RU2276284C1

RU2276284C1 - Wind set

Info

Publication number: RU2276284C1
Application number: RU2004124659/06A
Authority: RU
Inventors: Петр Тихонович Харитонов (RU); Петр Тихонович Харитонов
Original assignee: Петр Тихонович Харитонов
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2006-05-10
Also published as: RU2004124659A

Abstract

FIELD: wind power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to converters of energy of air flows into rotation of wind set. To provide serviceability under action of wind and upward air currents in any combination and increase power output, wind set containing vertical carrying pipe, axle of connection with drive of energy carrier, unit of movable connection, upper and lower belts secured on carrying pipe between which sectors are arranged bent to arc, is furnished with pipe-air conduit, lower belt adjoins with clearance pipe-air conduit. Proposed set is made in form of wheel with spokes and is furnished with inclined blades in number equal to number of sectors. Sectors are installed with tilting along screw line relative to carrying pipe, and axle of connection with drive of energy carrier is found on upper parts of carrying pipe. Diameter of wheel of lower belt - d is found from equation d=D-(0.5-0.9)H where D is diameter of upper belt, H is belt-to-belt distance, diameter of hole of pipe-air conduit is equal to outer diameters of lower belt, blades of lower belt are secured on spokes movably, for displacement relative to horizontal plane from 10° to 80°, and outer end faces of sectors projecting beyond circumferences of belts are made with radius r=(0.4-0.5)D.

EFFECT: improved serviceability of wind set.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, к преобразователям энергии воздушных потоков во вращательное движение ветроагрегата.The invention relates to wind energy, to energy converters of air flows into the rotational movement of a wind turbine.

Известен ветряной ротор [1], содержащий вертикальную несущую трубу, верхний и нижний пояса с пазами, боковые стенки в виде изогнутых по дуге секторов, размещенных вертикально.Known wind rotor [1], containing a vertical support pipe, upper and lower chords with grooves, side walls in the form of sectors bent along an arc, placed vertically.

Прототип обеспечивает преобразование горизонтального ветрового потока во вращательное движение, однако не позволяет при этом использовать энергию восходящего потока и, как следствие, неработоспособен при отсутствии или очень малом значении горизонтального ветрового потока.The prototype provides the conversion of the horizontal wind flow into rotational motion, however, it does not allow using the energy of the upward flow and, as a result, is inoperative in the absence or very small value of the horizontal wind flow.

Цель изобретения - обеспечение работоспособности от ветрового и/или восходящего воздушных потоков в любой их комбинации и повышение энергоотдачи.The purpose of the invention is the provision of operability from wind and / or ascending air currents in any combination thereof and increasing energy efficiency.

Цель достигается тем, что ветроагрегат, содержащий вертикальную несущую трубу, ось соединения с приводом энергоносителя, узел подвижного крепления, закрепленные на несущей трубе верхний и нижний пояса, между которыми размещены изогнутые по дуге секторы, снабжен трубой-воздуховодом, нижний пояс примыкает с зазором к трубе-воздуховоду, выполнен в виде колеса со спицами и снабжен наклонными лопатками по числу секторов, секторы размещены наклонно по винтовой линии по отношению к несущей трубе, а ось соединения с приводом энергоносителя выполнена на верхней части несущей трубы. Кроме того, диаметр колеса нижнего пояса d выбирают из соотношения d=D-(0,5÷0,9)Н, где D - диаметр верхнего пояса, Н - расстояние между поясами, диаметр отверстия трубы-воздуховода равен наружному диаметру нижнего пояса, лопатки нижнего пояса закреплены на спицах подвижно с возможностью перемещения по отношению к горизонтальной плоскости от 10° до 80°, наружные торцы секторов, выходящие за окружность поясов, выполнены радиусом r=(0,4÷0,5)D.The goal is achieved in that the wind turbine comprising a vertical support pipe, an axis of connection to the energy carrier drive, a movable mount, fixed to the support pipe of the upper and lower zones, between which sectors are curved along the arc, is equipped with an air duct, the lower belt adjoins with a gap to the air duct, made in the form of a wheel with spokes and equipped with inclined blades according to the number of sectors, the sectors are placed obliquely along a helical line with respect to the supporting pipe, and the axis of the connection to the energy carrier drive flax on the top of the carrier pipe. In addition, the diameter of the wheel of the lower belt d is selected from the relation d = D- (0.5 ÷ 0.9) N, where D is the diameter of the upper belt, N is the distance between the belts, the diameter of the hole of the pipe-duct is equal to the outer diameter of the lower belt, the blades of the lower belt are fixed on the spokes movably with the possibility of movement relative to the horizontal plane from 10 ° to 80 °, the outer ends of the sectors extending beyond the circumference of the belts are made with a radius r = (0.4 ÷ 0.5) D.

Структура ветроагрегата изображена в аксонометрии на фиг.1, на фиг.2 показан вид спереди с разрезом вертикальной трубы-воздуховода.The structure of the wind turbine is shown in perspective view in figure 1, figure 2 shows a front view with a section of a vertical pipe-duct.

На вертикальной несущей трубе 1 с осью 2 для соединения с электрогенератором жестко закреплены верхний сплошной пояс 3 и нижний пояс 4 в виде колеса со спицами. Между поясами 3 и 4 размещены наклонно по винтовой линии изогнутые по дуге секторы 5. На нижнем поясе 4 закреплены наклонно лопатки 6 по числу секторов 5. Ветроагрегат свободно вращается в подшипниках 7 и 8, которые с помощью кронштейнов 9 и 10 крепятся к несущей конструкции ветроагрегата (не показано). К нижнему поясу 4 примыкает с небольшим зазором труба-воздуховод 11 восходящего воздушного потока V_B. Диаметр трубы 11 в ее верхней части равен диаметру колеса нижнего пояса 4.The upper continuous belt 3 and the lower belt 4 in the form of a wheel with spokes are rigidly fixed on a vertical support pipe 1 with an axis 2 for connection with an electric generator. Sectors 5, curved along the arc, are placed between the belts 3 and 4. The blades 6 are inclined along the arc in the lower belt 4 according to the number of sectors 5. The wind turbine rotates freely in bearings 7 and 8, which are attached to the supporting structure of the wind turbine using brackets 9 and 10 (not shown). To the lower zone 4 is adjacent with a small gap, the pipe-duct 11 of the upward air flow V _B. The diameter of the pipe 11 in its upper part is equal to the diameter of the wheel of the lower belt 4.

При значительной длине трубы 11 в ней создается достаточный для вращения ветроагрегата восходящий воздушный поток даже при полном отсутствии горизонтального ветрового потока. Восходящий поток воздействует через лопатки 6 на секторы 5, создавая вращающий момент в подвижной части ветроагрегата.With a significant length of the pipe 11, an upward air flow sufficient for rotation of the wind turbine is created in it even in the complete absence of a horizontal wind flow. The upward flow acts through the blades 6 on the sectors 5, creating a torque in the moving part of the wind turbine.

При наличии горизонтального воздушного потока (ветра) V_н вращающий момент значительно возрастает за счет суммарного воздействия обоих потоков. В результате обеспечивается вращение ветроагрегата при отсутствии ветра и возрастает вращающий момент при одновременном воздействии ветра и восходящего воздушного потока.In the presence of a horizontal air flow (wind) V _{n, the} torque increases significantly due to the combined effect of both flows. The result is the rotation of the wind turbine in the absence of wind and the torque increases with the simultaneous exposure to wind and upward air flow.

Возможны два варианта крепления лопаток 6 к спицам нижнего пояса 4. В первом варианте лопатки 6 жестко закреплены под углом 30÷60° к горизонтальной плоскости. Воздушные потоки V_в и V_н отражаются от поверхностей лопаток 6 на секторы 5, приводя ветроагрегат во вращение. Во втором варианте лопатки свободно вращаются по спицам в пределах от 10° до 80° к горизонтальной плоскости. Угловое положение лопаток 6 при этом будет зависеть от скорости и соотношения скоростей воздушных потоков V_в и V_н. Во втором варианте крепления лопаток 6 существенно снижается их тормозящее действие при большой разнице скоростей ветровых потоков.There are two options for attaching the blades 6 to the spokes of the lower belt 4. In the first embodiment, the blades 6 are rigidly fixed at an angle of 30 ÷ 60 ° to the horizontal plane. Air flows V _in and V _n are reflected from the surfaces of the blades 6 to sectors 5, bringing the wind unit into rotation. In the second embodiment, the blades rotate freely on the spokes in the range from 10 ° to 80 ° to the horizontal plane. The angular position of the blades 6 in this case will depend on the speed and the ratio of the velocities of the air flows V _in and V _n In the second embodiment, the mounting of the blades 6 significantly reduces their braking effect with a large difference in the speeds of the wind flows.

Номинальный вращающий момент ветроагрегата зависит от диаметров колеса верхнего и нижнего поясов 3 и 4, расстояния между поясами, числа секторов 5 и угла наклона лопаток 6, так и от скоростей восходящего и горизонтального воздушных потоков.The nominal torque of the wind turbine depends on the diameters of the wheels of the upper and lower belts 3 and 4, the distance between the belts, the number of sectors 5 and the angle of inclination of the blades 6, and the speeds of the upward and horizontal air flows.

В качестве трубы-воздуховода 11 могут использоваться дымовые и газоотводящие трубы тепловых электростанций, котельных, промышленных объектов, вентиляционные трубы многоэтажных строений.As the pipe-duct 11 can be used chimneys and exhaust pipes of thermal power plants, boiler houses, industrial facilities, ventilation pipes of multi-story buildings.

Предложенный ветроагрегат может использоваться в качестве основы энергетической установки для энергонезависимых от централизованного газоэлектроснабжения зданий и сооружений. При этом труба-воздуховод одновременно может выполнять функцию вентиляционной или газоотводной трубы сборника со всех помещений этого здания.The proposed wind turbine can be used as the basis of a power plant for buildings and structures that are independent of the centralized gas supply. In this case, the pipe-duct can simultaneously serve as a ventilation or gas pipe of the collector from all rooms of this building.

С целью обеспечения максимального использования энергии восходящего и горизонтального ветрового потоков следует соблюдать следующие соотношения геометрических размеров ветроагрегата:In order to ensure maximum use of the energy of the upward and horizontal wind flows, the following ratios of the geometric dimensions of the wind turbine should be observed:

d=D-(0,5÷0,9)Н,d = D- (0.5 ÷ 0.9) N,

где d - диаметр колеса нижнего пояса 4,where d is the diameter of the wheel of the lower belt 4,

D - диаметр верхнего пояса 3,D is the diameter of the upper belt 3,

Н - расстояние между поясами 3 и 4.H is the distance between belts 3 and 4.

d_в=d, где d_в - диаметр отверстия трубы-воздуховода 11.d _in = d, where d _in - the diameter of the hole of the pipe-duct 11.

r=(0,4÷0,5)D, где r - радиус дуги наружных торцов секторов, выходящих за окружность поясов 3 и 4.r = (0.4 ÷ 0.5) D, where r is the radius of the arc of the outer ends of the sectors beyond the circumference of belts 3 and 4.

Источники информацииInformation sources

1. Описание изобретения к патенту RU 2008515 С1, 1994 г., БИ №04. 1. Description of the invention to patent RU 2008515 C1, 1994, BI No. 04.

Claims

1. A wind turbine unit comprising a vertical support pipe, an axis of connection to the energy carrier drive, a movable mount, fixed to the support pipe of the upper and lower belts, between which sectors are curved along the arc, characterized in that it is equipped with an air duct, the lower belt adjoins the gap to the pipe-duct, made in the form of a wheel with spokes and equipped with inclined blades according to the number of sectors, sectors are placed obliquely along a helical line with respect to the supporting pipe, and the axis of the connection to the energy carrier drive ying on top of the support tube.

2. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the diameter d of the lower belt wheel is selected from the relation d = D- (0.5 ÷ 0.9) N, where D is the diameter of the upper belt, N is the distance between the belts.

3. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the diameter of the hole of the pipe-duct is equal to the outer diameter of the lower zone.

4. The wind generator according to claim 1, characterized in that the blades of the lower belt are fixed on the spokes movably with the possibility of movement relative to the horizontal plane from 10 to 80 °.

5. The wind generator according to claim 1, characterized in that the outer ends of the sectors extending beyond the circumference of the belts are made with a radius r = (0.4 ÷ 0.5) D.