RU2205977C1 - Wind-driven electric plant - Google Patents
Wind-driven electric plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2205977C1 RU2205977C1 RU2002102783/06A RU2002102783A RU2205977C1 RU 2205977 C1 RU2205977 C1 RU 2205977C1 RU 2002102783/06 A RU2002102783/06 A RU 2002102783/06A RU 2002102783 A RU2002102783 A RU 2002102783A RU 2205977 C1 RU2205977 C1 RU 2205977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- diffuser
- central
- energy
- envelope
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 25
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- FGRBYDKOBBBPOI-UHFFFAOYSA-N 10,10-dioxo-2-[4-(N-phenylanilino)phenyl]thioxanthen-9-one Chemical compound O=C1c2ccccc2S(=O)(=O)c2ccc(cc12)-c1ccc(cc1)N(c1ccccc1)c1ccccc1 FGRBYDKOBBBPOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
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
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике и представляет собой ветроэнергетическую установку, т.е. установку для преобразования энергии ветра в электрическую или иную энергию для использования в промышленности, сельском хозяйстве и т.п. The invention relates to energy and is a wind power installation, i.e. installation for converting wind energy into electrical or other energy for use in industry, agriculture, etc.
Издавна известны ветроэнергетические установки, использующие кинетическую энергию воздушных потоков путем прямого силового воздействия ветра и лопастей ветроколеса или турбины /"Ветроэнергетика". Под редакцией Д.де Рензо. М.: Энергоатомиздат, 1982, стр. 81-96/. Long-known wind power plants that use the kinetic energy of air flows by direct force of the wind and the blades of a wind wheel or turbine / "Wind Power". Edited by D. de Renzo. M .: Energoatomizdat, 1982, pp. 81-96 /.
Известна также более эффективная ветроэнергетическая установка, наиболее близкая данному изобретению по совокупности существенных признаков и технической сущности /Патент России No 2124142, 1998/, которая принята в качестве прототипа. Эта ветроэнергетическая установка выполнена в виде установленного на опоре энергоагрегата, содержащего, по крайней мере, одну турбину, механически связанную с генератором, центральную оболочку, кольцевую переднюю оболочку с, по крайней мере, одним входным каналом турбины, образующую с центральной оболочкой выходной канал турбины, а также кольцевую наружную оболочку, образующую с центральной оболочкой большой диффузорно-конфузорный канал, причем энергоагрегат снабжен дополнительной кольцевой оболочкой, образующей с внешними поверхностями передней и центральной оболочек сужающийся - расширяющийся первый промежуточный канал, сообщенный в промежуточной части с выходным каналом турбины, а с внутренней поверхностью наружной оболочки - второй промежуточный канал, сообщенный вместе с первым промежуточным каналом с большим диффузорно-конфузорным каналом. A more efficient wind power installation is also known that is closest to this invention by the combination of essential features and technical essence / Patent of Russia No 2124142, 1998 /, which is adopted as a prototype. This wind power installation is made in the form of a power unit mounted on a support, comprising at least one turbine mechanically connected to the generator, a central shell, an annular front shell with at least one turbine inlet channel, which forms a turbine outlet channel, with a central shell and also an annular outer shell forming a large diffuser-confuser channel with a central shell, and the power unit is equipped with an additional annular shell forming with external tyami front and central shells tapering - expanding first intermediate channel connected in the intermediate part with the turbine output channel, and the inner surface of the outer shell - the second intermediate channel connected with the first intermediate channel with a larger diffuser-convergent channel.
Данная ветроэнергетическая установка имеет существенные преимущества перед известными аналогами, так как в ней значительно эффективнее преобразуется энергия ветрового потока в полезную электрическую энергию. Однако наряду с явными преимуществами данной установки перед традиционными она имеет ряд недостатков, которые связаны с тем, что для эффективной работы данной установки необходимы воздушные потоки сверхбольшой скорости (от 30 м/с), так как турбина турбогенераторного узла расположена в узком сечении кольцевой передней оболочки, где при максимальной скорости воздушного потока масса и плотность его минимальны, что не позволяет использовать данную установку при малых начальных скоростях воздушного потока, по этой причине, как будет показано ниже, энергия ветра более полно может быть использована благодаря данному изобретению в ветроэнергетической установке в виде энергоагрегата, содержащего центральную оболочку, кольцевую переднюю оболочку с, по крайней мере, одним входным каналом, образующую с центральной оболочкой выходной канал, а также кольцевую наружную оболочку, образующую с центральной оболочкой большой диффузорно-конфузорный канал, причем энергоагрегат снабжен дополнительной кольцевой оболочкой, образующей с внешними поверхностями передней и центральной оболочек сужающийся - расширяющийся первый промежуточный канал, сообщенный в промежуточной части с выходным каналом, образованным центральной оболочкой и кольцевой передней оболочкой, а с внутренней поверхностью наружной оболочки - второй промежуточный канал, сообщенный вместе с первым промежуточным каналом с большим диффузорно-конфузорным каналом, в котором расположена, по крайней мере, одна турбина, механически связанная с генератором. This wind power installation has significant advantages over its well-known analogues, since it wind energy is converted into useful electrical energy much more efficiently. However, along with the obvious advantages of this installation over traditional ones, it has a number of disadvantages that are associated with the fact that for the effective operation of this installation, ultrahigh speed air flows (from 30 m / s) are necessary, since the turbine of the turbogenerator assembly is located in a narrow section of the annular front shell , where at the maximum speed of the air flow mass and density are minimal, which does not allow the use of this installation at low initial speeds of the air flow, for this reason, as will be shown below, wind energy can be more fully used thanks to this invention in a wind power installation in the form of a power unit containing a central shell, an annular front shell with at least one inlet channel, forming an outlet channel with a central shell, and also an annular outer shell forming with a central shell a large diffuser-confuser channel, and the power unit is equipped with an additional annular shell, forming with the outer surfaces of the front and central shell tapering goggles - expanding first intermediate channel communicated in the intermediate part with the output channel formed by the central shell and the annular front shell, and with the inner surface of the outer shell - the second intermediate channel communicated together with the first intermediate channel with a large diffuser-confuser channel, in which at least one turbine is located mechanically connected to the generator.
Входные каналы энергоагрегата оснащены первичными ускорителями потока, в которых установлены направляющие ребра, образующие аппарат для закрутки потока воздуха. The input channels of the power unit are equipped with primary flow accelerators, in which guide ribs are installed, forming an apparatus for swirling the air flow.
Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.
На чертеже представлен продольный разрез энергоагрегата ветроэнергоустановки. The drawing shows a longitudinal section of a power unit of a wind power plant.
Ветроэнергетическая установка выполнена в виде энергоагрегата, содержащего центральную оболочку 1, кольцевую переднюю оболочку 2 с, по крайней мере, одним входным каналом 3. Оболочка 2 образует с центральной оболочкой 1 малый диффузорный выходной канал 4. Кроме того, энергоагрегат имеет кольцевую наружную оболочку 5, образующую с центральной оболочкой 1 большой диффузорно-конфузорный канал 6. Энергоагрегат снабжен также дополнительной кольцевой оболочкой 7, образующей с внешними поверхностями передней 2 и центральной 1 оболочек сужающийся - расширяющийся первый промежуточный канал 8, сообщенный в промежуточной части с малым выходным диффузорным каналом 4, а с внутренней поверхностью наружной оболочки 5 - второй промежуточный канал 9, сообщенный вместе с первым промежуточным каналом 8 с большим диффузорно-конфузорным каналом 6. Энергоагрегат имеет, по крайней мере, одну турбину 10, расположенную в большом диффузорно-конфузорном канале 6, и механически связан с генератором 11, расположенным в центральной оболочке 1. Под термином "генератор" здесь следует понимать не только генератор электрического тока, но любое устройство для преобразования механической энергии в любой вид энергии, удобной для использования в конкретных обстоятельствах. Это может быть, например, насос в системе гидропривода, компрессор пневмопривода и т.п. На входе в каналы 3, 8, 9 установлены первичные ускорители потока 12 с направляющими аппаратов для закрутки (на чертеже не показано) потока. Оболочки 1, 2, 5, 7 и первичные ускорители 12 соединены между собой перемычками. The wind power installation is made in the form of an energy unit containing a central shell 1, an annular front shell 2 with at least one inlet channel 3. The shell 2 forms with the central shell 1 a small diffuser output channel 4. In addition, the power unit has an annular outer shell 5, forming with a Central shell 1 a large diffuser-confuser channel 6. The power unit is also equipped with an additional annular shell 7, forming with tapering with the outer surfaces of the front 2 and Central 1 shells - the expanding first intermediate channel 8, communicated in the intermediate part with a small output diffuser channel 4, and with the inner surface of the outer shell 5, the second intermediate channel 9, communicated together with the first intermediate channel 8 with a large diffuser-confuser channel 6. The power unit has at least at least one turbine 10, located in a large diffuser-confuser channel 6, and mechanically connected to a generator 11 located in the Central shell 1. The term "generator" here should be understood not only generator electric current, but any device for converting mechanical energy into any kind of energy convenient for use in particular circumstances. This can be, for example, a pump in the hydraulic drive system, a pneumatic drive compressor, etc. At the entrance to the channels 3, 8, 9, primary flow accelerators 12 with guiding apparatuses for twisting (not shown) the flow are installed. Shells 1, 2, 5, 7 and primary accelerators 12 are interconnected by jumpers.
Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Wind power installation works as follows.
Свободный воздушный поток, движущийся вдоль поверхности наружной оболочки установки, за счет эжекции создает разрежение на донном срезе установки. Причем зона эффективного влияния этого потока, участвующего в создании разрежения, составляет не менее одного диаметра донного среза установки, то есть в этом процессе участвует кольцевой воздушный поток, наибольший диаметр которого не менее трех диаметров донного среза установки. The free air flow moving along the surface of the outer shell of the installation, due to ejection, creates a vacuum at the bottom section of the installation. Moreover, the zone of effective influence of this flow, which is involved in creating a vacuum, is at least one diameter of the bottom section of the installation, that is, an annular air flow is involved in this process, the largest diameter of which is at least three diameters of the bottom section of the installation.
Энергию этого потока можно определить при помощи первого закона термодинамики или рассчитать по формуле для определения упругой энергии газа, или другими известными способами. The energy of this flow can be determined using the first law of thermodynamics or calculated by the formula for determining the elastic energy of the gas, or by other known methods.
Поступающий во входные сечения каналов 3, 8, 9 и первичных ускорителей 12 воздушный поток обладает определенным запасом энергии, рассчитываемой известными способами. The air flow entering the input sections of the channels 3, 8, 9 and primary accelerators 12 has a certain amount of energy calculated by known methods.
Под воздействием двух потоков энергии, со стороны входных каналов и со стороны донного среза, воздушный поток, пройдя минимальное сечение канала 9, образованного центральной оболочкой 1 и кольцевой наружной оболочкой 5, достигает максимально эффективной скорости и плотности. То есть кинетическая энергия потока резко возрастает, и этот процесс связан с уменьшением энтальпии потока. Соответственно с ростом скорости происходит понижение давления в этом сечении, величину которого обозначим P1. Это давление будет ниже, чем давление Р0 в свободном потоке. Давление в выходном сечении канала 9 также будет равно P1. Следовательно, на воздушный канал 9 воздействуют также две энергии - одна со стороны выходного сечения канала 9, другая со стороны его входного сечения каналов 3, 8, 9. Векторы воздействия этих энергий на поток совпадают. Взаимодействие этих энергий приведет к возрастанию скорости в выходном сечении диффузорно-конфузорного канала 9 (расчет последовательно расположенных сопел Лаваля) и соответствующему понижению суммарного давления в этой зоне. Падение суммарного давление в выходном сечении воздушного канала 9 компенсируется высокой скоростью потока и моментом сил, действующим на расположенную в большом диффузорно-конфузорным канале турбину, механически связанную с генератором. Кинетическая энергия на турбине 10 представляет собой располагаемую работу, которая будет преобразована во вращение турбины 10 и связанных с ней электрических генераторов 11. В зонах с пониженной скоростью ветра энергоустановка оснащается первичными ускорителями потока 12, предназначенными для локального ускорения потока, подаваемого во входные сечения каналов 3, 8,9.Under the influence of two energy flows, from the input channels and from the bottom section, the air stream, having passed the minimum section of the channel 9 formed by the central shell 1 and the annular outer shell 5, reaches the maximum effective speed and density. That is, the kinetic energy of the flow increases sharply, and this process is associated with a decrease in the flow enthalpy. Accordingly, with an increase in velocity, a decrease in pressure occurs in this section, the value of which is denoted by P 1 . This pressure will be lower than the pressure P 0 in the free flow. The pressure in the output section of the channel 9 will also be equal to P 1 . Consequently, two energies also act on the air channel 9 — one from the side of the output section of the channel 9, and the other from the side of its input section of the channels 3, 8, 9. The vectors of the impact of these energies on the flow coincide. The interaction of these energies will lead to an increase in the velocity in the outlet section of the diffuser-confuser channel 9 (calculation of successively arranged Laval nozzles) and a corresponding decrease in the total pressure in this zone. The drop in the total pressure in the outlet section of the air channel 9 is compensated by the high flow rate and the moment of force acting on the turbine mechanically connected to the generator located in the large diffuser-confuser channel. The kinetic energy on the turbine 10 is the available work, which will be converted into rotation of the turbine 10 and the associated electric generators 11. In areas with reduced wind speed, the power plant is equipped with primary flow accelerators 12, designed to locally accelerate the flow supplied to the input sections of the channels 3 8.9.
Процессы преобразования энергии в каналах установки идентичны процессам, происходящим в соплах Лаваля, и минимальное давление потока в рабочей зоне турбины будет равно Р3=0,528 Р0 или несколько выше в зависимости от скорости свободного потока. Воздушные турбины работоспособны даже при незначительных перепадах давления, и установка будет работать при скоростях свободного воздушного потока V0= 5...6 м/с, но количество выработанной электроэнергии будет меньше.The processes of energy conversion in the installation channels are identical to the processes occurring in Laval nozzles, and the minimum flow pressure in the turbine working zone will be P 3 = 0.528 P 0 or slightly higher depending on the free flow rate. Air turbines are operable even with slight pressure drops, and the installation will work at free air flow velocities V 0 = 5 ... 6 m / s, but the amount of generated electricity will be less.
Таким образом, в отличие от прототипа в данной установке наиболее полно используется эффект ускорения потока в соплах, и тем самым более полно используется синергический эффект действия композиции свободных потоков - внешнего и внутренних, который превышает суммарный эффект действия каждого потока в отдельности. Thus, unlike the prototype, in this installation the effect of flow acceleration in nozzles is most fully used, and thereby the synergistic effect of the composition of free flows — external and internal — is more fully used, which exceeds the total effect of each stream separately.
Предлагаемые ветроэнергетические установки наиболее эффективно использовать в районах со средними скоростями ветра, например на островах, морском побережье, в горах и т.п. В районах, где скорости ветра невелики, можно использовать установки с первичным ускорителем потока. The proposed wind power plants are most efficiently used in areas with average wind speeds, for example, on islands, the sea coast, in the mountains, etc. In areas where wind speeds are low, installations with a primary flow accelerator can be used.
Существующий уровень развития электротехники позволяет применять в установке практически без каких-либо изменений серийно выпускаемые промышленностью высокооборотные электрические генераторы, также серийно выпускаются воздушные турбины, например воздушные турбины энергетических установок самолетов и других летательных аппаратов, узлы турбодетандеров и пр. Целесообразно изготавливать турбогенераторные узлы в сборе, т.е. в полной заводской готовности для сокращения затрат времени и средств на монтаж установок на месте их эксплуатации. Вес высокооборотного электрогенератора мощностью 1000 кВт не превышает 700 кг, а общий вес турбогенераторного узла такой мощности будет составлять чуть больше одной тонны. Оболочки установок могут изготовляться из различных материалов по давно отработанным технологиям в зависимости от мощности и типа установки - композитных материалов, проката алюминиевых сплавов, пластмасс и др. материалов. Оболочки могут быть сборными из сегментов, надувными и пр. The current level of development of electrical engineering makes it possible to use high-speed electric generators commercially available from the industry practically without any changes in the installation, and air turbines, for example, air turbines of power plants of aircraft and other aircraft, turbine expansion units, etc. are also commercially available. those. in full factory readiness to reduce the cost of time and money for installation of installations at the place of their operation. The weight of a high-speed electric generator with a capacity of 1000 kW does not exceed 700 kg, and the total weight of the turbogenerator unit of such power will be a little more than one ton. Shells of plants can be made of various materials according to long-established technologies, depending on the capacity and type of installation — composite materials, rolled aluminum alloys, plastics, and other materials. Shells can be prefabricated from segments, inflatable, etc.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102783/06A RU2205977C1 (en) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | Wind-driven electric plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102783/06A RU2205977C1 (en) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | Wind-driven electric plant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2205977C1 true RU2205977C1 (en) | 2003-06-10 |
Family
ID=29211455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002102783/06A RU2205977C1 (en) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | Wind-driven electric plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2205977C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008043367A1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-17 | Vadim Konstantinovich Gorin | Aerodynamic wind-driven powerplant |
| US8376686B2 (en) | 2007-03-23 | 2013-02-19 | Flodesign Wind Turbine Corp. | Water turbines with mixers and ejectors |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2929734A1 (en) * | 1979-07-23 | 1981-02-12 | Alfred Rosch | Wind powered jet turbine - has casing with aerodynamic inner wall and generator housing coupled to turbine casing by transverse girders |
| WO1997041351A1 (en) * | 1996-04-30 | 1997-11-06 | Mezhdunarodny Fond Konversii | Method for converting air-flow energy and device for realising the same |
| RU2124142C1 (en) * | 1998-03-25 | 1998-12-27 | Орлов Игорь Сергеевич | Wind-driven electric plant |
| RU2155271C1 (en) * | 1999-03-19 | 2000-08-27 | Орлов Игорь Сергеевич | Environment cooling and steam condensing plant |
-
2002
- 2002-02-05 RU RU2002102783/06A patent/RU2205977C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2929734A1 (en) * | 1979-07-23 | 1981-02-12 | Alfred Rosch | Wind powered jet turbine - has casing with aerodynamic inner wall and generator housing coupled to turbine casing by transverse girders |
| WO1997041351A1 (en) * | 1996-04-30 | 1997-11-06 | Mezhdunarodny Fond Konversii | Method for converting air-flow energy and device for realising the same |
| RU2124142C1 (en) * | 1998-03-25 | 1998-12-27 | Орлов Игорь Сергеевич | Wind-driven electric plant |
| RU2155271C1 (en) * | 1999-03-19 | 2000-08-27 | Орлов Игорь Сергеевич | Environment cooling and steam condensing plant |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008043367A1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-17 | Vadim Konstantinovich Gorin | Aerodynamic wind-driven powerplant |
| US8376686B2 (en) | 2007-03-23 | 2013-02-19 | Flodesign Wind Turbine Corp. | Water turbines with mixers and ejectors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2124142C1 (en) | Wind-driven electric plant | |
| US4298311A (en) | Two-phase reaction turbine | |
| US4336693A (en) | Refrigeration process using two-phase turbine | |
| CA1314787C (en) | Pelton turbine | |
| RU2684855C2 (en) | Device for generating electric power and system, including such device | |
| US20090015018A1 (en) | Flow Stream Momentum Conversion Device Power Rotor | |
| KR20110114493A (en) | Tunnel turbine system that generates potential energy from inactive kinetic energy | |
| US20130011251A1 (en) | Turbine with radial inlet and outlet rotor for use in bidirectional flows | |
| US6354800B1 (en) | Dual pressure Euler turbine | |
| RU2186244C1 (en) | Windmill-electric generating plant | |
| RU2205977C1 (en) | Wind-driven electric plant | |
| RU2230218C2 (en) | Wind-driven electric plant | |
| RU2230219C1 (en) | Method of and wind-driven electric plant for conversion of energy of free air flow | |
| CA2236219A1 (en) | Power generator driven by environment's heat | |
| WO2008044967A1 (en) | Method for producing additional power by the multiple conversion thereof in a closed circuit for circulating a working body and a device for carrying g out said method | |
| US20050132700A1 (en) | Converting energy from flowing fluids into electrical energy | |
| WO2010071976A1 (en) | Multiple augmented turbine assembly | |
| Mahardika et al. | Analysis of the Effect of Additional Number of 24, 26 And 28 Blade of Pelton Turbine from PLA to Turbine Performance | |
| JPH04121459A (en) | Hydraulic turbine for low flow rate | |
| RU2551145C1 (en) | Method to produce wind energy and convert it into other types of energy and wind-energy device for its realisation | |
| CN110195681A (en) | A kind of two-way hydraulic turbine of ocean power generation device | |
| KR20030009015A (en) | Spiral turbine multistage arrangement dynmo builing system | |
| RU2199022C1 (en) | Windmill-electric generating plant | |
| RU2108488C1 (en) | Vortex machine | |
| Bag | A REVIEW ON COMPOUNDING OF STEAM TURBINE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040206 |