WO2018234856A1 - Вихревой концентратор воздушного потока - Google Patents
Вихревой концентратор воздушного потока Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018234856A1 WO2018234856A1 PCT/IB2017/054185 IB2017054185W WO2018234856A1 WO 2018234856 A1 WO2018234856 A1 WO 2018234856A1 IB 2017054185 W IB2017054185 W IB 2017054185W WO 2018234856 A1 WO2018234856 A1 WO 2018234856A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- wind
- vortex
- air flow
- concentrator
- reflectors
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
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
-
- 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 wind energy, namely to wind power plants with an axis of rotation perpendicular to the direction of the wind,
- the air flow concentrator of this installation is made in the form of a hexagonal tower, divided by vertical partitions into six sectors, connected to the central air duct (indicated in the diagram as “wind tunnel”). Each such sector is a confused concentrator of the air flow with an output of the accelerated flow into the central air duct, the supply flow to the turbine located on the ground.
- the third major drawback is an extensive duct with bends and holes in the joints with confused sectors, which becomes a source of additional friction and turbulence, which further slows down the air flow in the area in front of the turbine.
- the air flow concentrator of this invention consists of
- the idea of placing a turbine and a generator on the ground in the Wind Tower is better compared to the solution presented by the Yalinka wind power plant, since this facilitates access to the power plant, and therefore reduces the cost of maintenance and repair work.
- the air flow hub consists of wind guide elements - Reflectors, in which the Outlet Edge of the Root Part of one Reflector is facing the Inlet Edge of the Root Part of the next Reflector, forming the region surrounded by the Reflectors - Work Area, while the similarity of the Spin Reflectors from the Root Parts to the End Parts unfolds the Outward Edges and Tilts Reflectors to the specified Vortex Working Area
- reflectors can be made with
- the vortex concentrator can be closed, and from the side
- Root parts of Vortex Concentrator Reflectors can be The deflector is located, and the Vortex concentrator itself can be located on supports.
- the technical result provided by the above set of features is that the Vortex concentrator consisting of several elements of the same type - Reflectors, due to their shape and mutual arrangement, ensures the movement of the trapped air flow in a spiral with a short path from the point of entrance to the Vortex concentrator
- the area of capture of the air flow increases from the root parts to
- the figure shows a general view of the Vortex Concentrator with five Reflectors.
- the vortex concentrator consists of Reflectors 3, the Root parts 5 of which are arranged in series in such a way that the Output edge 2 of one Reflector 3 faces the Input edge 4 of the next Reflector 3, surrounding Work Area 6.
- the end pieces 1 unfolds the Outlet Edges 2 and tilts the Reflectors 3 to the Work Area 6 of the Vortex Concentrator.
- the vortex concentrator can be made as follows.
- Vortex Concentrator Reflectors 3 can be erected on pre-installed reinforced concrete supports on the technology of monolithic construction of thin-walled reinforced concrete structures with the help of "sliding" or “adjustable” formwork. From the side of the end parts 1, the vortex concentrator can be closed with a light domed roof on a metal frame protecting the unit from external influences, on which solar panels can also be installed.
- fiberglass formed by pultrusion method or material stretched on the frame can be selected.
- steel structures can serve as supports.
- Reflectors 3 Oncoming airflow is captured by Reflectors 3, which direct it to Work Area 6. Reflectors 3 change direction
- the horizontal component is used to directly transfer the energy of rotation of the air flow to the blades of the turbine, and the vertical component to freely transport the air flow through the Working Zone 6 of the Vortex Concentrator after the energy is transferred to the turbine.
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 ветронаправляющим элементам ветроэнергетических установок с осью вращения перпендикулярной направлению ветра, не требующих дополнительного оборудования для ориентации на ветер. Вихревой концентратор воздушного потока состоит из ветронаправляющих элементов (3), у которых выходная кромка (2) корневой части (5) одного ветронаправляющего элемента (3) обращена к входной кромке (4) корневой части (5) следующего ветронаправляющего элемента (3), образуя окруженную ветронаправляющими элементами (3) рабочую зону (6). Каждый ветронаправляющий элемент (3) имеет закрутку от корневой части (5) к корневой части (1), которая разворачивает выходные кромки (2) и наклоняет ветронаправляющие элементы (3) к рабочей зоне (6) вихревого концентратора. Вихревой концентратор воздушного потока осуществляет передачу энергии ветра от входа в концентратор до рабочей зоны (6) с турбиной до воздуховода и закрытых конфузоров или конфузорных каналов при одновременном увеличении площади захвата воздушного потока с ростом высоты и нивелировании отрицательного эффекта замедления воздушного потока после передачи части энергии турбине.
Description
Вихревой концентратор воздушного потока.
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроэнергетическим установкам с осью вращения перпендикулярной направлению ветра,
снабженным ветронаправляющими элементами, не требующих дополнительного оборудования для ориентации на ветер, и может найти применение как для получения электроэнергии в промышленных масштабах, так и для автономного энергоснабжения.
Из существующего уровня техники известен проект ветроэнергетической установки «Wind Tower» компании ZENA System Co., Ltd. (Япония).
Постоянный адрес проекта в интернете: http://www.zenasystem.co.jp/en/wind- tower01.html. Концентратор воздушного потока данной установки выполнен в виде шестигранной башни, разделенной вертикальными перегородками на шесть секторов, соединенных с центральным воздуховодом (на схеме обозначенный как «wind tunnel»). Каждый такой сектор является конфузорным концентратором воздушного потока с выходом ускоренного потока в центральный воздуховод, подводящий поток к турбине, расположенной на земле.
Основным конструктивным недостатком концентратора воздушного потока данной установки, как и многих других установок, в которых используются конфузорные сектора для концентрации воздушного потока, является переход конфузорных секторов в протяженный воздуховод большого объема,
подводящий воздушный поток к турбине. Согласно схеме установки
одновременно улавливать ветер могут не более двух секторов башни. Попадая из данных секторов в центральный воздуховод, воздушный поток оказывается в зоне расширения и как в диффузоре замедляется, а поскольку у воздушного потока, попавшего в воздуховод нет явно выраженного направления движения - после передачи своей энергии турбине он создает «подпирающее» давление в воздуховоде, сводя на нет работу концентратора - конфузорных секторов.
Второй недостаток связан с взаимодействием двух соседних потоков,
попадающих в центральный воздуховод, что приводит к возникновению турбулентностей, снижающих скорость воздушного потока.
Третий существенный недостаток - протяженный воздуховод с изгибами и отверстиями в местах соединений с конфузорными секторами, который становится источником дополнительного трения и турбулентностей, что еще больше замедляет воздушный поток на участке перед турбиной.
Все эти факторы снижают эффективность концентратора воздушного потока данной установки.
Другим техническим решением, предлагающим не только концентрацию воздушного потока, но и придание ему (воздушному потоку) вращательного движения, совмещенного с поступательным движением в сторону турбины, является концентратор вихревой ветроэнергетической установки «Ялынка», патент Российской Федерации N° 2285149 от 10.10.2006г.
Концентратор воздушного потока указанного изобретения состоит из
центрального воздуховода, подводящего закрученный поток к турбине (на верхнем конце воздуховода), и подсоединенных к нему ярусов спиралевидных конфузоров - концентраторов воздушного потока, охватывающих центральный воздуховод. Размеры конфузоров уменьшаются с каждым ярусом к вершине концентратора.
Недостатками концентратора воздушного потока данной ветроэнергетической установки являются:
Во-первых, как и у вышеописанного концентратора ветроэнергетической установки «Wind Tower», неизбежно замедление воздушного потока при попадании из конфузоров в протяженный центральный воздуховод с потерей энергии вращения;
Во-вторых, сложность конструкции;
В-третьих, уменьшающаяся площадь входных отверстий конфузорных каналов к вершине установки, где скорость ветра выше и более постоянна. Данное решение может быть использовано при высоте установки до 10- 15м, когда можно не учитывать рост скорости ветра с высотой, и не идет речь о получении электроэнергии в промышленных масштабах;
В-четвертых, сложность технического обслуживания турбины из-за
затрудненного доступа.
Преимуществом концентратора вихревой ветроэнергетической установки
«Ялынка» относительно предыдущего концентратора ветроэнергетической установки («Wind Tower») является придание воздушному потоку в центральном воздуховоде вращения и направленного движения к турбине, что обеспечивает снижение турбулентности и повышает эффективность передачи энергии ветра турбине.
В свою очередь, идея разместить на земле турбину и генератор в «Wind Tower» лучше по сравнению с решением, представленным у ветроэнергетической установкой «Ялынка», т.к. это облегчает доступ к силовой установке, а значит и удешевляет техническое обслуживание и ремонтные работы.
Общим недостатком всех технических решений, использующих для
концентрации воздушного потока закрытые конфузорные каналы, особенно, с протяженными воздуховодами, является то, что они не учитывают замедление потока после передачи его энергии лопастям турбины и создания подпирающего давления, которое сводит на нет работу конфузора.
Заявленное изобретение направлено на решение технической задачи, связанной с сокращением протяженности тракта передачи энергии ветра от входа в
концентратор до турбины с одновременным сокращением конструктивных элементов, с увеличением площади захвата воздушного потока с ростом высоты, со сведением к минимуму отрицательного эффекта замедления воздушного потока после передачи части энергии турбине.
Поставленная задача решается за счет того, что заявленный Вихревой
концентратор воздушного потока состоит из ветронаправляющих элементов - Рефлекторов, у которых Выходная кромка Корневой части одного Рефлектора обращена к Входной кромке Корневой части следующего Рефлектора, образуя окруженную Рефлекторами область - Рабочую зону, при этом подобие закрутки Рефлекторов от Корневых частей к Концевым частям разворачивает Выходные кромки и наклоняет Рефлекторы к указанной Рабочей зоне Вихревого
концентратора. При этом Рефлекторы могут быть выполнены с
аэродинамическим профилем, кроме того, со стороны Концевых частей
Рефлекторов Вихревой концентратор может быть закрыт, а со стороны
Корневых частей Рефлекторов Вихревого концентратора может быть
расположен Дефлектор, а сам Вихревой концентратор может быть расположен на опорах.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является то, что Вихревой концентратор, состоящий из нескольких однотипных элементов - Рефлекторов, благодаря их форме и взаимному расположению обеспечивает движение захваченного воздушного потока по спирали с коротким трактом от места входа в Вихревой концентратор
воздушного потока до лопастей турбины без воздуховода и каких либо закрытых конфузорных каналов.
Площадь захвата воздушного потока увеличивается от Корневых частей к
Концевым частям, что позволяет эффективнее использовать энергию воздушных потоков с ростом высоты.
Отсутствие закрытых конфузорных каналов и воздуховодов предотвращает образование областей повышенного (подпирающего) давления в Рабочей зоне после передачи части энергии воздушного потока турбине.
Изобретение поясняется рисунком, который не охватывает и, тем более, не ограничивает весь объем притязаний данного технического решения, а является лишь иллюстрирующим материалом частного случая выполнения.
На рисунке показан общий вид Вихревого концентратора с пятью Рефлекторами.
Вихревой концентратор состоит из Рефлекторов 3, Корневые части 5 которых расположены последовательно таким образом, что Выходная кромка 2 одного Рефлектора 3 обращена к Входной кромке 4 следующего Рефлектора 3, окружая Рабочую зону 6. Подобие закрутки Рефлекторов 3 от Корневых частей 5 к
Концевым частям 1 разворачивает Выходные кромки 2 и наклоняет Рефлекторы 3 к Рабочей зоне 6 Вихревого концентратора.
Вихревой концентратор может быть изготовлен следующим образом.
Для промышленного использования Вихревого концентратора Рефлекторы 3 могут быть возведены на предварительно установленных железобетонных опорах по технологии монолитного строительства тонкостенных
железобетонных сооружений с помощью «скользящей» или «переставной» опалубки. Со стороны Концевых частей 1 Вихревой концентратор может закрываться легкой куполообразной крышей на металлическом каркасе, защищающую установку от внешних воздействий, на которой также могут быть установлены солнечные батареи.
Для автономного энергоснабжения материалом для Рефлекторов 3 может быть выбран стеклопластик сформованный методом пултрузии, либо натянутый на каркасе материал. В этом случае опорами могут служить стальные конструкции.
Работа Вихревого концентратора осуществляется следующим образом.
Набегающий воздушный поток захватывается Рефлекторами 3, которые направляют его в Рабочую зону 6. Рефлекторы 3 меняют направление
первоначального вектора воздушного потока таким образом, что в каждой точке его можно разложить на две составляющие:
- Вертикальную, направленную от Концевых частей 1 к Корневым частям 5 Рефлекторов 3 Вихревого концентратора;
- Горизонтальную, являющейся фактически линейной скоростью вращающегося воздушного потока внутри Вихревого концентратора в этой точке.
Горизонтальная составляющая используется для непосредственной передачи энергии вращения воздушного потока лопастям турбины, а Вертикальная составляющая для беспрепятственной транспортировки воздушного потока через Рабочую зону 6 Вихревого концентратора после передачи энергии турбине.
Установка Дефлектора со стороны Корневых частей 5 Вихревого концентратора способствует поддержанию величины Вертикальной составляющей воздушного потока после передачи энергии лопастям турбины.
Придание Рефлекторам 3 аэродинамического профиля позволяет задействовать эффект Коанда, когда воздушный поток, двигаясь по внешней стороне
аэродинамического профиля, как бы «прилипает» к ней и старается следовать вдоль этой поверхности даже после точки перегиба профиля, тем самым еще больше увеличивается площадь захвата воздушного потока.
Claims
1. Вихревой концентратор воздушного потока, характеризующийся тем, что он состоит из ветронаправляющих элементов - Рефлекторов, у которых Выходная кромка Корневой части одного Рефлектора обращена к Входной кромке
Корневой части следующего Рефлектора, образуя окруженную Рефлекторами область - Рабочую зону, при этом подобие закрутки Рефлекторов от Корневых частей к Концевым частям разворачивает Выходные кромки и наклоняет
Рефлекторы к указанной Рабочей зоне Вихревого концентратора.
2. Вихревой концентратор по п.1 отличающийся тем, что Рефлекторы
выполнены с аэродинамическим профилем.
3. Вихревой концентратор по п.1 отличающийся тем, что со стороны Концевых частей Рефлекторов Вихревой концентратор закрыт.
4. Вихревой концентратор по п.1 отличающийся тем, что со стороны Корневых частей Рефлекторов Вихревого концентратора расположен Дефлектор.
5. Вихревой концентратор по п.1 отличающийся тем, что расположен на опорах.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017121658A RU2655422C1 (ru) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | Вихревой концентратор воздушного потока |
| RU2017121658 | 2017-06-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2018234856A1 true WO2018234856A1 (ru) | 2018-12-27 |
| WO2018234856A8 WO2018234856A8 (ru) | 2019-02-28 |
Family
ID=62559872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/IB2017/054185 WO2018234856A1 (ru) | 2017-06-20 | 2017-07-12 | Вихревой концентратор воздушного потока |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2655422C1 (ru) |
| WO (1) | WO2018234856A1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA40227A (ru) * | 2000-10-23 | 2001-07-16 | Вінницький Державний Технічний Університет | Ветродвигатель с вихревым устройством |
| EA007439B1 (ru) * | 2005-05-26 | 2006-10-27 | Марат Булатович Кошумбаев | Вихреагрегат |
| RU2341682C1 (ru) * | 2007-06-13 | 2008-12-20 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РООССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Ветроустановка (варианты) |
| KZ25714B (en) * | 2010-02-25 | 2012-04-16 | Wind-driven electric power station of Buktukov-5 (options) | |
| US20170122288A1 (en) * | 2014-06-03 | 2017-05-04 | Centrales Energeticas Ciclonicas, S.L. | Cyclonic wind energy converter |
-
2017
- 2017-06-20 RU RU2017121658A patent/RU2655422C1/ru active
- 2017-07-12 WO PCT/IB2017/054185 patent/WO2018234856A1/ru active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA40227A (ru) * | 2000-10-23 | 2001-07-16 | Вінницький Державний Технічний Університет | Ветродвигатель с вихревым устройством |
| EA007439B1 (ru) * | 2005-05-26 | 2006-10-27 | Марат Булатович Кошумбаев | Вихреагрегат |
| RU2341682C1 (ru) * | 2007-06-13 | 2008-12-20 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РООССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Ветроустановка (варианты) |
| KZ25714B (en) * | 2010-02-25 | 2012-04-16 | Wind-driven electric power station of Buktukov-5 (options) | |
| US20170122288A1 (en) * | 2014-06-03 | 2017-05-04 | Centrales Energeticas Ciclonicas, S.L. | Cyclonic wind energy converter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018234856A8 (ru) | 2019-02-28 |
| RU2655422C1 (ru) | 2018-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wong et al. | Performance enhancements on vertical axis wind turbines using flow augmentation systems: A review | |
| US9453494B2 (en) | Building integrated wind energy power enhancer system | |
| US8459930B2 (en) | Vertical multi-phased wind turbine system | |
| US9534581B2 (en) | Vertical axis turbine | |
| US9249807B2 (en) | Fluidic flow capture and acceleration apparatus for hyper-conversion | |
| EP2395234A2 (en) | Tunnel Power Turbine System to generate potential energy from waste kinetic energy | |
| US10280900B1 (en) | Omnidirectional building integrated wind energy power enhancer system | |
| US8403623B2 (en) | Wind energy power enhancer system | |
| US20190024633A1 (en) | Windmill generator associated with a construction | |
| US10495063B2 (en) | Wind turbine | |
| KR101073897B1 (ko) | 다단계 풍력 발전기 | |
| US12066006B2 (en) | Systems and methods for harnessing energy from wind | |
| US9273665B1 (en) | Dual wind energy power enhancer system | |
| RU2638120C1 (ru) | Ветротурбинная установка | |
| EP2425128A1 (en) | Combined wing and turbine device for improved utilization of fluid flow energy | |
| 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 | |
| US20150361953A1 (en) | Horizontally channeled vertical axis wind turbine | |
| Sedaghat et al. | Analysis of accelerating devices for enclosure wind turbines | |
| WO2018234856A1 (ru) | Вихревой концентратор воздушного потока | |
| JP2007211656A (ja) | 円形筒型風車発電装置 | |
| RU2626498C1 (ru) | Ветроэлектростанция | |
| RU2459975C2 (ru) | Способ и устройство для производства энергии с использованием архитектурных сооружений | |
| RU2373430C2 (ru) | Солнечная теплоэлектростанция с применением вихревых камер | |
| RU2070661C1 (ru) | Вихревая электростанция | |
| WO2023276016A1 (ja) | 発電装置、上昇気流発生装置、発電方法及び上昇気流増速方法 |
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: 17914660 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: 17914660 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |