WO2021080468A1 - Турбина ветрогенератора и ветростанция на ее основе - Google Patents

Турбина ветрогенератора и ветростанция на ее основе Download PDF

Info

Publication number
WO2021080468A1
WO2021080468A1 PCT/RU2020/050287 RU2020050287W WO2021080468A1 WO 2021080468 A1 WO2021080468 A1 WO 2021080468A1 RU 2020050287 W RU2020050287 W RU 2020050287W WO 2021080468 A1 WO2021080468 A1 WO 2021080468A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wind
rotor
core
blades
impeller
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/050287
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Тимур Ахмедбекович МИРЗЕАБАСОВ
Светлана Тимуровна РОМАНОВА
Дмитрий Олегович БЕЛОВ
Максим Дмитриевич БЕЛОВ
Павел Дмитриевич БЕЛОВ
Позвейн Владимирович САНГИ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью Антер
РуФиУс ОЙ
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 Общество С Ограниченной Ответственностью Антер, РуФиУс ОЙ filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью Антер
Priority to EP20879920.5A priority Critical patent/EP4067644A1/en
Priority to US17/770,718 priority patent/US12066005B2/en
Priority to CN202080074672.0A priority patent/CN114667391A/zh
Publication of WO2021080468A1 publication Critical patent/WO2021080468A1/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
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/02—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • 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 
    • F03D3/005—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  the axis being vertical
    • 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 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/064—Fixing wind engaging parts to rest of rotor
    • 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
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/06—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/911—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure already existing for a prior purpose
    • F05B2240/9112—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure already existing for a prior purpose which is a building
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/42—Storage of energy
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power
    • 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 generators, namely, to a wind turbine with a vertical-axial rotor and a wind farm based on it.
  • Wind turbines also called wind power plants, are devices for converting the kinetic energy of the wind flow into mechanical energy from the rotation of the turbine rotor and then converting it into electrical energy.
  • wind generators are divided into installations with a horizontal and vertical axis of rotation. The most common are wind turbines with a horizontal axis of rotation, their efficiency in practice reaches 40%, but they have a number of fundamental disadvantages.
  • the power of a wind generator depends on the power of the air flow, which is determined by the wind speed and the swept area, therefore, the dimensions of the rotors of industrial generators of this type are very large.
  • Such wind generators are bulky, expensive to manufacture, install and operate.
  • Some of these disadvantages are devoid of wind turbines with a vertical axis of rotation, which can be based on fairly compact vertical-axial rotors, the operation of which does not lead to the appearance of human-perceived noise and vibration.
  • Such wind generators can be installed in urban environments, in particular, on the roofs of high-rise buildings.
  • compact vertical-axis rotors can be combined in a wind farm.
  • a wind turbine (RET2294452 C1, publ. 27.02.2007) is known, consisting of sections installed one above the other, each of which contains a hollow cylindrical rotor with vertical blades, placed in a stator that directs the air flow.
  • the stator in turn, contains vertical blades installed between round rigid bases.
  • the rotor blades and stator blades are parts of cylindrical surfaces that are convex along the direction of rotation of the rotor.
  • the radius of curvature of the stator blades is greater than the radius of curvature of the rotor blades, and the number of blades of each stator section is twice the number of blades of each cylindrical rotor element.
  • the stator creates a directed swirling air flow for the rotor, optimizing its operating conditions and increasing the efficiency of the wind turbine.
  • the sectional design allows you to scale the size of the wind turbine in height, increasing the swept area (rotors in all sections), thereby increasing power, simplifying maintenance and installation of the generator.
  • a wind turbine with a vertical-axial rotor characterized in that the rotor is installed in a stationary cylindrical housing equipped with outward-opening shutters, and consists of a rotating core containing core blades fixed between two circular bases, forming the Ugrinsky rotor, and an annular impeller , made with the possibility of independent rotation around the core and containing the impeller blades fixed between two annular bases, and the impeller blades are made with the ability to form an extension of the core blades in the cross section of the rotor with the formation of common interscapular channels tapering towards the center of the rotor.
  • the described turbine can be quite compact, about 500-1000 mm in height and 300-800 mm in width, and is highly efficient, especially at low wind speeds.
  • the impeller independently rotating around the core, reduces the reverse torque of the core and increases the power of the turbine, similar to the stator in the prototype.
  • An additional increase in the turbine power is achieved by making the rotor of two coordinated parts: the impeller blades form an extension of the core blades in the cross section of the rotor, forming common interscapular channels.
  • the impeller and the core have the same number of blades. Narrowing of the interscapular channels towards the center of the rotor provides an increase in the rate of incoming air flow, increasing efficiency and ensuring the operability of the turbine even at low air flow rates.
  • the impeller begins to move first, at low speeds of the wind flow, thus initiating an earlier start of rotation of the core.
  • the blades of the core and the impeller of the turbine of the wind turbine are mounted obliquely relative to the vertical axis of the rotor.
  • the core blades can have a slope opposite to that of the impeller blades with respect to the vertical axis of the rotor.
  • the shutters of the turbine housing of the wind generator are configured to form, in the open state, an extension of the impeller blades in the cross section of the rotor.
  • the casing shutters already play the role of prototype stator blades, optimizing the operating conditions and increasing the efficiency of the composite rotor.
  • the curtains can be equipped with horizontal limiters of the incoming air flow, extending at right angles from the inner surface on the upper and lower edges of each curtain.
  • the turbine core blades form a plurality of inter-blade channels tapering towards the center, one of which is through and forms the Ugrinsky rotor.
  • the core blades form more than one through-blade channel with the Ugrinsky rotor geometry, for example, two, three or four such channels.
  • the bases of the core and the turbine impeller are wedge-shaped surfaces that narrow the inter-blade passages vertically towards the central axis of the rotor. Thus, there is a narrowing of the interscapular channels, both horizontally and vertically, to accelerate the air flow inside the rotor.
  • the turbine of the wind turbine comprises a casing shutter control system adapted to open and close the shutters automatically, depending on the wind load, which can be measured by a suitable sensor or sensors inside and / or outside the rotor casing. This provides a substantially constant incoming air flow rate for stable rotor operation.
  • the turbine of the wind turbine comprises a heating system for the interior space and / or the exterior surface of the housing.
  • the turbine housing can be equipped with a condensate drainage system.
  • the turbine of the wind generator comprises two disk generators located in the lower and upper part of the turbine housing and connected to the bases of the core and / or the impeller to generate electricity.
  • a disk generator at the bottom of the turbine housing can be connected to the base of the core
  • a disk generator at the top of the turbine housing can be connected to the base of the impeller.
  • a wind farm comprising a plurality of wind turbines as described above, stacked vertically on top of each other to form a generating column, the turbines of which operate independently of each other.
  • An energy storage device may be provided at the base of said column, preferably configured to deliver energy to consumers.
  • Such a wind farm will have all the advantages described above of a wind turbine.
  • the wind farm of such a layout is easily scalable, easy to install and maintain. Indeed, depending on the problem to be solved, a wind farm can equally well be implemented in the form of a compact column of several turbine cells, or in the form of a large, free-standing column of many turbine cells. Many such columns-wind farms can be combined into a generating array of essentially any size and capacity.
  • a wind farm containing a plurality of the above-described wind turbines installed on the facade of a high-rise building to form a generating complex for powering the building and / or external consumers, the turbines of which operate independently of each other.
  • the turbines of such a wind farm are evenly distributed along the facade of the building, starting at a height of about 30 meters from the base of the building, where there is a high and substantially constant wind load.
  • Such a wind farm retains all the advantages of a wind farm and wind turbines described above.
  • due to the compactness of the turbines the use of such wind farms in high-rise buildings is not is expensive.
  • Compact turbines can be placed on the façade without significantly degrading the appearance of the building, hidden or integrated into the design of the building.
  • a high-rise building becomes a powerful power plant, capable not only of meeting its own needs for electricity, but also of supplying electricity to external consumers, for example, at night when electricity consumption inside the building is limited.
  • the achieved technical result consists in increasing the efficiency of wind generators and wind farms based on them.
  • the invention provides the possibility of placing wind farms in an urban environment, increases the stability of operation and provides automated protection of wind turbine rotors from excessive wind load, and reduces the danger of wind farms for birds.
  • Fig. 1 is a general view of a wind turbine according to the invention
  • Fig. 2 is a view of the turbine of the wind generator in Fig. 1 without three casing flaps;
  • Fig. 3 is a horizontal section of the turbine of Fig. 1;
  • Fig. 4 is a vertical section of the turbine of Fig. 1;
  • Fig. 5 is a general view of a wind farm in the form of a column of turbines of a wind generator according to the invention
  • Fig. 6 is a general view of a wind farm made of turbines of a wind generator according to the invention, installed on the facade of a high-rise building.
  • the turbine 1 of the wind generator has a vertical-axial rotor 2, installed in a cylindrical casing 3, equipped with outward-opening shutters 4.
  • the rotor 2 consists of a rotating core 5 and an annular impeller 6.
  • the core 5 contains the core blades 8 installed between the two bases 7.
  • the core blades 8 form the Ugrinsky rotor - the central through interscapular channel 9, the walls of which have a profile in the form of the letter S, and the channel width at the central point is about 2/3 of the width of the channel mouth, as shown in Fig. 3.
  • the impeller 6, in turn, contains the impeller blades 11 installed between the two annular bases 10 and is made with the possibility of independent rotation around the core 5.
  • the impeller blades 11 form an extension of the core blades 8 in the cross section of the rotor 2.
  • the blades of the core and the impeller in the aggregates form a set of common interscapular channels, tapering towards the center of the rotor 2, and one of these channels, channel 9, is through and has the geometry of the rotor of the Ugrinsky system.
  • the core blades 8 and the impeller blades 11 can be installed inclined relative to the vertical axis of the rotor 2 (not shown in the drawings). Moreover, in one of the embodiments of the turbine 1, the core blades 8 can have an inclination opposite to the inclination of the impeller blades 11 relative to the vertical axis of the rotor
  • the shutters 4 of the housing In the open state, the shutters 4 of the housing, as shown in Fig. 3, also form an extension of the impeller blades 11, and, accordingly, of the core blades 8, in the cross-section of the rotor 2. Additionally, the shutters 4 can be equipped with horizontal stops 12 of the incoming air flow extending under at right angles from the inner surface on the upper and lower edges of each shutter 4, as shown in FIGS. 1-3. Thus, all the components of the rotor 2 in the aggregate are made with the possibility of forming common inter-blade channels, tapering from the edges of the shutters 4 of the housing to the central axis of the rotor 2.
  • the bases 7 of the core and the base 10 of the impeller are made in the form of wedge-shaped surfaces, providing narrowing of the interscapular channels vertically towards the central axis of the rotor 2.
  • the components of the turbine 1 of the wind generator according to the invention can be made of different materials, depending on the field of application of the turbine, including metal, plastic and / or rubber, using any known manufacturing methods, including forging, stamping, casting, machining and 3D (three-dimensional) printing.
  • the turbine 1 of the wind generator contains a control system for the casing curtains, made with the possibility of opening and closing the curtains 4 of the casing in automatic mode, depending on the wind load, which can be measured by an appropriate sensor or sensors installed inside and / or outside the casing 3 of the rotor (not shown in the drawings).
  • the wind load can be measured using a sensor or pressure sensors, or it can be estimated based on the readings of a tachometer or tachometers measuring the speed of rotation of the core 5 and / or the impeller 6.
  • the opening and closing of the shutters 4 of the housing is carried out in an adjustable manner, so that the shutters 4 can be fixed in any intermediate position, between the extreme positions of full closing and full opening.
  • the housing shutter control system can adjust the airflow, providing a substantially uniform incoming airflow rate for stable operation of the rotor 2, while also automatic protection of the rotor 2 from excessive wind load.
  • the housing shutter control system can be implemented on the basis of a suitably programmed processor and actuators using any methods known to those skilled in the art.
  • the presence of a control system in each individual turbine 1 of the wind generator provides the possibility of independent operation of the turbine, including its independent operation as part of the wind farm.
  • the turbine 1 of the wind generator may contain a heating system for the inner space and / or the outer surface of the casing 3.
  • the casing 3 of the turbine can also be equipped with a condensate drainage system.
  • the heating system can be implemented on the basis of electrical heating elements, preferably supplied with electricity generated by the turbine I itself.
  • the condensate drainage system can be a suitable system of channels for removing moisture from the housing 3.
  • the heating system can function in conjunction with the curtain control system of the housing of the turbine 1 of the wind generator, for example, under the control of a common processor.
  • the control system of the casing shutters can switch to the operating mode with periodic closing of shutters 4 to warm up the rotor 2 by the heating system ...
  • the turbine 1 of the wind generator contains two disk generators 13 and 14 located in the lower (generator 13) and upper (generator 14) parts of the turbine housing and connected to generate electricity to the bases 7 of the core and / or the bases 10 of the impeller.
  • a disk generator 13 in the lower part of the turbine casing 3 can be connected to the lower base 7 of the core
  • a disk generator 14 in the upper part of the turbine casing 3 can be connected to the upper base 10 of the impeller, as shown in Fig. 4.
  • the turbine 1 of the wind generator is equipped with a built-in energy storage device to supply the elements of the turbine 1 with electricity generated by the turbine 1 itself.
  • the energy storage device can be implemented on the basis of an ultracapacitor (supercapacitor) and located in a separate compartment located above the casing 3 of the turbine 1 of the wind generator (not shown in the drawings), together with the turbine 1 control system.
  • the invention is not limited in this respect and the energy storage can be implemented on the basis of other types of battery cells located inside the turbine housing 3 or outside it.
  • the impeller 6 starts to rotate first, at a low wind speed of only about 1 m / s, initiating the rotation of the core 5.
  • the rotation speeds of the impeller 6 and the core 5 are about 20-40 rpm .
  • the impeller 6 and the core 5 can rotate at the same, close to each other or significantly different speeds.
  • the rotational speeds of the impeller 6 and the core 5 increase.
  • the control system of the casing curtains limits the wind flow by adjusting the degree of opening of the casing curtains 4 to stabilize the operation of the rotor 2 and protect it from excessive loads.
  • the limiting speed of rotation of the components of the rotor 2 is selected based on the parameters of the turbine 1 of the wind generator, in particular, the dimensions and weight of the impeller 6 and the core 5, to increase the reliability and increase the service life of the turbine I.
  • a wind farm according to one embodiment of the invention comprises a plurality of wind turbines 1 stacked vertically on top of each other to form a generating column 15, the turbines of which operate independently of each other.
  • an energy storage unit 16 is provided, preferably configured to supply energy to consumers.
  • figure 5 shows only an exemplary view of the wind farm in the form of a column 15 with vertically arranged cells one above the other, containing the turbines 1 of the wind generator.
  • the generating column 15 of the wind farm according to the invention can be implemented in a different form.
  • the wind farm according to the invention is characterized by ease of scaling, as well as ease of installation and maintenance.
  • a wind farm can equally well be implemented as a compact column of several turbine cells, for example, for installation on the roof of a high-rise building, or as a large, free-standing column of multiple turbine cells, as shown in Fig. 5.
  • a plurality of such columns-wind farms 15 can be combined into a generating array of essentially any area and capacity.
  • FIG. 6 shows a general view of a wind farm according to another embodiment of the invention, consisting of a plurality of wind turbines 1 installed on the facade of a high-rise building to form a generating complex for powering the building and / or external consumers.
  • Turbines 1 as part of such a complex also operate independently of each other.
  • the turbines 1 of such a wind farm are evenly distributed along the facade of the building, starting at a height of about 30 meters from the base of the building, where there is a high and substantially constant wind load. Due to the compactness of turbines 1, the use of such wind farms in high-rise buildings does not require large expenditures.
  • Compact turbines 1 can be placed on the façade without significant deterioration in the appearance of the building, hidden or embedded in the design of the building.
  • a high-rise building becomes a powerful power plant, capable not only of meeting its own needs for electricity, but also of supplying electricity to external consumers, for example, at night when electricity consumption inside the building is limited.
  • a wind farm can be implemented on the basis of a column (lighting or specially installed), in the upper part of which one or more turbines 1 of a wind generator can be installed, and at the base an energy storage device with a device for supplying energy to consumers is provided.
  • a wind farm can be successfully used to recharge electric vehicles in an urban environment or on highways.
  • the turbines of the wind turbine according to the invention can be equipped with cell towers, which will allow efficiently and quickly deploying a cellular communication network in hard-to-reach and undeveloped areas, regardless of the availability of power in the area.
  • the invention makes it possible to avoid the disposal of high-rise pipes and columns of obsolete boiler houses, thermal power plants and other industrial structures, converting them into environmentally friendly wind farms without significant costs.

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

Турбина ветрогенератора с вертикально-осевым ротором, установленным в неподвижном цилиндрическом корпусе, снабженном открываемыми наружу шторками. Ротор состоит из вращающегося сердечника, содержащего закрепленные между двух круглых оснований лопатки сердечника, образующие ротор Угринского, и кольцевой крыльчатки, выполненной с возможностью независимого вращения вокруг сердечника. Крыльчатка содержит закрепленные между двух кольцеобразных оснований лопатки крыльчатки, образующие продолжение лопаток сердечника с формированием общих межлопаточных каналов, сужающихся к центру ротора. Предложены также ветростанции на основе описанных турбин ветрогенератора, установленных вертикально друг на друга с образованием генерирующей колонны или установленных на фасаде высотного здания. Достигаемый технический результат состоит, в частности, в повышении эффективности ветрогенератора и обеспечении возможности размещения ветростанций в городской среде.

Description

ТУРБИНА ВЕТРОГЕНЕРАТОРА И ВЕТРОСТАНЦИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к ветрогенераторам, а именно, к турбине ветрогенератора с вертикально-осевым ротором и ветростанции на ее основе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ветрогенераторы, также называемые ветроэлектрическими установками, представляют собой устройства для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора турбины с последующим её преобразованием в электрическую энергию. По типу турбин ветрогенераторы разделяются на установки с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Наиболее распространенными являются ветровые турбины с горизонтальной осью вращения, их КПД на практике достигает 40%, однако они обладают рядом принципиальных недостатков. Мощность ветрогенератора зависит от мощности воздушного потока, определяемой скоростью ветра и ометаемой площадью, поэтому размеры роторов у промышленных генераторов такого типа весьма велики. Такие ветрогенераторы громоздки, дороги в производстве, монтаже и эксплуатации. Работа ветровых турбин с роторами больших размеров (от 1 метра и более) приводит к появлению характерного шума и вибраций, вызывающих существенный дискомфорт у человека, из-за чего их эксплуатация в заселенной и особенно городской зоне ограничена или запрещена. Проблемными вопросами эксплуатации таких турбин также является обледенении лопастей роторов и необходимость их торможения при чрезмерном увеличении ветровой нагрузки. Кроме того, роторы турбин такого типа часто служат причиной гибели птиц.
Части указанных недостатков лишены ветровые турбины с вертикальной осью вращения, которые могут быть основаны на достаточно компактных вертикально-осевых роторах, работа которых не приводит к появлению воспринимаемых человеком шумов и вибрации. Такие ветрогенераторы могут устанавливаться в условиях города, в частности, на крышах высотных зданий. Для повышения мощности, компактные вертикально-осевые роторы могут объединяться в ветростанции.
Так, известен ветряной двигатель (RET2294452 С1, опубл.27.02.2007), состоящий из установленных одна над другой секций, каждая из которых содержит полый цилиндрический ротор с вертикальными лопастями, размещенный в направляющем воздушный поток статоре. Статор в свою очередь содержит вертикальные лопатки, установленные между круглыми жесткими основаниями. Лопасти ротора и лопатки статора представляют собой части цилиндрических поверхностей, расположенных выпуклостью по ходу вращения ротора. Радиус кривизны лопаток статора больше, чем радиус кривизны лопастей ротора, а количество лопаток каждой секции статора в два раза больше количества лопастей каждого цилиндрического элемента ротора. Описанный статор создает для ротора направленный закручивающийся воздушный поток, оптимизируя его условия работы и повышая эффективность ветряного двигателя. Секционная конструкция позволяет масштабировать размеры ветрогенератора по высоте, увеличивая ометаемую площадь (роторов во всех секциях), за счет чего обеспечивается повышение мощности, упрощение технического обслуживания и монтажа генератора.
Тем не менее, конструкция турбины на основе статора с неподвижными лопатками не представляется оптимальной с точки зрения эффективности. В известном решении предусмотрено только масштабирование размеров ветрогенератора по высоте. Такой ротор остается потенциально опасным для птиц. Не решенным является и вопрос защиты ротора от чрезмерной ветровой нагрузки. Тем не менее, указанный ветряной двигатель является наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбран в качестве его прототипа.
В современном обществе имеется постоянная потребность в разработке энергетических систем на основе источников возобновляемой энергии, в том числе, ветрогенераторов. Высокоактуальными являются задачи повышения эффективности ветрогенераторов и ветростанций, а также создание ветрогенераторов, которые могут размещаться в городской среде, например, на высотных зданиях. На решение этих задач направлено настоящее изобретение.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению предложена турбина ветрогенератора с вертикально- осевым ротором, отличающаяся тем, что ротор установлен в неподвижном цилиндрическом корпусе, снабженном открываемыми наружу шторками, и состоит из вращающегося сердечника, содержащего закрепленные между двух круглых оснований лопатки сердечника, образующие ротор Угринского, и кольцевой крыльчатки, выполненной с возможностью независимого вращения вокруг сердечника и содержащей закрепленные между двух кольцеобразных оснований лопатки крыльчатки, причем лопатки крыльчатки выполнены с возможностью образовывать в поперечном сечении ротора продолжение лопаток сердечника с формированием общих межлопаточных каналов, сужающихся к центру ротора.
Описанная турбина может быть достаточно компактной, порядка 500-1000 мм в высоту и 300-800 мм в ширину, и отличается высокой эффективностью работы, в особенности, при малых скоростях ветрового потока. Независимо вращающаяся вокруг сердечника крыльчатка снижает обратный вращательный момент сердечника и повышает мощность турбины, по аналогии со статором в прототипе. Дополнительное повышение мощности турбины достигается за счет выполнения ротора из двух согласованных частей: лопатки крыльчатки образуют продолжение лопаток сердечника в поперечном сечении ротора, формируя общие межлопаточные каналы. Таким образом, крыльчатка и сердечник имеют одинаковое количество лопаток. Сужение межлопаточных каналов к центру ротора обеспечивает повышение скорости входящего воздушного потока, повышая эффективность и обеспечивая работоспособность турбины даже при малых скоростях воздушного потока. При этом крыльчатка начинает движение первой, при малых скоростях ветрового потока, инициируя, таким образом, и более раннее начало вращения сердечника.
Наличие защитного корпуса с закрывающимися шторками обеспечивает защиту ротора турбины и безопасность птиц. Кроме того, обеспечивается возможность создания масштабируемых ветростанций, объединяющих множество таких турбин в единый генерирующий комплекс. Таким образом, на основе предложенной турбины можно создать ветрогенераторы как для промышленного, коммерческого, так и для бытового, частного использования.
Согласно варианту осуществления, лопатки сердечника и крыльчатки турбины ветрогенератора установлены с наклоном относительно вертикальной оси ротора. В частности, лопатки сердечника могут иметь наклон, противоположный наклону лопаток крыльчатки относительно вертикальной оси ротора. Таким образом, обеспечивается непрерывное разбиение воздушного потока на разные межлопаточные каналы внутри ротора для дополнительного повышения эффективности работы турбины, в особенности, при малых скоростях ветрового потока.
Согласно варианту осуществления, шторки корпуса турбины ветрогенератора выполнены с возможностью образовывать, в открытом состоянии, продолжение лопаток крыльчатки в поперечном сечении ротора. В этом случае уже шторки корпуса играют роль лопаток статора прототипа, оптимизируя условия работы и повышая эффективность составного ротора. Также шторки могут быть снабжены горизонтальными ограничителями входящего потока воздуха, отходящими под прямым углом от внутренней поверхности на верхней и нижней гранях каждой шторки. Таким образом, все компоненты ротора в совокупности выполнены с возможностью образования общих межлопаточных каналов, сужающихся от краев шторок корпуса с ограничителями до центральной оси ротора.
Согласно варианту осуществления лопатки сердечника турбины образуют множество сужающихся к центру межлопаточных каналов, один из которых является сквозным и образует ротор Угринского. Возможны и варианты осуществления, в которых лопатки сердечника образуют более одного сквозного межлопаточного канала с геометрией ротора Угринского, например, два, три или четыре таких канала. Согласно другому варианту осуществления основания сердечника и крыльчатки турбины выполнены в виде клинообразных поверхностей, обеспечивающих сужение межлопаточных каналов по вертикали по направлению к центральной оси ротора. Таким образом, имеет место сужение межлопаточных каналов, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении для ускорения воздушного потока внутри ротора. Согласно следующему варианту осуществления турбина ветрогенератора содержит систему управления шторками корпуса, выполненную с возможностью открывания и закрывания шторок в автоматическом режиме, в зависимости от ветровой нагрузки, которая может измеряться соответствующим датчиком или датчиками внутри и/или снаружи корпуса ротора. Таким образом, обеспечивается по существу постоянная скорость входящего воздушного потока для стабильной работы ротора.
Согласно другому варианту осуществления турбина ветрогенератора содержит систему обогрева внутреннего пространства и/или внешней поверхности корпуса. Кроме того, корпус турбины может быть снабжен системой отвода конденсата. Таким образом, обеспечивается возможность эксплуатации турбины по существу в любых погодных и климатических условиях.
Согласно следующему варианту осуществления турбина ветрогенератора содержит два дисковых генератора, размещенных в нижней и верхней части корпуса турбины и подключенных для генерации электроэнергии к основаниям сердечника и/или крыльчатки. Например, дисковый генератор в нижней части корпуса турбины может быть подключен к основанию сердечника, а дисковый генератор в верхней части корпуса турбины может быть подключен к основанию крыльчатки.
В другом аспекте изобретения предложена ветростанция, содержащая множество описанных выше турбин ветрогенератора, установленных вертикально друг на друга с образованием генерирующей колонны, турбины в составе которой функционируют независимо друг от друга. В основании указанной колонны может быть предусмотрен накопитель энергии, предпочтительно, выполненный с возможностью выдачи энергии потребителям. Такая ветростанция будет иметь все описанные выше преимущества турбин ветрогенератора. Также, ветростанция такой компоновки является легко масштабируемой, отличается простотой монтажа и обслуживания. Действительно, в зависимости от решаемой задачи, ветростанция с равным успехом может быть реализована в виде компактной колонны из нескольких ячеек-турбин, или же в виде большой, отдельностоящей колонны из множества ячеек-турбин. Множество таких колонн-ветростанций можно объединить в генерирующий массив по существу любой площади и мощности.
Наконец, согласно изобретению предложена ветростанция, содержащая множество описанных выше турбин ветрогенератора, установленных на фасаде высотного здания с образованием генерирующего комплекса для питания здания и/или внешних потребителей, турбины в составе которого функционируют независимо друг от друга. Предпочтительно, турбины такой ветростанции равномерно распределены по фасаду здания, начиная с высоты примерно в 30 метров от основания здания, где имеет место высокая и по существу постоянная ветровая нагрузка. Такая ветростанция сохраняет все описанные выше преимущества ветростанции и турбин ветрогенератора. Кроме того, благодаря компактности турбин, применение таких ветростанций на высотных зданиях не требует больших затрат. Компактные турбины могут быть размещены на фасаде без существенного ухудшения внешнего вида здания, скрыты или же встроены в дизайн здания. При этом высотное здание становится мощной электростанцией, способной не только обеспечить собственные потребности в электроэнергии, но и выдавать электроэнергию внешним потребителям, например, в ночное время, когда потребление электроэнергии внутри здания ограничено.
Достигаемый технический результат состоит в повышении эффективности ветрогенераторов и ветростанций на их основе. Кроме того, изобретение обеспечивает возможность размещения ветростанций в городской среде, повышает стабильность работы и обеспечивает автоматизированную защиту роторов ветрогенераторов от чрезмерной ветровой нагрузки, снижает опасность ветростанций для птиц.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже представлено описание некоторых вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлены:
Фиг.1 - общий вид турбины ветрогенератора согласно изобретению;
Фиг.2 - вид турбины ветрогенератора с фиг.1 без трех створок корпуса;
Фиг.З - горизонтальное сечение турбины с фиг.1;
Фиг.4 - вертикальное сечение турбины с фиг.1;
Фиг.5 - общий вид ветростанции в виде колонны из турбин ветрогенератора согласно изобретению;
Фиг.6 - общий вид ветростанции из турбин ветрогенератора согласно изобретению, установленных на фасаде высотного здания.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Общий вид турбины 1 ветрогенератора согласно изобретению представлен на фиг.Е Турбина 1 ветрогенератора имеет вертикально-осевой ротор 2, установленный в цилиндрическом корпусе 3, снабженном открываемыми наружу шторками 4. Как можно видеть на фиг.2-4, ротор 2 состоит из вращающихся сердечника 5 и кольцевой крыльчатки 6. Сердечник 5 содержит установленные между двух оснований 7 лопатки 8 сердечника. Лопатки 8 сердечника образуют ротор Угринского - центральный сквозной межлопаточный канал 9, стенки которого имеют профиль в виде буквы S, и ширина канала в центральной точке составляет порядка 2/3 от ширины устья канала, как показано на фиг.З. Крыльчатка 6 в свою очередь содержит установленные между двух кольцеобразных оснований 10 лопатки 11 крыльчатки и выполнена с возможностью независимого вращения вокруг сердечника 5.
Как можно видеть на фиг.З, иллюстрирующей соответствующее статическое положение составного ротора 2, лопатки 11 крыльчатки образуют в поперечном сечении ротора 2 продолжение лопаток 8 сердечника. Таким образом, лопатки сердечника и крыльчатки в совокупности формируют множество общих межлопаточных каналов, сужающихся к центру ротора 2, причем один из этих каналов - канал 9, является сквозным и имеет геометрию ротора системы Угринского.
Лопатки 8 сердечника и лопатки 11 крыльчатки могут быть установлены с наклоном относительно вертикальной оси ротора 2 (не показано на чертежах). Более того, в одном из вариантов осуществления турбины 1 лопатки 8 сердечника могут иметь наклон, противоположный наклону лопаток 11 крыльчатки относительно вертикальной оси ротора
2.
В открытом состоянии шторки 4 корпуса, как показано на фиг.З, также образуют продолжение лопаток 11 крыльчатки, и соответственно, лопаток 8 сердечника, в поперечном сечении ротора 2. Дополнительно, шторки 4 могут быть снабжены горизонтальными ограничителями 12 входящего потока воздуха, отходящими под прямым углом от внутренней поверхности на верхней и нижней гранях каждой шторки 4, как показано на фиг.1-3. Таким образом, все компоненты ротора 2 в совокупности выполнены с возможностью образования общих межлопаточных каналов, сужающихся от краев шторок 4 корпуса до центральной оси ротора 2.
Как показано на фиг.4, основания 7 сердечника и основания 10 крыльчатки выполнены в виде клинообразных поверхностей, обеспечивающих сужение межлопаточных каналов по вертикали по направлению к центральной оси ротора 2.
Компоненты турбины 1 ветрогенератора согласно изобретению, в частности, сердечник 5 и крыльчатка 6 могут изготавливаться из различных материалов, в зависимости от области применения турбины, в том числе из металла, пластика и/или резины, с помощью любых известных способов изготовления, включая ковку, штамповку, литье, механообработку и 3D (трехмерную) печать.
В предпочтительном варианте осуществления турбина 1 ветрогенератора содержит систему управления шторками корпуса, выполненную с возможностью открывания и закрывания шторок 4 корпуса в автоматическом режиме, в зависимости от ветровой нагрузки, которая может измеряться соответствующим датчиком или датчиками, установленными внутри и/или снаружи корпуса 3 ротора (не показаны на чертежах). В частности, ветровая нагрузка может измеряться с помощью датчика или датчиков давления, или же оцениваться на основании показаний тахометра или тахометров, измеряющих скорость вращения сердечника 5 и/или крыльчатки 6.
Открывание и закрывание шторок 4 корпуса осуществляется регулируемым образом, так что шторки 4 могут фиксироваться в любом промежуточном положении, между крайними положениями полного закрытия и полного открытия. Таким образом, система управления шторками корпуса может регулировать поток воздуха, обеспечивая по существу равномерную скорость входящего воздушного потока для стабильной работы ротора 2, а также автоматическую защиту ротора 2 от чрезмерной ветровой нагрузки. Система управления шторками корпуса может быть реализована на основании соответствующим образом запрограммированного процессора и исполнительных элементов, любыми известными специалистам в данной области техники способами. Наличие системы управления в каждой отдельной турбине 1 ветрогенератора обеспечивает возможность независимой работы турбины, в том числе, ее независимое функционирование в составе ветростанции.
Кроме того, турбина 1 ветрогенератора может содержать систему обогрева внутреннего пространства и/или внешней поверхности корпуса 3. Корпус 3 турбины также может быть снабжен системой отвода конденсата. Система обогрева может быть реализована на основе электрических нагревательных элементов, предпочтительно, питаемых электроэнергией, генерируемой самой турбиной I . Система отвода конденсата может представлять собой соответствующую систему каналов для отведения влаги из корпуса 3. Указанные системы обеспечивают возможность эксплуатации турбины 1 по существу в любых погодных и климатических условиях.
Система обогрева может функционировать взаимосвязанно с системой управления шторками корпуса турбины 1 ветрогенератора, например, под управлением общего процессора. В частности, в случае обледенения лопаток ротора 2 в экстремальных погодных условиях, когда система обогрева не может обеспечить достаточный прогрев турбины 1 ветрогенератора в нормальном режиме работы, система управления шторками корпуса может перейти на режим работы с периодическим закрытием шторок 4 для прогрева ротора 2 системой обогрева.
В предпочтительном варианте осуществления турбина 1 ветрогенератора содержит два дисковых генератора 13 и 14, размещенных в нижней (генератор 13) и верхней (генератор 14) части корпуса турбины и подключенных для генерации электроэнергии к основаниям 7 сердечника и/или основаниям 10 крыльчатки. Например, дисковый генератор 13 в нижней части корпуса 3 турбины может быть подключен к нижнему основанию 7 сердечника, а дисковый генератор 14 в верхней части корпуса 3 турбины может быть подключен к верхнему основанию 10 крыльчатки, как показано на фиг.4.
Кроме того, в предпочтительном варианте турбина 1 ветрогенератора оборудована встроенным накопителем энергии для обеспечения питания элементов турбины 1 электроэнергией, вырабатываемой самой турбиной 1. Накопитель энергии может быть реализован на базе ионистора (суперконденсатора) и располагаться в отдельном отсеке, расположенном над корпусом 3 турбины 1 ветрогенератора (не показан на чертежах), вместе с системой управления турбиной 1. Однако изобретение не ограничено в этом отношении и накопитель энергии может быть реализован на базе аккумуляторных элементов других типов, расположенных внутри корпуса 3 турбины или вне его. Во время работы турбины 1 ветрогенератора согласно изобретению крыльчатка 6 начинает вращаться первой, при малой скорости ветрового потока, всего порядка 1 м/сек, инициируя вращение сердечника 5. В начальной стадии скорости вращения крыльчатки 6 и сердечника 5 составляют порядка 20-40 оборотов/мин. В зависимости от ветровых и других условий работы турбины 1 крыльчатка 6 и сердечник 5 могут вращаться с одинаковыми, близкими друг другу или существенно отличающимися скоростями. При увеличении ветровой нагрузки скорости вращения крыльчатки 6 и сердечника 5 возрастают. При достижении предельной скорости вращения компонентов ротора 2, порядка 700-800 оборотов/мин, система управления шторками корпуса ограничивает ветровой поток посредством регулировки степень открытия шторок 4 корпуса для стабилизации работы ротора 2 и защиты его от чрезмерных нагрузок. Предельная скорость вращения компонентов ротора 2 выбирается исходя из параметров турбины 1 ветрогенератора, в частности, габаритов и веса крыльчатки 6 и сердечника 5, для повешения надежности и увеличения срока службы турбины I .
Как показано на фиг.5, ветростанция согласно одному из вариантов изобретения содержит множество турбин 1 ветрогенератора, установленных вертикально друг на друга с образованием генерирующей колонны 15, турбины в составе которой функциони руют независимо друг от друга. В основании генерирующей колонны 15 предусмотрен накопитель 16 энергии, предпочтительно, выполненный с возможностью выдачи энергии потребителям. Отметим, что на фиг.5 показан лишь примерный вид ветростанции в виде колонны 15 с вертикально расположенными друг над другом ячейками, содержащими турбины 1 ветрогенератора. На практике генерирующая колонна 15 ветростанции согласно изобретению может быть реализована и в другом виде. Ветростанция согласно изобретению отличается легкостью масштабирования, а также простотой монтажа и обслуживания. Действительно, поскольку турбины 1 в составе генерирующей колонны 15 функционируют независимо друг от друга, обслуживание одной турбины 1, включая ее замену в случае выхода из строя, можно проводить без остановки работы ветростанции. Ветростанция с равным успехом может быть реализована в виде компактной колонны из нескольких ячеек-турбин, например, для установки на крыше высотного здания, или же в виде большой, отдельностоящей колонны из множества ячеек-турбин, как показано на фиг.5. Множество таких колонн-ветростанций 15 можно объединить в генерирующий массив по существу любой площади и мощности.
На фиг.6 показан общий вид ветростанции согласно другому варианту изобретения, состоящей из множества турбин 1 ветрогенератора, установленных на фасаде высотного здания с образованием генерирующего комплекса для питания здания и/или внешних потребителей. Турбины 1 в составе такого комплекса также функционируют независимо друг от друга. Предпочтительно, турбины 1 такой ветростанции равномерно распределены по фасаду здания, начиная с высоты примерно в 30 метров от основания здания, где имеет место высокая и по существу постоянная ветровая нагрузка. Благодаря компактности турбин 1, применение таких ветростанций на высотных зданиях не требует больших затрат. Компактные турбины 1 могут быть размещены на фасаде без существенного ухудшения внешнего вида здания, скрыты или же встроены в дизайн здания. При этом высотное здание становится мощной электростанцией, способной не только обеспечить собственные потребности в электроэнергии, но и выдавать электроэнергию внешним потребителям, например, в ночное время, когда потребление электроэнергии внутри здания ограничено.
Конструкция турбин ветрогенератора согласно изобретению позволяет создавать высокоэффективные ветростанции самых разных видов, не ограничиваясь описанными выше вариантами реализации. Например, ветростанция может быть реализована на основе столба (осветительного или специально установленного), в верхней части которого может быть установлена одна или несколько турбин 1 ветрогенератора, а в основании предусмотрен накопитель энергии с устройством выдачи энергии потребителям. Такой вариант осуществления ветростанции может с успехом применяться для подзарядки электрических транспортных средств в городской среде или на автомагистралях. В другом варианте осуществления, турбинами ветрогенератора согласно изобретению могут быть оснащены вышки сотовой связи, что позволит эффективно и быстро развертывать сотовую сеть связи на труднодоступных и малоосвоенных территориях, вне зависимости от наличия в данной местности электропитания.
Кроме того, изобретение обеспечивает возможность избежать утилизации высотных труб и колонн устаревших котельных, ТЭЦ и других промышленных сооружений, преобразовав их в экологически чистые ветростанции без существенных затрат.
Необходимо понимать, что варианты осуществления, описанные выше для раскрытия и пояснения сущности изобретения, ни в коей мере не ограничивают объем правовой защиты, определяемый исключительно формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Турбина ветрогенератора с вертикально-осевым ротором, отличающаяся тем, что ротор установлен в неподвижном цилиндрическом корпусе, снабженном открываемыми наружу шторками, и состоит из вращающегося сердечника, содержащего закрепленные между двух круглых оснований лопатки сердечника, образующие ротор Угринского, и кольцевой крыльчатки, выполненной с возможностью независимого вращения вокруг сердечника и содержащей закрепленные между двух кольцеобразных оснований лопатки крыльчатки, причем лопатки крыльчатки выполнены с возможностью образовывать в поперечном сечении ротора продолжение лопаток сердечника с формированием общих межлопаточных каналов, сужающихся к центру ротора.
2. Турбина ветрогенератора по п.1, в которой лопатки сердечника и крыльчатки установлены с наклоном относительно вертикальной оси ротора.
3. Турбина ветрогенератора по п.2, в которой лопатки сердечника имеют наклон, противоположный наклону лопаток крыльчатки относительно вертикальной оси ротора.
4. Турбина ветрогенератора по п.1, в которой шторки корпуса выполнены с возможностью образовывать, в открытом состоянии, продолжение лопаток крыльчатки в поперечном сечении ротора.
5. Турбина ветрогенератора по п.4, в которой шторки корпуса снабжены горизонтальными ограничителями входящего потока воздуха, отходящими под прямым углом от внутренней поверхности шторки на верхней и нижней гранях каждой шторки.
6. Турбина ветрогенератора по п.1, в которой лопатки сердечника образуют множество сужающихся к центру межлопаточных каналов, один из которых является сквозным и образует ротор Угринского.
7. Турбина ветрогенератора по п.1, в которой основания сердечника и крыльчатки выполнены в виде клинообразных поверхностей, обеспечивающих сужение межлопаточных каналов по вертикали по направлению к центральной оси ротора.
8. Турбина ветрогенератора по п.1, содержащая систему управления шторками корпуса, выполненную с возможностью открывания и закрывания шторок в автоматическом режиме, в зависимости от ветровой нагрузки.
9. Турбина ветрогенератора по п.1, содержащая систему обогрева внутреннего пространства и/или внешней поверхности корпуса.
10. Турбина ветрогенератора по п.9, корпус которой снабжен системой отвода конденсата.
11. Турбина ветрогенератора по п.1, содержащая два дисковых генератора, размещенных в нижней и верхней части корпуса турбины и подключенных для генерации электроэнергии к основаниям сердечника и/или крыльчатки.
12. Ветростанция, содержащая множество турбин ветрогенератора по любому из п.п.1-11, установленных вертикально друг на друга с образованием генерирующей колонны, турбины в составе которой функционируют независимо друг от друга.
13. Ветростанция по п.12, в основании которой предусмотрен накопитель энергии, предпочтительно, выполненный с возможностью выдачи энергии потребителям.
14. Ветростанция, содержащая множество турбин ветрогенератора по любому из п.п.1-11, установленных на фасаде высотного здания с образованием генерирующего комплекса для питания здания и/или внешних потребителей, турбины в составе которого функционируют независимо друг от друга.
PCT/RU2020/050287 2019-10-22 2020-10-21 Турбина ветрогенератора и ветростанция на ее основе WO2021080468A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20879920.5A EP4067644A1 (en) 2019-10-22 2020-10-21 Wind turbine and wind power station based thereon
US17/770,718 US12066005B2 (en) 2019-10-22 2020-10-21 Wind turbine and wind power station based thereon
CN202080074672.0A CN114667391A (zh) 2019-10-22 2020-10-21 风轮机和基于该风轮机的风力发电站

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133572 2019-10-22
RU2019133572A RU2732006C1 (ru) 2019-10-22 2019-10-22 Турбина ветрогенератора и ветростанция на ее основе

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021080468A1 true WO2021080468A1 (ru) 2021-04-29

Family

ID=72421977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/050287 WO2021080468A1 (ru) 2019-10-22 2020-10-21 Турбина ветрогенератора и ветростанция на ее основе

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12066005B2 (ru)
EP (1) EP4067644A1 (ru)
CN (1) CN114667391A (ru)
RU (1) RU2732006C1 (ru)
WO (1) WO2021080468A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2294452C1 (ru) 2005-08-09 2007-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) Ветряной двигатель с вращением вокруг вертикальной оси
ES2397033A1 (es) * 2011-06-06 2013-03-04 Instituto Tecnológico De La Energía-Ite Sistema de integración de aerogeneradores de eje vertical en construcciones.
RU126766U1 (ru) * 2012-05-25 2013-04-10 Вячеслав Григорьевич Моргунов Роторный ветродвигатель
RU2511780C1 (ru) * 2013-02-07 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) Ветровой энергетический модуль с вертикальной центростремительной турбиной и высокоэффективная энергетическая установка для производства переменного электрического тока
WO2017191492A1 (en) * 2016-05-04 2017-11-09 Turbosaam Sarl Savonius rotor, rotor module, installation and applications thereof

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4039849A (en) * 1975-03-31 1977-08-02 Milton H. Mater Wind powered generating systems
GR910200234U (en) * 1990-05-31 1992-07-30 Mihail Valsamidis Turbine wind machine with a vertical axis
US6740989B2 (en) * 2002-08-21 2004-05-25 Pacifex Management Inc. Vertical axis wind turbine
RU2246634C2 (ru) * 2003-03-17 2005-02-20 Попов Максим Александрович Ротор
US7969036B2 (en) * 2008-05-22 2011-06-28 Chun-Neng Chung Apparatus for generating electric power using wind energy
RU78878U1 (ru) * 2008-06-19 2008-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" Ветроэнергетический агрегат
US20140112783A1 (en) * 2011-07-07 2014-04-24 7142871 Canada, Inc. Horizontal axis multiple stages wind turbine
RU117522U1 (ru) * 2011-12-05 2012-06-27 Анатолий Викторович Леошко Ветротурбинная установка
CN202468163U (zh) * 2011-12-13 2012-10-03 王磊 聚风式稳定风力发电装置
CN102606407A (zh) * 2012-03-29 2012-07-25 偏允让 风力发电站及其发电方法
US9938958B2 (en) * 2012-07-19 2018-04-10 Humberto Antonio RUBIO Vertical axis wind and hydraulic turbine with flow control
CN202832983U (zh) * 2012-10-17 2013-03-27 付亚伟 一种高层楼体风力发电站
CN107420257A (zh) * 2017-07-26 2017-12-01 贵州大学 一种双涡轮风力发电机结构
US11655798B2 (en) * 2021-08-26 2023-05-23 Daniel Maurice Lerner Multistage vertical axis wind turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2294452C1 (ru) 2005-08-09 2007-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) Ветряной двигатель с вращением вокруг вертикальной оси
ES2397033A1 (es) * 2011-06-06 2013-03-04 Instituto Tecnológico De La Energía-Ite Sistema de integración de aerogeneradores de eje vertical en construcciones.
RU126766U1 (ru) * 2012-05-25 2013-04-10 Вячеслав Григорьевич Моргунов Роторный ветродвигатель
RU2511780C1 (ru) * 2013-02-07 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) Ветровой энергетический модуль с вертикальной центростремительной турбиной и высокоэффективная энергетическая установка для производства переменного электрического тока
WO2017191492A1 (en) * 2016-05-04 2017-11-09 Turbosaam Sarl Savonius rotor, rotor module, installation and applications thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US12066005B2 (en) 2024-08-20
EP4067644A1 (en) 2022-10-05
CN114667391A (zh) 2022-06-24
RU2732006C1 (ru) 2020-09-09
US20220372951A1 (en) 2022-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2013313164B2 (en) Buildings with wind-energy-conversion systems
AU758742B2 (en) Wind power installation with two rotors in tandem
US20100135768A1 (en) Column structure with protected turbine
ES2938869T3 (es) Procedimientos y sistemas para hacer funcionar una turbina eólica en modos de funcionamiento de ruido reducido
US20110156392A1 (en) Wind turbine control
GB2463957A (en) Multiple rotor vertical axis wind turbine
KR20220148100A (ko) 풍력 터빈을 위한 백업 전원
JP2007100583A (ja) ハイブリッド風力発電システム
KR20090019880A (ko) 밀폐형 터널식 발전시스템
RU2732006C1 (ru) Турбина ветрогенератора и ветростанция на ее основе
US11614074B2 (en) Wind power installation
US20130119662A1 (en) Wind turbine control
RU2738294C1 (ru) Ветростанция на основе высотного здания
KR20140083832A (ko) 피치 가변 블레이드를 갖는 풍력발전기
WO2010134113A2 (en) Wind electric generator
JP2003222071A (ja) 発電機を複数設置したダリウス型風力発電装置と風の収集パネルを取り付ける発明。
KR101569961B1 (ko) 태양 복사열과 자연풍을 이용한 하이브리드 풍력발전 타워 및 풍력 발전기의 정격스피드 자동 제어 방법
JP2021162010A (ja) 円筒状小型風力発電装置
KR100994293B1 (ko) 건물 일체형 풍력발전장치 및 풍력발전장치를 구비한 건물
RU2736680C1 (ru) Гелиоветровая энергетическая установка повышенной мощности
RU204426U1 (ru) Ветроэнергетическая установка
RU2147079C1 (ru) Ветровая энергетическая установка
WO2010134116A2 (en) Wind electric generator
KR101096673B1 (ko) 풍력과 수력을 이용한 발전장치
KR102178420B1 (ko) 공동주택의 환기 시스템

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: 20879920

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020879920

Country of ref document: EP

Effective date: 20220523