WO2017160136A1 - Ветроэлектростанция - Google Patents

Ветроэлектростанция Download PDF

Info

Publication number
WO2017160136A1
WO2017160136A1 PCT/KZ2016/000008 KZ2016000008W WO2017160136A1 WO 2017160136 A1 WO2017160136 A1 WO 2017160136A1 KZ 2016000008 W KZ2016000008 W KZ 2016000008W WO 2017160136 A1 WO2017160136 A1 WO 2017160136A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blades
wind
shaft
aerodynamic
cone
Prior art date
Application number
PCT/KZ2016/000008
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Николай Садвакасович Буктуков
Гульназ Жаксылыковна МОЛДАБАЕВА
Бейсен Жакыпович Буктуков
Айтмухамед Кудайбергенулы Жакып
Original Assignee
Николай Садвакасович Буктуков
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 Николай Садвакасович Буктуков filed Critical Николай Садвакасович Буктуков
Publication of WO2017160136A1 publication Critical patent/WO2017160136A1/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
    • 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
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/34—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures
    • F03D9/35—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures within towers, e.g. using chimney effects
    • F03D9/37—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures within towers, e.g. using chimney effects with means for enhancing the air flow within the tower, e.g. by heating
    • 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
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines
    • 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 the power system, especially in the absence of wind in clear weather.
  • the technical result is an increase in the efficiency and the utilization of wind energy over time, regardless of its direction and speed, power generation in clear weather in the absence of wind, simplification of the design and improvement of operational characteristics, reduction of unit cost of manufacturing and operating costs, increase of reliability with increase wind power capacity, increasing power without significantly increasing costs.
  • the disadvantage of the invention is that the movement of the load on the tire is not always possible. For example, if foreign objects are brought in by the wind or snow gets on the tire, as well as water and freezing of water in the cold season, it will not be possible to move the load on the tire, which will lead to breakdown of the unit at high wind speeds. If the tire is covered with a corrugated hose, then if it gets on the corrugations water and freezing water, the resulting ice will not allow the hose to shrink. Consequently, the load will not move along the tire, which will also lead to breakdown of the installation in strong winds. In addition, a knock is created between the load and the tire, since the wind pressure on the blades will deflect the load to the tire.
  • Another disadvantage is that the two blades (semicircular rims) uncontrollably close under the influence of wind when the direction of the wind coincides with the line passing through the axis of rotation between the vertical edges of two opposite blades (semicircular rims). This leads to rotation of the wind turbine jerky, which leads to premature destruction of the bearings of the main shaft and the uneven load of the generator.
  • the rotor consists of two profiles symmetrically located around the axis of rotation. Each profile consists of an outer blade having a leading edge and a tail edge and an inner blade having a tail and leading edge attached to the tail edge of the outer blade.
  • the outer blade has a radius R and stretches no more than 90 degrees around the axis of rotation.
  • the inner blade extends 180 degrees around an axis that is parallel to the axis of rotation, but offset from it.
  • the radius of the inner blade is decimal fractions of the radius of the outer blade in the range from 0.6 to 0.8.
  • Automatic speed limitation in one design, allowing centrifugal force to deform the internal blades in order to reduce the cross-sectional area of the air flow path through the rotor.
  • the disadvantage of this invention is as follows. In the position when the blades are perpendicular to the direction of the wind, the air does not enter the blades and the installation should slip through this section of the rotation path due to inertia. Therefore, the power take-off to the generator will reduce the rotation speed, so the rotation will be jerky. With increasing area of the blades, to increase power, the rotation speed decreases, the inertia energy is not enough to overcome the rotation resistance created by the generator.
  • the uniformity of rotation can be achieved by increasing the number of blades, however, this is not possible in principle in this invention, since any improvement requires an inventive step.
  • the turbine consists of blades mounted around a central axis in such a way that they can rotate together around a central axis, with each turbine blade mounted on an axis towards its outer periphery around the axis, mainly parallel to the central axis.
  • the biasing device biases the inner periphery of the turbine blades towards the central axis.
  • the disadvantage of the invention is that the movement of cargo along the shaft is not always possible.
  • a foreign object falling between the shaft and the load brought in by the wind or snow and water and freezing of water in the cold season will not allow the load to move along the shaft, which will lead to damage to the installation at high wind speeds.
  • the shaft is closed with a corrugated hose, then if water gets on the corrugations and water freezes, the resulting ice will not allow the hose to compress. Consequently, the load will not move along the shaft, which will also lead to breakdown of the installation in strong winds.
  • a knock is created between the load and the shaft because the wind pressure is at. the blades will deflect the load to the shaft.
  • the progressive movement of the load along the shaft can be eliminated by removing the shaft between the supports of the blades.
  • the uncontrolled movement of the load will not allow the blades to open and close at the same time. This reduces the speed of rotation control and can lead to breakdown of the installation in strong winds.
  • it is necessary to increase the parameters of the blades, as well as lengthen the connection which leads to an increase in the diameter of the circle described by the supports.
  • the rotation speed number of revolutions
  • the centrifugal force cannot deflect the blades (racks) and lift the load, which will exclude speed control.
  • the displacement of the center of gravity of the turbine blades from the axis of rotation to the end of the connection also prevents the development of centrifugal force with increasing diameter.
  • the power plant has a load, brackets, blades, made in the form of two or more segments of the outer part of the hollow torus and having upper and lower edges, as well as internal and external ends. Each blade between the inner and outer ends from the lower and upper edges is pivotally attached to the bracket.
  • the brackets are rigidly attached to the shaft, a segment is rigidly attached to the top of the shaft between the brackets pipes.
  • the shaft is connected to an electromechanical installation. Above the pipe section, the pulley axis is rigidly attached to the shaft, on which the pulley is pivotally mounted, a flexible rod is thrown through the pulley.
  • V-shaped levers are rigidly fixed, the ends of which are pivotally connected to each other by rods.
  • Sheathing is fixed to the supports; curved air ducts are rigidly fixed to the upper part of the sheathing between the supports.
  • the lower part of the sheathing is expanded in the shape of a cone with a wide base to the ground and is installed above the surface of the earth.
  • the surface under the cone and half of the casing over the entire height and the air ducts are painted black, and the opposite side of the casing and the conical part are made transparent.
  • the aim of the present invention is the development of a wind power plant (wind farm), allowing:
  • the technical result is an increase in electricity generation, an increase in the coefficient of use of wind energy in time and power, regardless of the direction and speed of the wind, electricity generation in calm, calm, sunny weather, simplification of the design and improvement of operational characteristics, lower unit cost of manufacturing and operating costs, increased efficiency wind farm operations at low and high wind speeds and reliability with an increase in the unit power of a wind farm.
  • the technical result is achieved by the fact that when the aerodynamic blades are working, the efficiency increases.
  • the use of sailing blades significantly increases the efficiency of the wind farm at low wind speeds.
  • the possibility of changing the area of the swept surface by closing and opening the sailing blades increases the range of used wind speeds, i.e. the coefficient of utilization of wind energy over time.
  • the deviation of the aerodynamic blades from the initial position when closing the sail blades does not allow to increase the rotation speed of the wind receiving part of the wind farm, which ensures reliable operation at high wind speeds and extends the range of wind speeds used.
  • a causal relationship between the essential features of the invention and the results achieved is that when using these features, a wind farm works efficiently at low wind speeds like a sailing wind power station, and at higher speeds on the principle of lift of an airplane wing (aerodynamic principle). And in clear, calm, sunny weather, it also produces electricity. So, at low speeds, sailing blades work (in the form of cone segments) mainly, when the wind speed increases, these blades hide due to wind pressure and aerodynamic sails begin to work. This increases the efficiency. With further strengthening of the wind, the sailing blades close, and the aerodynamic sails deviate about its axis and resist rotation. This does not allow to accelerate the rotation, which ensures the reliability of the wind farm.
  • a cone-shaped heat sink increases the area of the area heated by the sun, which increases the efficiency of the wind farm from the convective movement of heated air and protects the electromechanical part of the wind farm from overheating.
  • FIG. 1 shows a general view of a wind power plant (wind farm).
  • FIG. 2 shows the wind receiving part of the wind power station, a top view of a strong wind.
  • FIG. 3 Wind receiving part of the wind farm, top view in the absence of wind or very weak wind.
  • FIG. 4 Wind receiving part of the wind farm with light and moderate winds, top view.
  • FIG. 5 Location of stops and loads.
  • FIG. 6 Wind receiving part, side view.
  • FIG. 7 Wind receiving part, side view (second option).
  • the wind power plant consists (Fig. 1 - 7) of two or more aerodynamic blades 1, two or more (sailing) blades 2, V-shaped levers 3, rods of sailing blades 4, rods of aerodynamic blades 5, couplers (traverses) of sailing blades 6, screeds (traverses) of the aerodynamic blades 7, the load of opening the sailing blades 8, the cable of opening the aerodynamic blades 9, the cable to return the aerodynamic blades 10 to the initial position, shaft 1 1, horizontal pulley 12, limiter 13, load 14 to return the aerodynamic blades 1 to the first initial position, vertical pulley 15.
  • Sailing blade 2 are formed as segments of a truncated cone, the wide base disposed below or above (optional).
  • Aerodynamic blades 1 are located diametrically, sailing blades 2 are located between the aerodynamic blades 1 (Fig. 2 - 4).
  • the aerodynamic blades 1 at the ends are pivotally connected to the outer ends of the couplers 7.
  • the second end of the coupler 7 is rigidly fixed to the shaft 11.
  • a cable 9 is fixed to the narrow part of one of the aerodynamic blades 1, which is thrown through a horizontal pulley 12 (Fig. 2-4).
  • the second end of the cable 9 is fixed to an adjacent sailing blade 2 between the inner edge and its axis.
  • a cable 10 is attached to the wide part of one of the aerodynamic blades 1, which is thrown over the pulley 15 (Figs. 2, 3, 5).
  • the second end of the cable 10 is connected to a load 14 (Fig. 5), which is located in (on) the limiter 13.
  • the limiter 13 is rigidly attached to the shaft 1 1.
  • V-shaped levers 3 are pivotally connected to the ends of the rods 4, and the common end is pivotally connected to the outer end of the coupler 6 (Fig. 2-4).
  • V-shaped levers 3 are rigidly connected to the sailing blades in the form of a segment of a truncated cone 2 at the ends.
  • the load 8 is fixed to the inner edge from the bottom of the blade 2.
  • the lower part of the wind farm transparent 16 is made in the form of a cone with a wide end to the ground (Fig. 1).
  • a cone-shaped heat receiver 18 is located inside the lower transparent part 16.
  • An electromechanical part 20 of the wind power station is located inside the heat receiver 18.
  • Racks 21 taper to the top.
  • a black casing 19 is fixed in a circular manner.
  • curved air ducts 17 are installed (Figs. 1-4, 6).
  • Mirrors 22 are installed on three sides of the wind farm, reflecting infrared radiation from solar radiation.
  • the operation of a wind power plant is as follows. In the absence of wind, the sailing blades 2 are open due to the load 8, and the blades 1 are in the initial position due to the load 14, as shown in FIG. 3.
  • the heat sink 18 on the south side is heated by sunlight, and on the north, east and west side is heated by 22 rays reflected by the mirrors, depending on the position of the sun. Heated air rises inside the casing 19 and through the ducts 17 acts on the sailing blades 2, which leads to the rotation of the shaft 1 1 of the wind receiving part of the wind farm.
  • the shaft 11 transmits the rotation to the electromechanical part 20 of the wind farm and electricity is generated (Fig. 1).
  • the sailing blades 2 With a significant increase in wind speed, the sailing blades 2 are closed and the aerodynamic blades 1 are deflected by the cable 9 from the initial position (Fig. 2).
  • the blades 1 begin to resist rotation, i.e. to brake, which keeps the wind receiving part of the wind farm from increasing the speed of rotation. This increases the range of wind speeds used.
  • the wind farm operates efficiently in the absence of wind in clear weather due to the convective movement of air heated by the sun, in light and moderate winds due to windage, and in stronger winds due to the aerodynamic effect.
  • opening and closing of sailing blades, and braking of aerodynamic blades also allows efficient operation of wind power without increasing rotation speed, which ensures reliability and stability of the wind power.

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)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Ветроэлектростанция состоит из воздуховодов, окрашенных в черный цвет, лопастей в виде сегментов усеченного конуса и расположенных между ними двух и более аэродинамических лопастей, имеющих внутренние и внешние кромки, прозрачной конусообразной нижней части, под которой установлен теплоприемник в форме конуса, окрашенный в черный цвет, с электромеханической установкой, соединенной с валом, над конусообразной частью установлены зеркала, при этом в торцах аэродинамических лопастей ближе к центру шарнирно прикреплены траверсы, вторые концы траверс жестко соединены с валом, наружные кромки аэродинамических лопастей в торцах шарнирно соединены между собой траверсами, внутренняя кромка одной аэродинамической лопасти соединена гибкой связью, переброшенной через горизонтальный шкив, с лопастью в виде сегмента усеченного конуса между ее внутренней кромкой и осью, наружная кромка одной аэродинамической лопасти соединена с грузом гибкой связью, переброшенной через вертикальный шкив, шарнирно насаженный на ось, жестко прикрепленную к валу.

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, особенно при отсутствии ветра в ясную погоду.
Технический результат - повышение коэффициента полезного действия и коэффициента использования энергии ветра во времени вне зависимости от его направления и скорости, выработка электроэнергии в ясную погоду при отсутствии ветра, упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик, снижение удельной стоимости изготовления и эксплуатационных расходов, повышение надежности при увеличении мощности ветроэлектростанции, повышение мощности без существенного увеличения затрат.
Известна ветроэлектростанция «Ротор с вертикальным валом и регулировкой оборотов ветровой установки» (Патент ФРГ DE 10 2004 031 105 А1), которая имеет отношение к ветряной турбине с регулировкой оборотов или мощности, вертикальным валом, состоящим из нескольких формованных заготовок, расположенных на вращающемся вале с дугообразными поверхностями для передачи энергии в главный вал; при этом формованные заготовки вращаются с целью преобразования энергии. Управляемое движение осуществляется благодаря центробежной силе масс или вспомогательного привода.
Недостатком изобретения, является то, что движение груза по шине не всегда возможно. Например, при попадании на шину посторонних предметов, занесенных ветром или попадание снега, а также воды и смерзание воды в холодное время года не даст возможности двигаться грузу по шине, что приведет к поломке установки при высокой скорости ветра. Если шину закрыть гофрированным шлангом, то при попадании на гофры воды и смерзании воды, получившийся лед не даст возможности сжиматься шлангу. Следовательно, груз не будет двигаться по шине, что также приведет к поломке установки при сильном ветре. Кроме того, создается стук между грузом и шиной, поскольку давление ветра на лопасти будет отклонять груз к шине.
Для повышения мощности необходимо увеличить площадь лопастей (полукруглых ободов). А это приводит к снижению скорости вращения ветроагрегата, в связи с чем существенно снижается центробежная сила и движения груза по шине не происходит, следовательно, не будет управления избыточной мощностью.
Следующим недостатком является то, что две лопасти (полукруглые обода) неуправляемо смыкаются под действием силы ветра, когда направление ветра совпадает с линией, проходящей через ось вращения между вертикальными кромками двух противоположных лопастей (полукруглых ободов). Это ведет к вращению ветроагрегата рывками, что приводит к преждевременному разрушению подшипников главного вала и неравномерной нагрузке генератора.
Кроме того, электроэнергия не вырабатывается при отсутствии ветра.
Известна ветроэлектростанция «Модифицированный ротор Савониуса» (Патент США US 6,283,711 В1). В данном изобретении ротор состоит из двух профилей, симметрично расположенных вокруг оси вращения. Каждый профиль состоит из внешней лопасти, имеющей переднюю кромку и хвостовую кромку и внутренней лопасти, имеющей хвостовую и переднюю кромку, прикрепленной к хвостовой кромке внешней лопасти. Внешняя лопасть имеет радиус R и тянется не более чем на 90 градусов вокруг оси вращения. Внутренняя лопасть тянется на 180 градусов вокруг оси, которая расположена параллельно к оси вращения, но смещена от нее. Радиус внутренней лопасти составляет десятичные доли радиуса внешней лопасти в пределах от 0,6 до 0,8. Автоматическое ограничение скорости вращения в одной конструкции, позволяя центробежной силе деформировать внутренние лопасти с тем, чтобы сократить площадь поперечного сечения пути потока воздуха через ротор.
Недостаток данного изобретения заключается в следующем. В положении, когда лопасти будут перпендикулярны направлению ветра, воздух не попадает внутрь лопастей и установка должна проскочить этот участок пути вращения за счет инерции. Следовательно, отбор мощности на генератор будет снижать скорость вращения, поэтому вращение будет рывками. При увеличении площади лопастей, для увеличения мощности, скорость вращения снижается, энергии инерции не хватит для преодоления сопротивления вращению, создаваемое генератором. Равномерность вращения можно обеспечить увеличением количества лопастей, однако в данном изобретении этого сделать не возможно в принципе, поскольку любое усовершенствование требует изобретательский уровень.
Здесь также электроэнергия не вырабатывается при отсутствии ветра.
Известна «Вертикально-осевая турбина» (Патент Великобритании GB 2 420 597 А). Турбина состоит из лопастей, установленных вокруг центральной оси таким образом, что они могут вращаться вместе вокруг центральной оси, причем каждая лопасть турбины установлена на оси по направлению к ее внешней периферии вокруг оси, главным образом параллельные к центральной оси. Устройство смещения смещает внутреннюю периферию лопастей турбины по направлению к центральной оси. Когда лопасти турбины помещаются в поток жидкости, они вращаются совместно вокруг центральной оси, и с увеличением скорости вращения, они вращаются вокруг опоры против смещения, означая, что происходит снижение скорости вращения.
Недостатком изобретения является то, что движение груза по валу не всегда возможно. Например, при попадании между валом и грузом посторонних предметов, занесенных ветром или попадание снега, а также воды и смерзание воды в холодное время года не даст возможности двигаться грузу по валу, что приведет к поломке установки при высокой скорости ветра. Если вал закрыть гофрированным шлангом, то при попадании на гофры воды и смерзании воды, получившийся лед не даст возможности сжиматься шлангу. Следовательно, груз не будет двигаться по валу, что также приведет к поломке установки при сильном ветре. Кроме того, создается стук между грузом и валом, поскольку давление ветра на. лопасти будет отклонять груз к валу. В этом случае можно исключить поступательное движение груза по валу, убрав вал между опорами лопастей. Однако в этом случае не контролируемое движение груза не позволит одновременно открываться и закрываться лопастям. Это снижает эффективность регулирования скоростью вращения и может при сильном ветре привести к поломке установки. Кроме того, для увеличения мощности необходимо увеличить параметры лопастей, а также удлинить соединения, что приводит к увеличению диаметра окружности, описываемые опорами. В этом случае скорость вращения (число оборотов) снижается и центробежная сила не может отклонить лопасти (стойки) и поднять груз, что исключит регулирование скоростью вращения. Кроме того, смещение центра тяжести лопастей турбины от оси вращения на конец соединения также не позволяет развиться центробежной силе при увеличении диаметра.
Кроме того, электроэнергия также не вырабатывается при отсутствии ветра.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является
Ветроэлектростанция Буктукова-6 (варианты) (Патент РК J4 27817). Здесь электростанция имеет груз, кронштейны, лопасти, выполненные в виде двух или более сегментов наружной части полого тора и имеющие верхние и нижние кромки, а также внутренние и внешние торцы. Каждая лопасть между внутренней и внешней торцами со стороны нижних и верхних кромок шарнирно закреплена к кронштейну. Кронштейны жестко прикреплены к валу, к верхней части вала между кронштейнами жестко прикреплен отрезок трубы. Вал соединен с электромеханической установкой. Над отрезком трубы жестко к валу прикреплена ось шкива, на которую шарнирно насажен шкив, через шкив переброшена гибкая тяга. Один конец гибкой тяги соединен с верхней кромкой лопасти у внутреннего торца лопасти, а другой конец соединен с грузом, груз свободно расположен внутри отрезка трубы. Ниже кронштейнов установлен подшипниковый узел, корпус подшипникового узла жестко соединен с опорами. В шарнирном креплении к каждой лопасти над верхней кромкой жестко закреплены V-образные рычаги, концы которых шарнирно соединены между собой тягами. На опоры закреплена обшивка, к верхней части обшивки между опорами жестко закреплены изогнутые воздуховоды. Нижняя часть обшивки расширена в форме конуса широким основанием к земле и установлена выше поверхности земли. Поверхность под конусом и половина обшивки по всей высоте и воздуховоды окрашены в черный цвет, а противоположная сторона обшивки и конусообразная часть выполнены прозрачными.
Недостатком данного технического решения является не возможность повышения коэффициента полезного действия, поскольку здесь используется только принцип паруса.
Целью настоящего изобретения является разработка ветроэлектростанции (ВЭС), позволяющей:
• вырабатывать электроэнергию при отсутствии ветра в ясную солнечную погоду за счет конвективного движения нагретого солнцем воздуха;
• повысить коэффициент полезного действия и коэффициент использования во времени;
• обеспечить постоянную мощность электростанции не зависимо от скорости и направления ветра;
в упростить конструкцию и повысить эффективность работы, как на малых скоростях ветра, так и на повышенных скоростях;
• повысить надежность работы, при существенном увеличении мощности, что ведет к снижению стоимости и затрат на эксплуатацию.
Технический результат - увеличение выработки электроэнергии, повышение коэффициента использования энергии ветра во времени и по мощности вне зависимости от направления и скорости ветра, выработка электроэнергии в безветренную ясную солнечную погоду, упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик, снижение удельной стоимости изготовления и эксплуатационных расходов, повышение эффективности работы ВЭС на малых и больших скоростях ветра и надежности при увеличении единичной мощности ветроэлектростанции.
Технический результат достигается тем, что при работе аэродинамических лопастей увеличивается коэффициент полезного действия. Использование парусных лопастей существенно повышает эффективность работы ВЭС при малых скоростях ветра. А возможность изменения площади ометаемой поверхности за счет смыкания и открывания парусных лопастей увеличивает диапазон используемых скоростей ветра, т.е. увеличивается коэффициент использования энергии ветра во времени. Отклонение аэродинамических лопастей от первоначального положения при закрывании парусных лопастей не позволяет увеличить скорость вращения ветроприемной части ВЭС, что обеспечивает надежность работы при сильных скоростях ветра и расширяет диапазон используемых скоростей ветра. Наличие обшивки стоек, воздуховодов, прозрачного основания и конусного теплоприемника черного цвета создает конвективное движение нагретого солнцем воздуха, попадая по воздуховодам на парусные лопасти, нагретый воздух начинает вращать лопасти и производится электроэнергия.
Причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения и достигаемыми результатами заключается в том, что при применении указанных признаков ВЭС работает эффективно как на малых скоростях ветра как парусная ветроэлектростанция, а при повышенных скоростях на принципе подъемной силы крыла самолета (аэродинамический принцип). А в ясную безветренную солнечную погоду также вырабатывает электроэнергию. Так, при малых скоростях работают парусные лопасти (в виде сегментов конуса) в основном, при повышении скорости ветра эти лопасти за счет давления ветра прикрываются и начинают работать аэродинамические паруса. Это повышает коэффициент полезного действия. При дальнейшем усилении ветра, парусные лопасти смыкаются, а аэродинамические паруса отклоняются относительно своей оси и оказывают сопротивление вращению. Это не позволяет ускорять вращение, что обеспечивает надежность работы ВЭС. Кроме того, приведенные признаки увеличивают коэффициент использования энергии ветра во времени, т.е. ВЭС будет работать в диапазоне скоростей от 0 до 60 м/с. В результате ВЭС работает большее количество дней, следовательно, и выработка электроэнергии увеличится. А также можно существенно увеличить единичную мощность установки, не снижая надежности. Это достигается тем, что при малых скоростях ветра увеличивается площадь ометаемой поверхности за счет открытия парусных лопастей, и, наоборот, при увеличении скорости ветра уменьшается за счет смыкания лопастей. При ураганных порывах ветра, давление ветра смыкает парусные лопасти. Надеж- ность работы обеспечивается также за счет простоты конструкции и за счет того, что площадь ометаемой поверхности увеличивается при уменьшении скорости ветра и уменьшается при увеличении скорости ветра. А при значительном увеличении скорости ветра, аэродинамические лопасти оказывают сопротивление вращению.
Теплоприемник в форме конуса увеличивает площадь нагреваемого солнцем участка, что повышает эффективность работы ВЭС от конвективного движения нагретого воздуха и защищает электромеханическую часть ВЭС от перегрева.
Следует отметить, что при закрывании 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.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлен общий вид ветроэлектростанции (ВЭС). На Фиг. 2 показана ветроприемная часть ветроэлектростанции, вид сверху при сильном ветре. На Фиг. 3 - Ветроприемная часть ВЭС, вид сверху при отсутствии ветра или весьма слабом ветре. Фиг. 4 - Ветроприемная часть ВЭС при слабых и умеренных ветрах, вид сверху. Фиг. 5 - Расположение ограничителей и грузов. Фиг. 6 - Ветроприемная часть, вид сбоку. Фиг. 7 - Ветроприемная часть, вид сбоку (второй вариант).
Ветроэлектростанция состоит (Фиг. 1 - 7) из двух или более аэродинамических лопастей 1 , двух или более (парусных) лопастей 2, V- образных рычагов 3, тяг парусных лопастей 4, тяг аэродинамических лопастей 5, стяжек (траверсов) парусных лопастей 6, стяжек (траверсов) аэродинамических лопастей 7, груза открывания парусных лопастей 8, троса открывания аэродинамических лопастей 9, троса возврата аэродинамических лопастей 10 в первоначальное положение, вала 1 1, горизонтального шкива 12, ограничителя 13, груза 14 для возврата аэродинамических лопастей 1 в первоначальное положение, вертикального шкива 15. Парусные лопасти 2 выполнены в виде сегментов усеченного конуса, при этом широкое основание расположено снизу или сверху (вариант).
Аэродинамические лопасти 1 расположены диаметрально, парусные лопасти 2 расположены между аэродинамическими лопастями 1 (Фиг. 2 - 4).
Аэродинамические лопасти 1 в торцах шарнирно соединены с наружными концами стяжек 7. Второй конец стяжки 7 жестко закреплен к валу 11. К узкой части одной из аэродинамической лопасти 1 закреплен трос 9, который переброшен через горизонтальный шкив 12 (Фиг. 2 - 4). Второй конец троса 9 закреплен к смежной парусной лопасти 2 между внутренней кромкой и ее осью. К широкой части одной из аэродинамической лопасти 1 прикреплен трос 10, который переброшен через шкив 15 (Фиг. 2, 3, 5). Второй конец троса 10 соединен с грузом 14 (Фиг. 5), который находится в (на) ограничителе 13. Ограничитель.13 жестко прикреплен к валу 1 1.
Раздельные концы V-образных рычагов 3 шарнирно соединены с концами тяг 4, а общий конец шарнирно соединен с наружным концом стяжки 6 (Фиг. 2 - 4). V-образные рычаги 3 жестко соединены с парусными лопастями в форме сегмента усеченного конуса 2 в торцах. Груз 8 закреплен к внутренней кромке снизу лопасти 2.
Нижняя часть ветроэлектростанции прозрачная 16 выполнена в форме конуса широким концом к земле (Фиг. 1). Внутри нижней прозрачной части 16 расположен конусообразный теплоприемник 18. Внутри теплоприемника 18 расположена электромеханическая часть 20 ветроэлектростанции. Стойки 21 сужаются к верху. На стойки 21 вкруговую закреплена обшивка 19 черного цвета. Внутри ветроприемной части ветроэлектростанции установлены изогнутые воздуховоды 17 (Фиг. 1 - 4, 6). С трех сторон ветроэлектростанции установлены зеркала 22, отражающие инфракрасные излучения солнечной радиации.
Работа ветряной электростанции происходит следующим образом. При отсутствии ветра парусные лопасти 2 открыты за счет груза 8, а лопасти 1 находятся в первоначальном положении за счет груза 14, как показано на Фиг. 3. Теплоприемник 18 с южной стороны нагревается от солнечных лучей, а с северной, восточной и западной сторон нагревается от отраженных зеркалами 22 лучей в зависимости от положения солнца. Нагретый воздух поднимается внутри обшивки 19 и через воздуховоды 17 действует на парусные лопасти 2, что приводит к вращению вала 1 1 ветроприемной части ВЭС. Вал 11 передает вращение на электромеханическую часть 20 ВЭС и вырабатывается электроэнергия (Фиг. 1). При слабых скоростях ветра давление оказывается на парусные лопасти 2 и ветроприемная часть начинает вращение, которое посредством вала 11 передается на электромеханическую часть 20 (Фиг. 3). При увеличении скорости ветра лопасти 2 начинают прикрываться (Фиг. 4) за счет давления ветра. При дальнейшем усилении ветра лопасти 2 закрываются в большей степени и начинают работать аэродинамические лопасти 1 , что увеличивает коэффициент полезного действия.
При значительном увеличении скорости ветра, парусные лопасти 2 закрываются и посредством троса 9 отклоняют аэродинамические лопасти 1 от первоначального положения (Фиг. 2). Лопасти 1 начинают оказывать сопротивление вращению, т.е. тормозить, что удерживает ветроприемную часть ВЭС от увеличения скорости вращения. Тем самым увеличивается диапазон используемых скоростей ветра.
При ослабевании скорости ветра, давление на лопасти 2 уменьшается и груз 8 приводит к открытию лопастей 2. Это в свою очередь ослабляет натяжку троса 9, и груз 14 натягивает трос 10 и лопасти 1 возвращаются в первоначальное положение (Фиг. 3).
Таким образом, ветроэлектростанция работает эффективно при отсутствии ветра в ясную погоду за счет конвективного движения нагретого солнцем воздуха, при слабых и умеренных ветрах за счет парусности, а при более сильных ветрах - за счет аэродинамического эффекта. При ураганных ветрах открывание и закрывание парусных лопастей, и торможение аэродинамических лопастей позволяет также эффективно работать ветроэлектростанции без увеличения скорости вращения, что обеспечивает надежность и устойчивость работы ветроэлектростанции.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ветроэлектростанция, состоящая из груза, кронштейнов, лопастей, имеющие верхние и нижние кромки, а также внутренние и внешние торцы, каждая лопасть между внутренней и внешней торцами снаружи нижних и верхних кромок шарнирно закреплена к кронштейнам, в шарнирном креплении к каждой лопасти над верхней кромкой жестко закреплены V- образные рычаги, концы которых шарнирно соединены между собой тягами, кронштейны жестко прикреплены к валу, вал соединен с электромеханической установкой, к верхней части вала между кронштейнами жестко прикреплен отрезок трубы, над отрезком трубы жестко к валу прикреплена ось шкива, на которую шарнирно насажен шкив, через шкив переброшена гибкая тяга, конец которой соединен с грузом, груз свободно расположен внутри отрезка трубы, ниже кронштейнов установлен подшипниковый узел, корпус подшипникового узла жестко соединен с опорами, на опоры закреплена обшивка, к верхней части обшивки между опорами жестко закреплены изогнутые воздуховоды, а нижняя часть обшивки расширена в форме конуса широким основанием к земле и установлена выше поверхности земли, воздуховоды окрашены в черный цвет, конусообразная часть выполнена прозрачной, отличающаяся тем, что лопасти выполнены в виде сегментов усеченного конуса, а между ними установлены две или более аэродинамические лопасти, имеющие внутренние и внешние кромки, в торцах аэродинамических лопастей ближе к центру шарнирно прикреплены траверсы (стяжки), вторые концы траверс жестко соединены с валом, наружные кромки аэродинамических лопастей в торцах шарнирно соединены между собой тягами, внутренняя кромка одной аэродинамической лопасти соединена гибкой связью с лопастью в виде сегмента конуса между ее внутренней кромки и осью, гибкая связь переброшена через горизонтальный шкив, который шарнирно прикреплен к валу, наружная кромка одной аэродинамической лопасти соединена гибкой связью с грузом, траверсы лопастей в виде сегментов конуса выполнены короче, чем траверсы аэродинамических лопастей, под прозрачной конусообразной частью установлен тещюприемник в форме конуса и окрашен в черный цвет, с трех сторон над конусообразной частью установлены зеркала.
PCT/KZ2016/000008 2016-03-17 2016-05-24 Ветроэлектростанция WO2017160136A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ20160266 2016-03-17
KZ2016/0266.1 2016-03-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017160136A1 true WO2017160136A1 (ru) 2017-09-21

Family

ID=59851617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KZ2016/000008 WO2017160136A1 (ru) 2016-03-17 2016-05-24 Ветроэлектростанция

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017160136A1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109915324A (zh) * 2019-04-15 2019-06-21 西安交通大学 一种用于集热棚的引流装置及太阳能热气流烟囱发电装置
CN112065657A (zh) * 2020-08-24 2020-12-11 河南恒聚新能源设备有限公司 涡轮静子结构及垂直轴涡轮风力发电装置
WO2023139465A1 (en) * 2022-01-24 2023-07-27 Rithema S.R.L.S. Vertical-axis wind turbine with axial airflows exploiting duct
RU2805549C1 (ru) * 2023-02-14 2023-10-18 Сергей Николаевич Белозеров Ветротурбинная установка

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2896653Y (zh) * 2006-04-07 2007-05-02 扎西顿珠 水平旋转锥面反射型风叶微风、太阳能风光互补发电系统
CN201221439Y (zh) * 2008-07-16 2009-04-15 肖伟南 风力发电机的双层式组合风叶结构
EA200800959A1 (ru) * 2006-07-14 2010-06-30 Николай Садвакасович Буктуков Ветроэлектростанция буктукова-3

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2896653Y (zh) * 2006-04-07 2007-05-02 扎西顿珠 水平旋转锥面反射型风叶微风、太阳能风光互补发电系统
EA200800959A1 (ru) * 2006-07-14 2010-06-30 Николай Садвакасович Буктуков Ветроэлектростанция буктукова-3
CN201221439Y (zh) * 2008-07-16 2009-04-15 肖伟南 风力发电机的双层式组合风叶结构

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109915324A (zh) * 2019-04-15 2019-06-21 西安交通大学 一种用于集热棚的引流装置及太阳能热气流烟囱发电装置
CN112065657A (zh) * 2020-08-24 2020-12-11 河南恒聚新能源设备有限公司 涡轮静子结构及垂直轴涡轮风力发电装置
WO2023139465A1 (en) * 2022-01-24 2023-07-27 Rithema S.R.L.S. Vertical-axis wind turbine with axial airflows exploiting duct
RU2805549C1 (ru) * 2023-02-14 2023-10-18 Сергей Николаевич Белозеров Ветротурбинная установка

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7132760B2 (en) Wind turbine device
US7362004B2 (en) Wind turbine device
JP7030711B2 (ja) 効率を向上させた垂直軸ツインタービンを有する浮体式風力タービン
AU2006257538B2 (en) A blade with hinged blade tip
US20090196763A1 (en) Vertical axis wind turbines with blades for redirecting airflow
US5599168A (en) Wind turbine adaptable to wind direction and velocity
US9803616B2 (en) Wind turbine having a plurality of airfoil rings and counter rotating generators
EP2087205A2 (en) Turbine blade assembly
US20130119661A1 (en) Horizontal Axis Radial Wind Turbine
CN105593469A (zh) 具有轻质可调叶片的风力发电机
WO2017160136A1 (ru) Ветроэлектростанция
JP2012107612A (ja) 風洞体、垂直軸型風車、構造物、風力発電装置、油圧装置、ならびに建築物
CN112912613B (zh) 风力涡轮机
KR101267853B1 (ko) 수직형 터빈
US11313347B2 (en) Scalable wind power station
KR100906172B1 (ko) 방사형 풍력 체임버식 수직축 풍력터빈
EA018388B1 (ru) Ветроэлектростанция
WO2011109003A1 (ru) Ветроэнергетическая установка
RU2531478C2 (ru) Ветровая турбина
WO2012144879A1 (ru) Ветроэлектростанция
WO2017150960A1 (ru) Ветроэлектростанция
US20070296216A1 (en) Wind generator
EP2986844B1 (en) An energy conversion device driven by wind power
RU144415U1 (ru) Ветроэнергетическая установка
RU2631587C2 (ru) Парусная горизонтальная ветросиловая турбина

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

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

Ref document number: 16894706

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16894706

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1