RU141937U1 - Лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя - Google Patents
Лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU141937U1 RU141937U1 RU2013141366/06U RU2013141366U RU141937U1 RU 141937 U1 RU141937 U1 RU 141937U1 RU 2013141366/06 U RU2013141366/06 U RU 2013141366/06U RU 2013141366 U RU2013141366 U RU 2013141366U RU 141937 U1 RU141937 U1 RU 141937U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- wind turbine
- aerodynamic
- aerodynamic surface
- section
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
1. Лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя, содержащая аэродинамическую поверхность переменного сечения с аэродинамическим профилем, корневое и концевое сечения которой повернуты относительно друг друга на угол установки γ, устройство крепления к ступице ротора ветродвигателя, оснащена открылком, содержащим аэродинамическую поверхность переменного сечения, который консольно закреплен на конце лопасти и направлен в сторону спинки профиля ветродвигателя, отличающаяся тем, что аэродинамическая поверхность с длиной лопасти l, составляющей 0,85-0,97 радиуса R ветродвигателя, корневое и концевое сечения которой смещены на угол стреловидности ±θ относительно друг друга, набрана из одного или более различных аэродинамических профилей, соединенных прямолинейными и/или криволинейными образующими, а открылок, корневое сечение которого совпадает с концевым сечением лопасти, передние и/или задние кромки открылка и аэродинамической поверхности лопасти имеют общие точки, выполнен либо отъемным, либо формообразован вместе с аэродинамической поверхностью лопасти, в обоих случаях переход от аэродинамической поверхности лопасти к поверхности открылка выполняется плавным сопряжением с переменным или постоянным радиусом r, при этом открылок содержит аэродинамическую поверхность с длиной l, равной 0,04-0,25 радиуса R ветродвигателя, и шириной открылка b, равной 0,7-1,0 концевой bширины лопасти, его корневое и концевое сечения смещены на угол стреловидности ±θ и повернуты относительно друг друга на угол установки ±γ, набран из одного или более различных аэродинамических профилей, соединенных прямолинейными и/или криволи
Description
Полезная модель относится к составным частям лопастных ветродвигателей и может быть использована при конструировании и промышленном производстве ветроэнергетических установок горизонтально-осевого типа.
Известна лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя АВЭУ6-4М (Агрегат ветроэлектрический унифицированный модернизированный типа АВЭУ6-4М. 133ГА.636.008 ТО Техническое описание), которая характеризуется длиной lлоп. равной 0,77 радиуса R ветродвигателя, содержащая аэродинамическую поверхность переменного сечения с аэродинамическим профилем, корневое и концевое сечения которой, повернуты друг относительно друга на угол установки γ и устройство крепления к ступице ротора ветродвигателя. На расчетном режиме работы лопасти ветродвигателя коэффициент использования энергии ветрового потока ξ не превышает 0,34. Это говорит о сравнительно низкой аэродинамической эффективности указанной лопасти, поскольку у большинства горизонтально-осевых ветродвигателей среднестатистическое значение ξ лежит в интервале 0,35-0,45.
Известна ветроэнергетическая установка (патент RU 2059105 C1. Ветроэнергетическая установка, F03D 1/06 27.04.96), лопасти ветродвигателя которой, снабжены концевыми шайбами (вихреобразователями) в виде крыла с аэродинамическим профилем. У ветродвигателя этой установки, вслед за первым ветроколесом на расстоянии равном 0,8-2,5 хорды вихреобразователя, расположено второе ветроколесо с телескопическими лопастями и концевыми шайбами. Конструктивная сложность, эксплуатационная ненадежность и работа в заторможенном и турбулентном потоке, характеризуют конструктивно-аэродинамическое решение лопастей этой ветроэнергетической установки.
Наиболее близким по технической сущности является ветроколесо (авторское свидетельство SU 1657720 A1. Ветроколесо, F03D 1/06 23.06.91. - прототип) содержащее ступицу и установленные на ней радиальные лопасти. Каждая лопасть оснащена открылком, содержащим аэродинамическую поверхность переменного сечения, который консольно закреплен на конце лопасти, направлен в сторону спинки профиля ветродвигателя и сопряжен с ее поверхностью перпендикулярно радиусу ветроколеса. Длина lоткр. открылка равна 0,18-0,22 радиуса R ветродвигателя. Недостатком данного ветроколеса является сравнительно низкая аэродинамическая эффективность, обусловленная недоиспользованием возможностей аэродинамики и конструкции лопасти ветродвигателя.
В основу полезной модели положена задача конструктивно-аэродинамического совершенствования лопасти горизонтально-осевого ветродвигателя.
Техническим результатом является увеличение движущей силы лопасти горизонтально-осевого ветродвигателя.
Технический результат достигается применением лопасти горизонтально-осевого ветродвигателя, содержащей аэродинамическую поверхность переменного сечения с длиной лопасти lлоп составляющей 0,85-0,97 радиуса R ветродвигателя, корневое и концевое сечения которой, могут быть смещены на угол стреловидности ±θ и повернуты друг относительно друга на угол установки γ, набрана из одного или более различных аэродинамических профилей соединенных прямолинейными и/или криволинейными образующими и имеющую устройство крепления к ступице ротора ветродвигателя.
В концевом сечении лопасти на торце аэродинамической поверхности установлен открылок, корневое сечение которого, может совпадать с концевым сечением лопасти, передние и/или задние кромки открылка и аэродинамической поверхности лопасти могут иметь общие точки, выполнен либо отъемным, либо формообразован вместе с аэродинамической поверхностью лопасти, в обоих случаях, переход от аэродинамической поверхности лопасти к поверхности открылка выполняется плавным сопряжением с переменным или постоянным радиусом r.
Открылок, содержащий аэродинамическую поверхность переменного сечения с длиной lоткр равной 0,04-0,25 радиуса R ветродвигателя и шириной открылка bоткр, равной 0,7-1,0 концевой bкон.лоп. ширины лопасти, корневое и концевое сечения которого, могут быть смещены на угол стреловидности ±θ и повернуты друг относительно друга на угол установки ±γ, набран из одного или более различных аэродинамических профилей, соединенных прямолинейными и/или криволинейными образующими.
Открылок, расположен по одну сторону плоскости хорд аэродинамической поверхности лопасти, направлен в сторону спинки профиля и отклонен на угол раскрытия ψ в диапазоне 3-90 градусов, от торцевой поверхности концевого сечения лопасти.
Перечень фигур и краткое описание чертежей.
Фиг.1 - общий вид лопасти горизонтально-осевого ветродвигателя с прямолинейными образующими, фиг.2 - сечения А-А и Б-Б лопасти фиг.1 и угол между ними, фиг.3 - общий вид лопасти горизонтально-осевого ветродвигателя с криволинейными образующими, фиг.4 - общий вид открылка, на торце аэродинамической поверхности лопасти, фиг.5 - сопряжение открылка и лопасти, фиг.6 - линейный размер открылка, фиг.7 - линейные и угловые размеры открылка с прямолинейными образующими, фиг.8 - открылок с криволинейными образующими, фиг.9 - угол раскрытия открылка, от торцевой поверхности концевого сечения лопасти, фиг.10 - план скоростей ветрового потока и сил, действующих на лопасть, фиг.11 - эпюра распределения давлений вдоль аэродинамической поверхности лопасти, в районе концевого сечения, фиг.12 - линии тока поперек концевого сечения лопасти, фиг.13 - линии тока с образованием концевого вихря и силы сопротивления, фиг.14 - план сил ветрового потока, действующих на лопасть в плоскости вращения, с учетом силы сопротивления концевого вихря, фиг.15 - открылок, препятствующий движению линий тока поперек концевого сечения.
Лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя (фиг.1), содержащая аэродинамическую поверхность (1) переменного сечения с длиной лопасти lлоп составляющей 0,85-0,97 радиуса R ветродвигателя, корневое А-А (2) (фиг.2) и концевое Б-Б (3) сечения которой, могут быть смещены на угол стреловидности ±θ (фиг.1) и повернуты друг относительно друга на угол установки γ (фиг.2), набрана из одного или более различных аэродинамических профилей соединенных прямолинейными (4) (фиг.1) и/или криволинейными (5) (фиг.3) образующими и имеющую устройство крепления (6) (фиг.1) к ступице (7) ротора ветродвигателя.
В концевом (3) сечении лопасти (фиг.4) на торце аэродинамической поверхности (1) установлен открылок (8), корневое (9) сечение которого, может совпадать с концевым (3) сечением лопасти, передние и/или задние кромки открылка (8) и аэродинамической поверхности (1) лопасти могут иметь общие точки (10), (11), выполнен либо отъемным, либо формообразован вместе с аэродинамической поверхностью (1) лопасти, в обоих случаях, переход (фиг.5) от аэродинамической поверхности (1) лопасти к поверхности открылка (8) выполняется плавным сопряжением с переменным или постоянным радиусом r.
Открылок (8) (фиг.6), содержащий аэродинамическую поверхность переменного сечения с длиной lоткр равной 0,04-0,25 радиуса R ветродвигателя и шириной (фиг.7) открылка (8) bоткр, равной 0,7-1,0 концевой bкон.лоп. ширины лопасти, корневое (9) и концевое (12) сечения которого, могут быть смещены на угол стреловидности ±θ и повернуты друг относительно друга на угол установки ±γ, набран из одного или более различных аэродинамических профилей соединенных прямолинейными (13) (фиг.7) и/или криволинейными (14) (фиг.8) образующими.
Открылок (8) (фиг.9), расположен по одну сторону плоскости хорд (15) аэродинамической поверхности (1) лопасти, направлен в сторону спинки профиля и отклонен на угол раскрытия ψ в диапазоне 3-90 градусов, от торцевой поверхности концевого (3) сечения лопасти.
Описание полезной модели подразумевает множество модификаций, не отступая от общего смысла единой полезной модели.
Работает лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя следующим образом:
При воздействии ветрового потока (фиг.10) с результирующей скоростью 
, являющейся суммой скорости ветра 
на некотором удалении от лопасти и вектором окружной скорости 
, на аэродинамической поверхности (1) лопасти горизонтально-осевого ветродвигателя с подветренной стороны возникает разряжение. Результирующая сила разряжения 
в проекции на плоскость вращения дает - движущую силу 
., а в проекции на ось вращения ветродвигателя - осевую силу 
. Под действием движущей силы ., лопасть ветродвигателя начинает вращаться.
Применение в составе полезной модели аэродинамических профилей, приводит к существенному увеличению движущей силы .
Ниже дано описание процесса образования концевых вихрей.
На фигуре 11 приведена эпюра распределения давлений вдоль аэродинамической поверхности (1) лопасти, в районе концевого (3) сечения, возникающая при обтекании ветровым потоком. На ее выпуклой поверхности образуется разряжение - зона пониженного (-) давления, а на плоской поверхности - зона повышенного (+) давления.
Разница давлений (фиг.12), в районе концевого (3) сечения аэродинамической поверхности (1) лопасти ветродвигателя создает движение линий тока поперек сечения (3). Сложение двух видов движения (фиг.13) - вдоль сечения (3) аэродинамической поверхности (1) лопасти и поперек сечения (3) приводит к образованию в районе сечения (3) концевого вихря, создающего сопротивление движению лопасти - силу 
. Действие силы 
. (фиг.14) лежит в плоскости вращения аэродинамической поверхности (1) ветродвигателя и направлено в сторону противоположную движущей силе ., что существенно снижает результирующую величину движущей силы 
.
Введение в состав лопасти (фиг.15) конструктивного элемента - открылка (8), установленного на торце аэродинамической поверхности (1), направлено на препятствование движению линий тока поперек концевого (3) сечения, с образованием концевого вихря, и тем самым, существенного или полного устранения силы сопротивления.
Оценка возможности получения при осуществлении полезной модели технического результата.
1. Применение в конструкции лопасти горизонтально-осевого ветродвигателя аэродинамических профилей (А-А, 2 и Б-Б, 3) (фиг.2), величина обратного аэродинамического качества которых µ≤0,013-0,014, в то время как, лопасти с широко используемыми профилями имеют µ≥0,017-0,02, позволяет снизить профильные потери Т р:
µ - коэффициент обратного аэродинамического качества;
e - коэффициент торможения потока в плоскости вращения ветроколеса;
z - число модулей (коэффициент быстроходности) на 20-30%.
2. Увеличение длины аэродинамической поверхности (1) (фиг.1) лопасти горизонтально-осевого ветродвигателя lлоп с 0,75-0,80 радиуса R ветродвигателя, до 0,85-0,97 радиуса R ветродвигателя приводит к росту эффективности ветродвигателя на 3-5%.
3. Установка на лопасти горизонтально-осевого ветродвигателя открылка (8) (фиг.15) приводит к снижению концевых потерь на 15-25%.
Поскольку концевые потери, происходящие за счет образования вихрей у концевой части лопасти, определяются по формуле:
S - площадь лопасти;
ρ - плотность воздуха в стандартных условиях;
V∞ - скорость ветрового потока;
cy - коэффициент подъемной силы;
λэф - эффективное удлинение лопасти,
где λ - геометрическое удлинение лопасти;
δ(λ) и Δλ - поправки на удлинение,
где lоткр - длина открылка;
lлоп - длина лопасти,
то при λ=10; lоткр/lлоп=0,1; δ(10)=0,065 получена величина концевых потерь Tj c откр≈0,78 Tj без откр.
Проведенная оценка показывает, что снижение различных потерь лопасти приводит к тому, что, технический результат выражается в увеличении движущей силы лопасти горизонтально-осевого ветродвигателя на 30% и более, по сравнению с большей частью лопастей ветряных турбин определяющих сложившийся уровень техники.
Claims (2)
1. Лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя, содержащая аэродинамическую поверхность переменного сечения с аэродинамическим профилем, корневое и концевое сечения которой повернуты относительно друг друга на угол установки γ, устройство крепления к ступице ротора ветродвигателя, оснащена открылком, содержащим аэродинамическую поверхность переменного сечения, который консольно закреплен на конце лопасти и направлен в сторону спинки профиля ветродвигателя, отличающаяся тем, что аэродинамическая поверхность с длиной лопасти lлоп, составляющей 0,85-0,97 радиуса R ветродвигателя, корневое и концевое сечения которой смещены на угол стреловидности ±θ относительно друг друга, набрана из одного или более различных аэродинамических профилей, соединенных прямолинейными и/или криволинейными образующими, а открылок, корневое сечение которого совпадает с концевым сечением лопасти, передние и/или задние кромки открылка и аэродинамической поверхности лопасти имеют общие точки, выполнен либо отъемным, либо формообразован вместе с аэродинамической поверхностью лопасти, в обоих случаях переход от аэродинамической поверхности лопасти к поверхности открылка выполняется плавным сопряжением с переменным или постоянным радиусом r, при этом открылок содержит аэродинамическую поверхность с длиной lоткр, равной 0,04-0,25 радиуса R ветродвигателя, и шириной открылка bоткр, равной 0,7-1,0 концевой bкон.лоп ширины лопасти, его корневое и концевое сечения смещены на угол стреловидности ±θ и повернуты относительно друг друга на угол установки ±γ, набран из одного или более различных аэродинамических профилей, соединенных прямолинейными и/или криволинейными образующими.
2. Лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что открылок расположен по одну сторону плоскости хорд аэродинамической поверхности лопасти и отклонен на угол раскрытия ψ в диапазоне 3-90º от торцевой поверхности концевого сечения лопасти.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013141366/06U RU141937U1 (ru) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013141366/06U RU141937U1 (ru) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU141937U1 true RU141937U1 (ru) | 2014-06-20 |
Family
ID=51218885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013141366/06U RU141937U1 (ru) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU141937U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709228C1 (ru) * | 2016-09-09 | 2019-12-17 | Воббен Пропертиз Гмбх | Лопасть ротора ветроэнергетической установки |
-
2013
- 2013-09-09 RU RU2013141366/06U patent/RU141937U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709228C1 (ru) * | 2016-09-09 | 2019-12-17 | Воббен Пропертиз Гмбх | Лопасть ротора ветроэнергетической установки |
| US10767625B2 (en) | 2016-09-09 | 2020-09-08 | Wobben Properties Gmbh | Wind turbine rotor blade |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9175666B2 (en) | Slat with tip vortex modification appendage for wind turbine | |
| CN103974878B (zh) | 用于翼型的涡流发生器装置 | |
| US9151270B2 (en) | Flatback slat for wind turbine | |
| US7914259B2 (en) | Wind turbine blades with vortex generators | |
| US7857597B2 (en) | Boundary layer fins for wind turbine blade | |
| US20110142676A1 (en) | Rotor blade assembly having an auxiliary blade | |
| EP2801720A1 (en) | Airflow modifying assembly for a rotor blade of a wind turbine | |
| US20140328688A1 (en) | Rotor blade assembly having vortex generators for wind turbine | |
| KR101787294B1 (ko) | 풍력 발전 설비의 로터 블레이드 그리고 풍력 발전 설비 | |
| CN111550363B (zh) | 一种叶尖小翼、风力机叶片及其叶片增效计算方法 | |
| WO2013060722A1 (en) | Wind turbine blade provided with slat | |
| CA2828577A1 (en) | Wind turbine blade | |
| EP2867524A1 (en) | A wind turbine blade | |
| US8936435B2 (en) | System and method for root loss reduction in wind turbine blades | |
| EP3037656A1 (en) | Rotor blade with vortex generators | |
| CN111502907B (zh) | 涡流发生器、风机叶片及包括其的风力发电机 | |
| US20170370345A1 (en) | Fluid Turbine Rotor Blade with Winglet Design | |
| US10280895B1 (en) | Fluid turbine semi-annular delta-airfoil and associated rotor blade dual-winglet design | |
| US20120301283A1 (en) | Turbine with unevenly loaded rotor blades | |
| US10202961B2 (en) | Fluid turbine semi-shroud and associated rotor blade dual-winglet design | |
| CN101749193B (zh) | 可设定启动风速的高效风力发电机及其叶片 | |
| RU141937U1 (ru) | Лопасть горизонтально-осевого ветродвигателя | |
| KR20110083476A (ko) | 항력과 양력을 동시에 이용하는 수직축 풍력터빈 | |
| RU30872U1 (ru) | Лопасть ветродвигателя | |
| RU208745U1 (ru) | Лопасть ветродвигателя |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140910 |