WO2012144879A1 - Ветроэлектростанция - Google Patents

Ветроэлектростанция Download PDF

Info

Publication number
WO2012144879A1
WO2012144879A1 PCT/KZ2011/000007 KZ2011000007W WO2012144879A1 WO 2012144879 A1 WO2012144879 A1 WO 2012144879A1 KZ 2011000007 W KZ2011000007 W KZ 2011000007W WO 2012144879 A1 WO2012144879 A1 WO 2012144879A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blades
sails
rigidly
fixed
shaft
Prior art date
Application number
PCT/KZ2011/000007
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Николай БУКТУКОВ
Бейсен Буктуков
Гульназ МОЛДАБАЕВА
Айтмухамед ЖАКЫП
Original Assignee
Buktukov Nikolay
Buktukov Beisen
Moldabaeva Gulnaz
Zhakyp Aitmukhamed
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 Buktukov Nikolay, Buktukov Beisen, Moldabaeva Gulnaz, Zhakyp Aitmukhamed filed Critical Buktukov Nikolay
Priority to PCT/KZ2011/000007 priority Critical patent/WO2012144879A1/ru
Publication of WO2012144879A1 publication Critical patent/WO2012144879A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F03D3/0409—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels surrounding the rotor
    • F03D3/0418—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels surrounding the rotor comprising controllable elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F03D3/0427—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels with converging inlets, i.e. the guiding means intercepting an area greater than the effective rotor area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to the field of energy, in particular, to wind power plants, and can find application for autonomous power supply of facilities and generation of electricity in a power system.
  • Known wind power installation G.I. Ozerova containing the support mounted on the support of a wind wheel with blades and an electric generator.
  • the wind wheel is equipped with fixed and movable blades and is made in the form of two rod frames, which are formed by the upper outer and inner rings and the lower outer and inner rings, arranged concentrically, respectively, two in the same horizontal plane, and vertical rods, the rods are attached to the said rings and are evenly spaced along their circumference.
  • Fixed blades are placed between the frames and are made in the form of rotary fastened wings.
  • Movable blades are mounted on rods connecting the outer rings, each movable blade is equipped with a shock-absorbing device and is made with a radius of curvature equal to the radius of the outer ring, of two steps with a common axis of rotation, and the second stage of the blade is made with a window located at the axis of rotation.
  • This power plant has a number of disadvantages, such as the high complexity in manufacturing and the need for high-class manufacturing of parts for its reliable operation, since there are a large number of shock-absorbing devices; a complex device for aligning the force of interaction of the flow on the blade at high speeds and fluctuations in wind speed, which leads to a significant increase in cost and a decrease in reliability, as well as low efficiency at low wind speeds.
  • Known rotor of a wind turbine containing a vertical shaft with a central bearing unit, vertical blades, upper and lower traverses connecting the central bearing unit with the blades and the control mechanism.
  • the traverses of each blade are made in the form of hollow beams of an aerodynamic profile located in a vertical plane at an angle to one another and converging to the central bearing unit.
  • Each lower beam is rigidly connected to the free end by means of a roller with a blade.
  • the control mechanism consists of an aerodynamic symmetric profile mounted on the brake flap shaft with a lever fixed to it, located in the cavity of the lower beam of the control shaft with external and internal levers fixed at its ends.
  • the rods of the brake flap pivotally connected at one end with the lever of the brake flap and the other with the external lever of the control shaft located in the central load bearing unit with a guide mounted on the axis of the vertical rotor shaft, and rods, each of which is pivotally connected at one end to the internal lever control shaft, and others to the load.
  • the load is installed with the possibility of axial movement along the guide.
  • the axis of the control shaft is offset from the axis of the roller towards the trailing edge of the lower beam.
  • the purpose of the present invention is to increase the utilization rate over time (expanding the range of operating wind speeds), ensuring a constant power of the power plant regardless of wind speed and direction, simplifying the design and increasing the reliability of operation, significantly increasing power, while reducing manufacturing costs and operating costs.
  • the technical result is an increase in the utilization of wind energy over time, regardless of its direction and speed, simplifying the design and improving operational characteristics, reducing manufacturing costs and operating costs, increasing reliability with increasing power of a wind farm, increasing power without significantly increasing costs.
  • the vanes in a wind farm consisting of cargo, vanes (wind receivers) having internal and external edges, the vanes are made in the form of two or more segments of a hollow conical cylinder and are fixed at the ends between the inner and outer edges to the bearings.
  • Bearings are rigidly mounted on an axis. The axes with their ends above and below are rigidly attached to the upper and lower rings.
  • the diameter of the upper ring is less than the diameter of the lower ring.
  • V-shaped levers are rigidly fixed to the blades at the mounting location with bearings. The ends of these levers are pivotally interconnected by rods. In the lower ends of the blades at the inner edge of the load is rigidly fixed.
  • Upper ring by means of a traverse rigidly connected to the shaft.
  • the shaft is pivotally connected to a support axis, which is rigidly fixed to the ground.
  • the lower ring is freely located on three or more rollers that are pivotally attached to the shafts of the generators.
  • Generators are located on the foundations.
  • Between the blades and the shaft on the uprights parallel to the axes of the blades are two or more internal sails.
  • the inner sails are made in the form of segments of a conical cylinder. Outside, rigid flat sails are installed rigidly on the uprights parallel to the axes of the blades outside and tangentially to the circle described by the outer edges of the blades. An overlap is fixed to the inner struts of the outer sails.
  • the outer sails are made in the form of a trapezoid and are installed with a wide base outward, with ceilings fixed above and below to their uprights.
  • outer sails can be installed outside the circle described by the outer edges of the blades tangentially to the circle described by the axes of the sails.
  • the diameter of the lower ring can be made smaller than the diameter of the upper ring, and the loads are rigidly attached to the upper ends at the outer edge of the blades.
  • the power plant has a shaft, cargo, two or more blades (wind receivers, sweeping surface) in the form of two or more pipe segments (hollow cylinder) having internal and external edges.
  • the blades are fixed at the ends between the inner and outer edges to the bearings.
  • Bearings are rigidly mounted on axles which their ends above and below are rigidly attached to the upper and lower rings, the diameters of which are equal to each other.
  • V-shaped levers, the ends of which are pivotally connected to each other by rods, are rigidly fixed to the blades at the attachment point by bearings.
  • the upper ring by means of a traverse is rigidly connected to the shaft, which is pivotally connected to the supporting axis.
  • the reference axis is rigidly fixed to the ground.
  • a pulley and a rigid load limiter are attached on the shaft.
  • On the limiter is a load with the ability to move along the limiter.
  • the load is fixed to one end of the flexible connection, which is thrown over the pulley and the other end is attached to the inner edge of the blade.
  • the lower ring is freely positioned on three or more rollers.
  • the rollers are pivotally attached to the shafts of the generators, which are mounted on the foundations. Between the blades and the shaft on the uprights are vertically mounted with the convex side opposite to the bulge of the blades two or more inner sails.
  • the inner sails are made in the form of cylinder segments.
  • an odd number of external sails are mounted rigidly on the uprights vertically outside and tangentially to the circle described by the outer edges of the blades.
  • An overlap is fixed to the inner struts of the outer sails.
  • the outer sails are made in the form of a trapezoid and are installed with a wide base outward, with ceilings fixed above and below to their uprights.
  • a two-arm lever can be pivotally attached to the shaft, to one end of which a load is attached, and the other end is engaged with a flexible connection.
  • Pulleys are pivotally attached to the shaft below and above the two shoulders of the lever, a flexible connection is thrown across both pulleys and attached to the inner edge of the blade with the other end.
  • a causal relationship between the essential features of the invention and the results achieved is that when the application of these signs, the coefficient of use of wind energy increases over time.
  • the wind farm will operate in the speed range from 1 - 2 to 50 - 90 m / s.
  • a wind farm operates during the year 2-3 times longer. Consequently, the generation of electricity will also be more than three times.
  • External sails increase the speed of the wind falling on the blades, and internal sails and upper and lower floors direct the wind to the blades when leaving the wind farm, creating an additional rotation force.
  • the location of the outer sails tangential to the circle described by the blades closes the flow of wind to the non-working (convex) surface of the blades, i.e. on the convex surface of the blades that move against the wind, and the internal sails create a vortex inside the wind farm, which significantly increases the power take-off by the wind farm.
  • the blades are closed, while the wind farm takes the form of a conical or cylindrical barrel.
  • the magnitude of the load determines at what wind speed the blades will close. The presence of a small load leads to the closure of the blades at a lower wind speed, and, accordingly, a larger load leads to the closure of the blades at a higher wind speed.
  • FIG. 1 shows a general view of a wind farm
  • FIG. 2 is a top view of a wind farm.
  • FIG. 3 - view of the wind farm in the closed position (outer sails are not shown).
  • FIG. 4 5 - mechanisms for opening the blades of a wind farm of cylindrical shape.
  • Fig 6 overlapping and external sails.
  • the wind farm consists (Fig. 1, 2, 3) of two or more blades 7, shaft 4, supporting axis 5, weights 1 1, axles 6, traverse 3, articulation (bearings) 8, V-shaped levers 9, rods 10 , rollers 12, generators 13, foundations 14 of generators 13, outer 15 and inner sails 16, upper ring 1 and lower support ring 2.
  • the diameter of the upper ring 1 is less than the diameter of the lower support ring 2.
  • the upper ring 1 is rigidly connected to the shaft through the crossbeams 3 4.
  • the shaft 4 is pivotally connected to the support axis 5 (Fig. 1), which is rigidly attached to the foundation (not in the drawing azan).
  • the upper ring 1 and the lower support ring 2 are rigidly connected by the axes 6 of the blades 7.
  • the blades 7 are made in the form of segments of a conical cylinder and between the outer and inner edges at the ends by means of a pivot mount (bearings) 8 are attached to the axles 6.
  • a pivot mount bearings
  • To the bearing housing 8 of the blades 7 are rigidly the central part is attached to the V-shaped levers 9.
  • the V-shaped levers 9 are pivotally connected to each other by rods 10.
  • the lower support ring 2 is freely located on the rollers 12 (Fig. 3).
  • the rollers 12 are pivotally fixed to the shaft of the generators 13 (Fig. 1, 2, 3), which are rigidly fixed to the foundation 14.
  • external sails (guides) 15 are rigidly mounted on the posts parallel to the axes 6 (Fig. 12). Moreover, the outer sails 15 are made in the form of a flat trapezoid or are bent in a spiral of Archimedes with a large base to the periphery.
  • the internal sails 16 are rigidly mounted on the posts on the posts (Figs. 1, 2, 3).
  • the inner sails 16 are also made in the form of segments of a conical cylinder and the bulge is directed opposite to the bulge of the blades 7 when they are open (Fig. 2).
  • top 25 and bottom 26 are installed above and below the wind farm.
  • Top floor 25 is rigidly fixed to
  • the diameter of the upper ring is larger than the diameter of the lower support ring, and the loads are attached at the outer edge of the blades at the ends.
  • the diameters of the upper and lower support rings are equal to each other.
  • the blade opening mechanisms are shown in FIG. 4 and 5.
  • a pulley 17 is pivotally attached to the shaft 4 and the load limiter 18 of the load 29 is rigidly fixed (Fig. 4).
  • the load 29 is connected by a flexible connection 19, which is thrown through a pulley 17.
  • a flexible connection 19 is connected to the inner edge of one of the blades 7.
  • the opening mechanism of the blades 7 (Fig. 5) with a cylindrical shape of a wind farm can include a two-arm lever 20 with a load 21.
  • the two-arm lever 20 is pivotally attached to the shaft 4.
  • the inner edge of one of the blades 7 is connected to the flexible link 24.
  • the flexible link 24 is thrown through the pulleys 22 and 23 and the other end is connected to the free end of the two shoulders of the lever 20.
  • the operation of a wind power plant is as follows.
  • the wind flow entering the external sails 15 (Fig. 1) is contracted due to the sails 15 and the overlaps 27, 28, as a result of which it accelerates (Fig. 6) and enters the blades 7, which leads to the rotation of the blades 7, rings 1, 2, shaft 4, V-shaped levers 8 and rods 9.
  • the rotation of the support ring 2 leads to the rotation of the rollers 12 (Fig. 3), which in turn rotate the shaft of the generators 13.
  • the wind flow, entering the wind farm interacts with the internal sails 16 and overlappings 27 and 28 (Fig. 6). This leads to the formation of a vortex flow, which increases the power of the wind farm, and also at the output from the leeward side additionally rotates the blades 7.
  • the work of the wind farm is also similar.
  • the difference is (Fig. 4) that, in the absence of wind, the load 29 slides downward through the limiter and opens the blade 7. Through the V-shaped levers 9 and the rods 10, all the blades open. Using two shoulders of the lever 20 (Fig. 5) the load 21, dropping down, pulls the flexible connection 24, which leads to the opening of the blade 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэлектростанция состоит из вала, грузов и лопастей. Лопасти закреплены в торцах между внутренней и внешней кромкой к подшипникам, которые жестко насажены на оси. Оси своими концами сверху и снизу жестко присоединены к верхнему и нижнему кольцам. Между лопастями и валом на стойках вертикально установлены выпуклой стороной противоположно к выпуклости открытых лопастей два или более внутренние паруса, которые выполнены в виде цилиндрической поверхности. Снаружи за пределами колец жестко на стойках установлены наружные паруса. К внутренним стойкам наружных парусов сверху закреплено перекрытие. Снизу к стойкам внутренних парусов и опорной оси жестко прикреплено нижнее перекрытие. Наружные паруса выполнены в виде трапеции и установлены широким основанием наружу. Сверху и снизу к стойкам наружных парусов закреплены перекрытия. Изобретение направлено на увеличение коэффициента использования энергии ветра.

Description

ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
Изобретение относится к области энергетики, в частности, к ветряным электростанциям, и может найти применение для автономного энергоснабжения объектов и выработки электроэнергии в энергосистему.
Известна ветроэнергетическая установка Г.И.Озерова (патент РФ 2054577), содержащая опору, установленное на опоре ветроколесо с лопастями и электрогенератор. Ветроколесо снабжено фиксированными и подвижными лопастями и выполнено в виде двух стержневых каркасов, которые образованы верхними наружными и внутренними кольцами и нижними наружными и внутренними кольцами, расположенными концентрично соответственно по два в одной горизонтальной плоскости, и вертикальными стержнями, стержни прикреплены к упомянутым кольцам и равномерно расположены по их окружности. Фиксированные лопасти размещены между каркасами и выполнены в виде поворотно закрепленных створок. Подвижные лопасти установлены на стержнях, соединяющих внешние кольца, каждая подвижная лопасть снабжена амортизационным устройством и выполнена с радиусом кривизны, равным радиусу наружного кольца, из двух ступеней с общей осью вращения, причем вторая ступень лопасти выполнена с окном, расположенным у оси вращения.
Этой электростанции присущ ряд недостатков, таких как высокая трудоемкость при изготовлении и необходимость высокой классности изготовления деталей для ее надежной работы, поскольку имеет место большое количество амортизационных устройств; сложное устройство выравнивания силы взаимодействия потока на лопасть при больших скоростях и колебаниях скорости ветра, что ведет к значительному удорожанию и снижению надежности работы, а также низкая работоспособность при малых скоростях ветра.
Известен ротор ветродвигателя (патент РФ N22045682), содержащий вертикальный вал с центральным несущим узлом, вертикальные лопасти, верхние и нижние траверсы, связывающий центральный несущий узел с лопастями и механизм управления. Траверсы каждой лопастей выполнены в виде полых балок аэродинамического профиля, расположенных в вертикальной плоскости под углом одна к другой и сходящихся к центральному несущему узлу. Каждая нижняя балка жестко соединена свободным концом посредством валика с лопастью. Механизм управления состоит из установленного на валике тормозного щитка аэродинамического симметричного профиля с закрепленным на нем рычагом, расположенного в полости нижней балки вала управления с закрепленными на его концах внешним и внутренним рычагами. Тяги тормозного щитка, шарнирно соединенной одним концом с рычагом тормозного щитка, а другим с внешним рычагом вала управления, размещенных в центральном несущем узле груза с направляющей, установленной по оси вертикального вала ротора, и тяг, каждая из которых шарнирно присоединена одним концом к внутреннему рычагу вала управления, а другим к грузу. При этом груз установлен с возможностью осевого перемещения вдоль направляющей. Ось вала управления расположена со смещением относительно оси валика в сторону задней кромки нижней балки.
Такое техническое решение усложняет конструкцию механизма управления частотой вращения ротора ветродвигателя, что снижает надежность и повышает стоимость изготовления. Кроме того, такая конструкция ветроагрегата работает в узком диапазоне скоростей ветра, что снижает коэффициент использования во времени.
Известен ветродвигатель системы Савониуса (патент РК JV23230) содержащий две полуцилиндрические лопасти, размещенные между платами и имеющие внешние и внутренние кромки, которые кинематически соединены жестко с валом и шарнирно с лопастями, снабженными грузами на их внешних кромках. Этот ветродвигатель имеет существенный недостаток, заключающий в том, что необходимое для увеличения мощности увеличение диаметра более 0,5 м и повороте на ветер кромками лопастей, происходит неуправляемый сдвиг полуцилиндров под напором ветра и производится удар кронштейнами, что требует усложнения конструкции и снижается надежность устройства. А уменьшение диаметра полуцилиндров ведет к снижению мощности и сокращению диапазона рабочих скоростей ветра.
Цель настоящего изобретения - повышение коэффициента использования во времени (расширение диапазона рабочих скоростей ветра), обеспечение постоянной мощности электростанции не зависимо от скорости и направления ветра, упрощение конструкции и повышение надежности работы, существенное увеличение мощности, при снижении стоимости изготовления и затрат на эксплуатацию.
Технический результат - повышение коэффициента использования энергии ветра во времени вне зависимости от его направления и скорости, упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик, снижение стоимости изготовления и эксплуатационных расходов, повышение надежности при увеличении мощности ветроэлектростанции, повышение мощности без существенного увеличения затрат.
Технический результат достигается тем, что в ветроэлектростанции, состоящей из груза, лопастей (ветроприемников), имеющих внутренние и внешние кромки, лопасти выполнены в виде двух или более сегментов полого конического цилиндра и закреплены в торцах между внутренней и внешней кромкой к подшипникам. Подшипники жестко насажены на оси. Оси своими концами сверху и снизу жестко присоединены к верхнему и нижнему кольцам. Причем диаметр верхнего кольца меньше диаметра нижнего кольца. К лопастям в месте крепления подшипниками жестко закреплены V-образные рычаги. Концы этих рычагов шарнирно соединены между собой тягами. В нижних торцах лопастей у внутренней кромки жестко закреплены грузки. Верхнее кольцо посредством траверс жестко соединен с валом. Вал шарнирно соединен с опорной осью, которая жестко закреплена к земле. Нижнее кольцо свободно расположено на трех или более роликах, которые шарнирно прикреплены к валам генераторов. Генераторы расположены на фундаментах. Между лопастями и валом на стойках параллельно осям лопастей установлены два или более внутренних паруса. Внутренние паруса выполнены в виде сегментов конического цилиндра. Снаружи жестко на стойках установлены параллельно осям лопастей наружные плоские паруса за пределами и по касательной к окружности, описываемой наружными кромками лопастей. К внутренним стойкам наружных парусов сверху закреплено перекрытие. Снизу к стойкам внутренних парусов и опорной оси жестко прикреплено нижнее перекрытие. Наружные паруса выполнены в виде трапеции и установлены широким основанием наружу, причем сверху и снизу к их стойкам закреплены перекрытия.
Наружные паруса могут быть выполнены не плоскими, а по спирали
Архимеда и установлены за пределами окружности, описываемой внешними кромками лопастей по касательной к окружности, описываемой внутренними кромками лопастей.
Кроме того, наружные паруса могут быть установлены за пределами окружности, описываемой внешними кромками лопастей по касательной к окружности, описываемой осями парусов.
Диаметр нижнего кольца может быть выполнен меньше диаметра верхнего кольца, а грузки жестко прикреплены в верхних торцах у внешней кромки лопастей.
Технический результат может быть достигнут и при другом варианте, в котором электростанция имеет вал, груз, две или более лопасти, (ветроприемники, ометаемую поверхность) в виде двух или более сегментов трубы (полого цилиндра), имеющие внутренние и внешние кромки. Лопасти закреплены в торцах между внутренней и внешней кромкой к подшипникам. Подшипники жестко насажены на оси, которые своими концами сверху и снизу жестко присоединены к верхнему и нижнему кольцам, диаметры которых равны между собой. К лопастям в месте крепления подшипниками жестко закреплены V-образные рычаги, концы которых шарнирно соединены между собой тягами. Верхнее кольцо посредством траверс жестко соединен с валом, который шарнирно соединен с опорной осью. Опорная ось жестко закреплена к земле. На валу прикреплен шарнирно шкив и жестко ограничитель грузка. На ограничителе расположен груз с возможностью перемещения по ограничителю. Груз закреплен к одному концу гибкой связи, которая переброшена через шкив и другим концом прикреплена к внутренней кромке лопасти. Нижнее кольцо свободно расположено на трех или более роликах. Ролики шарнирно прикреплены к валам генераторов, которые установлены на фундаментах. Между лопастями и валом на стойках вертикально установлены выпуклой стороной противоположно к выпуклости лопастей два или более внутренние паруса. Внутренние паруса выполнены в виде сегментов цилиндра. Снаружи жестко на стойках установлено вертикально нечетное количество наружных парусов за пределами и по касательной к окружности, описываемой внешними кромками лопастей. К внутренним стойкам наружных парусов сверху закреплено перекрытие. Снизу к стойкам внутренних парусов и опорной оси жестко прикреплено нижнее перекрытие. Наружные паруса выполнены в виде трапеции и установлены широким основанием наружу, причем сверху и снизу к их стойкам закреплены перекрытия.
На вал может быть шарнирно прикреплен двуплечий рычаг, к одному концу которого прикреплен груз, а другой конец зацеплен с гибкой связью. Снизу и сверху двуплечего рычага к валу шарнирно прикреплены шкивы, гибкая связь переброшена через оба шкива и другим концом прикреплена к внутренней кромке лопасти.
Причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения и достигаемыми результатами заключается в том, что при применении указанных признаков коэффициент использования энергии ветра во времени увеличивается. Т.е. ветроэлектростанция (ВЭС) будет работать в диапазоне скоростей от 1 - 2 до 50 - 90 м/с. В результате ВЭС работает в течение года в 2-3 раза больше времени. Следовательно, и выработка электроэнергии также будет более чем в три раза. Кроме того, можно существенно увеличить единичную мощность установки. Это достигается тем, что при малых скоростях ветра увеличивается площадь ометаемой поверхности лопастей и, наоборот, при увеличении скорости ветра уменьшается за счет смыкания лопастей вокруг шарнирного крепления их к оси, а также за счет применения парусов. Наружные паруса увеличивают скорость ветра, попадающего на лопасти, а внутренние паруса и верхние и нижние перекрытия направляют ветер на лопасти при выходе из ветроэлектростанции, создавая дополнительное усилие вращения. Кроме того, расположение наружных парусов по касательной к окружности, описываемой лопастями, закрывает поступление ветра на нерабочую (выпуклую) поверхность лопастей, т.е. на выпуклую поверхность лопастей, которые движутся против ветра, а внутренние паруса создают внутри ВЭС вихрь, что существенно повышает отбор мощности ветроэлектростанцией у ветра. При ураганных порывах ветра или большой скорости, создаваемого наружными парусами, за счет давления ветра, лопасти смыкаются, при этом ВЭС принимает форму конусообразной или цилиндрической бочки. Величина груза определяет, при какой скорости ветра лопасти будут смыкаться. Наличие небольшого груза ведет к закрытию лопастей при меньшей скорости ветра, и, соответственно, больший груз ведет к закрытию лопастей при большей скорости ветра.
Следует отметить, что при закрытии лопастей, как показали эксперименты, ВЭС продолжает работать по следующей причине. При закрывании лопастей сопротивление ветру уменьшается, лопасти начинают открываться, но из-за сильного ветра лопасти вновь смыкаются и продолжают вращение. Надежность работы обеспечивается как за счет простоты конструкции, так и за счет того, что вал удерживает ВЭС от опрокидывания, а также за счет смыкания за счет сил гравитации и открывания лопастей за счет давления ветра в зависимости от его скорости. Увеличение единичной мощности происходит за счет применения внутренних и наружных парусов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведен общий вид ВЭС, на фиг. 2 - вид ВЭС сверху. На фиг. 3 - вид ВЭС в закрытом положении (наружные паруса не показаны). На фиг. 4, 5 - механизмы открывания лопастей ВЭС цилиндрической формы. На Фиг 6 - перекрытия и наружные паруса.
Ветроэлектростанция состоит (Фиг. 1, 2, 3) из двух и более лопастей 7, вала 4, опорной оси 5, грузков 1 1, осей 6, траверс 3, шарнирного крепления (подшипников) 8, V-образных рычагов 9, тяг 10, роликов 12, генераторов 13, фундаментов 14 генераторов 13, наружных 15 и внутренних парусов 16, верхнего кольца 1 и нижнего опорного кольца 2. Причем диаметр верхнего кольца 1 меньше диаметра нижнего опорного кольца 2. Верхнее кольцо 1 через траверсы 3 жестко соединено с валом 4. Вал 4 шарнирно соединен с опорной осью 5 (Фиг. 1), которая жестко крепится к фундаменту (на чертеже не показан). Верхнее кольцо 1 и нижнее опорное кольцо 2 жестко соединены осями 6 лопастей 7. Лопасти 7 выполнены в виде сегментов конического цилиндра и между внешней и внутренней кромкой по торцам посредством шарнирного крепления (подшипников) 8 присоединены к осям 6. К корпусу подшипника 8 лопастей 7 жестко прикреплены центральной частью V-образные рычаги 9. V-образные рычаги 9 шарнирно соединены между собой тягами 10.
К лопастям 7 в нижнем торце у внутренней кромки жестко закреплены грузки 1 1.
Нижнее опорное кольцо 2 свободно располагается на роликах 12 (Фиг. 3). Ролики 12 шарнирно закреплены с валом генераторов 13 (Фиг. 1, 2, 3), которые жестко закреплены на фундаменте 14.
Снаружи по касательной к окружности, описываемой внешней кромкой лопастей 7 (или к окружности, описываемой осями 6 лопастей 7, или к окружности, описываемой внутренней кромкой лопастей 7) параллельно осям 6 жестко на земле установлены на стойках наружные паруса (направляющие) 15 (Фиг. 1, 2). Причем наружные паруса 15 изготовлены в форме плоской трапеции или изогнуты по спирали Архимеда с большим основанием к периферии.
Внутри колец 1 , 2 между осями 6 и валом 4 жестко на земле установлены на стойках внутренние паруса 16 (Фиг. 1 , 2, 3). Внутренние паруса 16 также выполнены в виде сегментов конического цилиндра и выпуклостью направлены противоположно выпуклости лопастей 7 , когда они открыты (Фиг. 2).
Сверху и снизу ВЭС установлены верхнее 25 и нижнее 26
перекрытия (Фиг. 6). Верхнее перекрытие 25 жестко закреплено к
внутренним стойкам наружных парусов, а нижнее перекрытие 26 жестко закреплено к центральной оси 5 и стойкам внутренних парусов (Фиг. 6). На наружных парусах 15 также сверху и снизу установлены перекрытия 27 и 28 (Фиг. 6).
Во втором варианте диаметр верхнего кольца больше диаметра нижнего опорного кольца, а грузки крепятся у внешней кромки лопастей в торцах.
В третьем варианте диаметры верхнего и нижнего опорного кольца равны между собой. Механизмы открывания лопастей показаны на Фиг. 4 и 5. На вал 4 шарнирно прикреплен шкив 17 и жестко закреплен ограничитель 18 груза 29 (Фиг. 4). Груз 29 соединен гибкой связью 19, который переброшен через шкив 17. Другим концом гибкая связь 19 соединена с внутренней кромкой одной из лопастей 7.
Кроме того, механизм открывания лопастей 7 (Фиг. 5) при цилиндрической форме ВЭС может включать двуплечий рычаг 20 с грузом 21. Двуплечий рычаг 20 шарнирно закреплен к валу 4. Выше и ниже шарнирного крепления двуплечего рычага 20 на валу 4 шарнирно закреплены шкивы 22 и 23. Внутренняя кромка одной из лопасти 7 соединена с гибкой связью 24. Гибкая связь 24 переброшена через шкивы 22 и 23 и другим концом соединена со свободным концом двуплечего рычага 20.
Работа ветряной электростанции происходит следующим образом. Ветровой поток, поступая на внешние паруса 15 (Фиг. 1), ссужается из-за парусов 15 и перекрытий 27, 28, вследствие чего ускоряется (Фиг. 6) и попадает на лопасти 7, что приводит к вращению лопастей 7, колец 1,2, вала 4, V-образных рычагов 8 и тяг 9. Вращение опорного кольца 2 приводит к вращению роликов 12 (Фиг. 3), которые в свою очередь вращают вал генераторов 13. Ветровой поток, попадая внутрь ВЭС, взаимодействует с внутренними парусами 16 и перекрытиями 27и 28 (Фиг. 6). Это приводит к образованию вихревого потока, что увеличивает мощность ВЭС, а также на выходе с подветренней стороны дополнительно вращает лопасти 7.
При увеличении скорости ветра, при котором давление ветра превышает силы гравитации груза 1 1 , лопасти 7, вращаясь на шарнирном креплении 8 вокруг оси 6, начинают закрываться (смыкаться).
При ураганных порывах ветра лопасти 7 смыкаются и принимают форму конического цилиндра (Фиг. 3, наружные паруса не показаны).
При отсутствии ветра грузки 1 1 под действием гравитационных сил опускается вниз вовнутрь и полностью раскрывает лопасти 7.
Работа ветроэлектростанции по второму варианту аналогична, только груз 1 1 опускается вниз наружу.
В третьем варианте работа ВЭС также аналогична. Отличие состоит в том (Фиг. 4), что груз 29 при отсутствии ветра по ограничителю скользит вниз и посредством тяги 19 открывает лопасть 7. За счет V-образных рычагов 9 и тяг 10 открываются все лопасти. При использовании двуплечий рычага 20 (Фиг. 5) груз 21 , опускаясь вниз, натягивает гибкую связь 24, что ведет к открытию лопасти 7.
ю

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Ветроэлектростанция, состоящая из вала, груза, лопастей в виде сегментов цилиндра, имеющих внутренние и внешние кромки, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, две лопасти выполнены в виде сегментов конического цилиндра и закреплены в торцах между внутренней и внешней кромкой к подшипникам, которые жестко насажены на оси, а оси своими концами сверху и снизу жестко присоединены к верхнему и нижнему кольцам, причем одно кольцо выполнено диаметром меньше диаметра другого кольца, к лопастям в месте крепления подшипниками жестко закреплены V-образные рычаги, концы которых шарнирно соединены между собой тягами, в торцах лопастей у кромки жестко закреплены грузки, верхнее кольцо посредством траверс жестко соединено с валом, который шарнирно соединен с опорной осью, опорная ось жестко закреплена к земле, нижнее кольцо свободно расположено на трех или более роликах, а ролики шарнирно прикреплены к валам генераторов, которые установлены на фундаментах, между лопастями и валом на стойках параллельно осям лопастей установлены два или более внутренние паруса, которые выполнены в виде сегментов конического цилиндра, снаружи жестко на стойках установлены параллельно осям лопастей наружные паруса за пределами окружности, описываемой внешними кромками лопастей, к внутренним стойкам наружных парусов сверху закреплено перекрытие, снизу к стойкам внутренних парусов и опорной оси жестко прикреплено нижнее перекрытие, наружные паруса выполнены в виде трапеции и установлены широким основанием наружу, причем сверху и снизу к их стойкам закреплены перекрытия.
2. Ветроэлектростанция по п.1 , отличающееся тем, что наружные паруса выполнены по спирали Архимеда и установлены за пределами окружности, описываемой внешними кромками лопастей по касательной к окружности, описываемой внутренними кромками лопастей.
3. Ветроэлектростанция по п. 1 , отличающаяся тем, что наружные паруса установлены за пределами окружности, описываемой внешними кромками лопастей по касательной к окружности, описываемой осями парусов.
4. Ветроэлектростанция по п. 1 , отличающаяся тем, что наружные паруса установлены за пределами и по касательной к окружности, описываемой внешними кромками лопастей.
5. Ветроэлектростанция, состоящая из груза, кронштейнов, лопастей в виде сегментов цилиндра, имеющих внутренние и внешние кромки, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, две лопасти закреплены в торцах между внутренней и внешней кромкой к подшипникам, которые жестко насажены на оси, которые своими концами сверху и снизу жестко присоединены к верхнему и нижнему кольцам, диаметры которых равны между собой, к лопастям в местах крепления подшипниками жестко закреплены V-образные рычаги, концы которых шарнирно соединены между собой тягами, верхнее кольцо посредством траверс жестко соединено с валом, а вал шарнирно соединен с опорной осью, которая жестко закреплена к земле, на валу прикреплен шарнирно шкив и жестко ограничитель груза, на ограничителе расположен груз с возможностью перемещения по ограничителю, груз закреплен к одному концу гибкой связи, которая переброшена через шкив и другим концом прикреплена к внутренней кромке лопасти, нижнее кольцо свободно расположено на трех или более роликах, ролики шарнирно прикреплены к валам генераторов, которые установлены на фундаментах, между лопастями и валом на стойках вертикально установлены выпуклой стороной противоположно к выпуклости открытых лопастей два или более внутренние паруса, которые выполнены в виде сегментов цилиндра, снаружи за пределами колец жестко на стойках установлено вертикально нечетное количество наружных парусов по касательной к окружности, описываемой внешними кромками лопастей, к внутренним стойкам наружных парусов сверху закреплено перекрытие, снизу к стойкам внутренних парусов и опорной оси жестко прикреплено нижнее перекрытие, наружные паруса выполнены в виде трапеции и установлены широким основанием наружу, причем сверху и снизу к их стойкам закреплены перекрытия.
6. Ветроэлектростанция, состоящая из груза, кронштейнов, лопастей в виде сегментов цилиндра, имеющих внутренние и внешние кромки, отличающаяся тем, что, по меньшей мере две лопасти закреплены в торцах между внутренней и внешней кромкой к подшипникам, которые жестко насажены на оси, которые своими концами сверху и снизу жестко присоединены к верхнему и нижнему кольцам, диаметры которых равны между собой, к лопастям в местах крепления подшипниками жестко закреплены V-образные рычаги, концы которых шарнирно соединены между собой тягами, верхнее кольцо посредством траверс жестко соединено с валом, а вал шарнирно соединен с опорной осью, которая жестко закреплена к земле, на вал шарнирно прикреплен двуплечий рычаг, к одному концу которого прикреплен груз, а другой конец зацеплен с гибкой связью, снизу и сверху двуплечего рычага к валу шарнирно прикреплены шкивы, гибкая связь переброшена через оба шкива и другим концом прикреплена к внутренней кромке лопасти, нижнее кольцо свободно расположено на трех или более роликах, ролики шарнирно прикреплены к валам генераторов, которые установлены на фундаментах, между лопастями и валом на стойках вертикально установлены выпуклой стороной противоположно к выпуклости открытых лопастей два или более внутренние паруса, которые выполнены в виде сегментов цилиндра, снаружи за пределами колец жестко на стойках установлено вертикально нечетное количество наружных парусов по касательной к окружности, описываемой внешними кромками лопастей, к внутренним стойкам наружных парусов сверху закреплено перекрытие, снизу к стойкам внутренних парусов и опорной оси жестко прикреплено нижнее перекрытие, наружные паруса выполнены в виде трапеции и установлены широким основанием наружу, причем сверху и снизу к их стойкам закреплены перекрытия.
7. Ветроэлектростанция по п. 6, отличающаяся тем, что на вал шарнирно прикреплен двуплечий рычаг, к одному концу которого прикреплен груз, а другой конец зацеплен гибкой связью с внутренней кромкой лопасти.
8. Ветроэлектростанция, состоящая из груза, кронштейнов, лопастей в виде сегментов цилиндра, имеющих внутренние и внешние кромки, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, две лопасти закреплены в торцах между внутренней и внешней кромкой к подшипникам, которые жестко насажены на оси, которые своими концами сверху и снизу жестко присоединены к верхнему и нижнему кольцам, диаметры которых равны между собой, к лопастям в местах крепления подшипниками жестко закреплены V-образные рычаги, концы которых шарнирно соединены между собой тягами, верхнее кольцо посредством траверс жестко соединено с валом, а вал шарнирно соединен с опорной осью, которая жестко закреплена к земле, на валу прикреплена шарнирно тяга, один конец которой прикреплен к внутренней кромке лопасти, а на другом конце прикреплен груз, нижнее кольцо свободно расположено на трех или более роликах, ролики шарнирно прикреплены к валам генераторов, которые установлены на фундаментах, между лопастями и валом на стойках вертикально установлены выпуклой стороной противоположно к выпуклости открытых лопастей два или более внутренние паруса, которые выполнены в виде сегментов цилиндра, снаружи за пределами колец жестко на стойках установлено вертикально нечетное количество наружных парусов по касательной к окружности, описываемой внешними кромками лопастей, к внутренним стойкам наружных парусов сверху закреплено перекрытие, снизу к стойкам внутренних парусов и опорной оси жестко прикреплено нижнее перекрытие, наружные паруса выполнены в виде трапеции и установлены широким основанием наружу, причем сверху и снизу к их стойкам закреплены перекрытия.
PCT/KZ2011/000007 2011-04-22 2011-04-22 Ветроэлектростанция WO2012144879A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KZ2011/000007 WO2012144879A1 (ru) 2011-04-22 2011-04-22 Ветроэлектростанция

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KZ2011/000007 WO2012144879A1 (ru) 2011-04-22 2011-04-22 Ветроэлектростанция

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012144879A1 true WO2012144879A1 (ru) 2012-10-26

Family

ID=47041799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KZ2011/000007 WO2012144879A1 (ru) 2011-04-22 2011-04-22 Ветроэлектростанция

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2012144879A1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014104866A1 (ru) * 2012-12-28 2014-07-03 Buktukov Nikolay Ветроэлектростанция
CN107636304A (zh) * 2015-06-24 2018-01-26 该·安德鲁·瓦氏 导叶组件
US20180045178A1 (en) * 2015-03-09 2018-02-15 Gordon Bell Air Capture Turbine
WO2023282744A1 (en) * 2021-07-09 2023-01-12 If-Adamas B.V. Vertical axis wind turbine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2054577C1 (ru) * 1992-04-08 1996-02-20 Григорий Иванович Озеров Ветроэнергетическая установка г.и.озерова
US5743712A (en) * 1995-04-06 1998-04-28 Prime Energy Corporation Turbine support and energy tranformation
US6242818B1 (en) * 1999-11-16 2001-06-05 Ronald H. Smedley Vertical axis wind turbine
JP2007170234A (ja) * 2005-12-20 2007-07-05 Yuichi Onishi 可変翼式風力変換機構
KZ18725A (en) * 2004-07-05 2007-08-15 Bukutov Nikolay Sadvakassovich Bukutov wind electric power station
KZ19064A (en) * 2006-09-07 2008-01-15 Nikolay Sadvakasovich Buktukov Windmill-electric generating plant Buktukov 4

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2054577C1 (ru) * 1992-04-08 1996-02-20 Григорий Иванович Озеров Ветроэнергетическая установка г.и.озерова
US5743712A (en) * 1995-04-06 1998-04-28 Prime Energy Corporation Turbine support and energy tranformation
US6242818B1 (en) * 1999-11-16 2001-06-05 Ronald H. Smedley Vertical axis wind turbine
KZ18725A (en) * 2004-07-05 2007-08-15 Bukutov Nikolay Sadvakassovich Bukutov wind electric power station
JP2007170234A (ja) * 2005-12-20 2007-07-05 Yuichi Onishi 可変翼式風力変換機構
KZ19064A (en) * 2006-09-07 2008-01-15 Nikolay Sadvakasovich Buktukov Windmill-electric generating plant Buktukov 4

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014104866A1 (ru) * 2012-12-28 2014-07-03 Buktukov Nikolay Ветроэлектростанция
US20180045178A1 (en) * 2015-03-09 2018-02-15 Gordon Bell Air Capture Turbine
CN107636304A (zh) * 2015-06-24 2018-01-26 该·安德鲁·瓦氏 导叶组件
EP3314116A4 (en) * 2015-06-24 2019-06-12 Guy Andrew Vaz vane assembly
WO2023282744A1 (en) * 2021-07-09 2023-01-12 If-Adamas B.V. Vertical axis wind turbine
NL2028678B1 (en) * 2021-07-09 2023-01-16 If Adamas B V Vertical axis wind turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2685189C (en) Modified darrieus vertical axis turbine
JP6803332B2 (ja) 風力発電機の単一フレーム型羽根車
EP2609325B1 (en) Vertical axis turbine
EP2108818A2 (en) Wind turbine structure having a plurality of propellor-type rotors
EP2663768B1 (en) Dynamic turbine system
JP2013534592A (ja) 垂直軸風車
WO2012144879A1 (ru) Ветроэлектростанция
WO2008030073A1 (fr) Centrale électrique éolienne
CA2666048A1 (en) Buktukov-3 wind power plant
WO2011109003A1 (ru) Ветроэнергетическая установка
WO2017160136A1 (ru) Ветроэлектростанция
CN103147922A (zh) 垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置
KR101363889B1 (ko) 수직축 풍력 발전 장치
CN203463230U (zh) 垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置
US20170107972A1 (en) Vertical wind turbine
EP1295033A1 (en) Vertical axis wind turbine
US20110103955A1 (en) Conical frustum wind turbine
US20140308127A1 (en) Airfoil blades with self-alignment mechanisms for cross-flow turbines
RU2631587C2 (ru) Парусная горизонтальная ветросиловая турбина
WO2019073189A1 (en) WIND TURBINE WITH VERTICAL AXIS
EP3303831B1 (en) Rotary converter of wind energy with a vertical axis of rotation
RU2522271C2 (ru) Ветроустановка
KR101230231B1 (ko) 수직축 풍력발전장치
RU79949U1 (ru) Ветроэнергетическая установка "эолова арфа"
RU2297550C2 (ru) Ветроэлектростанция

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11864004

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11864004

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1