RU72282U1 - AIR FLOW ENERGY DEVICE FOR ELECTRIC ENERGY - Google Patents
AIR FLOW ENERGY DEVICE FOR ELECTRIC ENERGY Download PDFInfo
- Publication number
- RU72282U1 RU72282U1 RU2007144683/22U RU2007144683U RU72282U1 RU 72282 U1 RU72282 U1 RU 72282U1 RU 2007144683/22 U RU2007144683/22 U RU 2007144683/22U RU 2007144683 U RU2007144683 U RU 2007144683U RU 72282 U1 RU72282 U1 RU 72282U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- toroidal coil
- wind
- coil
- energy
- wind wheel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
1. Устройство преобразования энергии воздушного потока в электрическую энергию, содержащее, по меньшей мере, одну полую тороидальную катушку, установленную на расстоянии от поверхности земли, и, по меньшей мере, два ветровых колеса, жестко связанные между собой и установленные в полой части тороидальной катушки с возможностью перемещения по окружности относительно центра тороидальной катушки, выполненные при этом с возможностью подключения к генератору электрического тока, причем наружная поверхность тороидальной катушки содержит щель, ширина которой позволяет проходить через нее ветровому потоку к ветровому колесу.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина щели не превышает диаметр полой части катушки, но не меньше диаметра ветрового колеса.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит более одной тороидальной катушки, причем указанные катушки имеют общую ось.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ветряные колеса расположены по окружности тороидальной катушки симметрично.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тороидальная катушка закреплена на мачте.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тороидальная катушка закреплена на крыше здания.7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тороидальная катушка установлена вокруг здания.8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соотношение половины площади сечения полой части тороидальной катушки к площади ветряного колеса составляет не менее трех.1. Device for converting the energy of the air flow into electrical energy, containing at least one hollow toroidal coil mounted at a distance from the earth's surface, and at least two wind wheels rigidly interconnected and installed in the hollow part of the toroidal coil with the ability to move around the circumference relative to the center of the toroidal coil, made with the possibility of connecting to an electric current generator, and the outer surface of the toroidal coil contains a slot b, the width of which allows the wind stream to pass through it to the wind wheel. 2. The device according to claim 1, characterized in that the width of the slit does not exceed the diameter of the hollow part of the coil, but not less than the diameter of the wind wheel. The device according to claim 1, characterized in that it contains more than one toroidal coil, said coils having a common axis. The device according to claim 1, characterized in that the wind wheels are arranged symmetrically around the circumference of the toroidal coil. The device according to claim 1, characterized in that the toroidal coil is mounted on the mast. The device according to claim 1, characterized in that the toroidal coil is mounted on the roof of the building. The device according to claim 1, characterized in that the toroidal coil is installed around the building. The device according to claim 1, characterized in that the ratio of half the cross-sectional area of the hollow part of the toroidal coil to the area of the wind wheel is at least three.
Description
Техническое решение относится к области энергетики, а именно, к области устройств, предназначенных для улавливания и концентрирования природных энергетических потоков, в частности, энергии ветра, и может быть использовано для практического использования энергии ветра для получения электрической энергии в различных областях жизнедеятельности человека.The technical solution relates to the field of energy, namely, to the field of devices designed to capture and concentrate natural energy flows, in particular, wind energy, and can be used for practical use of wind energy to produce electrical energy in various areas of human life.
Одной из основных проблем современной ветроэнергетики в нашей стране в частности является низкая среднегодовая скорость ветра в географических областях, нуждающихся в энергоисточниках. Считается, что для Москвы и Московской области среднегодовая скорость ветра составляет 3,5 м/с. Данная скорость ветра является недопустимо малой для эффективной работы обычных ветроэнергетических установок.One of the main problems of modern wind energy in our country in particular is the low average annual wind speed in geographic areas that require energy sources. It is believed that for Moscow and the Moscow Region the average annual wind speed is 3.5 m / s. This wind speed is unacceptably low for the effective operation of conventional wind power plants.
Одним из способов решения проблемы является естественное, не требующее дополнительного вложения энергии ускорение ветрового потока. Экспериментально установлено, что мощность ветрового потока пропорциональна скорости ветра в третьей степени. Увеличение скорости ветра в 2 раза влечет увеличение мощности ветродвигателя в 8 раз.One way to solve the problem is a natural, not requiring additional energy input, acceleration of the wind flow. It was experimentally established that the power of the wind flow is proportional to the wind speed in the third degree. A 2-fold increase in wind speed results in an 8-fold increase in wind turbine power.
Однако известные в настоящий момент устройства ветровой энергетики не предназначены для концентрирования ветрового потока и увеличения, таким образом, скорости ветрового потока.However, the currently known wind energy devices are not intended to concentrate the wind flow and thus increase the speed of the wind flow.
Известна (RU, патент 2081344) конструкция автоматически форсированной ветровой турбины. Известная конструкция содержит неподвижную часть в виде горизонтальных траверс, между которыми в подшипниках установлена вращающаяся часть вертикальный ротор с радиальными плечами в верхней и нижней частях, между которыми размещены попарно вертикальные оси, на одной оси каждой пары закреплена поворотная парусная лопасть, опирающаяся своей хвостовой частью на другую ось, служащую ограничителем ее поворота. При этом турбина дополнительно снабжена неподвижными вертикальными опорами, с которыми жестко связаны горизонтальные траверсы, жестко связанными с валом фланцами, к которым жестко прикреплены радиальные плечи. Кроме того, турбина также снабжена подшипниковыми роликами, установленными на верхнем и нижнем концах осей, служащих ограничителями поворота лопастей, тяговыми канатами, охватывающими канавки подшипниковых роликов, неподвижные концы которых закреплены на неподвижной части конструкции, а другие концы соединены с небольшим предварительным натягом с электромагнитами управления или рукояткой ручного управления, ребрами жесткости, расположенными одним или несколькими рядами между плечами, демпферными ограничителями разворота лопастей, установленными на ребрах жесткости и способствующими возможности эффективного использования и тыльных поверхностей этих лопастей, при этом оси, ограничивающие поворот лопастей, размещены в прорезях плеч с возможностью возвратно-поступательного перемещения и подпружинены, а лопасти выполнены из легкого металла или пластика криволинейными с небольшой крутизной.Known (RU, patent 2081344) design of an automatically forced wind turbine. The known construction comprises a stationary part in the form of horizontal traverses, between which a rotating part has a vertical rotor with radial shoulders in the upper and lower parts, between which vertical axes are arranged in pairs, a rotary sailing blade is fixed on the same axis of each pair, resting on its tail part on the other axis, which serves as a limiter of its rotation. In this case, the turbine is additionally equipped with fixed vertical supports, to which horizontal traverses are rigidly connected, flanges rigidly connected to the shaft, to which radial shoulders are rigidly attached. In addition, the turbine is also equipped with bearing rollers mounted on the upper and lower ends of the axes, which serve as limiters for the rotation of the blades, traction ropes covering the grooves of the bearing rollers, the fixed ends of which are fixed to the fixed part of the structure, and the other ends are connected with a small preload with control electromagnets or with a manual control handle, stiffeners located one or more rows between the shoulders, damper blade limiters, mounted on stiffeners and contributing to the possibility of efficient use of the rear surfaces of these blades, while the axes restricting the rotation of the blades are placed in the slots of the shoulders with the possibility of reciprocating movement and spring-loaded, and the blades are made of light metal or plastic curved with a slight slope.
Недостатком известной конструкции турбины следует признать неэффективность ее использования при отсутствии значительной, свыше 10 м/сек скорости ветра.A disadvantage of the known turbine design should be recognized as the inefficiency of its use in the absence of a significant wind speed above 10 m / s.
Известна также (RU, патент 2249721) ветряная станция, содержащая ветряные двигатели, каждый из которых состоит из ветряного колеса с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу, расположенного в цилиндрическом кожухе с торцевыми стенками, составленном из двух частей - верхней и нижней, с прорезями, при этом на одном конце горизонтального вала укреплена соединительная муфта (гидромуфта), шкив которой соединен с использованием ременной передачи со шкивом электродвигателя, а на другом конце горизонтальный вал соединен с использованием полумуфт с электрогенератором, установленным на несущей конструкции, и снабжена распределительной и пускорегулирующей энергосистемой. Ветряные двигатели, а также вентилятор, укрепленные на основании, объединены между собой, при этом прорезь кожуха первого ветродвигателя с одной стороны соединена с прорезью второго ветродвигателя с помощью воздуховода, а прорезь с другой стороны соединена с отверстием для выхода воздушных масс (диффузором) вентилятора также с помощью воздуховода, причем горизонтальный вал каждого ветродвигателя смещен в цилиндрическом кожухе от центра в сторону выхода воздушных масс.Also known (RU, patent 2249721) is a wind station containing wind engines, each of which consists of a wind wheel with curved blades mounted on a horizontal shaft located in a cylindrical casing with end walls, made up of two parts - upper and lower, with slots at the same time, at one end of the horizontal shaft, a coupling (hydraulic coupling) is fixed, the pulley of which is connected using a belt drive to the motor pulley, and at the other end the horizontal shaft is connected using half of the couplings with an electric generator mounted on a supporting structure, and equipped with a distribution and ballast power system. The wind engines, as well as the fan mounted on the base, are interconnected, while the slot of the casing of the first wind turbine is connected on one side to the slot of the second wind turbine, and the slot on the other side is connected to the air outlet (diffuser) of the fan by means of an air duct, wherein the horizontal shaft of each wind turbine is displaced in the cylindrical casing from the center towards the exit of the air masses.
Недостатком известной ветряной станции также следует признать ее низкую эффективность, обусловленную отсутствием возможности концентрации энергии поступающего воздушного потока.A disadvantage of the known wind station should also be recognized as its low efficiency, due to the lack of the possibility of concentration of energy of the incoming air stream.
Известно также (RU, патент 2138684) устройство для преобразования воздушных потоков в электрическую энергию, It is also known (RU, patent 2138684) a device for converting air flows into electrical energy,
содержащее напорную трубу, соосно с центральным стволом шахты которой установлен ветровой электрический генератор с ветровым лопастным колесом, а в основании напорной трубы размещен накопитель энергии. Ветровое лопастное колесо электрического генератора снабжено присоединенной инерционной массой, которая размещена в периферийной части ветрового лопастного колеса.containing a pressure pipe coaxially with the central shaft of the shaft of which a wind electric generator with a wind impeller is installed, and an energy storage device is placed at the base of the pressure pipe. The wind impeller of the electric generator is equipped with an attached inertial mass, which is located in the peripheral part of the wind impeller.
Также недостатком известного устройства следует признать ее низкую эффективность, обусловленную отсутствием возможности концентрации энергии поступающего воздушного потока.Also a disadvantage of the known device should be recognized as its low efficiency, due to the lack of the possibility of concentration of energy of the incoming air stream.
Техническая задача, решаемая с использованием разработанной конструкции, состоит в расширении возможностей использования средств ветроэнергетики.The technical problem, solved using the developed design, is to expand the possibilities of using wind energy.
Технический результата, получаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в обеспечении возможности эффективного использования энергии ветра в регионах с низкими среднегодовыми скоростями ветра.The technical result obtained by the implementation of the developed design is to ensure the possibility of efficient use of wind energy in regions with low average annual wind speeds.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство преобразования энергии воздушного потока в электрическую энергию, содержащее, по меньшей мере, одну полую тороидальную катушку, установленную на расстоянии от поверхности земли, и, по меньшей мере, два ветровых колеса, жестко связанные между собой и установленные в полой части тороидальной катушки с возможностью перемещения по окружности относительно центра тороидальной катушки, выполненные при этом с возможностью подключения к генератору электрического тока, причем наружная поверхность тороидальной катушки содержит щель, ширина которой позволяет проходить через нее ветровому потоку к ветровому колесу. Преимущественно щель выполняют в части поверхности тороидальной катушки, максимально To achieve the technical result, it is proposed to use a device for converting air flow energy into electrical energy, containing at least one hollow toroidal coil mounted at a distance from the earth's surface, and at least two wind wheels rigidly connected to each other and installed in the hollow part of the toroidal coil with the ability to move around the circumference relative to the center of the toroidal coil, made with the possibility of connecting to an electric generator Skog current, the outer surface of the toroidal coil comprises a slot whose width allows to pass therethrough the wind flow to the wind wheel. Mostly the gap is performed in part of the surface of the toroidal coil, as much as possible
удаленной от ее геометрического центра. Это позволяет сконцентрированному ветровому потоку более равномерно поступать в зону размещения ветровых колес. Обычно ширина щели не превышает диаметр полой части катушки, но не меньше половины диаметра ветрового колеса. Устройство может содержать более одной тороидальной катушки, причем указанные катушки имеют общую ось. При этом в каждой из катушек и система их расположения в полости тороидальной катушки может быть различно. В частности, при реализации устройства ветряные колеса могут располагаться по окружности тороидальной катушки симметрично, однако это не является необходимым условием работоспособности устройства, как и условием использования двух ветровых колес. В зависимости от условий работы устройства, а также применения уловленной ветровой энергии количество ветряных колес и их взаимное расположение в полости тороидальной катушки может быть различно. Тороидальная катушка может быть изготовлена из любого механически прочного материала (металла, пластика, текстиля). В зависимости от использованного материала конструкция тороидальной катушки может быть самонесущей или каркасной. Поскольку скорость ветра при приближении к поверхности Земли уменьшается из-за неровностей рельефа и продукции жизнедеятельности человека, желательно тороидальные катушки закреплять на мачте, или на крыше здания, или вокруг здания. Желательно при конструировании устройства соблюсти условие, чтобы соотношение половины площади сечения полой части тороидальной катушки к площади ветряного колеса составляет не менее трех. Это обеспечит эффективную работу устройства.remote from its geometric center. This allows the concentrated wind flow to flow more evenly into the area where the wind wheels are placed. Typically, the gap width does not exceed the diameter of the hollow part of the coil, but not less than half the diameter of the wind wheel. The device may contain more than one toroidal coil, and these coils have a common axis. Moreover, in each of the coils and the system of their location in the cavity of the toroidal coil can be different. In particular, when implementing the device, the wind wheels can be located symmetrically around the circumference of the toroidal coil, however, this is not a necessary condition for the operability of the device, as well as the condition for using two wind wheels. Depending on the operating conditions of the device, as well as the application of the captured wind energy, the number of wind wheels and their relative position in the cavity of the toroidal coil can be different. The toroidal coil can be made of any mechanically strong material (metal, plastic, textile). Depending on the material used, the design of the toroidal coil can be self-supporting or frame. Since the wind speed decreases when approaching the Earth’s surface due to uneven terrain and human life products, it is advisable to fix the toroidal coils on the mast, or on the roof of the building, or around the building. It is advisable when designing the device to comply with the condition that the ratio of half the cross-sectional area of the hollow part of the toroidal coil to the area of the wind wheel is at least three. This will ensure the effective operation of the device.
Работа устройства основана на следующих теоретических предпосылках.The operation of the device is based on the following theoretical premises.
Набегающий поток воздуха обтекает тороидальную катушку слева и справа, попадая через щель на лопасти ветряных колес. Согласно закону Бернулли, который справедлив и для ламинарных потоков газа, увеличение скорости потока будет прямо пропорционально увеличению площади, с которой собирают набегающий поток (V1·S1=V2·S2). Отклонение потока для обтекания катушки будет при этом незначительным.An incoming air stream flows around the toroidal coil on the left and right, falling through the slot on the blades of the wind wheels. According to Bernoulli’s law, which is also valid for laminar gas flows, an increase in the flow velocity will be directly proportional to the increase in the area from which the incoming flow is collected (V 1 · S 1 = V 2 · S 2 ). The flow deviation for the flow around the coil will be negligible.
Поэтому относительное увеличение скорости потока можно оценить как отношение половины площади сечения катушки к площади ветроколеса.Therefore, a relative increase in the flow rate can be estimated as the ratio of half the cross-sectional area of the coil to the area of the wind wheel.
В дальнейшем сущность решения будет проиллюстрирована с использованием чертежа, представляющего собой вид спереди разработанного устройства, при этом использованы следующие обозначения: тороидальная катушка 1, ее полость 2, ветряное колесо 3.In the future, the essence of the solution will be illustrated using a drawing, which is a front view of the developed device, using the following notation: toroidal coil 1, its cavity 2, wind wheel 3.
В предпочтительном варианте реализации разработанное устройство содержит тороидальную катушку 1, в полости 2 которой установлено, по меньшей мере, два ветровых колеса 3, закрепленных на общем ободе, установленном внутри полости 2 тороидальной катушки 1. Катушка установлена на вершине мачты.In a preferred embodiment, the developed device comprises a toroidal coil 1, in the cavity 2 of which at least two wind wheels 3 are mounted, mounted on a common rim mounted inside the cavity 2 of the toroidal coil 1. The coil is mounted on the top of the mast.
Устройство работает следующим образом. Набегающий на тороидальную катушку 1 поток воздуха концентрируется в ее сечении (открытой части) и ускоряется. В открытой части катушки навстречу набегающему потоку расположены, по меньшей мере, два ветровых колеса 2, подключенные к генератору электрического тока, которые и преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую энергию.The device operates as follows. The air flow incident on the toroidal coil 1 is concentrated in its section (open part) and accelerated. In the open part of the coil towards the oncoming flow there are at least two wind wheels 2 connected to an electric current generator, which convert the kinetic energy of the wind into electrical energy.
Оба ветряных колеса устанавливаются таким образом, чтобы снятие кинетической энергии потока было максимальным. В Both wind wheels are installed in such a way that the removal of kinetic energy of the flow is maximum. AT
частности они могут располагаться симметрично. Ориентирование по ветру происходит предпочтительно за счет самоориентации. Также оно может происходить с использованием двигателей, расположенных в корпусе.In particular, they can be arranged symmetrically. Orientation downwind is preferably due to self-orientation. It can also occur using motors located in the housing.
Для увеличения выходной мощности разработанного устройства можно или увеличивать его размеры или размещать несколько аналогичных тороидальных катушек как на некотором расстоянии друг за другом, так и одна над другой.To increase the output power of the developed device, you can either increase its size or place several similar toroidal coils both at a certain distance one after another and one above the other.
Иллюстрируя возможности, предоставляемые разработанным устройством, следует отметить, что если внешнего диаметр катушки принять равной D=6 метров, ширину внутреннего радиуса катушки -3 метра, высоту катушки h=1,6 метра и при диаметре ветряного колеса равном d=1,5 метра увеличение скорости потока может достигать:Illustrating the possibilities provided by the developed device, it should be noted that if the outer diameter of the coil is taken to be D = 6 meters, the width of the inner radius of the coil is 3 meters, the height of the coil is h = 1.6 meters and when the diameter of the wind wheel is d = 1.5 meters increase in flow rate can reach:
S1/S2=4,8/1,77=2,7 раза,S 1 / S 2 = 4.8 / 1.77 = 2.7 times,
При этом S1=Dh/2=4,8 м2 - площадь сечения с которого собирается набегающий поток, S2=3,14·d·d/4=1,77 м2 - площадь ветроколеса.Moreover, S 1 = Dh / 2 = 4.8 m 2 is the cross-sectional area from which the incoming flow is collected, S 2 = 3.14 · d · d / 4 = 1.77 m 2 is the area of the wind wheel.
Таким образом, скорость набегающего потока может увеличиваться в более чем в 2,5 раза. При этом потери набегающего потока, попадающие в катушку, но не проходящие через ветроколесо буду незначительными.Thus, the speed of the incident flow can increase by more than 2.5 times. In this case, the incident flow losses falling into the coil, but not passing through the wind wheel, will be insignificant.
При скорости набегающего потока в 3,5 м/с скорость потока в сечении ветроколеса может достигать 9 м/с, что является достаточным для эффективной работы установки.At a free flow velocity of 3.5 m / s, the flow velocity in the section of the wind wheel can reach 9 m / s, which is sufficient for the effective operation of the installation.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007144683/22U RU72282U1 (en) | 2007-12-04 | 2007-12-04 | AIR FLOW ENERGY DEVICE FOR ELECTRIC ENERGY |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007144683/22U RU72282U1 (en) | 2007-12-04 | 2007-12-04 | AIR FLOW ENERGY DEVICE FOR ELECTRIC ENERGY |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU72282U1 true RU72282U1 (en) | 2008-04-10 |
Family
ID=48233281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007144683/22U RU72282U1 (en) | 2007-12-04 | 2007-12-04 | AIR FLOW ENERGY DEVICE FOR ELECTRIC ENERGY |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU72282U1 (en) |
-
2007
- 2007-12-04 RU RU2007144683/22U patent/RU72282U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8961103B1 (en) | Vertical axis wind turbine with axial flow rotor | |
| US6270308B1 (en) | Wind generator | |
| US7488150B2 (en) | Vertical wind turbine system with adjustable inlet air scoop and exit drag curtain | |
| JP3989001B2 (en) | Wind power generator combined with air purification equipment | |
| US20090155043A1 (en) | Vertical Multi-Phased Wind Turbine System | |
| US8134246B1 (en) | Fluid driven generator | |
| EA009264B1 (en) | Wind turbine for generating electricity | |
| CA2557242A1 (en) | Wind powered turbine in a tunnel | |
| US20190242359A1 (en) | Wind-tunnel turbine vacuum air flow generator | |
| JP2012107612A (en) | Wind tunnel body, vertical axis wind turbine, structure, wind power generator, hydraulic device, and building | |
| RU71386U1 (en) | WIND POWER PLANT WITH VERTICAL ROTOR | |
| US20100215488A1 (en) | Fluid flow energy concentrator | |
| RU132141U1 (en) | WIND POWER PLANT | |
| RU72282U1 (en) | AIR FLOW ENERGY DEVICE FOR ELECTRIC ENERGY | |
| RU95763U1 (en) | RADIAL ROOF FAN | |
| JP2013032703A (en) | Wind turbine for wind power generation by ring wind turbine | |
| RU2661567C2 (en) | Wind power plant and method of electricity producing | |
| CA2808605C (en) | Fluid driven generator | |
| KR20110079794A (en) | Wind power generation system which can convert the horizontal wind to upward through the funnel to collect wind blowing from any direction | |
| US8926261B2 (en) | Turbine assembly | |
| RU2249722C1 (en) | Rotary wind power station | |
| RU2210000C1 (en) | Rotary windmill | |
| RU2767434C1 (en) | Safe wind turbine | |
| US11168661B2 (en) | Wind turbine suitable for mounting without a wind turbine tower | |
| ES2928937T3 (en) | Turbine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20081205 |