RU80900U1

RU80900U1 - WIND ENGINE

Info

Publication number: RU80900U1
Application number: RU2008139785/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Степанович Фроловский; Лев Яковлевич Хаскин; Юрий Сергеевич Подшивалов; Елена Ивановна Белова
Original assignee: Виктор Степанович Фроловский; Лев Яковлевич Хаскин; Юрий Сергеевич Подшивалов; Елена Ивановна Белова
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2009-02-27

Abstract

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а более конкретно к ветроэнергетическим установкам.The utility model relates to wind energy, and more specifically to wind energy installations.

Предложен ветродвигатель, содержащий два ветроколеса карусельного типа с вертикальными осями вращения, установленные рядом друг с другом в одной горизонтальной плоскости симметрично относительно вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра. Наружные части ветроколес расположены в нишах боковых обтекателей, выполненных в форме несимметричного аэродинамического профиля, а внутренние части ветроколес - в канале, образованном боковыми обтекателями и верхней и нижней плоскими крышками. Вращение двух ветроколес происходит в противоположные стороны так, что лопасти сходятся в плоскости симметрии. Ветродвигатель для разворота на ветер имеет вертикальную ось вращения, расположенную в его носовой части.A wind turbine is proposed, comprising two carousel-type wind wheels with vertical axes of rotation mounted side by side in the same horizontal plane symmetrically with respect to a vertical plane parallel to the wind direction. The outer parts of the wind wheels are located in the niches of the side fairings, made in the form of an asymmetric aerodynamic profile, and the internal parts of the wind wheels are in the channel formed by the side fairings and the upper and lower flat covers. The rotation of the two wind wheels occurs in opposite directions so that the blades converge in the plane of symmetry. The wind turbine has a vertical axis of rotation located in its bow for a turn to the wind.

На внешних сторонах хвостовых частей боковых обтекателей установлены подпружиненные крыльевые поверхности, которые с возрастанием скорости ветра выше расчетной за счет увеличения аэродинамической силы поворачивают боковые обтекатели навстречу друг другу, дросселируя размер входного отверстия ветродвигателя и уменьшая расход воздуха, что предотвращает разрушение ветродвигателя из-за чрезмерного раскручивания ветроколеса.On the outer sides of the tail parts of the side fairings, spring-loaded wing surfaces are installed, which, with an increase in wind speed above the calculated one due to an increase in aerodynamic force, rotate the side fairings towards each other, throttling the size of the inlet of the wind turbine and reducing air flow, which prevents the destruction of the wind turbine due to excessive unwinding wind wheels.

Description

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям. Известны ветродвигатели с вертикальной осью вращения. Достоинством их является размещение генератора и оборудования внизу у земли. Это значительно облегчает их ремонт и обслуживание. Однако, наиболее распространенные типы этих ветродвигателей (ротор Савониуса и ротор Даррье, журнал "Наука и жизнь" №3, 2004 г., стр.6-13) имеют существенные недостатки, которые не компенсируются их достоинствами: профилированные лопасти сложной формы достаточно дороги в изготовлении, а коэффициент использования ветра в 2,0-2,5 раза меньше, чем у лучших современных крыльчатых ветродвигателей традиционной пропеллерной схемы с горизонтальной осью вращения.The utility model relates to wind energy, namely to wind turbines. Known wind turbines with a vertical axis of rotation. Their advantage is the location of the generator and equipment below the ground. This greatly facilitates their repair and maintenance. However, the most common types of these wind turbines (Savonius rotor and Darrieux rotor, Nauka i Zhizn magazine No. 3, 2004, pp. 6-13) have significant drawbacks that are not compensated by their advantages: profiled blades of complex shape are quite expensive in manufacture, and the wind utilization coefficient is 2.0-2.5 times less than that of the best modern winged wind turbines of the traditional propeller scheme with a horizontal axis of rotation.

Известен ветродвигатель (патент РФ на полезную модель №68075, 2007 г.), содержащий два ветроколеса карусельного типа с вертикальными осями вращения, установленные рядом друг с другом в одной горизонтальной плоскости симметрично относительно вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра. Наружные части ветроколес расположены в нишах боковых обтекателей, выполненных в форме несимметричного аэродинамического профиля, а внутренние части ветроколес - в канале, образованном боковыми обтекателями и верхней и нижней плоскими крышками. Вращение двух ветроколес происходит в противоположные стороны так, что лопасти сходятся в плоскости симметрии.A wind turbine is known (RF patent for utility model No. 68075, 2007), containing two carousel-type wind wheels with vertical axes of rotation mounted side by side in the same horizontal plane symmetrically with respect to a vertical plane parallel to the wind direction. The outer parts of the wind wheels are located in the niches of the side fairings, made in the form of an asymmetric aerodynamic profile, and the internal parts of the wind wheels are in the channel formed by the side fairings and the upper and lower flat covers. The rotation of the two wind wheels occurs in opposite directions so that the blades converge in the plane of symmetry.

Недостатком этого ветродвигателя, принятого в качестве прототипа, является то, что он не защищен от разрушения при скоростях ветра, превышающих расчетные.The disadvantage of this wind turbine, adopted as a prototype, is that it is not protected from destruction at wind speeds exceeding the calculated ones.

Задача, которую решает предложенная полезная модель, заключается в том, чтобы защитить ветродвигатель от разрушения при скоростях ветра, превышающих расчетные.The problem that the proposed utility model solves is to protect the wind turbine from destruction at wind speeds exceeding the calculated ones.

Технические результаты достигаются тем, что с целью защиты ветродвигателя от разрушения, на внешних сторонах хвостовых частей боковых обтекателей установлены подпружиненные крыльевые поверхности, которые при скоростях Technical results are achieved in that in order to protect the wind turbine from destruction, spring-loaded wing surfaces are installed on the outer sides of the tail parts of the side fairings, which at speeds

ветра, превышающих расчетные, позволяют за счет прироста аэродинамической силы, действующей на них, разворачивать обтекатели ветроколес навстречу друг к другу, дросселируя тем самым площадь входа.winds exceeding the calculated allow, due to the increase in aerodynamic force acting on them, to unfold the fairings of the wind wheels towards each other, thereby throttling the entrance area.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого ветродвигателя.Figure 1 shows a diagram of the proposed wind turbine.

Ветродвигатель содержит два ветроколеса 1 с лопастями-пластинами 2. Ветроколеса расположены в горизонтальной плоскости симметрично относительно вертикальной плоскости параллельной направлению ветра и имеют вертикальные оси вращения 3. Внутренние (активные) лопасти размещены в канале, образованном боковыми обтекателями 4, верхней крышкой 5 и платформой 6. На платформе на осях ветроколес установлены электрогенераторы 8. Вертикальная ось 7 разворота ветродвигателя на ветер выполнена в его носовой части и проходит через плоскость симметрии. С внешней стороны обтекателей 4, в их хвостовых частях установлены крыльевые поверхности 9, связанные с обтекателями тягами 10 постоянной длины. Тяги 10 закреплены на обтекателях ветроколес неподвижно, а на хвостовых частях крыльевых поверхностей - шарнирно. Кроме того, крыльевые поверхности связаны между собой в носовых частях шарнирно закрепленной тягой 11, имеющей возможность изменять свою длину за счет четырехзвенника 12 и стягивающей пружины 13.The wind turbine contains two wind wheels 1 with blades-plates 2. The wind wheels are located in the horizontal plane symmetrically relative to the vertical plane parallel to the wind direction and have vertical axis of rotation 3. The internal (active) blades are placed in the channel formed by the side fairings 4, the top cover 5 and the platform 6 Electric generators are installed on the platform on the axles of the wind wheels 8. The vertical axis 7 of the wind engine turning into the wind is made in its bow and passes through the plane of symmetry. On the outside of the fairings 4, in their rear parts there are wing surfaces 9 connected to the fairings by rods 10 of constant length. The rods 10 are fixed on the fairings of the wind wheels motionless, and on the tail parts of the wing surfaces - hinged. In addition, the wing surfaces are interconnected in the bow of the articulated rod 11, which has the ability to change its length due to the four link 12 and the tightening spring 13.

Ветродвигатель работает следующим образом:The wind turbine operates as follows:

набегающий воздушный поток (ветер) втекает в канал с характерным размером входного сечения «Б», образованный обтекателями 4, разгоняется и, попадая на активные лопасти, создает на вертикальной оси ветроколес ветродвигателя крутящий момент, который передается на вал генератора 8. При этом остальные (пассивные в данный момент) лопасти вращаются внутри обтекателей 4 и имеют небольшое аэродинамическое сопротивление. При боковом ветре на обтекателях и на крыльевых поверхностях появляются боковые силы R₄ и R₉, которые разворачивают ветродвигатель на ветер по принципу флюгера. При расчетных, рабочих скоростях ветра пружина 13 сохраняет постоянным расстояние от обтекателя 4 до крыльевой поверхности 9. При скоростях ветра, выше расчетных, крыльевые поверхности "всплывают", аэродинамическая сила R₉ через тяги 10 начинает разворачивать the incoming air flow (wind) flows into the channel with a characteristic size of the inlet section “B”, formed by the fairings 4, accelerates and, getting on the active blades, creates a torque on the vertical axis of the wind turbine, which is transmitted to the shaft of the generator 8. The rest ( passive at the moment) the blades rotate inside the fairings 4 and have a small aerodynamic drag. With a crosswind, side forces R ₄ and R ₉ appear on the fairings and on the wing surfaces, which deploy the wind turbine in the wind according to the wind vane principle. At the calculated operating wind speeds, the spring 13 keeps the distance from the fairing 4 to the wing surface 9 constant. At wind speeds higher than the calculated ones, the wing surfaces “float”, the aerodynamic force R ₉ starts to unfold through the thrust 10

обтекатели 4 относительно осей 3, размер «Б» уменьшается, дросселируя площадь входа и тем самым уменьшая скорость потока в канале. С увеличением скорости набегающего потока выше расчетной, угол атаки крыльевых поверхностей 9 остается постоянным, так как его уменьшение из-за разворота обтекателей 4 относительно осей 3 компенсируется его увеличением за счет возрастания аэродинамической силы. Пружина 13 при этом растягивается и демпфирует колебания, тем самым сохраняя угол атаки постоянным. Четырехзвенник 12 служит, для того, чтобы крыльевые поверхности 9 и обтекатели 4 сохраняли симметрию относительно продольной оси. Таким образом, предлагаемое устройство автоматически защищает ветроколеса от ветров, скорость которых выше расчетной.fairings 4 relative to axes 3, size “B” decreases, throttling the inlet area and thereby reducing the flow rate in the channel. With an increase in the flow velocity above the calculated one, the angle of attack of the wing surfaces 9 remains constant, since its decrease due to the rotation of the fairings 4 relative to the axes 3 is compensated by its increase due to an increase in aerodynamic force. The spring 13 is stretched and damped oscillations, thereby keeping the angle of attack constant. The four link 12 serves to ensure that the wing surfaces 9 and the fairings 4 maintain symmetry about the longitudinal axis. Thus, the proposed device automatically protects the wind wheels from winds, the speed of which is higher than the calculated.

Обоснование геометрических параметров и соотношений заключается в следующем:The rationale for geometric parameters and relationships is as follows:

1. Угол установки дополнительных крыльевых поверхностей и жесткость пружины должны быть такими, что при скорости ветра до V_расч аэродинамическая сила крыльевых поверхностей уравновешивается силой упругости пружины и дросселирование входного отверстия не происходит. При скоростях ветра, больших V_расч, аэродинамическая сила крыльевых поверхностей начинает растягивать пружину и разворачивать обтекатели ветроколес относительно их осей вращения, дросселируя входное отверстие. При скоростях ветра, грозящих разрушением ветродвигателя, входное отверстие должно быть полностью закрыто.1. The angle of installation of the additional wing surfaces and the spring stiffness must be such that, at a wind speed of up to V _{calc, the} aerodynamic force of the wing surfaces is balanced by the spring force and the throttling of the inlet does not occur. At wind speeds greater than V _calc , the aerodynamic force of the wing surfaces begins to stretch the spring and turn the fairings of the wind wheels relative to their rotation axes, throttling the inlet. At wind speeds threatening the destruction of the wind turbine, the inlet must be completely closed.

2. Крыльевые поверхности устанавливаются на внешней поверхности обтекателей за осью вращения (по потоку) ветроколес для создания момента от силы R₉ на дросселирование входного отверстия.2. Wing surfaces are installed on the outer surface of the fairings behind the axis of rotation (downstream) of the wind wheels to create a moment from the force R ₉ to throttle the inlet.

3. Ось вращения для разворота ветродвигателя на ветер должна быть расположена впереди приложения боковых сил R₄ и R₉. В этом случае ветродвигатель сам разворачивается на ветер по принципу флюгера.3. The rotation axis for turning the wind turbine into the wind should be located in front of the application of lateral forces R ₄ and R ₉ . In this case, the wind turbine itself is deployed in the wind on the principle of a weather vane.

Claims

A wind turbine containing two carousel-type wind wheels with vertical axes of rotation, with wind wheels mounted next to each other in the same horizontal plane symmetrically with respect to a vertical plane parallel to the wind direction, the outer parts of the wind wheels being placed in niches of side fairings having the shape of an asymmetric aerodynamic profile, and the internal parts of the wind wheels - in the channel formed by the side fairings and the upper and lower flat covers; the rotation of two wind wheels occurs in opposite directions so that the blades converge in the plane of symmetry; the wind turbine has a vertical axis of rotation located in its bow for turning to the wind, characterized in that, in order to protect the windwheels from destruction at wind speeds exceeding calculated values, additional wing surfaces are installed on the outer sides of the tail parts of the side fairings, which increase wind speeds above the calculated one due to the increase in aerodynamic force turn the side fairings towards each other, throttling the size of the inlet of the wind turbine and smart greater air flow through it.