[go: up one dir, main page]

RU2095619C1 - Pressure-and-draft wind-electric power plant - Google Patents

Pressure-and-draft wind-electric power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2095619C1
RU2095619C1 RU95119559A RU95119559A RU2095619C1 RU 2095619 C1 RU2095619 C1 RU 2095619C1 RU 95119559 A RU95119559 A RU 95119559A RU 95119559 A RU95119559 A RU 95119559A RU 2095619 C1 RU2095619 C1 RU 2095619C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
pressure
nozzle
exhaust pipe
exhaust
Prior art date
Application number
RU95119559A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95119559A (en
Inventor
Александр Евгеньевич Филиппов
Original Assignee
Александр Евгеньевич Филиппов
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 Александр Евгеньевич Филиппов filed Critical Александр Евгеньевич Филиппов
Priority to RU95119559A priority Critical patent/RU2095619C1/en
Publication of RU95119559A publication Critical patent/RU95119559A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2095619C1 publication Critical patent/RU2095619C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: wind-power engineering. SUBSTANCE: wind-electric power plant has windwheel, shaft, and generator; windwheel in installed in nozzle contained in sound- absorbing chamber of draft tube case with checker placed on its top and with control and safety valves; pressure chamber is located in bottom part and wind headers with blades are provided with external and internal curtains and placed downstream of chamber. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано в качестве установки вырабатывающей электроэнергию с использованием энергии ветра. The invention relates to the field of wind energy and can be used as an installation for generating electricity using wind energy.

Общеизвестные ветроэнергетические установки (далее по тексту ВЭУ), как действующие, так и существующие в проектах, основаны на одном общем принципе: ветроприемное устройство, чаще всего ветровое колесо, улавливает ветер и передает крутящий момент через вал и передаточный механизм на генератор, вырабатывающий электроэнергию. Well-known wind power plants (hereinafter referred to as wind turbines), both existing and existing in projects, are based on one general principle: a wind receiving device, most often a wind wheel, picks up wind and transmits torque through a shaft and a transmission mechanism to a generator that generates electricity.

Так как плотность энергии потока ветра весьма незначительна, конструкторы, желая получить большую мощность, предусматривают огромных размеров ветровые колеса. Например проект ВЭУ мощностью 50 тыс кВт имеет вращающуюся часть поистине циклических размеров [1] Проект ВЭУ мощностью 0,6-5 МВт (прототип) имеет диаметр ветровых колес 30 70 м [2]
Совершенно очевидно что ВЭУ с ветровыми колесами таких размеров не смогут полностью использовать мощь воздушного потока, т.к. при большой скорости вращения возрастают силы инерции, а против резких порывов ветра они беззащитны и небезопасны для окружающих. Большие трудности возникают при ориентировании крупных ВЭУ по направлению действия ветра. Отмечен и экологический вред крупных ВЭУ: при вращении лопастей в воздушном потоке возникают колебания воздуха высокой частоты (ультразвук) приводящие к массовой гибели насекомых в районе нахождения ВЭУ.
Since the energy density of the wind flow is very small, the designers, wanting to get more power, provide for huge sizes of wind wheels. For example, a wind turbine project with a capacity of 50 thousand kW has a rotating part of truly cyclic dimensions [1] A wind turbine project with a power of 0.6-5 MW (prototype) has a wind wheel diameter of 30–70 m [2]
It is obvious that wind turbines with wind wheels of this size will not be able to fully use the power of the air flow, because at a high speed of rotation, inertia forces increase, and against sharp gusts of wind, they are defenseless and unsafe for others. Great difficulties arise when orienting large wind turbines in the direction of the wind. Ecological harm of large wind turbines was also noted: when the blades rotate in the air stream, high-frequency air vibrations (ultrasound) occur leading to mass death of insects in the region where the wind turbines are located.

Предлагаемая конструкция ВЭУ напорно-вытяжного действия состоит из ветрового колеса, вала и генератора, причем ветровое колесо расположено в сопле, заключенном в звукопоглощающую камеру корпуса вытяжной трубы, на которой сверху установлена насадка и имеются регулировочно-предохранительные клапаны, а в нижней части вытяжной трубы находится напорная камера, за которой расположены ветроприемники с направляющими лопатками и с внешними и внутренними шторками. The proposed design of a wind turbine of a pressure-exhaust action consists of a wind wheel, a shaft and a generator, the wind wheel being located in a nozzle enclosed in a sound-absorbing chamber of the exhaust pipe body, on which a nozzle is mounted on top and there are control and safety valves, and in the lower part of the exhaust pipe a pressure chamber, behind which there are wind receivers with guide vanes and with external and internal curtains.

На чертеже изображен разрез по оси сооружения с местным видом. The drawing shows a section along the axis of the structure with a local view.

На этом чертеже показано внутренне строение ВЭУ и стрелками показано направление ветра и схема движения возникающего в вытяжной трубе напорно-вытяжного потока воздуха. This drawing shows the internal structure of the wind turbine and the arrows show the direction of the wind and the movement pattern of the pressure and exhaust air flow arising in the chimney.

Основной ВЭУ напорно-вытяжного действия является вытяжная труба 1, внутренняя поверхность которой выполняется из материала с минимальной шероховатостью с целью уменьшения потерь на трение по длине трубы при движении воздушного потока. Внутренняя поверхность вытяжной трубы 1 имеет переменное сечение с плавными переходами и закруглениями для уменьшения местных сопротивлений и ликвидации завихрений воздушного потока. Самое узкое место сечения сопло 2 в котором располагается ветровое колесо 3 на валу 4 соединяющим его с генератором 5. Полость, получающаяся при образовании сопла 2, заключенная между внешней и внутренней поверхностью вытяжной трубы 1, является звукопоглощающей камерой 6, внутренняя поверхность которой покрывается звукопоглощающим материалом, т. к. при больших скоростях воздушного потока в сопле 2 возникают акустические явления. The main wind turbine of a pressure-exhaust action is an exhaust pipe 1, the inner surface of which is made of material with minimal roughness in order to reduce friction losses along the length of the pipe when the air flow is moving. The inner surface of the exhaust pipe 1 has a variable cross-section with smooth transitions and curves to reduce local resistance and eliminate turbulence in the air flow. The narrowest point of the nozzle 2 section in which the wind wheel 3 is located on the shaft 4 connecting it to the generator 5. The cavity resulting from the formation of the nozzle 2, enclosed between the outer and inner surfaces of the exhaust pipe 1, is a sound-absorbing chamber 6, the inner surface of which is covered with sound-absorbing material , because at high speeds of the air flow in the nozzle 2, acoustic phenomena occur.

Верхняя часть вытяжной трубы 1 заканчивается насадкой 7 здесь же находятся регулировочно-предохранительные клапаны 8, регулирующие работу насадки 7. The upper part of the exhaust pipe 1 ends with the nozzle 7, there are also control and safety valves 8 that regulate the operation of the nozzle 7.

В нижней части вытяжной трубы 1 за соплом 2 расположены ветроприемники 9, рабочим органом которых являются направляющие лопатки 10, направляющие поток ветра в напорную камеру 11. Подвижные шторки 12, наружные и внутренние, независимо друг от друга передвигаются по наружной и внутренней поверхности ветроприемника 9. In the lower part of the exhaust pipe 1 behind the nozzle 2 there are wind receivers 9, the working body of which are guide vanes 10, directing the wind flow into the pressure chamber 11. Movable curtains 12, external and internal, independently move on the outer and inner surfaces of the wind receiver 9.

Работа насадки 7 основана на использовании энергии потока воздуха - ветра, который, ударяясь о поверхность насадки и обтекая ее, создает возле большей части ее периметра разрежение, что в свою очередь создает разрежение в уровне выхода воздуха из вытяжной трубы 1. В результате в верхней части вытяжной трубы 1 устанавливается вытяжной поток воздуха, направленный вверх, а воздух в нее поступает через сопло 2. The operation of the nozzle 7 is based on the use of the energy of the air flow - wind, which, hitting the nozzle surface and flowing around it, creates a vacuum near most of its perimeter, which in turn creates a vacuum in the level of air outlet from the exhaust pipe 1. As a result, in the upper part exhaust pipe 1 is installed exhaust air flow directed upward, and air enters into it through the nozzle 2.

Объем-масса вытягиваемого воздуха определяется производительностью насадки7, которая в свою очередь зависит от ее формы и величины создаваемого ею разрежения для данной скорости ветра. The volume-mass of the extracted air is determined by the productivity of the nozzle 7, which in turn depends on its shape and the magnitude of the vacuum it creates for a given wind speed.

Работу насадки 7 регулируют регулировочно-предохранительные клапаны 8, которые открываются при больших скоростях ветра, чем дают возможность поступать через них в вытяжную трубу 1 наружному воздуху, в следствие чего скорость потока воздуха в сопле 2 уменьшится. The operation of the nozzle 7 is regulated by control and safety valves 8, which open at high wind speeds, which makes it possible for external air to flow through them into the exhaust pipe 1, as a result of which the air flow rate in the nozzle 2 will decrease.

Ветроприемники 9 в нижней части вытяжной трубы 1 используют наоборот положительное давление ветра: направляющими лопатками 10 направляют набегающий поток ветра в напорную камеру 11, в которой динамическое давление ветра преобразуется в статическое давление воздуха, вследствие чего в напорной камере 11 создается напорное давление и соответственно напорный поток воздуха, направленный в сопло 2. Wind receivers 9 in the lower part of the exhaust pipe 1, on the contrary, use positive wind pressure: guide blades 10 direct the incoming wind flow into the pressure chamber 11, in which the dynamic wind pressure is converted into static air pressure, as a result of which pressure pressure and, accordingly, pressure flow are created in the pressure chamber 11 air directed into the nozzle 2.

Подвижные шторки 12, передвигаясь по наружной и внутренней поверхности ветроприемников 9, перекрывают подветренное направление, а при необходимости и наветренное, регулируя тем самым скорость воздушного потока в сопле 2, а наружные защищают ветроприемники 9 от заноса снегом в зимнее время. The movable curtains 12, moving along the outer and inner surfaces of the wind receivers 9, overlap the leeward direction, and if necessary, the windward direction, thereby regulating the speed of the air flow in the nozzle 2, and the outer ones protect the wind receivers 9 from snow drifting in winter.

Таким образом, эти два возникших независимо друг от друга воздушных потока, суммируясь, создают в вытяжной трубе 1 напорно-вытяжной поток воздуха, который перемещает по вытяжной трубе 1 определенный объем массу воздуха. Thus, these two independently arising air currents, when combined, create a pressure-exhaust air stream in the exhaust pipe 1, which moves a certain volume of air mass through the exhaust pipe 1.

Объем масса перемещаемого воздуха зависит от следующих факторов: диаметра вытяжной трубы 1, величины возникающего давления напора в напорной камере 11 и давления разрежения в насадке 7, которые в свою очередь зависят от скорости ветра, степени стеснения напорно-вытяжного потока воздуха соплом 2, местных сопротивлений и соотношения диаметров сопла 2 и ветрового колеса 3. The volume of mass of transported air depends on the following factors: the diameter of the exhaust pipe 1, the magnitude of the pressure head in the pressure chamber 11 and the vacuum pressure in the nozzle 7, which in turn depend on the wind speed, the degree of restriction of the pressure-exhaust air flow by nozzle 2, and local resistance and the ratio of the diameters of the nozzle 2 and the wind wheel 3.

Объем масса воздуха, перемещаемая за единицу времени в любом месте вытяжной трубы 1, величина постоянная и определяется произведением площади сечения вытяжной трубы 1 в данном месте на скорость напорно-вытяжного потока воздуха в данном месте. Следовательно, в сопле 2 самом узком месте сечения, скорость напорно-вытяжного потока воздуха будет максимальной, величина ее будет соответствовать объему массе воздуха, перемещаемого за единицу времени через вытяжную трубу 1. Соответственно и кинетическая энергия напорно-вытяжного потока воздуха в сопле 2 достигнет своего максимума, что и определяет самое выгодное место расположения ветрового колеса 3, использующего кинетическую энергию напорно-вытяжного потока воздуха для своего вращения. Крутящий момент от ветрового колеса 3 через вал 4 и передаточный механизм передается на генератор 5, вырабатывающий электроэнергию. Volume The mass of air transported per unit of time anywhere in the exhaust pipe 1 is constant and is determined by the product of the cross-sectional area of the exhaust pipe 1 at a given location and the velocity of the pressure and exhaust air flow at that location. Consequently, in the nozzle 2 the narrowest point of the cross section, the speed of the pressure and exhaust air flow will be maximum, its value will correspond to the volume of air mass transported per unit time through the exhaust pipe 1. Accordingly, the kinetic energy of the pressure and exhaust air flow in the nozzle 2 will reach its maximum, which determines the most favorable location of the wind wheel 3, which uses the kinetic energy of the pressure and exhaust air flow for its rotation. Torque from the wind wheel 3 through the shaft 4 and the transmission mechanism is transmitted to the generator 5, which generates electricity.

Преимущества предлагаемой конструкции ВЭУ напорно-вытяжного действия заключаются в следующем:
сочетается возможность использовать энергию ветрового потока с большой площади и в то же время существенно уменьшить размеры ветрового колеса;
независимость действия ВЭУ от направления ветра;
возможность использовать энергию ветра с больших высот, где ветры сильнее и стабильнее;
ветровое колесо и генератор расположены внутри корпуса ВЭУ, что удобно для их обслуживания и ремонта;
имеется конструктивная возможность создания простой и эффективной системы регулировочно-предохранительных клапанов и передвижных шторок, зачищающей ветровое колесо от чрезвычайно высоких скоростей ветра;
так как ветровое колесо находится внутри корпуса ВЭУ, направление воздушного потока в нем постоянно а скорость его регулируется, то становится легче локализовать возникающее акустические явления что важно с экологической точки зрения.
The advantages of the proposed design of wind turbines pressure and exhaust action are as follows:
combines the ability to use the energy of the wind flow from a large area and at the same time significantly reduce the size of the wind wheel;
independence of wind turbine operation from wind direction;
the ability to use wind energy from high altitudes, where the winds are stronger and more stable;
the wind wheel and generator are located inside the wind turbine housing, which is convenient for their maintenance and repair;
there is a constructive opportunity to create a simple and effective system of control and safety valves and movable shutters that clean the wind wheel from extremely high wind speeds;
since the wind wheel is located inside the wind turbine body, the direction of the air flow in it is constant and its speed is regulated, it becomes easier to localize the arising acoustic phenomena, which is important from an environmental point of view.

По оценке автора, ВЭУ напорно-вытяжного действия высотой 200-250 м, диаметром вытяжной трубы 1 -30 м, при скорости ветра 10 м/с даст мощность на клеммах генератора 2500 3000 кВт. Диаметр ветрового колеса 3 при этом составит 5 м, диаметр сопла 2 6 м, скорость напорно-вытяжного потока воздуха в сопле 2 порядка 100 м. According to the author, wind turbines of a pressure-exhaust action with a height of 200-250 m, a diameter of a chimney of 1-30 m, at a wind speed of 10 m / s will give power at the terminals of the generator of 2500 to 3000 kW. The diameter of the wind wheel 3 in this case will be 5 m, the diameter of the nozzle 2 6 m, the speed of the pressure and exhaust air flow in the nozzle 2 is about 100 m.

Для того чтобы ВЭУ-прототип дало такую же мощность, ему потребуются ветровое колесо диаметром 140-160 м. In order for the wind turbine prototype to give the same power, it will require a wind wheel with a diameter of 140-160 m.

Claims (1)

Ветроэнергетическая установка напорно-вытяжного действия, состоящая из ветрового колеса, вала и генератора, отличающаяся тем, что ветровое колесо расположено в сопле, заключенном в звукопоглощающую камеру корпуса вытяжной трубы, на которой сверху установлена насадка и имеются регулировочно-предохранительные клапаны, а в нижней части находится напорная камера, за которой расположены ветроприемники с направляющими лопатками, с внешними и внутренними шторками. Pressure and exhaust wind power installation consisting of a wind wheel, a shaft and a generator, characterized in that the wind wheel is located in a nozzle enclosed in a sound-absorbing chamber of the exhaust pipe body, on which a nozzle is mounted on top and there are control and safety valves, and in the lower part there is a pressure chamber, behind which there are wind receivers with guide vanes, with external and internal curtains.
RU95119559A 1995-11-21 1995-11-21 Pressure-and-draft wind-electric power plant RU2095619C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95119559A RU2095619C1 (en) 1995-11-21 1995-11-21 Pressure-and-draft wind-electric power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95119559A RU2095619C1 (en) 1995-11-21 1995-11-21 Pressure-and-draft wind-electric power plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95119559A RU95119559A (en) 1997-09-20
RU2095619C1 true RU2095619C1 (en) 1997-11-10

Family

ID=20173932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95119559A RU2095619C1 (en) 1995-11-21 1995-11-21 Pressure-and-draft wind-electric power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2095619C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2263817C1 (en) * 2004-03-31 2005-11-10 Дагестанский государственный университет Air trap
RU2293210C1 (en) * 2005-10-12 2007-02-10 Александр Алексеевич Соловьев Aerodynamic plant
WO2009012716A1 (en) * 2007-07-24 2009-01-29 Zhimin Lian A wind collecting and pressure-charging wind generating set
RU202075U1 (en) * 2020-09-22 2021-01-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) Wind power plant of pressure and exhaust action

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Наука и жизнь, N 7, 1989, с. 19. 2. Наука и жизнь, N 2, 1989, с. 12 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2263817C1 (en) * 2004-03-31 2005-11-10 Дагестанский государственный университет Air trap
RU2293210C1 (en) * 2005-10-12 2007-02-10 Александр Алексеевич Соловьев Aerodynamic plant
WO2009012716A1 (en) * 2007-07-24 2009-01-29 Zhimin Lian A wind collecting and pressure-charging wind generating set
RU202075U1 (en) * 2020-09-22 2021-01-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) Wind power plant of pressure and exhaust action

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2268396C2 (en) Method and device for generating electric power by converting energy of compressed air flow
US7347660B2 (en) Cross-flow wind turbine
EP1423607B1 (en) Column airflow power apparatus
RU2645187C2 (en) Vertical-axial wind and hydraulic turbine with flow control
CA2723631C (en) System and method for extracting power from fluid
CA1266005A (en) Wind turbine "runner" impulse type
US7112034B2 (en) Wind turbine assembly
AU2012339597A1 (en) Wind turbine
US10280895B1 (en) Fluid turbine semi-annular delta-airfoil and associated rotor blade dual-winglet design
JP4954066B2 (en) Wind energy extraction system
Chen et al. Developing a vortical stator assembly to improve the performance of Drag-type vertical-axis wind turbines
RU2095619C1 (en) Pressure-and-draft wind-electric power plant
JPH09242658A (en) Twin windmill type power generator
US20090160197A1 (en) Apparatus and system for converting wind into mechanical or electrical energy
RU2101556C1 (en) Pressure-and-draft wind-electric power plant with local wind-velocity forcing system
RU2189495C2 (en) Tower-type windmill
CN100371584C (en) Cyclone wind power station and method for obtaining power by using same
RU2080480C1 (en) Wind-power plant
CN88101846A (en) High-altitude wind mining method and equipment for power generation
RU2070661C1 (en) Vortex power plant
Sivasegaram Power augmentation in wind rotors: a review
Dutta et al. Optimum Design of a Savonius VAWT for Implementation in Urban Places having Low to Medium Wind Velocities
US20060067819A1 (en) Device and method for conversion of continuous medium flow energy
Vardar et al. Design of a wind turbine working with the continuity principal
KR101060082B1 (en) Wind power acceleration system