speeds at higher altitudes.

Турбины улавливают энергию ветра своими лопастями, похожими на пропеллеры, которые действуют очень похоже на крыло самолета, площадь контакта с ветром составляет небольшую долю от общей площади, охватываемой лопастями по кругу. Когда дует ветер, на одной стороне лопасти образуется зона воздуха низкого давления. Затем зона воздуха низкого давления притягивает лопасть к себе, заставляя ротор поворачиваться под прямым углом к направлению ветра, это называется подъемной силой. Подъемная силы всегда меньше, чем общая сила ветра, приложенная к передней стороне лопасти, стремящаяся толкнуть лопасть в направлении ветра, то, что называется тягой, составляет около 300% или более. Частичное преобразование тяги в подъемную силу заставляет ротор вращаться подобно пропеллеру. Ряд зубчатых колес увеличивает скорость вращения ротора примерно с 18 оборотов в минуту до примерно 1500 или 1800 оборотов в минуту - скорость, которая позволяет генератору турбины вырабатывать электроэнергию переменного тока в соответствии с местной сетью.Turbines capture wind energy with their propeller-like blades, which act much like an airplane wing, with the area in contact with the wind being a small fraction of the total area covered by the blades in a circle. When the wind blows, a zone of low pressure air forms on one side of the blade. The area of low pressure air then pulls the blade towards itself, causing the rotor to turn at right angles to the direction of the wind, this is called lift. The lift force is always less than the total wind force applied to the front side of the blade, tending to push the blade in the direction of the wind, what is called thrust, which is about 300% or more. The partial conversion of thrust into lift causes the rotor to rotate like a propeller. A series of gears increases the rotor speed from about 18 revolutions per minute to about 1500 or 1800 revolutions per minute, a speed that allows the turbine generator to produce alternating current electricity in accordance with the local grid.

В обтекаемом корпусе размещены ключевые компоненты турбины, обычно включающие трансмиссию, ротор и генератор, которые находятся внутри корпуса, называемого гондолой. Расположенные на вершине турбинной башни, некоторые гондолы достаточно велики для того, чтобы на них мог приземлиться вертолет. Другим установленным ключевым компонентом является контроллер турбины, который регулирует скорость вращения ротора при ветре, превышающем 55 миль (88 км) в час, чтобы избежать повреждения при сильном ветре. Анемометр постоянно измеряет скорость ветра и передает данные на контроллер турбины. Тормоз, также размещенный в гондоле, в аварийных ситуациях механически, электрически или гидравлически останавливает ротор.The streamlined casing houses the turbine's key components, typically including the transmission, rotor and generator, which are contained within a housing called a nacelle. Located on top of the turbine tower, some nacelles are large enough for a helicopter to land on. Another key component installed is the turbine controller, which regulates rotor speed in winds exceeding 55 mph (88 km) to avoid damage in high winds. The anemometer continuously measures wind speed and transmits data to the turbine controller. The brake, also located in the nacelle, stops the rotor mechanically, electrically or hydraulically in emergency situations.

Угол между направлением встречного ветра и углом наклона лопасти по отношению к встречному ветру называется "углом атаки". По мере увеличения этого угла атаки создается большая подъемная сила, но по мере того, как угол становится еще больше, больше примерно 20 градусов, подъемная сила лопасти начнет уменьшаться. Таким образом, существует идеальный угол наклона лопасти ротора, который создает оптимальный крутящий момент.The angle between the direction of the headwind and the angle of the blade relative to the headwind is called the "angle of attack". As this angle of attack increases, more lift is created, but as the angle gets even larger, beyond about 20 degrees, the lift on the blade will begin to decrease. Thus, there is an ideal rotor blade angle that produces optimal torque.

Ясно, что эта конструкция лопастей ветряной турбины, похожая на пропеллер, преобразует только подъемную энергию ветра в полезную мощность вала, называемую крутящим моментом. Это достигается за счет извлечения энергии из ветра путем его замедления или снижения скорости ветра, когда он скользит по лопастям.It is clear that this propeller-like design of wind turbine blades converts only the lifting energy of the wind into useful shaft power, called torque. It does this by extracting energy from the wind by slowing it down, or reducing the speed of the wind as it glides over the blades.

Следовательно, существует потребность в ветротурбинной системе на основе аэродинамического сопротивления, имеющей регулируемые лопасти, которые обеспечивают большую площадь контакта лопастей и функционируют даже при низких скоростях ветра, а также при высоких скоростях ветра, превышающих 200 км/ч, с улучшенной эффективностью, экономичностью и простотой в обслуживании конструкции.Therefore, there is a need for an aerodynamic drag based wind turbine system having adjustable blades that provide a large blade contact area and operate even at low wind speeds as well as high wind speeds in excess of 200 km/h with improved efficiency, economy and simplicity. in structure maintenance.

Цель изобретенияPurpose of the invention

Целью изобретения является создание ветротурбинной системы на основе аэродинамического сопротивления и подъемной силы, имеющей регулируемые лопасти, в которых силы аэродинамического сопротивления и подъемной силы суммируются путем вращения лопасти вместе с ветром, а не под прямым углом, для повышения эффективности.The object of the invention is to provide a wind turbine system based on aerodynamic drag and lift, having adjustable blades, in which the forces of aerodynamic drag and lift are combined by rotating the blade with the wind, rather than at right angles, to improve efficiency.

Другой целью изобретения является использование силы сопротивления в качестве основного движителя и добавление подъемной силы путем динамического изменения угла атаки лопасти в ответ на ее положение вращения в течение каждого поворота.Another object of the invention is to use drag force as the main propulsion force and add lift by dynamically changing the angle of attack of the blade in response to its rotational position during each turn.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание узла лопастей, который содержит панели подлопастей, вращающиеся вокруг своей оси и увеличивающие рабочий диапазон скорости ветра с менее чем 5 М/с до более чем 80 М/с.Another object of the present invention is to provide a blade assembly that includes sub-blade panels that rotate about their axis and increase the operating range of wind speed from less than 5 M/s to more than 80 M/s.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы сделать ветряную турбину более дешевой и простой в обслуживании.Another object of the present invention is to make a wind turbine cheaper and easier to maintain.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предусмотрена ветротурбинная система на основе аэродинамического сопротивления с регулируемыми лопастями. Система содержит один или несколько выходных приводных роторов, расположенных на основании, причем каждый выходной ротор соединен с одним или несколькими рычагами через одно или несколько первичных устройств управления; и один или несколько узлов лопастных панелей, соединенных с возможностью вращения с одним или несколькими соответствующими рычагами. Каждый узел панелей лопастей содержит вспомогательный поворотный вал, проходящий с возможностью вращения от каждого из одного или более рычагов; и монтажное устройство, соединенное со вспомогательным поворотным валом через одно или более основных устройств управления, причем каждое монтажное устройство имеет одну или более панелей подлопастей, поворачиваемых в одной или более точках поворота монтажного устройства, устройство, использующее одно или несколько вторичных устройств управления для обеспечения возможности вращения одной или нескольких панелей подлопастей, тем самым блокируя ветер и/или позволяя ветру частично или полностью проходить через панели лопастей. Система дополнительно включает в себя один или несколько датчиков для сбора контрольной информации, соединенных с одним или несколькими вспомогательными вращающимися валами, монтажным устройством, одной или несколькими вспомогательными лопастными панелями и одним или несколькими выходными приводными роторами; главный блок управления (ГБУ) может иметь модуль обработки, соединенный с одним или более датчиков, одно или более первичных устройств управления и одно или более вторичных устройств управления; и выходное устройство, выполненное с возможностью преобразования вращательного момента одного или более выходных приводных роторов в одну или более форм энергии.In accordance with a first aspect of the present invention, a drag wind turbine system with adjustable blades is provided. The system includes one or more output drive rotors located on a base, with each output rotor coupled to one or more levers through one or more primary control devices; and one or more blade panel assemblies rotatably coupled to one or more corresponding arms. Each blade panel assembly includes an auxiliary rotary shaft rotatably extending from each of the one or more arms; and a mounting device coupled to the auxiliary rotary shaft through one or more primary control devices, each mounting device having one or more sub-blade panels rotatable at one or more rotation points of the mounting device, the device using one or more secondary control devices to enable rotating one or more sub-blade panels, thereby blocking the wind and/or allowing the wind to pass partially or completely through the blade panels. The system further includes one or more sensors for collecting control information coupled to one or more auxiliary rotating shafts, a mounting device, one or more auxiliary blade panels, and one or more output drive rotors; a main control unit (MCU) may have a processing module coupled to one or more sensors, one or more primary control devices, and one or more secondary control devices; and an output device configured to convert the torque of the one or more output drive rotors into one or more forms of energy.

В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения ГБУ через модуль обработки сконфигурирован для динамического определения направления ветра, скорости ветра, скорости вращения одного или более выходных приводных роторов, индивидуального углового положения одного или более рычагов относительно точки максимальной тяги и усилия на каждом монтажном устройстве с помощью одного или нескольких датчиков; и динамической регулировки угла атаки каждого из монтажных устройств по отношению к соответствующему одному или нескольким рычагам во время каждого вращения путем вращения соответствующего вспомогательного поворотного вала с использованием основных управляющих устройств для оптимизации лобового сопротивления и/или подъемной силы усилим и уменьшения обратного сопротивление во время вращения соответствующей части каждого узла лопастей относительно ветра.In accordance with an embodiment of the present invention, the GCU, through a processing module, is configured to dynamically determine wind direction, wind speed, rotational speed of one or more output drive rotors, the individual angular position of one or more arms relative to the point of maximum thrust and force on each mounting device using one or several sensors; and dynamically adjusting the angle of attack of each of the mounting devices with respect to the corresponding one or more arms during each rotation by rotating the corresponding auxiliary rotary shaft using the main control devices to optimize drag and/or lift force and reduce back drag during rotation of the corresponding parts of each blade assembly relative to the wind.

В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения ГБУ через модуль обработки дополнительно сконфигурирован для регулировки открытия одной или более панелей подлопастей с использованием одного или более вспомогательных устройств управления для уменьшения обратного сопротивления, регулирования, а также сглаживания крутящего момента при порывистом ветре и защиты системы от скоростей, превышающих расчетные пределы, обеспечивая надежную и оптимальную производительность без перебоев при одновременном предотвращении любого повреждения системы.In accordance with an embodiment of the present invention, the MCU, through the processing module, is further configured to adjust the opening of one or more sub-blade panels using one or more auxiliary control devices to reduce back drag, regulate, and smooth torque in gusty winds and protect the system from speeds exceeding design limits, ensuring reliable and optimal performance without interruption while preventing any damage to the system.

В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения один или более выходных приводных роторов могут быть расположены горизонтально, вертикально или под углом между ними на основании при последовательном или параллельном расположении.According to an embodiment of the present invention, one or more output drive rotors may be arranged horizontally, vertically or at an angle therebetween on a base in a series or parallel arrangement.

В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения один или более рычагов проходят радиально или тангенциально от каждого конца или участка между обоими концами каждого из одного или более выходных приводных роторов или их комбинации.In accordance with an embodiment of the present invention, one or more arms extend radially or tangentially from each end or a portion between both ends of each of the one or more output drive rotors or combinations thereof.

В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения одна или более панелей с подлопастями выполнены с возможностью открывания вертикально или горизонтально или под углом внутри соответствующего монтажного устройства одного или более узлов лопастных панелей.In accordance with an embodiment of the present invention, one or more sub-blade panels are configured to open vertically or horizontally or at an angle within a corresponding mounting device of the one or more blade panel assemblies.

В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения одна или несколько панелей подлопастей изготовлены из материала, выбранного из металла, неметалла, сплава, полимера, волокна, стекла, керамики, дерева или их комбинации.In accordance with an embodiment of the present invention, one or more sub-blade panels are made of a material selected from metal, non-metal, alloy, polymer, fiber, glass, ceramic, wood, or a combination thereof.

В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения одно или несколько первичных устройств управления и вторичных устройств управления выбираются из, не ограничиваясь этим, одного или нескольких устройств кулачкового привода, серводвигателей, ременно-шкивных устройств, механизма цепи и звездочки, механизмов зацепления, линейного и поворотного привода, рычажных механизмов, центрифуги, гидравлического, пневматического управление, числового управление, шаговых двигателей, электромагнитных двигателей, электромагнитов, винтовых приводов или их комбинации.According to an embodiment of the present invention, the one or more primary control devices and the secondary control devices are selected from, but are not limited to, one or more cam drive devices, servo motors, belt and pulley devices, chain and sprocket mechanism, meshing mechanisms, linear drive and rotary drive , lever mechanisms, centrifuge, hydraulic, pneumatic control, numerical control, stepper motors, electromagnetic motors, electromagnets, screw drives or combinations thereof.

В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения один или более датчиков включают, не ограничиваясь этим, датчик направления, датчик скорости, акселерометр, датчик гироскопа, магнитометр, датчик ориентации, считыватель пазов, считыватель выступов, оптический считыватель, датчик давления, датчик излучения, считыватель перфорированных дисков, магнитный датчик, датчики эффекта Холла, гравитационный переключатель, датчик наклона, кодер, датчик положения, тахометр, датчик движения или их комбинацию.According to an embodiment of the present invention, the one or more sensors include, but are not limited to, a direction sensor, a velocity sensor, an accelerometer, a gyroscope sensor, a magnetometer, an orientation sensor, a groove reader, a protrusion reader, an optical reader, a pressure sensor, a radiation sensor, a punched hole reader drives, magnetic sensor, Hall effect sensors, gravity switch, tilt sensor, encoder, position sensor, tachometer, motion sensor or a combination thereof.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предусмотрен узел панели лопастей для ветротурбинной системы. Монтажное устройство и узел панелей содержат вспомогательный поворотный вал или поворотные устройства, проходящие от каждого из одного или более рычагов монтажного устройства ветротурбинной системы, соединенного через одно или более первичных устройств управления. Каждое монтажное устройство содержит одну или несколько панелей подлопастей, которые могут поворачиваться в одной или нескольких точках поворота на монтажном устройстве с использованием одного или нескольких дополнительных устройств управления, позволяющих одной или нескольким панелям подлопастей вращаться по отдельности или вместе, тем самым блокируя ветер и/или позволяя ветру проходить через панели лопастей частично или полностью.In accordance with a second aspect of the present invention, a blade panel assembly for a wind turbine system is provided. The mounting device and panel assembly include an auxiliary rotating shaft or rotating devices extending from each of one or more arms of the wind turbine system mounting device coupled through one or more primary control devices. Each mounting device contains one or more subblade panels that can be rotated at one or more pivot points on the mounting device using one or more additional control devices allowing one or more subblade panels to rotate individually or together, thereby blocking wind and/or allowing the wind to pass through the blade panels partially or completely.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Чтобы можно было подробно понять приведенные выше признаки настоящего изобретения, описание изобретения, кратко изложенное выше, можно получить со ссылкой на варианты воплощения, некоторые из которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Однако, следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типичные варианты воплощения этого изобретения и, следовательно, не должны рассматриваться как ограничивающие его область применения, изобретение может допускать другие не менее эффективные варианты воплощения.In order that the above features of the present invention may be understood in detail, the description of the invention summarized above may be obtained with reference to embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. However, it should be noted that the accompanying drawings illustrate only typical embodiments of this invention and, therefore, should not be construed as limiting its scope; the invention may be capable of other equally effective embodiments.

Эти и другие свойства, достоинства и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при ссылке на следующие фигуры в тексте, с аналогичными справочными номерами, относящимися к аналогичным структурам на всех видах, где:These and other properties, advantages and advantages of the present invention will become apparent by reference to the following figures in the text, with like reference numbers referring to like structures in all views, wherein:

Фиг. 1А иллюстрирует изометрический вид ветротурбинной системы на основе аэродинамического сопротивления в расположении по вертикальной оси в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;Fig. 1A illustrates an isometric view of a drag-based wind turbine system in a vertical axis arrangement in accordance with an embodiment of the present invention;

Фиг. 1В-1С иллюстрируют вид спереди и вид сверху ветротурбинной системы на основе аэродинамического сопротивления на фиг. 1А, соответственно, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;Fig. 1B-1C illustrate a front view and a top view of the drag-based wind turbine system of FIG. 1A, respectively, in accordance with an embodiment of the present invention;

Фиг. 2А-2С иллюстрируют расположение кулачкового механизма в виде считывателя пазов, действующего в качестве главного блока управления (ГБУ) в системе, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;Fig. 2A-2C illustrate the arrangement of a cam mechanism in the form of a slot reader acting as a main control unit (MCU) in a system in accordance with an embodiment of the present invention;

Фиг. 3А-3С иллюстрируют узел панели лопастей с (а) закрытыми, (b) частично открытыми/закрытыми и (с) открытыми панелями подлопастей в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;Fig. 3A-3C illustrate a blade panel assembly with (a) closed, (b) partially open/closed, and (c) open sub-blade panels in accordance with an embodiment of the present invention;

Фиг. 4А иллюстрирует изометрический вид ветротурбинной системы на основе аэродинамического сопротивления и подъемной силы в расположении по горизонтальной оси в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения; иFig. 4A illustrates an isometric view of a wind turbine system based on aerodynamic drag and lift in a horizontal axis arrangement in accordance with an embodiment of the present invention; And

Фиг. 4В иллюстрирует вид сбоку ветротурбинной системы на основе аэродинамического сопротивления, показанной на фиг. 4А, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.Fig. 4B illustrates a side view of the drag wind turbine system shown in FIG. 4A, in accordance with an embodiment of the present invention.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Хотя настоящее изобретение описано здесь в качестве примера с использованием вариантов воплощения и иллюстративных чертежей, специалисты в данной области признают, что изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения чертежа или чертежей и не предназначено для представления спектра различных компонентов. Кроме того, некоторые компоненты, которые могут составлять часть изобретения, могут не быть проиллюстрированы на некоторых фигурах для простоты иллюстрации, и такие пропуски никоим образом не ограничивают описанные варианты воплощения. Следует понимать, что чертежи и подробное описание к ним не предназначены для ограничения изобретения конкретной раскрытой формой, а наоборот, изобретение должно охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, входящие в объем настоящего изобретения, как определено в прилагаемых заявках. Во всем этом описании слово "может" используется в разрешительном смысле (т.е. означает, что оно потенциально может), а не в обязательном смысле (т.е. в значении "должен"). Кроме того, слово "один" означает "по меньшей мере один", а слово "множество" означает "один или более", если не указано иное. Кроме того, терминология и фразеология, используемые здесь, используются исключительно в описательных целях и не должны толковаться как ограничивающие сферу применения. Формулировки, такие как "включая", "включающие", "имеющие", "содержащие" или "привлекающие" и их варианты, предназначены для того, чтобы быть широкими и охватывать предмет, указанный далее, эквиваленты и дополнительные предметы, которые не указаны, и не предназначены для исключения их и других дополнений, компонентов, частей или шагов. Аналогичным образом, термин "содержащий" считается синонимом терминов "включающий" или "вмещающий" для применимых юридических целей. Любое рассмотрение документов, актов, материалов, устройств, изделий и т.п.включено в спецификацию исключительно с целью предоставления контекста для настоящего изобретения. Не предполагается и не представляется, что какие-либо или все эти вопросы составляют часть предыдущего уровня техники или являются повсеместными общими знаниями в области, относящейся к настоящему изобретению.Although the present invention is described herein by way of example using embodiments and illustrative drawings, those skilled in the art will recognize that the invention is not limited to the embodiments of the drawing or drawings described and is not intended to represent a range of different components. In addition, certain components that may form part of the invention may not be illustrated in some of the figures for ease of illustration, and such omissions are not intended to limit the embodiments described in any way. It is to be understood that the drawings and detailed description thereof are not intended to limit the invention to the particular form disclosed, but rather, the invention is intended to cover all modifications, equivalents and alternatives falling within the scope of the present invention as defined in the accompanying applications. Throughout this description, the word “may” is used in a permissive sense (i.e., meaning that it potentially can) rather than in a mandatory sense (i.e., meaning “should”). In addition, the word “one” means “at least one” and the word “many” means “one or more” unless otherwise indicated. In addition, the terminology and phraseology used herein are for descriptive purposes only and should not be construed as limiting the scope of application. Statements such as “including,” “comprising,” “having,” “containing,” or “involving,” and variations thereof, are intended to be broad and to cover the subject matter hereinafter identified, equivalents, and additional items not specified. and are not intended to exclude them or other additions, components, parts or steps. Likewise, the term “comprising” is considered synonymous with the terms “including” or “comprising” for applicable legal purposes. Any discussion of documents, acts, materials, devices, products, etc. is included in the specification solely for the purpose of providing context for the present invention. It is not intended or represented that any or all of these matters constitute part of the prior art or constitute general general knowledge in the field relevant to the present invention.

Настоящее изобретение описывается далее различными вариантами воплощения со ссылкой на прилагаемые чертежи, при этом справочные цифры, используемые на прилагаемом чертеже, соответствуют аналогичным элементам по всему описанию. Это изобретение, однако, может быть воплощено во многих различных формах и не должно толковаться как ограниченное изложенным здесь вариантом воплощения. Скорее, вариант воплощения представлен таким образом, чтобы это представление было тщательным и полным и полностью передавало объем изобретения специалистам в данной области. В следующем подробном описании приведены числовые значения и диапазоны для различных аспектов описанных вариантов реализации. Эти значения и диапазоны должны рассматриваться только в качестве примеров и не предназначены для ограничения объема заявок. Кроме того, ряд материалов определен как подходящий для различных аспектов реализации. Эти материалы должны рассматриваться как примерные и не предназначены для ограничения объема изобретения. Кроме того, терминология и фразеология, используемые здесь, используются исключительно в описательных целях и не должны толковаться как ограничивающие сферу применения.The present invention will now be described in various embodiments with reference to the accompanying drawings, wherein the reference numerals used in the accompanying drawings correspond to similar elements throughout the specification. This invention, however, can be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiment set forth herein. Rather, the embodiment is presented in such a way that the presentation is thorough and complete and fully conveys the scope of the invention to those skilled in the art. The following detailed description provides numerical values and ranges for various aspects of the described embodiments. These values and ranges are to be considered as examples only and are not intended to limit the scope of applications. In addition, a number of materials have been identified as suitable for various aspects of implementation. These materials are to be considered exemplary and are not intended to limit the scope of the invention. In addition, the terminology and phraseology used herein are for descriptive purposes only and should not be construed as limiting the scope of application.

Настоящее изобретение предлагает систему ветротурбины на основе аэродинамического сопротивления, которая имеет множество регулируемых узлов панелей лопастей, и каждый узел панелей лопастей сам по себе содержит множество управляемых (вращающихся) панелей подлопастей. Настоящее изобретение с его новым и изобретательным устройством способно независимо изменять угол падения каждого узла лопастной панели непрерывно во время каждого вращения, чтобы оптимизировать лобовое сопротивление или уменьшить обратное сопротивление и создать некоторую подъемную силу во время вращения детали. Устройство сконфигурировано таким образом, что ветер дует по касательной к вращению главного ротора, а не в осевом направлении. Главный ротор или роторы могут быть размещены вертикально, горизонтально или под любым углом между ними, каждый с одним или несколькими узлами лопастных панелей, закрепленных на соответствующих рычагах, соединенных с ротором в любом месте по длине ротора. Эти вспомогательные валы узлов лопастных панелей управляются главным блоком управления и устройствами управления (такими как кулачковое устройство, пускатели и т.д.) для регулировки угла падения лопастных панелей относительно направления ветра, непрерывно изменяющегося во время каждого цикла вращения.The present invention provides a drag-based wind turbine system that has a plurality of adjustable blade panel assemblies, and each blade panel assembly itself contains a plurality of controllable (rotating) sub-blade panels. The present invention, with its novel and ingenious arrangement, is capable of independently changing the angle of incidence of each paddle panel assembly continuously during each rotation to optimize drag or reduce back drag and generate some lift as the part rotates. The device is configured so that the wind blows tangentially to the rotation of the main rotor, rather than in an axial direction. The main rotor or rotors may be placed vertically, horizontally, or at any angle in between, each with one or more blade panel assemblies mounted on corresponding arms connected to the rotor at any location along the length of the rotor. These auxiliary shafts of the paddle panel assemblies are controlled by the main control unit and control devices (such as cams, actuators, etc.) to adjust the angle of incidence of the paddle panels relative to the wind direction continuously changing during each rotation cycle.

Предусмотрены выходные устройства для использования энергии от вращения турбины и главного ротора(ов).Output devices are provided to harness the energy from the rotation of the turbine and main rotor(s).

Кроме того, поскольку каждый узел панелей лопастей содержит подвижные или управляемые панели подлопастей, поэтому при нормальном ветре/рабочем состоянии панели подлопастей находятся в закрытом положении, чтобы блокировать воздух (обеспечивая максимальную площадь для удара ветра) и создавать максимальное лобовое сопротивление и подъемную силу. Однако, когда скорости ветра начинают превышать определенные заданные пределы, тогда панели подлопастей каждого узла панели лопастей могут быть независимо открыты (частично или полностью), чтобы позволить избыточному воздуху проходить через панель лопастей, частично или полностью. Это независимое управление панелями подлопастей помогает поддерживать постоянный крутящий момент даже при изменении скорости ветра более чем в 30 раз. Эта конструктивная особенность устраняет необходимость в тормозах для управления вращением при чрезмерных скоростях ветра. Этот способ позволяет передавать собранную вращательную силу для дальнейшего преобразования в любую другую форму энергии в соответствии с потребностями.Additionally, since each blade panel assembly contains movable or controllable sub-blade panels, therefore, during normal wind/operating conditions, the sub-blade panels are in the closed position to block air (providing maximum area for the wind to strike) and create maximum drag and lift. However, when wind speeds begin to exceed certain predetermined limits, then the sub-blade panels of each blade panel assembly may be independently opened (partially or completely) to allow excess air to pass through the blade panel, partially or completely. This independent control of the sub-blade panels helps maintain constant torque even when wind speed changes by more than 30 times. This design feature eliminates the need for brakes to control rotation at excessive wind speeds. This method allows the collected rotational force to be transferred for further conversion into any other form of energy according to the needs.

Настоящее изобретение теперь будет описано со ссылкой на чертежи, охватывающие различные варианты воплощения настоящего изобретения.The present invention will now be described with reference to the drawings, showing various embodiments of the present invention.

Фиг. 1А иллюстрирует изометрический вид ветротурбинной системы на основе аэродинамического сопротивления (100) в расположении по вертикальной оси в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения; Как показано на фиг. 1А, ветротурбинная система (100), основанная на аэродинамическом сопротивлении (далее именуемая "система (100)"), расположена по вертикальной оси. Однако квалифицированному читателю будет понятно, что система (100) настоящего изобретения может быть расположена по вертикальной оси, горизонтальной оси или в любом промежуточном положении, не выходя за рамки настоящего изобретения. Устройства другого типа также рассматривались в других вариантах воплощения настоящего изобретения, которые объясняются далее в описании. Для лучшего объяснения и ясности в понимании, вид спереди и вид сверху системы (100) на фиг. 1А также показаны на фиг. 1В-1С, соответственно.Fig. 1A illustrates an isometric view of a drag-based wind turbine system (100) in a vertical axis arrangement in accordance with an embodiment of the present invention; As shown in FIG. 1A, a wind turbine system (100) based on aerodynamic drag (hereinafter referred to as “system (100)”) is located along a vertical axis. However, the skilled reader will appreciate that the system (100) of the present invention may be located along a vertical axis, a horizontal axis, or any position in between without departing from the scope of the present invention. Other types of devices have also been contemplated in other embodiments of the present invention, which are explained later in the description. For better explanation and clarity of understanding, front and top views of the system (100) in FIG. 1A are also shown in FIG. 1B-1C, respectively.

Как показано на фиг. 1А, система (100) содержит один или более выходных приводных роторов (102), расположенных на базовой конструкции (120). Базовая конструкция (120) может пониматься как конструкция, которая позволяет системе (100) достигать желаемой высоты, а также размещать компоненты системы (100). Высота может изменяться от 1 метра до нескольких сотен метров, в зависимости от типа применения. Таким образом, в этом смысле основание (120) может быть, не ограничиваясь этим, башней и т.д., имеющей одну или несколько опор (1204) и одну или несколько горизонтальных/вертикальных платформ (1202) для размещения компонентов системы (100) (как отмечено на фиг. 1А и 1В). Кроме того, может быть несколько базовых конструкций (120), если в одной системе (100) используется более одной ветряной турбины. Один или более выходных приводных роторов (102) могут быть расположены на базовой конструкции (120) вертикально или горизонтально или под любым углом между ними в последовательном или параллельном расположении, в зависимости от типа расположения (горизонтального, вертикального и т.д.), используемого для системы (100). Один или более выходных приводных роторов (102) действуют как ступица для всей вращающейся турбины и средства для сбора и передачи энергии, вырабатываемой системой (100), другим устройствам для передачи энергии, включая, но не ограничиваясь этим, электрические, механические, гидравлические, тепловые и т.д.As shown in FIG. 1A, the system (100) includes one or more output drive rotors (102) located on the base structure (120). The base structure (120) can be understood as a structure that allows the system (100) to reach a desired height, as well as accommodate components of the system (100). The height can vary from 1 meter to several hundred meters, depending on the type of application. Thus, in this sense, the base (120) may be, but is not limited to, a tower, etc., having one or more supports (1204) and one or more horizontal/vertical platforms (1202) for placing components of the system (100) (as noted in Figures 1A and 1B). Additionally, there may be multiple base designs (120) if more than one wind turbine is used in a single system (100). One or more output drive rotors (102) may be positioned on the base structure (120) vertically or horizontally or at any angle therebetween in a series or parallel arrangement, depending on the type of arrangement (horizontal, vertical, etc.) used for system (100). One or more output drive rotors (102) act as a hub for the entire rotating turbine and a means for collecting and transmitting the energy generated by the system (100) to other energy transfer devices including, but not limited to, electrical, mechanical, hydraulic, thermal etc.

Чтобы упростить объяснение, в варианте воплощения, показанном на фиг. 1А-1С, показано, что только один выходной приводной ротор (102) расположен вертикально на основании. Кроме того, один или несколько выходных приводных роторов (102) соединены с одним или несколькими рычагами (104). Конструкция с одним или несколькими рычагами может проходить радиально или тангенциально от одного или обоих концов или участка между обоими концами каждого из одного или более выходных приводных роторов (102). Например, четыре рычага (104) проходят радиально (90 градусов друг от друга) от верхнего конца выходного приводного ротора (102), показанного на фиг.1А. Один или несколько рычагов (104) соединены с одним или несколькими выходными приводными роторами (102) с помощью первичных управляющих устройств (106). Предполагается, что термин "первичные управляющие устройства (106)" включает в себя механизмы нескольких типов и комбинации механизмов/устройств нескольких типов.To simplify the explanation, in the embodiment shown in FIG. 1A-1C, only one output drive rotor (102) is shown to be positioned vertically on the base. In addition, one or more output drive rotors (102) are connected to one or more arms (104). The one or more arm structure may extend radially or tangentially from one or both ends or a portion between both ends of each of the one or more output drive rotors (102). For example, four arms (104) extend radially (90 degrees apart) from the top end of the output drive rotor (102) shown in FIG. 1A. One or more arms (104) are coupled to one or more output drive rotors (102) via primary control devices (106). The term "primary control devices (106)" is intended to include multiple types of mechanisms and combinations of multiple types of mechanisms/devices.

В этом смысле одно или несколько первичных управляющих устройств (106) и вторичных управляющих устройств (110) выбираются из, не ограничиваясь ими, одного или нескольких кулачковых и толкательных устройств, серводвигателей, ременно-шкивных устройств, цепных механизмов, линейного и поворотного привода (1066), зубчатой передачи, рычажных механизмов, центрифуги, гидравлического, пневматического управления, числового управления, шаговых двигателей, электромагнитных двигателей, электромагнитов, винтовых приводов, считывателей пазов, цифровых и аналоговых элементов управления или их комбинации. Например: вариант воплощения, показанный на фиг. 1А-1В, иллюстрирует использование кулачка и толкателя в виде механизма считывания пазов (1062), линейных приводов, управляющих стержней (1064), поворотного привода (1066), линейных подшипников, зубчатого зацепления и т.д. в качестве первичных управляющих устройств (106).In this sense, one or more primary control devices (106) and secondary control devices (110) are selected from, but are not limited to, one or more cam and pusher devices, servo motors, belt and pulley devices, chain mechanisms, linear and rotary actuators (1066 ), gear trains, linkages, centrifuges, hydraulic controls, pneumatic controls, numerical controls, stepper motors, electromagnetic motors, electromagnets, screw drives, slot readers, digital and analog controls, or combinations thereof. For example: the embodiment shown in FIG. 1A-1B illustrate the use of a cam and follower in the form of a slot readout mechanism (1062), linear actuators, control rods (1064), a rotary actuator (1066), linear bearings, gearing, etc. as primary control devices (106).

Кулачковый механизм (1062), используемый в варианте воплощения на фиг. 1А-1С, более подробно показан на фиг. 2А-2С. Фиг. 2А-2С иллюстрируют кулачковое устройство в виде считывателя пазов, действующего в качестве главного блока управления (ГБУ) (112) настоящего изобретения. На фиг. 2А показано, что кулачковый механизм (1062) расположен в ГБУ (112). На фиг. 2В и 2С показан один и тот же вид с открытым верхом и в разрезе соответственно. Как видно из фиг. 2А-2С, ГБУ (112) включает в себя корпус (202). Дополнительно, кулачок (204), имеющий канавку заданной ширины вокруг него, имеющий заданную форму, расположен в корпусе (202) и окружен четырьмя толкателями (206), соединенными с управляющими стержнями (1064) каждого линейного привода вдоль каждого из четырех рычагов (104). Толкатели (206) снабжены каждый двумя свободно вращающимися колесами/подшипниками (208) подходящего размера, чтобы входить в канавку кулачка, выполненную с возможностью перемещения по контуру кулачка (204). Форма канавки была предварительно запрограммирована для оптимизации угла атаки каждого узла панели лопастей во время одного полного поворота на 360° при заданном направлении ветра, например, северном. Когда этот полный узел паза поворачивается на 90° по часовой стрелке, его оптимальное направление ветра для всех лопастей изменится на 90° с текущего северного направления на восточное.The cam mechanism (1062) used in the embodiment of FIG. 1A-1C, is shown in more detail in FIG. 2A-2C. Fig. 2A-2C illustrate a cam device in the form of a slot reader operating as a main control unit (MCU) (112) of the present invention. In fig. 2A shows that the cam mechanism (1062) is located in the GCU (112). In fig. 2B and 2C show the same open-top and sectional views, respectively. As can be seen from Fig. 2A-2C, GBU (112) includes a housing (202). Additionally, a cam (204) having a groove of a predetermined width around it, having a predetermined shape, is located in the housing (202) and is surrounded by four pushers (206) connected to the control rods (1064) of each linear actuator along each of the four arms (104) . The followers (206) are each provided with two freely rotating wheels/bearings (208) of suitable size to fit into a cam groove configured to move along the contour of the cam (204). The groove shape was pre-programmed to optimize the angle of attack of each blade panel assembly during one full 360° rotation in a given wind direction, such as north. When this complete slot assembly is rotated 90° clockwise, its optimal wind direction for all blades will change 90° from the current north direction to the east direction.

Вращение этого полного пазового узла в корпусе (202) достигается за счет зубчатого узла, содержащего меньшую приводную шестерню (1070), зацепленную с шестерней (1068) управления направлением, приводимой в движение двигателем (плохо виден) под управлением главного блока управления (ГБУ) (112), обеспечивающего то, что ветротурбинная система (100) оптимально активна при всех направлениях ветра. Ведущая шестерня (1070) помогает поворачивать шестерню (1068) управления направлением с прикрепленным к ней корпусом (202) в желаемой ориентации в зависимости от входных сигналов от датчика направления ветра. Дополнительно, также может быть предусмотрен один или более вспомогательных компонентов (208) (таких как подшипники, заклепки, небольшие колеса, стержни и т.д.) для закрепления компонентов на месте и обеспечения плавного относительного перемещения.Rotation of this full slot assembly in the housing (202) is achieved by a gear assembly containing a smaller drive gear (1070) meshed with a direction control gear (1068) driven by a motor (hard to see) under the control of a main control unit (MCU) ( 112), ensuring that the wind turbine system (100) is optimally active in all wind directions. The drive gear (1070) helps rotate the direction control gear (1068) with its attached housing (202) to a desired orientation depending on inputs from the wind direction sensor. Additionally, one or more auxiliary components (208) (such as bearings, rivets, small wheels, rods, etc.) may also be provided to secure the components in place and provide smooth relative movement.

Следует отметить, что все компоненты и соединения первичных управляющих устройств (106), упомянутые выше или показанные на фиг. 1А-1С и фиг. 2А-2С, являются лишь примерными. Они иллюстрируют, что первичные управляющие устройства (106) могут быть чисто механическими и в то же время предварительно конфигурируемыми для автоматического управления. Однако вышеупомянутые компоненты могут быть просто заменены другими электрическими компонентами, как указано в первичных управляемых устройствах (106) выше. Настоящее изобретение может просто использовать электродвигатели вместо кулачкового механизма (1062) или линейных и поворотных приводов (1066). Дополнительно, соединение между одним или несколькими выходными приводными роторами (102) и одним или несколькими рычагами (104) (или любыми движущимися компонентами) может включать электромагниты (например, в корпусе (202)) и использовать магнитную левитацию для оптимизации (устранения при низкой скорости ветра и увеличения при высокой скорости ветра) трения между движущимися частями. Таким образом, количество требуемых компонентов (и движущихся компонентов) может быть уменьшено.It should be noted that all components and connections of the primary control devices (106) mentioned above or shown in FIG. 1A-1C and FIG. 2A-2C are exemplary only. They illustrate that the primary control devices (106) can be purely mechanical and at the same time pre-configurable for automatic control. However, the above components can simply be replaced by other electrical components, as indicated in the primary controlled devices (106) above. The present invention may simply use electric motors instead of a cam mechanism (1062) or linear and rotary actuators (1066). Additionally, the connection between one or more output drive rotors (102) and one or more arms (104) (or any moving components) may include electromagnets (for example, in a housing (202)) and use magnetic levitation to optimize (eliminate low speed wind and increases at high wind speeds) friction between moving parts. In this way, the number of required components (and moving components) can be reduced.

Возвращаясь к фиг. 1А, система (100) дополнительно содержит один или несколько узлов (108) лопастных панелей, соединенных с возможностью вращения с одним или несколькими соответствующими рычагами (104). Как показано на фиг. 1А-1С, каждый рычаг (104) соединен с одним узлом лопастей (108) на дальнем конце соответствующего рычага (104). Как видно из фиг. 1, каждый узел (108) лопастной панели содержит вспомогательный поворотный вал (1084), установленный с возможностью вращения на каждом из одного или более рычагов (104), соединенных через одно или более первичных управляющих устройств (106). Первичные управляющие устройства (106) вращают вспомогательный поворотный вал (10846) и тем самым изменяют угол атаки каждого узла (108) лопастной панели. Также предусмотрено монтажное устройство (1082), соединенное со вспомогательным поворотным валом (1084). Монтажное устройство может включать в себя одну или несколько рам, средства соединения, средства установки и т.д.Returning to FIG. 1A, the system (100) further includes one or more blade panel assemblies (108) rotatably coupled to one or more associated arms (104). As shown in FIG. 1A-1C, each arm (104) is connected to one blade assembly (108) at the distal end of the corresponding arm (104). As can be seen from Fig. 1, each paddle panel assembly (108) includes an auxiliary rotary shaft (1084) rotatably mounted on each of one or more arms (104) coupled through one or more primary control devices (106). The primary control devices (106) rotate the auxiliary rotary shaft (10846) and thereby change the angle of attack of each blade panel assembly (108). Also provided is a mounting device (1082) coupled to an auxiliary rotary shaft (1084). The mounting device may include one or more frames, connection means, mounting means, etc.

В данном примере показано, что монтажное устройство включает в себя раму лопасти, которая может иметь квадратную, прямоугольную или любую многоугольную форму. Кроме того, каждое монтажное устройство (1082) (которое в данном примере представляет собой раму лопасти) имеет одну или несколько панелей (1086) подлопастей, которые могут поворачиваться в одной или нескольких точках поворота монтажного устройства (1082). Это становится возможным благодаря одному или нескольким вспомогательным управляющим устройствам (110), соединенным с монтажным устройством (1082). Это позволяет одной или нескольким подлопастным панелям (1086) вращаться (открываться и закрываться), тем самым блокируя и/или позволяя ветру частично или полностью проходить через лопастные панели. В другом варианте воплощения монтажное устройство (1082) может включать в себя поворотное крепление/установку поворота одной или нескольких панелей (1086) подлопастей непосредственно на вспомогательном поворотном валу (1084) с помощью средств соединения (без необходимости какой-либо рамы).This example shows that the mounting device includes a blade frame, which can be square, rectangular, or any polygonal shape. In addition, each mounting device (1082) (which in this example is a blade frame) has one or more sub-blade panels (1086) that can rotate at one or more rotation points of the mounting device (1082). This is made possible by one or more auxiliary control devices (110) connected to the mounting device (1082). This allows one or more sub-blade panels (1086) to rotate (open and close), thereby blocking and/or allowing wind to pass partially or completely through the blade panels. In another embodiment, the mounting device (1082) may include rotatably mounting/rotating one or more sub-blade panels (1086) directly onto an auxiliary rotary shaft (1084) via coupling means (without the need for any frame).

На фиг. 3А-3С показан узел панели лопастей (108) с (а) закрытыми, (b) частично открытыми/закрытыми и (с) открытыми панелями подлопастей (1086). Фигуры 1А-1С и 3А-3С иллюстрируют вариант воплощения, в котором панели (1086) подлопастей поворачиваются горизонтально и разделены по одной в каждом ряду. Но в других вариантах воплощения панели подлопастей (1086) могут поворачиваться вертикально или под углом и могут быть разделены по одной в каждой колонне. В еще одном варианте воплощения может быть множество панелей (1086) подлопастей в каждом ряду и колонне (подобно шахматной доске), при этом каждая панель (1086) подлопастей или группы панелей (1086) подлопастей работают независимо. Кроме того, одна или более панелей подлопастей (1086) изготовлены из материала, выбранного, не ограничиваясь этим, из металла, неметалла, сплава, полимера, волокна, стекла, керамики, дерева или их комбинации. Узел (108) лопастной панели сам по себе является новым и инновационным, поскольку он также может быть использован для модификации существующих ветряных турбин, обеспечивая улучшения.In fig. 3A-3C show a blade panel assembly (108) with (a) closed, (b) partially open/closed, and (c) open sub-blade panels (1086). Figures 1A-1C and 3A-3C illustrate an embodiment in which sub-blade panels (1086) are rotated horizontally and separated one in each row. But in other embodiments, the sub-blade panels (1086) can be rotated vertically or at an angle and can be separated one in each column. In yet another embodiment, there may be multiple subblade panels (1086) in each row and column (like a chessboard), with each subblade panel (1086) or groups of subblade panels (1086) operating independently. In addition, one or more subblade panels (1086) are made of a material selected from, but not limited to, metal, non-metal, alloy, polymer, fiber, glass, ceramic, wood, or a combination thereof. The blade panel assembly (108) itself is new and innovative as it can also be used to retrofit existing wind turbines to provide improvements.

Как упоминалось ранее, вторичные управляющие устройства (110) сконфигурированы для облегчения поворотного движения одной или нескольких панелей (1086) подлопастей. В этом смысле вторичные управляющие устройства (110) выбираются из, не ограничиваясь ими, одного или нескольких кулачковых и толкательных устройств, серводвигателей, ременно-шкивных устройств, цепных механизмов, зубчатой передачи, линейного и поворотного привода (1066), рычажных механизмов, центрифуги, гидравлического, пневматического управления, числового управления, шаговых двигателей, электромагнитных двигателей, электромагнитов, винтовых приводов, считывателей пазов, цифровых и аналоговых элементов управления или их комбинации.As mentioned previously, secondary control devices (110) are configured to facilitate rotational movement of one or more subblade panels (1086). In this sense, the secondary control devices (110) are selected from, but are not limited to, one or more cam and pusher devices, servo motors, belt and pulley devices, chain mechanisms, gear trains, linear and rotary actuators (1066), linkage mechanisms, centrifuges, hydraulic, pneumatic control, numerical control, stepper motors, electromagnetic motors, electromagnets, screw drives, slot readers, digital and analog controls or combinations thereof.

В примерном варианте воплощения, показанном на фиг. 1А-1С, вторичное управляющее устройство включает в себя управляющий стержень, двигатель (110), поворотный привод и рычаги, установленные на каждом монтажном устройстве (1082). Стержень управления соединен с каждой из одной или нескольких панелей (1086) подлопастей, а серводвигатель соединен со стержнем управления. Серводвигатель перемещает управляющий стержень, а управляющий стержень, в свою очередь, перемещает каждую из одной или нескольких панелей (1086) подлопастей, чтобы полностью открыть, частично открыть/ закрыть или полностью закрыть их.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1A-1C, the secondary control device includes a control rod, a motor (110), a rotary actuator, and levers mounted on each mounting device (1082). A control rod is coupled to each of one or more subblade panels (1086), and a servo motor is coupled to the control rod. The servo motor moves the control rod, and the control rod, in turn, moves each of the one or more sub-blade panels (1086) to fully open, partially open/close, or fully close them.

Кроме того, система (100) содержит один или несколько датчиков (не показаны), соединенных с одним или несколькими вспомогательными вращающимися валами (1084), монтажным устройством (1082), одной или несколькими панелями подлопастей (1086) и одним или несколькими выходными приводными роторами (102). Один или несколько датчиков включают, не ограничиваются ими, датчик направления ветра, датчик скорости ветра, акселерометр, датчик гироскопа, магнитометр, датчик ориентации, считыватель пазов, считыватель выступов, оптический считыватель, датчик давления, датчик излучения, считыватель перфорированных дисков, магнитный датчик, анемометр, датчики эффекта Холла или их комбинацию. Эти датчики могут быть расположены там, где они требуются в системе (100), в зависимости оттого, где внедряется система (100).In addition, the system (100) includes one or more sensors (not shown) coupled to one or more auxiliary rotating shafts (1084), a mounting device (1082), one or more sub-blade panels (1086), and one or more output drive rotors (102). The one or more sensors include, but are not limited to, a wind direction sensor, a wind speed sensor, an accelerometer, a gyroscope sensor, a magnetometer, an orientation sensor, a groove reader, a protrusion reader, an optical reader, a pressure sensor, a radiation sensor, a punched disk reader, a magnetic sensor, anemometer, Hall effect sensors or a combination thereof. These sensors may be located where they are needed in the system (100), depending on where the system (100) is being implemented.

Дополнительно, как ранее упоминалось при рассмотрении первичных управляющих устройств (106), система (100) также включает в себя главный блок управления (ГБУ (112)). В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения ГБУ (112) обычно расположен между одной или несколькими структурами рычагов (104) и одним или несколькими выходными приводными роторами (102). В других вариантах воплощения, включающих множество выходных приводных роторов (102) и более одного ГБУ (112), могут быть соответствующие ГБУ (112) вместе с каждым выходным приводным ротором (102) (и его подключенными компонентами). В отличие от первичных управляющих устройств (106), ГБУ (112) может дополнительно включать в себя или быть соединенным с модулем обработки (не показан). Для вариантов воплощения, аналогичных показанному на фиг. 1А, где имеется только один выходной приводной ротор, модуль обработки может быть расположен в корпусе (202) вместе с кулачком и толкателем (1062). В других вариантах воплощения, включающих несколько выходных приводных роторов (102) и более одного ГБУ (112), может быть модуль обработки, размещенный в каждом ГБУ (112), или может быть один центральный модуль обработки для всей системы. ГБУ (112), содержащий модуль обработки, соединен с одним или несколькими датчиками, одним или несколькими первичными управляющими устройствами (106) и одним или несколькими вторичными управляющими устройствами (110). Модуль обработки может принимать входные данные от одного или более датчиков, устройств ввода или может быть подключен внешне через ЛВС/ГВС, интернет и т.д., а также может предоставлять управляющие команды одному или нескольким первичным управляющим устройствам (106) и одному или нескольким вторичным управляющим устройствам (110), и механизмов управления направлением, на основе полученных входных данных.Additionally, as previously mentioned when discussing the primary control devices (106), the system (100) also includes a main control unit (MCU (112)). In accordance with an embodiment of the present invention, the MCU (112) is typically located between one or more arm structures (104) and one or more output drive rotors (102). In other embodiments including multiple output drive rotors (102) and more than one GCU (112), there may be a corresponding GCU (112) along with each output drive rotor (102) (and its connected components). Unlike the primary control devices (106), the GCU (112) may further include or be coupled to a processing module (not shown). For embodiments similar to those shown in FIG. 1A, where there is only one output drive rotor, the processing module may be located in the housing (202) along with the cam and follower (1062). In other embodiments, including multiple output drive rotors (102) and more than one GPU (112), there may be a processing module located in each GPU (112), or there may be one central processing module for the entire system. The GCU (112) containing the processing module is connected to one or more sensors, one or more primary control devices (106) and one or more secondary control devices (110). The processing module may receive input data from one or more sensors, input devices, or may be connected externally via LAN/WAN, Internet, etc., and may also provide control commands to one or more primary control devices (106) and one or more secondary control devices (110), and direction control mechanisms based on the received input data.

Модуль обработки (не показан) может включать в себя вычислительные возможности, такие как блок памяти, сконфигурированный для хранения машиночитаемых инструкций. Машиночитаемые инструкции могут быть загружены в блок памяти с непостоянного машиночитаемого носителя, такого как, не ограничиваясь этим, CD-ROM, DVD-ROM и флеш-накопители. Кроме того, машиночитаемые инструкции могут быть загружены в виде компьютерной в блок памяти. Блок памяти таким образом может быть выбран из группы, включающей EPROM, EEPROM, флеш-память и другие. Кроме того, модуль обработки включает в себя процессор, функционально соединенный с блоком памяти. В различных вариантах воплощения процессор может быть, не ограничиваясь этим, процессором на базе ARM или многоядерным процессором в форме программируемой пользователем вентильной матрицы (ППВМ), процессором общего назначения и интегральной схемой специального назначения (ИССН).The processing module (not shown) may include computing capabilities, such as a memory unit configured to store machine-readable instructions. Computer-readable instructions may be loaded into the memory unit from non-transitory computer-readable media, such as, but not limited to, CD-ROMs, DVD-ROMs, and flash drives. In addition, machine-readable instructions can be loaded in computer form into a memory unit. The memory block can thus be selected from a group including EPROM, EEPROM, flash memory and others. In addition, the processing module includes a processor operably connected to the memory unit. In various embodiments, the processor may be, but is not limited to, an ARM-based processor or a multi-core processor in the form of a field programmable gate array (FPGA), a general purpose processor, and a special purpose integrated circuit (SPIC).

В другом варианте воплощения модуль обработки может представлять собой микроконтроллер. Микроконтроллер может включать в себя один или несколько ЦП (процессорных ядер) вместе с памятью и программируемыми периферийными устройствами ввода/вывода. Программная память в виде сегнетоэлектрической оперативной памяти, NOR накопителя или OTP ROM также часто включается в микросхему, а также небольшой объем оперативной памяти. В еще одном варианте воплощения модуль обработки представляет собой микропроцессор. Микропроцессор может представлять собой многоцелевую цифровую интегральную схему с тактовым управлением, основанную на регистре, которая принимает двоичные данные в качестве входных данных, обрабатывает их в соответствии с инструкциями, хранящимися в ее памяти, и выдает результаты в качестве выходных данных. Микропроцессор может содержать как комбинационную логику, так и последовательную цифровую логику и может действовать как SBC. В еще одном варианте воплощения модуль обработки может быть удаленно подключенным внешним интерфейсом с функциями управления, обработка загружается из внешних сетей.In another embodiment, the processing module may be a microcontroller. A microcontroller may include one or more CPUs (processing cores) along with memory and programmable input/output peripherals. Program memory in the form of ferroelectric RAM, NOR drive, or OTP ROM is also often included on the chip, as well as a small amount of RAM. In yet another embodiment, the processing module is a microprocessor. A microprocessor can be a register-based multi-purpose clock-controlled digital integrated circuit that takes binary data as input, processes it according to instructions stored in its memory, and produces the results as output. A microprocessor can contain both combinational logic and sequential digital logic and can act as an SBC. In yet another embodiment, the processing module may be a remotely connected external interface with control functions, the processing downloaded from external networks.

Кроме того, система (100) содержит выходное устройство (114), соединенное с одним или несколькими выходными приводными роторами (102), как показано на фиг. 1А-1В. Выходное устройство (114) может быть расположено на одной или нескольких горизонтальных платформах (1202) на основании. Выходное устройство (114) выполнено с возможностью преобразования вращательного момента одного или более выходных приводных роторов (102) в одну или более форм энергии. Форма энергии может быть электрической, механической и т.д., в зависимости от применения. В этом смысле одно или несколько выходных устройств (114) могут включать в себя генераторы (для выработки электрической энергии) или для выработки механической энергии - зубчатые колеса, ремни, цепи, насосы и т.д. Выходное устройство (114) может также включать в себя принадлежности для изготовления и крепежные приспособления, а также различные виды подшипников и принадлежностей для уменьшения трения, преобразователи передаточного отношения (для увеличения/уменьшения оборотов роторов в соответствии с требованиями) и преобразователи направления с использованием трансмиссий и ремней или других средств. Проще говоря, предусмотрено, что устройство вывода (114) включает в себя всю инфраструктуру, включая вспомогательное оборудование для преобразования энергии или передачи энергии из одной точки в другую в системе (100), в пределах участка или за его пределами.In addition, the system (100) includes an output device (114) coupled to one or more output drive rotors (102), as shown in FIG. 1A-1B. The output device (114) may be located on one or more horizontal platforms (1202) on the base. The output device (114) is configured to convert the torque of one or more output drive rotors (102) into one or more forms of energy. The form of energy can be electrical, mechanical, etc., depending on the application. In this sense, one or more output devices (114) may include generators (for generating electrical power) or for generating mechanical power - gears, belts, chains, pumps, etc. The output device (114) may also include fabrication and mounting accessories, as well as various types of bearings and friction reducing accessories, gear ratio converters (to increase/decrease rotor speed as required), and direction converters using transmissions and belts or other means. Simply put, the output device (114) is provided to include the entire infrastructure, including auxiliary equipment, for converting energy or transmitting energy from one point to another in the system (100), on or off site.

Способ работы для варианта воплощения (вертикальная ось) ветротурбинной системы (100) на основе аэродинамического сопротивления, как показано на фиг. 1А-1С:The operating method for an embodiment (vertical axis) of wind turbine system (100) based on aerodynamic drag, as shown in FIG. 1A-1C:

Как уже упоминалось выше, настоящее изобретение может использовать максимальную энергию ветра при скоростях ветра в диапазоне от нескольких миль в час до сотен миль в час без каких-либо повреждений его структуры (даже при циклонных бурях). Это стало возможным благодаря двум уникальным инновационным особенностям настоящего изобретения, а именноAs mentioned above, the present invention can harness maximum wind energy at wind speeds ranging from a few miles per hour to hundreds of miles per hour without any damage to its structure (even in cyclone storms). This is made possible by two unique innovative features of the present invention, namely

(1) узлы панелей лопастей (108), которые индивидуально вращаются вокруг своей оси динамически во время каждого вращения ротора в зависимости от его углового положения для оптимизации лобового сопротивления и подъемных сил при одновременном снижении обратного сопротивления;(1) blade panel assemblies (108) that individually rotate about their axis dynamically during each rotation of the rotor depending on its angular position to optimize drag and lift forces while reducing back drag;

(2) Поворотные панели подлопастей (1086) узла (108) панели лопастей, которые могут поворачиваться (открываться/закрываться) для изменения площади контакта с ветром и пропускать избыточный ветер через узел панели и предотвращать любые повреждения при ветре высокой скорости.(2) Rotating sub-blade panels (1086) of the blade panel assembly (108) that can rotate (open/close) to change the wind contact area and pass excess wind through the panel assembly and prevent any damage in high speed winds.

Теперь будет подробно описан способ работы с использованием вышеупомянутых функций. Обращаясь к варианту воплощения на фиг. 1А, предполагается, что ветер дует в прямом направлении (представлен белыми стрелками, выделенными черным цветом). Имеется четыре рычага (104), каждый из которых соединен с одним узлом (108) панели лопастей (таким образом, 4 узла (108) панели лопастей). Вспомогательные поворотные валы (1084) узлов (108) лопастных панелей поддерживаются соответствующей конструкцией рычага (104) и управляются с помощью первичных управляющих устройств (106). Следовательно, каждый узел панелей лопастей (108) выполнен с возможностью поворота, не ограничиваясь этим, на 0-270 градусов вокруг вспомогательного поворотного вала (1084). Однако в случае, если в качестве основного управляющего устройства (106) между соответствующей конструкцией рычага (104) и вспомогательным поворотным валом (1084) используется двигатель, тогда возможен также поворот узла (108) панели лопастей на 360 градусов.The operating method using the above functions will now be described in detail. Referring to the embodiment of FIG. 1A, the wind is assumed to be blowing in a forward direction (represented by white arrows highlighted in black). There are four arms (104) each connected to one blade panel assembly (108) (thus 4 blade panel assemblies (108). The auxiliary rotary shafts (1084) of the blade panel assemblies (108) are supported by a corresponding lever structure (104) and controlled by primary control devices (106). Therefore, each blade panel assembly (108) is rotatable from, but not limited to, 0-270 degrees about the auxiliary rotary shaft (1084). However, if a motor is used as the main control device (106) between the corresponding lever structure (104) and the auxiliary rotary shaft (1084), then it is also possible to rotate the blade panel assembly (108) by 360 degrees.

Даже до начала работы настоящей системы (100) очевидно, что при определенных условиях, таких как уже дующий ветер, узлы (108) панелей лопастей могут вращаться или не вращаться из-за дующего ветра, определенная сила будет прикладываться к каждому узлу панелей лопастей (108), четыре рычага (104) будут находиться в определенном угловом положении и так далее. Поэтому сначала необходимо определить эти параметры. Таким образом, модуль обработки с помощью одного или более датчиков динамически определяет, не ограничивается этим, направление ветра, скорость ветра, скорость вращения одного или более выходных приводных роторов (102), индивидуальное угловое положение одного или более рычагов и усилие на каждую раму лопасти (1082) с использованием одного или нескольких датчиков.Even before the operation of the present system (100), it is obvious that under certain conditions, such as when the wind is already blowing, the blade panel assemblies (108) may or may not rotate due to the blowing wind, a certain force will be applied to each blade panel assembly (108 ), the four arms (104) will be in a certain angular position, and so on. Therefore, these parameters need to be defined first. Thus, the processing module, through one or more sensors, dynamically determines, but is not limited to, wind direction, wind speed, rotational speed of one or more output drive rotors (102), the individual angular position of one or more arms, and the force on each blade frame ( 1082) using one or more sensors.

Кроме того, в зависимости от направления ветра, направления вращения, требуемого для применения, и силы на каждом узле (108) панели лопастей модуль обработки, использующий один или несколько датчиков, конфигурируется для определения максимальной точки тяги в системе (100), т.е. макс, точки силы, которая вращала бы систему (100) в желаемом направлении.In addition, depending on the wind direction, the direction of rotation required for the application, and the force on each blade panel assembly (108), a processing module using one or more sensors is configured to determine the maximum point of thrust in the system (100), i.e. . max, the point of force that would rotate the system (100) in the desired direction.

Например, как показано на фиг. 1С (вид сверху системы (100)), желателен поворот против часовой стрелки (как показано жирными черными стрелками), максимальная сила сопротивления приходится на узел панели лопастей (108) справа (как показано на схеме), сила сопротивления на самом правом узле панели лопастей (108) поворачивает систему (100) против часовой стрелки вместе с ветром. Для максимального повышения тяги вперед при минимизации обратного сопротивления на других 3 панелях их угол атаки непрерывно изменяется в оптимальное положение с помощью ГБУ (112). Продолжая рассматривать фиг. 1С, узел панели лопастей (108) в крайнем левом положении, скорее всего, будет испытывать обратное сопротивление при движении против ветра и создаст проблему при вращении против часовой стрелки, поэтому его площадь контакта с ветром можно свести к минимуму, ориентируя узел панели лопастей (108) слева параллельно направлению ветра или слегка внутрь/наружу, чтобы создать некоторый возможный подъем вперед. Аналогично, узлы (108) лопастных панелей спереди и сзади (как показано внизу и вверху фиг. 1С соответственно) ориентированы таким образом, чтобы создавать лобовое сопротивление и/или подъемную силу для добавления крутящего момента от соответствующего рычага (104) в направлении против часовой стрелки (и не наоборот). Следует отметить, что эти две лопасти создают подъемную силу, а также лобовое сопротивление, и обе эти силы являются аддитивными, несмотря на то, что подъемная сила находится под прямым углом к направлению ветра, но синхронна с вращением против часовой стрелки. Все вышеупомянутые параметры динамически определяются ГБУ (112) (имеющим модуль обработки) с помощью одного или нескольких датчиков. Кроме того, следует отметить, что термин "динамически определять" используется для обозначения того, что все вышеуказанные параметры непрерывно определяются в течение каждого вращения, а не только один раз. Это дает лучший контроль системы (100) для достижения желаемых результатов.For example, as shown in FIG. 1C (top view of system (100)), counterclockwise rotation is desirable (as shown by thick black arrows), maximum resistance force is on the blade panel assembly (108) on the right (as shown in the diagram), resistance force is on the rightmost blade panel assembly (108) rotates the system (100) counterclockwise with the wind. To maximize forward thrust while minimizing back drag, the other 3 panels' angle of attack is continuously adjusted to the optimal position by the GCU (112). Continuing to look at FIG. 1C, the blade panel assembly (108) in the leftmost position is likely to experience back drag when moving into the wind and will present a problem when rotating counterclockwise, so its contact area with the wind can be minimized by orienting the blade panel assembly (108 ) left parallel to the wind direction or slightly in/out to create some possible forward lift. Likewise, the front and rear blade panel assemblies (108) (as shown at the bottom and top of FIG. 1C, respectively) are oriented to provide drag and/or lift to add torque from the corresponding lever (104) in a counterclockwise direction. (and not vice versa). It should be noted that these two blades produce lift as well as drag, and both of these forces are additive, even though the lift is at right angles to the direction of the wind, but is synchronous with the counterclockwise rotation. All of the above parameters are dynamically determined by the GCU (112) (having a processing module) using one or more sensors. In addition, it should be noted that the term "dynamically determine" is used to indicate that all of the above parameters are continuously determined during each rotation, and not just once. This gives better control of the system (100) to achieve the desired results.

ГБУ (112) сконфигурирован для динамической регулировки угла атаки каждого из монтажных устройств (1082) во время каждого поворота и повторения процесса при каждом повороте. Таким образом, как показано на фиг. 1С, каждый из четырех блоков (108) лопастных панелей продолжает постепенно менять свое положение с оптимизированным углом атаки, вращаясь вокруг своего соответствующего вспомогательного поворотного вала (1086) с использованием первичных управляющих устройств (106) под управлением ГБУ (112) для достижения желаемой ориентации для оптимизации переднего крутящего момента. Положения четырех узлов (108) лопастных панелей, показанных на фиг. 1С, являются симптоматичными, и, например, когда рычаги (104) поворачиваются на 90 градусов против часовой стрелки, узел (108) лопастной панели справа перемещается в положение (самое верхнее, как показано на фиг. 1С), задний перемещается влево, левый перемещается вперед (снизу, как показано на фиг. 1С), а передний / нижний перемещается вправо, и существует n других промежуточных положений в пределах поворота на 360 градусов, и панели повторяют эти положения по очереди под управлением (различных типов) ГБУ.The GCU (112) is configured to dynamically adjust the angle of attack of each of the mounting devices (1082) during each rotation and repeat the process with each rotation. Thus, as shown in FIG. 1C, each of the four blade panel assemblies (108) continues to gradually change its position with an optimized angle of attack, rotating about its respective auxiliary rotary shaft (1086) using the primary control devices (106) under the control of the GCU (112) to achieve the desired orientation for optimization of front torque. The positions of the four blade panel assemblies (108) shown in FIG. 1C are symptomatic, and for example, when the arms (104) are rotated 90 degrees counterclockwise, the paddle panel assembly (108) on the right moves to the position (upmost as shown in FIG. 1C), the rear moves to the left, the left moves forward (bottom, as shown in Fig. 1C), and front/bottom moves to the right, and there are n other intermediate positions within a 360-degree rotation, and the panels repeat these positions in turn under the control of (various types of) GCU.

Следует отметить, что когда узел панели лопастей (108) слева (на фиг. 1С) перемещается вперед (т.е. в нижнее положение), он будет вращаться и изменять угол атаки приблизительно на 120 градусов ±50 градусов для перехода от ориентации внутрь к ориентации наружу, как это ранее выполнялось панелью лопастей спереди. Это внезапное вращение происходит в заранее запрограммированном положении вращения, при котором выработка обратной тяги минимальна и длится минимальное время. Главный блок управления (ГБУ (112)) облегчает вышеупомянутые функциональные возможности, используя первичные управляющие устройства (106), которые могут быть простым считывателем пазов, как показано на фиг.2 В, или сложным электронным контроллером с программированием (не показан).It should be noted that when the blade panel assembly (108) on the left (in FIG. 1C) is moved forward (i.e., to the down position), it will rotate and change the angle of attack approximately 120 degrees ±50 degrees to go from an inward to an inward orientation. outward orientation, as was previously done by the blade panel at the front. This sudden rotation occurs at a pre-programmed rotation position in which the generation of reverse thrust is minimal and lasts the shortest time. The main control unit (112) facilitates the above functionality using primary control devices (106), which may be a simple slot reader as shown in FIG. 2B, or a complex programmable electronic controller (not shown).

В показанном примерном варианте воплощения первичные управляющие устройства (106) включают в себя кулачковый толкатель в виде считывателя пазов (1062), управляющие стержни (1064), линейные приводы, поворотный привод (1066) и т.д. Обращаясь к фиг. 2В и 2С, можно видеть, что контур кулачка сопровождается канавкой, медленно удаляющейся от центра в течение большей части вращения, а на очень небольшой части вращения она внезапно перемещается внутрь и завершает круг. Здесь на фиг. 2В показано положение контура для направления ветра с запада на восток и 2С с севера на юг, где, в то время как на фиг. 1А-С, показаны положения узла лопастей для направления ветра с юга на север. Как уже было сказано, толкатели (206) вращаются вокруг контура кулачка (204) в канавке вокруг него и дополнительно прикреплены к управляющему стержню (1064). Перемещение панелей и рычага заставляет толкатели (206) перемещаться в канавке, а форма канавки вызывает возвратно-поступательное движение (линейное движение) в управляющем стержне (1064), который заставляет узел панели лопастей оптимизировать угол атаки панелей с помощью линейных и поворотных приводов (1066).In the exemplary embodiment shown, the primary control devices (106) include a cam follower-type slot reader (1062), control rods (1064), linear actuators, a rotary actuator (1066), etc. Referring to FIG. 2B and 2C, it can be seen that the contour of the cam is accompanied by a groove slowly moving away from the center during most of the rotation, and during a very small part of the rotation it suddenly moves inward and completes the circle. Here in fig. 2B shows the position of the contour for the wind direction from west to east and 2C from north to south, where, while in FIG. 1A-C show the positions of the blade assembly for wind direction from south to north. As already stated, the tappets (206) rotate around the contour of the cam (204) in a groove around it and are further attached to the control rod (1064). The movement of the panels and arm causes the tappets (206) to move in the groove, and the shape of the groove causes reciprocating motion (linear motion) in the control rod (1064), which causes the blade panel assembly to optimize the angle of attack of the panels using linear and rotary actuators (1066) .

Следует отметить, что различные участки контура кулачка (204) ответственны за вызывание вращения узла (108) панели лопастей. Например: внезапный участок погружения может вызвать большой поворот узла (108) панели лезвий, например, поворот на 120 градусов ±50 градусов, необходимый для узла (108) самой левой панели лопастей, прежде чем он достигнет положения самой нижней лопасти. Таким образом, абсолютное положение кулачка (204) играет огромную роль в отношении направления ветра. Давайте предположим, что если бы направление ветра было противоположным, то положение наклона профиля кулачка требовалось бы на противоположной (правой) стороне, как на фиг. 2В, поскольку желаемые ориентации для каждого узла панели лопастей (108) изменятся в этом положении на 180 градусов. Таким образом, после обнаружения/определения изменения направления ветра ГБУ (112) поворачивает кулачковый узел (202) в желаемом направлении, используя приводную шестерню (1070) и управляющую шестерню (1068), показанные на фиг. 1В, приводимые в действие небольшим двигателем (не полностью виден на чертеже).It should be noted that various portions of the cam contour (204) are responsible for causing rotation of the blade panel assembly (108). For example: a sudden plunge portion may cause a large rotation of the blade panel assembly (108), such as the 120 degrees ±50 degrees rotation required for the leftmost blade panel assembly (108) before it reaches the position of the lowest blade. Thus, the absolute position of the cam (204) plays a huge role in relation to wind direction. Let's assume that if the wind direction were opposite, then the cam profile angle position would be required on the opposite (right) side, as in FIG. 2B, since the desired orientations for each blade panel assembly (108) will change 180 degrees in this position. Thus, after detecting/determining a change in wind direction, the MCU (112) rotates the cam assembly (202) in the desired direction using the drive gear (1070) and control gear (1068) shown in FIG. 1B, driven by a small motor (not fully visible in the drawing).

Следует отметить, что вышеупомянутые компоненты и их способ, вызывающий желаемое вращение одного или более узлов (108) лопастных панелей, являются примером механических первичных управляющих устройств (106). Это означает, что, используя вышеупомянутые компоненты и способ, квалифицированный специалист может создать автоматический или полуавтоматический механизм динамического вращения одного или более узлов (108) лопастных панелей. Однако вышеупомянутые механические средства могут быть заменены электрическими, электронными, гидравлическими, пневматическими компонентами, такими как двигатели (например, шаговые/серводвигатели, поршни и т.д.), чтобы легко уменьшить количество используемых компонентов и по-прежнему выполнять механизм динамического изменения угла атаки. Помимо этого, другие средства, упомянутые в перечне первичных/вторичных управляющих устройств (106), также могут быть использованы, не выходя за рамки настоящего изобретения.It should be noted that the above components and their method of causing the desired rotation of one or more blade panel assemblies (108) are an example of mechanical primary control devices (106). This means that, using the above components and method, a skilled person can create an automatic or semi-automatic mechanism for dynamically rotating one or more blade panel assemblies (108). However, the above mechanical means can be replaced by electrical, electronic, hydraulic, pneumatic components such as motors (e.g. stepper/servo motors, pistons, etc.) to easily reduce the number of components used and still perform the dynamic angle of attack mechanism . In addition, other means mentioned in the list of primary/secondary control devices (106) can also be used without departing from the scope of the present invention.

Кроме того, не следует забывать, что термин "оптимизировать", используемый в данном описании, предназначен для охвата как увеличения, так и уменьшения лобового сопротивления и подъемной силы, поскольку в некоторых погодных условиях может быть желательно уменьшить лобовое сопротивление. Таким образом, настоящее изобретение способно сделать и это.Additionally, it should be remembered that the term "optimize" as used herein is intended to cover both increases and decreases in drag and lift, since in some weather conditions it may be desirable to reduce drag. Thus, the present invention is capable of doing this as well.

В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения может иметь место сценарий, такой как буря и т.д., когда скорость ветра превышает общие проектные целевые показатели ветротурбинной системы (100). Например: скорость ветра 50 метров в секунду считается слишком высокой для того, чтобы любая существующая ветряная турбина могла генерировать крутящий момент. Таким образом, в таком сценарии настоящее изобретение предлагает уникальную возможность пропускать ветер с опасной высокой скоростью через узел (108) панели лопастей путем соответствующего открытия всех вспомогательных лопастей, позволяя ветру проходить через него, вместо того, чтобы ударять по нему. Эта способность позволяет настоящему изобретению не только избегать повреждений, но и продолжать генерировать энергию даже в таких суровых условиях окружающей среды.According to an embodiment of the present invention, there may be a scenario, such as a storm, etc., where the wind speed exceeds the overall design targets of the wind turbine system (100). For example: a wind speed of 50 meters per second is considered too high for any existing wind turbine to generate torque. Thus, in such a scenario, the present invention offers the unique ability to pass dangerously high speed wind through the blade panel assembly (108) by suitably opening all the auxiliary blades, allowing the wind to pass through it instead of hitting it. This ability allows the present invention not only to avoid damage, but also to continue to generate power even under such harsh environmental conditions.

Это достигается за счет того, что каждый узел панели лопастей (108) настоящего изобретения сам состоит из поворотной одной или нескольких подлопастных панелей (1086) (см. фиг. 3). Продолжая пример на фиг. 1А, когда скорость ветра превышает заданный предел (как определено системой (100)), ГБУ (112) через модуль обработки дополнительно конфигурируется для регулировки открытия одной или нескольких панелей подлопастей с использованием одного или нескольких дополнительных управляющих устройств (110). Это позволяет ветру проходить через раму лопасти (1082) (после полного открытия будет видна рама лопасти (1082)) без каких-либо ограничений. Вторичное управляющее устройство (110) может не только уменьшить обратное сопротивление, но и регулировать, а также сглаживать крутящий момент при порывистом ветре и защищать систему (100) от ненормальных скоростей. Кроме того, это гарантирует получение надежной и оптимальной выходной мощности при очень больших колебаниях скорости ветра, без перерывов, предотвращая при этом любое повреждение системы (100).This is achieved due to the fact that each blade panel assembly (108) of the present invention itself consists of a rotatable one or more sub-blade panels (1086) (see Fig. 3). Continuing the example in FIG. 1A, when the wind speed exceeds a predetermined limit (as determined by the system (100)), the GCU (112) through the processing module is further configured to adjust the opening of one or more sub-blade panels using one or more additional control devices (110). This allows wind to pass through the blade frame (1082) (the blade frame (1082) will be visible once fully opened) without any restrictions. The secondary control device (110) can not only reduce the back resistance, but also regulate and smooth the torque in gusty winds and protect the system (100) from abnormal speeds. In addition, this ensures that reliable and optimal power output is obtained during very large variations in wind speed, without interruption, while preventing any damage to the system (100).

Способность одной или более панелей (1086) подлопастей не только открываться или закрываться, но и частично открываться позволяет использовать настоящее изобретение для множества сценариев, помимо высокоскоростных ветров. Это позволяет настоящему изобретению выдерживать порывистый ветер и при этом обеспечивать постоянную производительность. Например, в случае порывов, когда скорость ветра неравномерно увеличивается с порывом ветра в течение нескольких секунд. Обычно отмечается, что это изменение составляет в пределах 20% повышения/понижения скорости ветра. Эта 20%-ная избыточная сила ветра может привести к перегрузке турбинных систем более чем на 170% во время их действия. Несмотря на небольшую продолжительность, это приведет к возникновению пульсаций в вырабатываемой электроэнергии, и, если они будут продолжаться в течение более длительного периода, это может привести к ухудшению состояния электрогенерирующего оборудования или его необратимому повреждению.The ability of one or more subblade panels (1086) to not only open or close, but also partially open allows the present invention to be used in a variety of scenarios other than high speed winds. This allows the present invention to withstand gusty winds and still provide consistent performance. For example, in the case of gusts, when the wind speed increases unevenly with a gust of wind over a period of several seconds. This change is usually noted to be within a 20% increase/decrease in wind speed. This 20% excess wind force can cause turbine systems to be overloaded by more than 170% during operation. Although short in duration, this will result in ripples in the generated electricity and, if continued for a longer period, may result in deterioration of the power generating equipment or permanent damage to it.

Поскольку изобретенная ветротурбинная система (100) способна запускать генерацию при более низких скоростях ветра около 3 метров в секунду или менее, она быстро достигнет своей номинальной полной мощности при средних скоростях ветра от 10 до 20 метров в секунду. В районах с хорошим ветром скорость ветра может превышать 20 метров в секунду, а скорость до 30-40 метров в секунду является вполне нормальной. В настоящей системе (100) одна или несколько панелей подлопастей могут частично открываться для регулировки выходной мощности, чтобы она постоянно оставалась оптимальной. Таким образом, настоящее изобретение позволяет управлять одной или несколькими подлопастями для создания постоянной мощности сверх расчетной оптимальной скорости ветра при полной нагрузке до, не ограничиваясь этим, 80 метров в секунду или более. Такая конструкция позволяет поддерживать и регулировать выходной крутящий момент от турбинной системы (100), чтобы он оставался на максимальном расчетном уровне, при изменении скорости ветра до десяти раз от оптимальной скорости.Since the inventive wind turbine system (100) is capable of generating at lower wind speeds of about 3 meters per second or less, it will quickly reach its rated full power at average wind speeds of 10 to 20 meters per second. In areas with good wind, wind speeds can exceed 20 meters per second, and speeds up to 30-40 meters per second are quite normal. In the present system (100), one or more subblade panels may be partially opened to adjust the power output so that it remains optimal at all times. Thus, the present invention allows one or more sub-blades to be controlled to produce constant power above the calculated optimum wind speed at full load up to, but not limited to, 80 meters per second or more. This design allows the torque output from the turbine system (100) to be maintained and adjusted to remain at its maximum design level as wind speeds vary up to ten times the optimum speed.

В соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения, настоящая система (100) также может быть реализована в виде ветротурбинной системы на основе сопротивления (100) с горизонтальной осью. Этот вариант воплощения показан на фиг. 4А и 4В. Этот вариант воплощения предназначен для охвата более широких аспектов, которые были рассмотрены на фиг. 1А-1С, но не проиллюстрированы, таких как ориентация по горизонтальной оси (или угловая), множество выходных приводных роторов (102), множество структур рычагов на обоих концах выходных приводных роторов (102), центральный или соответствующий ГБУ (112) и т.д. Все компоненты и принципы работы, используемые в этом варианте воплощения, те же, что и в варианте с вертикальной осью на фиг. 1А, но отличается только количество компонентов и конструкция.According to another embodiment of the present invention, the present system (100) can also be implemented as a horizontal axis drag wind turbine system (100). This embodiment is shown in FIG. 4A and 4B. This embodiment is intended to cover the broader aspects that were discussed in FIG. 1A-1C, but not illustrated, such as a horizontal axis (or angular) orientation, a plurality of output drive rotors (102), a plurality of arm structures at both ends of the output drive rotors (102), a central or corresponding GCU (112), etc. d. All components and operating principles used in this embodiment are the same as those in the vertical axis embodiment in FIG. 1A, but only the number of components and design differ.

Как показано на фиг. 4А, на базовой конструкции (120) установлена ветротурбинная система с горизонтальной осью (100), основанная на сопротивлении. Как пояснялось ранее, базовая конструкция (120) может представлять собой, не ограничиваясь этим, башню, колонну и т.д. имеющую одну или более опор (1204) и имеющую одну или более горизонтальных платформ (1202) для размещения компонентов системы (100). В этом варианте воплощения выходное устройство (114) расположено на верхней части базовой конструкции (120). Вариант воплощения представляет один или более выходных приводных роторов (102) (скажем, два, в последовательном расположении, как показано на фиг. 4А), каждый из которых соединен с выходным устройством (114) с обеих сторон через соответствующий ГБУ (112) и первичные управляющие устройства (106), такие как шестерни, валы, шкив-ремень, цепная звездочка и т.д. для передачи энергии вращения от одного или более выходных приводных роторов (102) к выходному устройству (114) (в данном случае генератору). Модуль обработки может быть размещен в центре или размещен в соответствующих ГБУ (112). Кроме того, один или более рычагов (104) (скажем, четыре + четыре, как показано на фиг. 4А) проходят радиально (на расстоянии 90 градусов друг от друга) от обоих концов каждого из двух выходных приводных роторов (102) (что делает панели фактически на расстоянии 45 градусов друг от друга).As shown in FIG. 4A, a horizontal axis wind turbine system (100) based on resistance is mounted on a base structure (120). As explained previously, the base structure (120) may be, but is not limited to, a tower, column, etc. having one or more supports (1204) and having one or more horizontal platforms (1202) for placing components of the system (100). In this embodiment, the output device (114) is located on the top of the base structure (120). An embodiment provides one or more output drive rotors (102) (say, two, in a series arrangement, as shown in FIG. 4A), each of which is connected to the output device (114) on both sides through a corresponding GCU (112) and primary control devices (106), such as gears, shafts, belt pulleys, chain sprockets, etc. to transfer rotational energy from one or more output drive rotors (102) to an output device (114) (in this case, a generator). The processing module may be centrally located or located in appropriate GCUs (112). Additionally, one or more arms (104) (say four + four as shown in FIG. 4A) extend radially (90 degrees apart) from both ends of each of the two output drive rotors (102) (which makes panels are actually 45 degrees apart).

Кроме того, один или более рычагов (104) соединены с соответствующими узлами (108) лопастных панелей. Этот вариант воплощения отличается от компоновки с вертикальной осью, как здесь, два параллельных рычага (104) монтируют узел (108) панели лопаток вместо одной конструкции рычага в конструкции с вертикальной осью (там также можно использовать аналогичную конструкцию рычага). Опять же, каждая лопастная панель имеет вспомогательный поворотный вал (1086), который может вращаться с помощью первичных управляющих устройств (106), а также одну или более подлопастных панелей (1086), которые могут поворачиваться с помощью вторичных управляющих устройств (110). Таким образом, конструкция ветротурбинной системы (100) на основе аэродинамического сопротивления с горизонтальной осью может выглядеть как две ветротурбины, расположенные параллельно (между двумя сторонами может быть показано смещение в 45 градусов или, если требуется, до ±180°) по обе стороны от выходного устройства (114).In addition, one or more arms (104) are connected to corresponding blade panel assemblies (108). This embodiment differs from the vertical axis arrangement as here, two parallel arms (104) mount the blade panel assembly (108) instead of a single arm structure in the vertical axis arrangement (a similar arm structure can also be used there). Again, each blade panel has an auxiliary rotary shaft (1086) that can be rotated by primary control devices (106), as well as one or more sub-blade panels (1086) that can be rotated by secondary control devices (110). Thus, a horizontal axis drag wind turbine system (100) design may look like two wind turbines positioned in parallel (an offset of 45 degrees can be shown between the two sides, or up to ±180° if required) on either side of the output devices (114).

Как можно видеть, выходное устройство (114) размещено на корпусе (коробчатой формы, как показано на фиг. 4А), откуда по бокам подключены два ГБУ (112). Аналогично конструкции с вертикальной осью, коробчатый корпус опирается на соединенный с редуктором узел, который используется для вращения всей конструкции ветротурбины в соответствии с направлением ветра. Например: в настоящее время показано, что направление ветра является тангенциально перпендикулярным узлам (108) верхних лопастных панелей, но если направление ветра становится осевым относительно одного или более выходных приводных роторов (102), то вся конструкция ветротурбины может быть повернута на 90 градусов так, что направление ветра становится неизменным, перпендикулярно к узлам верхней лопастной панели (108) снова и всегда.As can be seen, the output device (114) is placed on a housing (box-shaped, as shown in Fig. 4A), from which two GCUs (112) are connected on the sides. Similar to the vertical axis design, the box body is supported by a gearbox assembly that is used to rotate the entire wind turbine structure according to the direction of the wind. For example: the wind direction is currently shown to be tangentially perpendicular to the upper blade panel assemblies (108), but if the wind direction becomes axial with respect to one or more output drive rotors (102), then the entire wind turbine structure can be rotated 90 degrees so that that the wind direction becomes constant, perpendicular to the nodes of the upper blade panel (108) again and always.

Способ работы также следует тем же шагам, что и для системы с вертикальной осью (100). Как показано на фиг. 4В, можно видеть, что ветер дует слева направо, а желаемое направление вращения одного или нескольких выходных приводных роторов (102) - по часовой стрелке. Опять же, ГБУ (112) и модуль обработки динамически определяют направление ветра, скорость ветра, скорость вращения одного или более выходных приводных роторов (102), индивидуальное угловое положение одного или более рычагов относительно точки максимальной тяги и усилие на каждое монтажное устройство (1082) с использованием одного или нескольких датчиков. Таким образом, чтобы максимально увеличить лобовое сопротивление и подъемную силу, узлы ветровых лопастей в верхней половине (как показано на фиг. 4В) ориентированы таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную площадь и оптимальный угол падения (атаки) до 90 градусов.The operating method also follows the same steps as for the vertical axis system (100). As shown in FIG. 4B, it can be seen that the wind is blowing from left to right, and the desired direction of rotation of one or more output drive rotors (102) is clockwise. Again, the GCU (112) and processing module dynamically determine wind direction, wind speed, rotation speed of one or more output drive rotors (102), the individual angular position of one or more arms relative to the point of maximum thrust, and the force on each mounting device (1082). using one or more sensors. Thus, to maximize drag and lift, the wind blade assemblies in the upper half (as shown in Fig. 4B) are oriented to provide the largest possible area and an optimal angle of incidence (attack) of up to 90 degrees.

Например: самый верхний узел панелей лопастей (108) удерживается перпендикулярно направлению ветра, чтобы обеспечить максимальную площадь для создания лобового сопротивления и перемещения панели с ветром, а самая нижняя лопасть, которая движется против ветра, удерживается параллельно направлению ветра, чтобы обеспечить наименьшую площадь для удара ветра и свести к минимуму обратное сопротивление. Аналогично, все один или более узлов (108) лопастных панелей сконфигурированы для достижения заданной ориентации в определенных положениях во время вращения, чтобы оптимизировать (увеличить или уменьшить) угол атаки и увеличить лобовое сопротивление и/или подъемную силу и уменьшить обратное сопротивление во время поворота детали против ветра, на основе заданного угла поворота положение для каждого узла лопастной панели (108).For example: the topmost blade panel assembly (108) is held perpendicular to the wind direction to provide maximum area to create drag and move the panel with the wind, and the bottommost blade, which moves upwind, is held parallel to the wind direction to provide the smallest area to impact wind and minimize back drag. Likewise, each one or more blade panel assemblies (108) are configured to achieve a given orientation at certain positions during rotation to optimize (increase or decrease) the angle of attack and increase drag and/or lift and reduce back drag during rotation of the part. upwind, based on a given rotation angle, position for each blade panel assembly (108).

Кроме того, точно так же, как в системе (100) с вертикальной осью, если скорость ветра увеличивается, открытие одной или более панелей подлопастей регулируется с помощью одного или более вторичных управляющих устройств (110) для уменьшения тяги вперед за счет уменьшения эффективной площади лопасти, контактирующей с ветром, также регулирует и смягчает крутящий момент при порывистом ветре и защищает систему (100) от скоростей, превышающих расчетные пределы. Это обеспечивает надежную и оптимальную полную выходную мощность без перерывов, предотвращая при этом любое повреждение системы (100).In addition, just as in the vertical axis system (100), if wind speed increases, the opening of one or more sub-blade panels is controlled by one or more secondary control devices (110) to reduce forward thrust by reducing the effective blade area in contact with the wind, also regulates and softens torque in gusty winds and protects the system (100) from speeds exceeding design limits. This ensures reliable and optimal full power output without interruption, while preventing any damage to the system (100).

Квалифицированный читатель поймет, что вышеуказанный вариант воплощения может легко работать с одним выходным приводным ротором (102) и четырьмя конструктивными рычагами на одной стороне выходного устройства (114). Но двойное расположение было показано только для того, чтобы доказать, что несколько выходных приводных роторов (102) и турбин могут быть объединены в единую систему (100). Аналогичным образом, многие такие устройства с большим количеством выходных приводных роторов (102) и последовательным/параллельным соединением и уменьшенными или увеличенными рычагами с каждой стороны возможны без выхода за рамки настоящего изобретения.The skilled reader will appreciate that the above embodiment can easily be operated with one output drive rotor (102) and four structural arms on one side of the output device (114). But the dual arrangement was shown only to prove that multiple output drive rotors (102) and turbines could be combined into a single system (100). Likewise, many such devices with a large number of output drive rotors (102) and a series/parallel connection and smaller or larger arms on each side are possible without departing from the scope of the present invention.

Одним из преимуществ варианта воплощения, показанного на фиг. 4А и 4В, является то, что оба набора компонентов на обоих выходных приводных роторах (102) могут быть сконфигурированы независимо или дополнять друг друга, обеспечивая при этом физическую балансировку всей конструкции. Для простоты на чертеже показаны два комплекта на одном роторе.One advantage of the embodiment shown in FIG. 4A and 4B is that both sets of components on both output drive rotors (102) can be configured independently or complementary to each other while providing physical balance to the overall structure. For simplicity, the drawing shows two sets on one rotor.

Независимо от реализации, будь то вертикальная ось, горизонтальная ось или под углом между ними, два новых и инновационных свойства настоящего изобретения позволяют страховать друг друга в случае сбоя одного из них. Таким образом, следующие свойства иллюстрируют гибкость и возможности устранения неполадок настоящего изобретения без нарушения его работы:Regardless of the implementation, be it a vertical axis, a horizontal axis, or an angle in between, two new and innovative features of the present invention allow each other to be insured in the event of failure of one of them. Thus, the following properties illustrate the flexibility and troubleshooting capabilities of the present invention without disrupting its operation:

Например: В другой реализации поворотное действие одной или более панелей (1086) подлопастей позволяет настоящему изобретению работать без механизма динамического поворота ГБУ (212), управляющего каждым из узлов (108) панелей лопастей. Может возникнуть ситуация, когда вращение панели лопастей на вспомогательном поворотном валу (1086) не работает или возникает проблема в приводе вращения (1066) в любом или во всех узлах (108) панели лопастей. Тогда в этом случае любой или весь неисправный узел (108) или узлы лопастной панели могут удерживаться в прямом положении, выступая последовательно с соответствующей конструкцией рычага (104). В такой реализации вспомогательный механизм управления закрывает панели подлопастей во время движения с ветром, создающим максимальное лобовое сопротивление, и открывает все подлопасти на всех панелях во время вращения против ветра, чтобы максимально увеличить силу лобового сопротивления и уменьшить силу обратного сопротивления. Это может быть сделано, если механизм по ворота любо го одного или двух или всех узлов (108) лопастных панелей не работает.For example: In another implementation, the rotating action of one or more sub-blade panels (1086) allows the present invention to operate without a dynamic rotating mechanism (212) controlling each of the blade panel assemblies (108). A situation may arise where the rotation of the blade panel on the auxiliary rotary shaft (1086) does not work or there is a problem in the rotation drive (1066) in any or all of the blade panel assemblies (108). Then, in this case, any or all of the failed paddle panel assembly (108) or assemblies can be held in a straight position, protruding in series with the corresponding lever structure (104). In such an implementation, the auxiliary control mechanism closes the sub-blade panels during movement in winds producing maximum drag, and opens all sub-blades on all panels during upwind rotation to maximize the drag force and reduce the backdrag force. This may be done if the turning mechanism for any one or two or all of the blade panel assemblies (108) does not work.

Аналогично, в другой реализации может быть случай, когда существуют неблагоприятные погодные условия с ветрами с высокой скоростью, превышающей оптимальные расчетные пределы системы (100), и поворотное действие панелей (1086) подлопастей не работает. Таким образом, в этом случае, чтобы предотвратить любое повреждение системы (100) без прерывания выработки энергии, система (100) конфигурирует узлы (108) лопастных панелей для их динамического поворота и ориентации в положениях с наименьшим углом атаки, требуемым для продолжения вращения в желаемом направлении. В таком сценарии все узлы (108) лопастных панелей могут быть ориентированы в положении, по существу, параллельном направлению ветра. Термин "по существу" используется здесь, чтобы указать, что должен быть небольшой угол для создания лобового сопротивления для поддержания турбины и системы (100) в рабочем состоянии. Дополнительно, следует отметить, что это может быть легко сделано, если первичными управляющими устройствами (106) являются серводвигатель или шаговый двигатель или любые другие двигатели, которые могут динамически вращать вспомогательный поворотный вал (1084). Это также может быть сделано, если одна или несколько поворотных панелей (1086) подлопастей любого одного, двух или всех узлов лопастей не работают или не используются. Это исполнение может быть полезным, когда настоящее изобретение используется с обычными лопастными панелями (без поворотных подлопастных панелей (1086)).Likewise, in another implementation there may be a case where adverse weather conditions exist with high speed winds exceeding the optimal design limits of the system (100) and the turning action of the subblade panels (1086) does not operate. Thus, in this case, to prevent any damage to the system (100) without interrupting power generation, the system (100) configures the blade panel assemblies (108) to dynamically rotate and orient them to positions with the lowest angle of attack required to continue rotating at the desired direction. In such a scenario, all blade panel assemblies (108) may be oriented in a position substantially parallel to the wind direction. The term "substantially" is used here to indicate that there must be a small angle to create drag to maintain the turbine and system (100) in operating condition. Additionally, it should be noted that this can be easily done if the primary control devices (106) are a servo motor or a stepper motor or any other motors that can dynamically rotate the auxiliary rotary shaft (1084). This may also be done if one or more of the rotating sub-blade panels (1086) of any one, two or all of the blade assemblies are inoperative or not in use. This design may be useful when the present invention is used with conventional blade panels (without rotating sub-blade panels (1086)).

Помимо всего вышеупомянутого описания, ниже приведены некоторые эксплуатационные различия по сравнению с известным уровнем техники:In addition to all the above description, the following are some operational differences compared to the prior art:

• Ветер дует по касательной к вращению несущего винта по сравнению с осевым в известной конструкции• The wind blows tangentially to the rotor rotation compared to axial in a known design

• Тяга ротора создается за счет лобового сопротивления (большей его части) по сравнению с подъемной силой в конструкции известного уровня техники• Rotor thrust is generated by drag (most of it) compared to lift in prior art designs

• Сила сопротивления и подъемная сила являются аддитивными в направлении вращения по сравнению с сопротивлением, находящимся под прямым углом в известной конструкции• Drag force and lift force are additive in the direction of rotation compared to the drag at right angles in the known design

• Площадь, охватываемая лопастями, намного меньше при той же производительности по сравнению с известной конструкцией• The area covered by the blades is much smaller for the same performance compared to the known design

• Отношение общей тяги на башне к выходной мощности в изобретенном процессе намного лучше.• The ratio of total thrust on the tower to power output is much better in the invented process.

• Узел панели лопастей состоит из множества панелей подлопастей по сравнению с одной лопастью в известной конструкции.• The blade panel assembly consists of multiple sub-blade panels compared to a single blade in the prior art design.

• Абсолютный угол каждого узла панели лопастей может изменяться до 270 градусов или более при каждом обороте даже при постоянной скорости ветра по сравнению с изменением шага для всех лопастей, чтобы приспособиться к скорости ветра в конструкции предыдущего уровня техники.• The absolute angle of each blade panel assembly can vary up to 270 degrees or more with each rotation even at constant wind speed, compared to varying the pitch of all blades to accommodate the wind speed of a prior art design.

• Изготовление, монтаж и транспортировка ветряных панелей просты по сравнению с предшествующим уровнем техники.• Manufacturing, installation and transportation of wind panels are simple compared to prior art.

• Любое одно или оба из предлагаемых в изобретении первичных и вторичных управляющих устройств способны заставить изобретение работать и достигать более высокой производительности.• Any one or both of the primary and secondary control devices proposed in the invention are capable of causing the invention to operate and achieve higher performance.

Настоящее изобретение также предлагает ряд преимуществ по сравнению с известным уровнем техники:The present invention also offers a number of advantages over the prior art:

1. Сверхвысокая выработка энергии на квадратный метр охватываемой площади1. Ultra-high energy output per square meter of area covered

2. Облегченная конструкция турбины2. Lightweight turbine design

3. Легко осуществимы изготовление и сборка на месте3. Easy to manufacture and assemble on site

4. Использование детали легко контролируемых размеров даже для больших турбин сверхвысокой мощности.4. Use of parts with easily controlled dimensions even for large ultra-high power turbines.

5. Транспортировка материала в труднодоступное место легко осуществляется с помощью небольших деталей5. Transporting material to hard-to-reach places is easy using small parts

6. Техническое обслуживание не требует особой инфраструктуры6. Maintenance does not require special infrastructure

7. Эффективная выработка энергии начинается при более низких скоростях ветра (даже менее 5 км/ч)7. Efficient energy production starts at lower wind speeds (even less than 5 km/h)

8. Может выдерживать и генерировать энергию даже при скорости ветра более 200 км/ч без каких-либо повреждений системы или перебоев в выработке энергии.8. Can withstand and generate power even in wind speeds over 200 km/h without any system damage or interruption in power generation.

9. Встроенная защита от циклонических скоростей ветра без отключения генерирования9. Built-in protection against cyclonic wind speeds without turning off generation

10. Нет необходимости в предохранительном тормозном механизме10. No need for safety brake mechanism

11. При вертикальной конструкции ротора энергия вращения легко передается на землю11. With a vertical rotor design, rotational energy is easily transferred to the ground

12. Сбор энергии может быть многоцелевым в конструкции вертикального ротора.12. Energy harvesting can be multipurpose in vertical rotor design.

В общем, слово "модуль", используемое здесь, относится к логике, воплощенной в аппаратном обеспечении или микропрограммном обеспечении, или к набору программных инструкций, написанных на языке программирования, таком как, например, Java, С или assembly. Одна или несколько программных инструкций в модулях могут быть встроены в микропрограммное обеспечение, такое как EPROM. Следует понимать, что модули могут содержать соединенные логические блоки, такие как вентили и триггеры, и могут содержать программируемые блоки, такие как программируемые вентильные матрицы или процессоры. Модули, описанные здесь, могут быть реализованы как программные и/или аппаратные модули и могут храниться на любом типе машиночитаемого носителя или другого компьютерного запоминающего устройства.In general, the word "module" as used herein refers to logic embodied in hardware or firmware, or a set of software instructions written in a programming language such as, for example, Java, C, or assembly. One or more software instructions in the modules may be embedded in firmware such as an EPROM. It should be understood that modules may contain interconnected logic blocks, such as gates and flip-flops, and may contain programmable blocks, such as programmable gate arrays or processors. The modules described herein may be implemented as software and/or hardware modules and may be stored on any type of computer readable medium or other computer storage device.

Кроме того, хотя одна или более операций были описаны как выполняемые или иным образом связанные с определенными модулями, устройствами или объектами, операции могут выполняться или иным образом связаны с любым модулем, устройством или объектом. По существу, любая функция или операция, которые были описаны как выполняемые модулем, могут альтернативно выполняться другим набором модулей, сервером, платформой облачных вычислений или их комбинацией. Следует понимать, что методы настоящего предложения могут быть реализованы с использованием различных технологий. Например, способы, описанные здесь, могут быть реализованы с помощью серии исполняемых компьютером инструкций, размещенных на подходящем машиночитаемом носителе. Подходящие машиночитаемые носители могут включать энергонезависимую (например, ОЗУ) и/или энергонезависимую (например, ПЗУ, диск) память, несущие волны и средства передачи. Например, несущие волны могут принимать форму электрических, электромагнитных или оптических сигналов, передающих пары аналоговых/цифровых данных по локальной сети или общедоступной сети, такой как ЛВС, ГВС и интернет.In addition, although one or more operations have been described as being performed on or otherwise associated with specific modules, devices or objects, the operations may be performed on or otherwise associated with any module, device or object. As such, any function or operation that has been described as being performed by a module may alternatively be performed by another set of modules, a server, a cloud computing platform, or a combination thereof. It should be understood that the methods of the present proposal may be implemented using various technologies. For example, the methods described herein may be implemented using a series of computer-executable instructions located on a suitable computer-readable medium. Suitable computer-readable media may include non-volatile (eg, RAM) and/or non-volatile (eg, ROM, disk) memory, carrier waves, and transmission media. For example, carrier waves can take the form of electrical, electromagnetic, or optical signals that carry analog/digital data pairs over a local area network or public network such as LAN, WAN, and the Internet.

Следует также понимать, что, если специально не указано иное, как явствует из следующего рассмотрения, следует понимать, что на протяжении всего описания, рассмотрения, использующие такие термины, как "управление" или "получение" или "вычисление" или "хранение" или "получение" или "определение" или тому подобное, относятся к действию и процессам компьютерной системы или аналогичного электронного вычислительного устройства, которые обрабатывают и преобразуют данные, представленные в виде физических (электронных) величин в регистрах и запоминающих устройствах компьютерной системы, в другие данные, аналогичным образом представленные в виде физических величин в памяти или регистрах компьютерной системы или других подобных устройствах хранения, передачи или отображения информации.It should also be understood that, unless specifically stated otherwise, as will be apparent from the following discussion, it should be understood that throughout the description, discussions using terms such as "control" or "acquiring" or "computing" or "storing" or "receiving" or "determining" or the like, refers to the actions and processes of a computer system or similar electronic computing device that processes and converts data represented as physical (electronic) quantities in the registers and storage devices of the computer system into other data, similarly represented as physical quantities in the memory or registers of a computer system or other similar devices for storing, transmitting or displaying information.

Различные модификации этих вариантов воплощения очевидны специалистам в данной области из описания и прилагаемых чертежей. Принципы, связанные с различными вариантами воплощения, описанными здесь, могут быть применены к другим вариантам воплощения. Следовательно, описание не предназначено для ограничения вариантов воплощения, показанных вместе с прилагаемыми чертежами, но должно обеспечивать максимально широкий охват, соответствующий принципам и новым и инновационным свойствам, раскрытым или предложенным здесь. Соответственно, ожидается, что изобретение сохранит все другие подобные альтернативы, модификации и варианты, которые входят в объем настоящего изобретения и прилагаемой заявки.Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art from the description and accompanying drawings. The principles associated with the various embodiments described herein may be applied to other embodiments. Accordingly, the description is not intended to limit the embodiments shown in conjunction with the accompanying drawings, but is intended to cover as broadly as possible consistent with the principles and new and innovative features disclosed or proposed herein. Accordingly, the invention is expected to remain within the scope of the present invention and the accompanying application.

Claims (24)

1. Ветротурбинная система на основе аэродинамического сопротивления с регулируемыми лопастями, система, содержащая:1. Wind turbine system based on aerodynamic resistance with adjustable blades, a system containing: один или несколько выходных приводных роторов, расположенных на базовой конструкции, причем каждый выходной ротор соединен с одним или несколькими рычагами с использованием одного или нескольких первичных управляющих устройств;one or more output drive rotors located on the base structure, each output rotor coupled to one or more arms using one or more primary control devices; характеризуется тем, чтоcharacterized by the fact that один или несколько узлов лопастных панелей установлены с возможностью поворота с помощью одного или нескольких соответствующих рычагов, причем каждый узел лопастных панелей содержит:one or more paddle panel assemblies are rotatably mounted by means of one or more corresponding levers, each paddle panel assembly comprising: вспомогательный поворотный вал, установленный с возможностью вращения на каждом из одного или нескольких рычагов;an auxiliary rotary shaft rotatably mounted on each of the one or more arms; монтажное устройство, соединенное со вспомогательным поворотным валом, управляемым одним или несколькими первичными управляющими устройствами, каждое устройство для установки панели лопасти, вмещающее одну или несколько панелей подлопастей, поворачиваемых в одной или нескольких точках поворота монтажного устройства с использованием одного или нескольких вторичных управляющих устройств, чтобы позволить одной или нескольким подлопастям поворачиваться, тем самым блокируя и/или позволяя ветру проходить через лопастные панели частично или полностью;mounting device coupled to an auxiliary rotary shaft controlled by one or more primary control devices, each blade panel mounting device housing one or more sub-blade panels rotatable at one or more rotation points of the mounting device using one or more secondary control devices to allow one or more sub-blades to rotate, thereby blocking and/or allowing wind to pass through the blade panels partially or completely; один или более датчиков для считывания параметров управления системой, соединенных с одним или более главными блоками управления (ГБУ), соединенными с одним или более модулем обработки, одним или более первичными управляющими устройствами и одним или более вторичными управляющими устройствами; иone or more sensors for reading system control parameters connected to one or more main control units (MCUs) connected to one or more processing modules, one or more primary control devices and one or more secondary control devices; And выходное устройство выполнено с возможностью преобразования вращательного момента одного или более выходных приводных роторов в одну или более форм энергии.the output device is configured to convert the torque of one or more output drive rotors into one or more forms of energy. 2. Система по п. 1, в которой ГБУ может быть соединен с модулем обработки и настроен для:2. The system according to claim 1, in which the GCU can be connected to a processing module and configured for: динамического определения или контроля направления ветра, скорости ветра, скорости вращения одного или нескольких выходных приводных роторов, индивидуального углового положения одного или нескольких устройств для установки панели лопастей относительно точки максимальной тяги и усилия на каждое устройство для установки панели лопастей с использованием одного или нескольких датчиков;dynamically determining or monitoring wind direction, wind speed, rotational speed of one or more output drive rotors, an individual angular position of one or more blade panel mounting devices relative to the point of maximum thrust and force on each blade panel mounting device using one or more sensors; регулировки угла атаки каждого из одного или нескольких узлов лопастных панелей индивидуально и коллективно по отношению к ветру, динамически во время каждого вращения, используя основные механизмы управления, чтобы оптимизировать лобовое сопротивление и/или подъемную силу при вращении детали по ветру и уменьшить обратное сопротивление при вращении детали против ветра.adjusting the angle of attack of each of one or more blade panel assemblies individually and collectively with respect to the wind, dynamically during each rotation, using the underlying control mechanisms to optimize drag and/or lift as the part rotates downwind and reduce back drag as it rotates details against the wind. 3. Система по п. 1, в которой ГБУ соединен с модулем обработки и выполнен с возможностью регулировки открытия одной или более панелей подлопастей с использованием одного или более вторичных управляющих устройств для уменьшения обратного сопротивления, регулирования, а также сглаживания крутящего момента во время порывистого ветра и защиты системы от ветра, превышающего заданные скорости, обеспечивающая надежную и оптимальную производительность без перебоев при одновременном предотвращении любого повреждения системы.3. The system according to claim 1, in which the GCU is connected to the processing module and is configured to adjust the opening of one or more sub-blade panels using one or more secondary control devices to reduce back resistance, regulate, and smooth torque during gusty winds and protecting the system from winds exceeding specified speeds, ensuring reliable and optimal performance without interruption while preventing any damage to the system. 4. Система по п. 1, в которой один или более выходных приводных роторов могут быть расположены горизонтально, вертикально или под углом между ними на базовой конструкции в последовательном или параллельном расположении.4. The system of claim 1, wherein one or more output drive rotors may be arranged horizontally, vertically or at an angle therebetween on the base structure in a series or parallel arrangement. 5. Система по п. 1, в которой один или более рычагов проходят радиально или тангенциально от любого из концов или участка между обоими концами каждого из одного или более выходных приводных роторов или их комбинации.5. The system of claim 1, wherein one or more arms extend radially or tangentially from any of the ends or a portion between both ends of each of the one or more output drive rotors or combinations thereof. 6. Система по п. 1, в которой одна или несколько панелей подлопастей выполнены с возможностью открывания вертикально или горизонтально или под углом, внутри или снаружи соответствующего монтажного устройства одного или более узлов лопастных панелей.6. The system of claim 1, wherein the one or more sub-blade panels are configured to be opened vertically or horizontally or at an angle, inside or outside the corresponding mounting device of the one or more blade panel assemblies. 7. Система по п. 1, в которой одна или более панелей подлопастей выполнены из материала, выбранного из металла, неметалла, сплава, полимера, волокна, стекла, керамики, дерева или их комбинации.7. The system of claim 1, wherein the one or more sub-blade panels are made of a material selected from metal, non-metal, alloy, polymer, fiber, glass, ceramic, wood, or a combination thereof. 8. Система по п. 1, в которой одно или несколько первичных управляющих устройств и вторичных управляющих устройств выбираются из одного или нескольких кулачковых устройств, серводвигателей, устройств ремня и шкива, механизма цепи и звездочки, механизмов зацепления, линейного и поворотного привода, рычажных механизмов, центрифуги, гидравлики, пневматического управления, числового управления, шаговых двигателей, электромагнитных двигателей, электромагнитов, винтовых приводов, считывателя пазов, цифрового и аналогового управления или их комбинации.8. The system of claim 1, wherein the one or more primary control devices and secondary control devices are selected from one or more cam devices, servo motors, belt and pulley devices, chain and sprocket mechanisms, meshing mechanisms, linear and rotary actuators, linkage mechanisms , centrifuges, hydraulics, pneumatic control, numerical control, stepper motors, electromagnetic motors, electromagnets, screw drives, slot reader, digital and analog control or combinations thereof. 9. Система по п. 1, в которой один или более датчиков включают в себя датчик направления, датчик скорости, акселерометр, датчик гироскопа, магнитометр, датчик ориентации, считыватель пазов, считыватель выступов, оптический считыватель, датчик давления, датчик излучения, считыватель перфорированных дисков, магнитный датчик, датчики эффекта Холла, гравитационный переключатель, датчик наклона, кодер, датчик положения, тахометр, датчик движения или их комбинацию.9. The system of claim 1, wherein the one or more sensors include a direction sensor, a velocity sensor, an accelerometer, a gyroscope sensor, a magnetometer, an orientation sensor, a groove reader, a protrusion reader, an optical reader, a pressure sensor, a radiation sensor, a perforated reader drives, magnetic sensor, Hall effect sensors, gravity switch, tilt sensor, encoder, position sensor, tachometer, motion sensor or a combination thereof. 10. Узел панели лопастей для ветротурбинной системы, узел панели лопастей, содержащий:10. A blade panel assembly for a wind turbine system, a blade panel assembly comprising: вспомогательный вращающийся вал, установленный с возможностью вращения на одном или нескольких вращающихся рычагах ветротурбинной системы;an auxiliary rotating shaft rotatably mounted on one or more rotating arms of the wind turbine system; характеризуется тем, чтоcharacterized by the fact that монтажное устройство соединено со вспомогательным поворотным валом через одно или несколько устройств управления, при этом монтажное устройство содержит одну или несколько панелей подлопастей, которые могут поворачиваться в одной или нескольких точках поворота на монтажном устройстве, используя одно или несколько устройств управления, чтобы позволить одной или нескольким панелям подлопастей поворачиваться для открытия и/или закрытия, тем самым блокируя и/или позволяя ветру проходить через лопастные панели частично или полностью; иthe mounting device is coupled to the auxiliary rotary shaft through one or more control devices, wherein the mounting device includes one or more subblade panels that can be rotated at one or more pivot points on the mounting device using one or more control devices to allow one or more the subblade panels rotate to open and/or close, thereby blocking and/or allowing wind to pass through the blade panels partially or completely; And главный блок управления (ГБУ) соединен с модулем обработки, одним или несколькими устройствами управления и имеет доступ к информации, выбранной из одного или нескольких датчиков, внешних подключенных источников, механизмов обратной связи, контроллеров, программируемых устройств и их комбинации;a main control unit (MCU) is connected to a processing module, one or more control devices, and has access to information selected from one or more sensors, externally connected sources, feedback mechanisms, controllers, programmable devices, and combinations thereof; в котором ГБУ сконфигурирован для регулировки открытия одной или нескольких панелей подлопастей с использованием одного или нескольких устройств управления для максимального повышения прямого крутящего момента, уменьшения обратного сопротивления, регулирования, а также сглаживания крутящего момента при порывистом ветре и защиты системы от ветра, превышающего заданные скорости, обеспечивая надежную и оптимальную производительность без перерывов, в то же время предотвращая любое повреждение системы.wherein the GCU is configured to adjust the opening of one or more sub-blade panels using one or more control devices to maximize forward torque, reduce back drag, regulate as well as smooth torque in gusty winds and protect the system from winds in excess of specified speeds, ensuring reliable and optimal performance without interruption, while preventing any damage to the system.
RU2022120491A 2020-01-25 2020-10-03 Wind turbine system based on aerodynamic drag with adjustable blades RU2810877C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN202011003425 2020-01-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2810877C1 true RU2810877C1 (en) 2023-12-28

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2008512C1 (en) * 1991-06-28 1994-02-28 Валерий Ишберданович Асеев Wind unit with sail-propeller engine
RU47988U1 (en) * 2005-01-11 2005-09-10 Долгополов Виктор Дмитриевич WIND POWER PLANT
GB2479403A (en) * 2010-04-09 2011-10-12 Sway As Wind turbine rotor and blade mounting arrangement for wind turbine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2008512C1 (en) * 1991-06-28 1994-02-28 Валерий Ишберданович Асеев Wind unit with sail-propeller engine
RU47988U1 (en) * 2005-01-11 2005-09-10 Долгополов Виктор Дмитриевич WIND POWER PLANT
GB2479403A (en) * 2010-04-09 2011-10-12 Sway As Wind turbine rotor and blade mounting arrangement for wind turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2550450B1 (en) Vertical wind turbine with articulated blades
US20090180880A1 (en) Check valve turbine
US20130129472A1 (en) Wind turbine
WO2007045851A1 (en) A wind turbine
US10218246B2 (en) Variable diameter and angle vertical axis turbine
US11053919B2 (en) Vertical axis wind turbine with wind vanes
WO2009068950A2 (en) Cross fluid-flow axis turbine
EP2447526A1 (en) Rotation blade-type vertical axis wind turbine
EP2409025B1 (en) Vertical axis wind turbine with speed regulation and storm protection system
AU2008222708B2 (en) Hubless windmill
US20090257874A1 (en) Vertical axis windmill with weather vane positioning
US8517669B2 (en) Mechanical wind turbine and method of use
US20110182733A1 (en) Square Rigged Sail Wind Turbine
RU2810877C1 (en) Wind turbine system based on aerodynamic drag with adjustable blades
GB2436599A (en) Wind turbine blade furling system
WO2020019004A1 (en) Oscillating blade type turbine
KR102647729B1 (en) Drag and lift based wind turbine system with adjustable blades
KR20140032870A (en) Self-controlled rotor blades according to variable air directions without external power
US9217421B1 (en) Modified drag based wind turbine design with sails
DK202200086U3 (en) Counter-rotating wind turbine and wind power plant comprising a counter-rotating wind turbine
KR200282394Y1 (en) High efficiency vertical type wind-power plant
WO2021240050A1 (en) Wind energy converter
WO2007142498A1 (en) Wind power plant
Prakash et al. Horizontal Axis Wind Turbine
Kinnab WadihKhater Jamil Chibany