[go: up one dir, main page]

RU2631587C2 - Sail horizontal wind-driven turbine - Google Patents

Sail horizontal wind-driven turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2631587C2
RU2631587C2 RU2015139957A RU2015139957A RU2631587C2 RU 2631587 C2 RU2631587 C2 RU 2631587C2 RU 2015139957 A RU2015139957 A RU 2015139957A RU 2015139957 A RU2015139957 A RU 2015139957A RU 2631587 C2 RU2631587 C2 RU 2631587C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
wind
walls
sailing
sails
Prior art date
Application number
RU2015139957A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015139957A (en
Inventor
Сергей Николаевич Загребельный
Original Assignee
Сергей Николаевич Загребельный
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 Сергей Николаевич Загребельный filed Critical Сергей Николаевич Загребельный
Priority to RU2015139957A priority Critical patent/RU2631587C2/en
Publication of RU2015139957A publication Critical patent/RU2015139957A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2631587C2 publication Critical patent/RU2631587C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D5/00Other wind motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • 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
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30Wind power
    • 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

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)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: sail horizontal wind-driven turbine consists of two parallel walls, hiding the lower half of rotor from wind and having along the walls a pile of soil at an angle of 30° to the horizon, a roof in the form of canopy of diamond-shaped cross-section that covers walls so that between the walls and the roof there is a rotor consisting of a shaft on which two sidewalls are rigidly fixed, representing asterisks having 4 or more rays, the ends of rays are connected by external tubular beams and inside the sidewall of the rotor are connected by an internal beam in the form of pipe coaxial with the rotor shaft and forming a rigid rotor frame which additionally has an annular rim, centered and controlled by lanyards to support the whole rotor construction by rollers, which has radial blades, consisting of sails, mounted on plastic elastic frames, which are able to rotate freely along its axis in the joints of external beams and in joints of internal beam, passing through which sail axis end with levers which are pivotally united by control rods, having rollers on their ends, propped up from two side with control dials, pivotally connected with control jacks, which operate synchronously after the signal from force sensor and wind direction, changing the angle of attack and sailage of sails from maximum to zero.
EFFECT: increasing the coefficient of wind energy use.
3 cl, 7 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к ветроэнергетике.The present invention relates to wind energy.

Парусная горизонтальная ветросиловая турбина содержит стационарный корпус здания, которое состоит из двух параллельных стен значительной протяженности, имеющих вдоль стен, с наружных сторон, отсыпку грунта под углом в 30° к горизонту.Sailing horizontal wind-driven turbine contains a stationary building building, which consists of two parallel walls of considerable length, which along the walls, from the outside, fill the soil at an angle of 30 ° to the horizontal.

Крыша здания выполнена в виде навеса ромбообразного сечения, служит для защиты турбины от атмосферного воздействия и используется как средство для направления, ускорения и уплотнения воздушного потока.The roof of the building is made in the form of a canopy of a rhomboid cross-section, serves to protect the turbine from weathering and is used as a means to direct, accelerate and seal the air flow.

В здании горизонтально установлен ротор с возможностью вращения на валу ротора. На валу ротора жестко закреплены две боковины, представляющие из себя четырех-, пяти- или шестилучевые звездочки, концы лучей которых соединены наружными трубчатыми балками, а внутри боковины ротора соединяются внутренней балкой в виде трубы большого диаметра, соосной с валом ротора и образующей жесткий каркас ротора.The rotor is mounted horizontally in the building with the possibility of rotation on the rotor shaft. Two sidewalls are rigidly fixed on the rotor shaft, consisting of four-, five- or six-beam sprockets, the ends of the beams of which are connected by external tubular beams, and inside the rotor sidewall they are connected by an internal beam in the form of a large-diameter pipe, coaxial with the rotor shaft and forming a rigid rotor frame .

В зависимости от длины вала ротора ротор дополнительно имеет кольцевые обода, центрируемые и регулируемые талрепами и служащие для поддержки, на роликовых опорах, всей конструкции ротора.Depending on the length of the rotor shaft, the rotor additionally has annular rims, centered and adjustable by turnbuckles and serving to support, on roller bearings, the entire rotor structure.

Ротор имеет 4, 5 или 6 элементов радиальных лопастей, состоящих из ряда парусов, закрепленных на валу ротора шарнирно в наружной и внутренней балках. Элементы радиальных парусов расположены на равных расстояниях друг от друга. Каждый элемент радиальных парусов содержит опорные шарниры, каркас и парус. Ветровая лопасть имеет такую форму, чтобы захватывать поток воздуха, направленный на нее, с любого направления путем изменения угла атаки парусов, что вызывает перемещение лопасти и возникновение вращающей силы на валу ротора. В результате чего ротор вращается относительно своей продольной оси.The rotor has 4, 5 or 6 elements of radial blades, consisting of a series of sails, mounted on the rotor shaft pivotally in the outer and inner beams. Elements of radial sails are located at equal distances from each other. Each element of the radial sails contains supporting hinges, frame and sail. The wind blade has such a shape that it captures the air flow directed at it from any direction by changing the angle of attack of the sails, which causes the blade to move and the appearance of a rotational force on the rotor shaft. As a result, the rotor rotates about its longitudinal axis.

Элементы радиальных парусов шарнирно соединены между собой, на своих внутренних концевых участках осей вращения, при помощи рычагов с управляющей тягой. Управляющие тяги для каждой лопасти имеют на концах ролики. Ролики располагаются между управляющими дисками. Управляющие диски плотно прижимаются к роликам домкратами с гидравлическим либо винтовым приводом. Диски приводятся в движение синхронно в автоматическом режиме по команде от датчика направления и силы ветра, обеспечивая парусам оптимальный угол атаки. Также каждая лопасть может иметь индивидуальный электропривод управления парусами. Диски управления, воздействуя через ролики на тягу управления, при изменении направления ветра изменяют угол атаки парусов в активной фазе на оптимальный при умеренных ветрах и снижают парусность до нулевой при ураганных ветрах. Нулевая парусность устанавливается также и при пассивной фазе движения парусов.The elements of the radial sails are pivotally connected to each other, at their inner end sections of the axis of rotation, using levers with a control rod. The control rods for each blade have rollers at the ends. The rollers are located between the control disks. The control discs are pressed tightly against the rollers with hydraulic or screw jacks. The disks are driven synchronously in automatic mode by a command from the direction and force sensor, providing the sails with an optimal angle of attack. Also, each blade can have an individual electric sail control. The control disks, acting through the rollers on the control rod, when changing the direction of the wind, change the angle of attack of the sails in the active phase to optimal for moderate winds and reduce windage to zero in hurricane winds. Zero windage is also established in the passive phase of sail movement.

При направлении ветра параллельно оси вращения ротора парусная горизонтальная ветросиловая турбина переходит в режим работы как винтовая. При этом незначительно будет снижаться эффективность работы парусов, но именно поэтому, для обеспечения постоянной мощности при любых направлениях ветра, предусматривается одновременное использование пары установок с расположением их на местности под углом 90° относительно друг друга и на расстоянии, исключающем создание ветровой тени.When the direction of the wind is parallel to the axis of rotation of the rotor, the sailing horizontal wind power turbine goes into operation as a screw. At the same time, the performance of the sails will slightly decrease, but that is why, to ensure constant power in all directions of the wind, it is envisaged to use a couple of installations at the same time with their location on the ground at an angle of 90 ° relative to each other and at a distance that excludes the creation of a wind shadow.

Длина парусной ветросиловой турбины может быть увеличена соединением нескольких отдельных концевых и промежуточных секций. Для удобства ремонта, осмотра и обслуживания внутренняя балка ротора может иметь монтажные окна.The length of a sailing wind turbine can be increased by connecting several separate end and intermediate sections. For the convenience of repair, inspection and maintenance, the inner beam of the rotor may have mounting windows.

Парусная горизонтальная ветросиловая турбина по настоящему изобретению предлагает несколько преимуществ:Sailing horizontal wind power turbine of the present invention offers several advantages:

- может быть установлена на горизонтальных или наклонных поверхностях;- can be installed on horizontal or inclined surfaces;

- имеет горизонтальную конфигурацию;- has a horizontal configuration;

- имеет модульную конфигурацию (бок о бок);- has a modular configuration (side by side);

- конструкция укрытия защищает от атмосферных осадков;- shelter design protects from atmospheric precipitation;

- имеет лопасти, состоящие из управляемых парусов, регулируемые так, чтобы увеличить парусность максимально или снизить до нулевой;- has blades, consisting of guided sails, adjustable so as to increase the windage as much as possible or reduce to zero;

- каждая секция турбины имеет длину 100 метров (однако этот размер может меняться);- each section of the turbine has a length of 100 meters (however, this size may vary);

- конструкция имеет высокую прочность;- the design has high strength;

- малая высота конструкции упрощает доступ к компонентам;- low construction height simplifies access to components;

- может быть установлена на пустынных, горных участках, не пригодных для сельскохозяйственного использования;- can be installed in desert, mountainous areas not suitable for agricultural use;

- при заданном размере конструкции не используется спецтранспорт для перевозки крупногабаритных элементов конструкции и при сборке не требуется специальная высотная техника;- at a given size of the structure, special vehicles are not used for transportation of large-sized structural elements and special assembly equipment is not required during assembly;

- может генерировать энергию при скорости ветра ниже 5 м/с, что составляет около 80% ветров в некоторых районах;- It can generate energy at wind speeds below 5 m / s, which is about 80% of winds in some areas;

- способна противостоять ветрам со скоростью более 50 м/с;- able to withstand winds with a speed of more than 50 m / s;

- использование установок в паре обеспечивает стабильную работу при любом направлении ветра и улучшает эффективность генерации энергии;- the use of installations in pairs ensures stable operation in any direction of the wind and improves the efficiency of energy generation;

- использование установок в паре позволяет проводить регламентные работы, ремонт и обслуживание поочередно без полной остановки генерации;- the use of units in pairs allows for routine maintenance, repair and maintenance in turn without a complete stop of generation;

- конструкция установки легко доступна для технического обслуживания;- the design of the installation is easily accessible for maintenance;

- в случае повреждения паруса он может быть легко заменен;- in case of damage to the sail, it can be easily replaced;

- разборка конструкции установки возможна без привлечения спецтехники;- disassembly of the installation design is possible without the involvement of special equipment;

- простое техническое обслуживание;- simple maintenance;

- низкая стоимость;- low cost;

- общий размер может регулироваться для конкретных условий применения;- the total size can be adjusted for specific application conditions;

- простота изготовления;- ease of manufacture;

- может переносить штормовые порывы ветра и воздействие ударной волны;- can tolerate gusts of wind and shock;

- установки с малой, средней и большой мощностью могут быть сконструированы по одной концепции, просто путем соответствующего масштабирования компонентов;- Installations with low, medium and high power can be designed according to one concept, simply by appropriate scaling of the components;

- запасные части легко доступны и могут быть получены в течение короткого времени;- spare parts are readily available and can be obtained in a short time;

- установка содержит контроллер для управления упомянутой парусной горизонтальной ветросиловой турбиной в автоматическом режиме;- the installation includes a controller for controlling said sailing horizontal wind turbine in automatic mode;

- контроллер обеспечивает оптимальные углы атаки парусов в активной фазе движения и снижает ее парусность до нулевой при пассивном движении, а также содержит датчики, прикрепленные к упомянутому контроллеру для контроля скорости, направления потока воздуха, шума и вибрации.- the controller provides optimal angles of attack of the sails in the active phase of movement and reduces its windage to zero during passive movement, and also contains sensors attached to the said controller to control speed, direction of air flow, noise and vibration.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к парусной горизонтальной ветросиловой турбине большой мощности с повышенной устойчивостью к разрушающей силе ветра, предназначенной для преобразования кинетической энергии ветра в механическую и генерации электроэнергии.The invention relates to a high power sailing horizontal wind power turbine with increased resistance to destructive force of the wind, intended for converting kinetic wind energy into mechanical and generating electricity.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Известны различные ветродвигатели и ветроколеса как винтового, так и парусного действия, однако для ветродвигателей и ветроколес винтового действия в погоне за мощностью требуется сооружение все более высоких башен или мачт, достигающих сотен метров, тогда как направление и сила ветра в разных по высоте слоях атмосферы могут значительно отличаться.Various wind engines and wind wheels of both helical and sailing action are known, however, for wind engines and screw wind wheels in pursuit of power, the construction of ever higher towers or masts reaching hundreds of meters is required, while the direction and strength of the wind in different atmospheric layers can vary significantly.

При этом снижается устойчивость и увеличивается вероятность создания серьезных аварийных ситуаций при разрушающей силе ветра. Кроме того, они имеют ограниченный диапазон от начала работы, повышенный уровень создаваемого шума, создают опасность для стай птиц и летательных аппаратов, требуют большой охранной территории и др.At the same time, stability decreases and the likelihood of creating serious emergencies with the destructive force of the wind increases. In addition, they have a limited range from the beginning of work, an increased level of generated noise, create a danger to flocks of birds and aircraft, require a large security area, etc.

Поэтому более предпочтительным является использование безопасных ветровых турбин (ветроколес) парусного действия с горизонтальным валом, при использовании которых устраняются указанные недостатки.Therefore, it is more preferable to use safe wind turbines (wind wheels) of sailing action with a horizontal shaft, the use of which eliminates these disadvantages.

Турбины парусного действия сравнительно с винтовыми могут быть большей мощности и при этом значительно устойчивее к разрушительной силе ветра.Sailing turbines compared to screw ones can be of greater power and at the same time much more resistant to the destructive force of the wind.

При изменении направления ветра изменяется, в автоматическом режиме, только угол атаки парусов. Вся установка стационарна и остается на местности неподвижной.When the wind direction changes, in the automatic mode, only the angle of attack of the sails changes. The entire installation is stationary and remains stationary on the ground.

При направлении ветра параллельно оси вращения ротора ветротурбина переходит в режим работы как винтовая. При этом незначительно будет снижаться эффективность работы парусов, но именно поэтому, для обеспечения постоянной мощности при любых направлениях ветра, предусматривается одновременное использование пары установок с расположением их на местности под углом 90° относительно друг друга и на расстоянии, исключающем создание ветровой тени.When the direction of the wind is parallel to the axis of rotation of the rotor, the wind turbine goes into operation as a screw. At the same time, the performance of the sails will slightly decrease, but that is why, to ensure constant power in all directions of the wind, it is envisaged to use a couple of installations at the same time with their location on the ground at an angle of 90 ° relative to each other and at a distance that excludes the creation of a wind shadow.

Наиболее близкой к предлагаемой является горизонтальная ветросиловая турбина по патенту №2539945, автор патента КУИНТАЛ Реджин.Closest to the proposed is a horizontal wind turbine according to patent No. 2539945, the author of the patent QUINTAL Regin.

Турбина, раскрытая в этом патенте, малой мощности. При изменении направления ветра подразумевается разворот всей установки на платформе неизвестной конструкции, не имеет механизма изменения угла атаки лопастей, лопасти в неактивной фазе движения, создают тормозящий эффект.The turbine disclosed in this patent is of low power. When changing the direction of the wind, the whole installation is assumed to be turned on a platform of an unknown design, it does not have a mechanism for changing the angle of attack of the blades, the blades in the inactive phase of movement create a braking effect.

Enercon Е-126 - ветрогенератор производства немецкой компании Enercon. Полная высота - 198 м, а установка ВСУ допускается на расстоянии не менее 5 их высот от ближайших жилых строений. Мощность энергоустановки стоимостью 11 млн. евро составляет 7,58 МВт, и она имеет штормовое ограничение скорости ветра в 34 м/с. При превышении данной скорости установка будет разрушена. Срок эксплуатации составляет около 10-20 лет.Enercon E-126 is a wind generator manufactured by the German company Enercon. The total height is 198 m, and the installation of the APU is allowed at a distance of at least 5 of their heights from the nearest residential buildings. The capacity of a power plant worth 11 million euros is 7.58 MW, and it has a storm limitation of wind speed of 34 m / s. If this speed is exceeded, the installation will be destroyed. The service life is about 10-20 years.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Характерной особенностью настоящего изобретения является обеспечение парусной горизонтальной ветросиловой турбины, в которой в значительной мере преодолены недостатки существующих горизонтальных ветровых турбин, упомянутые выше.A characteristic feature of the present invention is the provision of a sailing horizontal wind power turbine, in which the disadvantages of the existing horizontal wind turbines mentioned above have been largely overcome.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение парусной горизонтальной ветросиловой турбины, отличающейся тем, что конструкция ротора имеет уникальную форму, что позволяет работать как при очень низких, так и очень высоких скоростях ветра.Another feature of the present invention is the provision of a sailing horizontal wind power turbine, characterized in that the rotor design has a unique shape, which allows you to work both at very low and very high wind speeds.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение парусной горизонтальной ветросиловой турбины, которая может работать при любых направлениях ветра без перемещения турбины.Another feature of the present invention is the provision of a sailing horizontal wind power turbine that can operate in any wind direction without moving the turbine.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение парусной горизонтальной ветросиловой турбины, для монтажа которой не требуется высотная спецтехника и для обслуживания не требуется персонал высокой квалификации.Another feature of the present invention is the provision of a horizontal sailing wind turbine, for the installation of which high-altitude special equipment is not required and highly skilled personnel are not required for maintenance.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение парусной горизонтальной ветросиловой турбины, которая может управляться автоматически модулем программируемого контроллера.Another feature of the present invention is the provision of a horizontal sailing wind power turbine that can be controlled automatically by a programmable controller module.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение парусной горизонтальной ветросиловой турбины, которая может быть соединена последовательно из боковых и промежуточных секций, расположенных друг за другом.Another feature of the present invention is the provision of a horizontal sailing wind turbine, which can be connected in series from the side and intermediate sections located one after another.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение парусной горизонтальной ветросиловой турбины, имеющей конструктивно расположенную крышу ромбообразного сечения и отсыпку грунта вдоль стен, которые обеспечивают уплотнение и ускорение потока воздуха, входящего в турбину.Another feature of the present invention is the provision of a sailing horizontal wind power turbine having a structurally located roof of a rhomboid cross-section and filling the soil along the walls, which provide a seal and accelerate the flow of air entering the turbine.

В соответствии с особенностями, перечисленными выше, настоящее изобретение в широком смысле обеспечивает парусную горизонтальную ветросиловую турбину, включающую в себя стационарный корпус здания и средство направления потока воздуха. В здании горизонтально установлен ротор с возможностью вращения. Ротор имеет 4 или более элементов радиальных лопастей, состоящих из парусов, закрепленных на валу ротора шарнирно в наружных и внутренней балках. Элементы радиальных парусов расположены на равных расстояниях друг от друга. Каждый элемент радиальных парусов содержит опорные шарниры, каркас и парус. Ветровая лопасть имеет такую форму, чтобы захватывать поток воздуха, направленный на нее, с любого направления путем изменения угла атаки парусов, что вызывает перемещение лопасти и возникновение вращающей силы на валу ротора. В результате чего ротор вращается относительно своей продольной оси.In accordance with the features listed above, the present invention in a broad sense provides a sailing horizontal wind power turbine including a stationary building body and means for directing air flow. In the building, a rotor is installed horizontally with the possibility of rotation. The rotor has 4 or more elements of radial blades, consisting of sails mounted pivotally on the rotor shaft in the outer and inner beams. Elements of radial sails are located at equal distances from each other. Each element of the radial sails contains supporting hinges, frame and sail. The wind blade has such a shape that it captures the air flow directed at it from any direction by changing the angle of attack of the sails, which causes the blade to move and the appearance of a rotational force on the rotor shaft. As a result, the rotor rotates about its longitudinal axis.

Элементы радиальных парусов шарнирно соединены между собой на своих внутренних концевых участках осей вращения при помощи рычагов с управляющей тягой. Управляющие тяги для каждой лопасти имеют на концах ролики, зажатые между управляющими дисками. Диски приводятся в движение синхронно в автоматическом режиме по команде от датчика направления и силы ветра, обеспечивая парусам оптимальный угол атаки. Крыша ромбообразного профиля служит для защиты сооружения от атмосферных осадков и служит как средство направления, ускорения и уплотнения потока воздуха в рабочий воздушный проем, чтобы воздействовать на ветровые лопасти. В результате чего ветровые лопасти смещаются под действием аэродинамического сопротивления. При направлении ветра вдоль оси вращения ротора воздушные массы проникают через торцевые проемы здания установки, и ветросиловая турбина работает как винтовая.The elements of the radial sails are pivotally connected to each other on their inner end sections of the axis of rotation using levers with a control rod. The control rods for each blade have rollers at the ends sandwiched between the control disks. The disks are driven synchronously in automatic mode by a command from the direction and force sensor, providing the sails with an optimal angle of attack. The roof of the diamond-shaped profile serves to protect the structure from atmospheric precipitation and serves as a means of directing, accelerating and sealing the air flow into the working air opening in order to act on the wind blades. As a result, the wind blades are displaced by aerodynamic drag. When the direction of the wind along the axis of rotation of the rotor, the air masses penetrate through the end openings of the installation building, and the wind power turbine works like a screw.

В одном конкретном варианте осуществления упомянутая ветросиловая турбина может соединяться посредством полумуфт из модулей при сборке в виде последовательно соединенных турбин, расположенных друг за другом.In one particular embodiment, said wind turbine may be coupled by means of half couplings of modules during assembly in the form of series-connected turbines arranged one after another.

Еще в одном конкретном варианте осуществления паруса могут быть исполнены из пластика, усиленного ребрами жесткости.In another specific embodiment, the sails can be made of plastic reinforced with stiffeners.

Еще в одном конкретном варианте осуществления две или несколько упомянутых ветросиловых турбин, при сложном рельефе и невозможности расположения модулей на одной линии, располагают бок о бок с соединением их валов роторов при помощи гибкой связи для образования единого вала ротора, приводимого в движение упомянутыми двумя или несколькими ветросиловыми турбинами.In another specific embodiment, two or more of the aforementioned wind power turbines, with a difficult topography and the impossibility of placing the modules on the same line, are placed side by side with the connection of their rotor shafts by means of flexible coupling to form a single rotor shaft driven by the two or more wind power turbines.

Еще в одном конкретном варианте осуществления упомянутая парусная ветросиловая установка может быть использована для безредукторной генерации электроэнергии.In another specific embodiment, said sailing wind power installation can be used for direct generation of electricity.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание особо прочной стационарной ветроустановки, способной сохранять работоспособность при любом ветре, по мощности превышающей все известные аналоги за счет использования парусов большой площади, с возможностью безредукторной генерации электроэнергии.The problem to which the invention is directed is to create a particularly durable stationary wind turbine capable of maintaining operability in any wind, exceeding all known analogues in terms of power by using large-area sails, with the possibility of direct electric power generation.

Данная задача решается за счет того, что заявленное изобретение - парусная горизонтальная ветросиловая турбина - представляет собой наземное сооружение с размещаемым внутри ротором, который собирается из концевых и промежуточных секций и может достигать значительной длины с возможностью размещения на валу ротора большой площади парусов и соответственно захвата значительных масс воздуха, при этом нижняя, неактивная часть парусов скрывается от набегающего потока воздуха стенами, имеющими 30° отсыпку грунта вдоль стен для снижения уровня нежелательных вихревых потоков и ромбообразного профиля крышу, снижающую воздействие атмосферных осадков и, совместно с отсыпкой грунта, способствующую уплотнению воздушного потока.This problem is solved due to the fact that the claimed invention - a horizontal sailing wind turbine - is a ground structure with a rotor placed inside, which is assembled from end and intermediate sections and can reach a considerable length with the possibility of placing a large area of sails on the rotor shaft and, accordingly, capture significant air masses, while the lower, inactive part of the sails is hidden from the incoming air flow by walls having a 30 ° bed of soil along the walls to reduce the level of undesirable eddy currents and the diamond-shaped profile of the roof, reducing the effects of precipitation and, together with soil dumping conducive seal air flow.

Средняя часть ротора, имея кольцевые обода на каждой промежуточной секции, опирается ими на поддерживающие роликовые опоры.The middle part of the rotor, having annular rims on each intermediate section, is supported by them on supporting roller bearings.

Ротор имеет не менее 4 лопастей, каждая из которых состоит из ряда парусов на упругих пластиковых каркасах трапециевидной формы с возможностью вращаться относительно собственной продольной оси в шарнирах наружных и внутренней трубчатых балок жесткого каркаса ротора, при этом каждая ось каркаса паруса во внутренней балке заканчивается рычагом. Все рычаги каждой лопасти шарнирно соединяются с управляющей тягой, которая имеет на концах ролики, упирающиеся в диски управления.The rotor has at least 4 blades, each of which consists of a series of sails on trapezoidal elastic plastic frames with the ability to rotate relative to its own longitudinal axis in the hinges of the outer and inner tubular beams of the rigid rotor frame, with each axis of the sail frame in the inner beam ending with a lever. All levers of each blade are pivotally connected to the control rod, which has rollers at the ends that abut against the control disks.

Диски управления шарнирно удерживаются домкратами и двигаются синхронно и, воздействуя через ролики на тягу управления, при изменении направления ветра изменяют угол атаки парусов в активной фазе на оптимальный при умеренных ветрах и снижают парусность до нулевой при ураганных ветрах. Нулевая парусность устанавливается также и при пассивной фазе движения парусов.The control discs are pivotally held by the jacks and move synchronously and, acting through the rollers on the control rod, when the wind direction changes, the angle of attack of the sails in the active phase is changed to optimal in moderate winds and reduce windage to zero in hurricane winds. Zero windage is also established in the passive phase of sail movement.

При направлении ветра параллельно оси вращения ротора парусная горизонтальная ветросиловая турбина переходит в режим работы как винтовая. При этом незначительно будет снижаться эффективность работы парусов, но именно поэтому, для обеспечения постоянной мощности при любых направлениях ветра, предусматривается одновременное использование пары установок с расположением их на местности под углом 90° относительно друг друга и на расстоянии, исключающем создание ветровой тени.When the direction of the wind is parallel to the axis of rotation of the rotor, the sailing horizontal wind power turbine goes into operation as a screw. At the same time, the performance of the sails will slightly decrease, but that is why, to ensure constant power in all directions of the wind, it is envisaged to use a couple of installations at the same time with their location on the ground at an angle of 90 ° relative to each other and at a distance that excludes the creation of a wind shadow.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТTECHNICAL RESULT

Достигаемый технический результат заключается в оптимальном использовании больших масс воздуха одной установкой, повышении удобства и безопасности монтажа, технологичности и простоте сборки из секций установок различной мощности, высокой механической прочности всех элементов конструкции, низком уровне шума при работе, удобстве и доступности для ремонта и обслуживания, обеспечении безопасной и эффективной эксплуатации в случае ураганной силы ветра без необходимости затормаживания, возможности использования для безредукторной генерации электроэнергии с низкой себестоимостью, а также высокой надежности и длительном сроке эксплуатации установки.The technical result achieved is the optimal use of large masses of air by one installation, increasing the convenience and safety of installation, manufacturability and ease of assembly from sections of plants of various capacities, high mechanical strength of all structural elements, low noise during operation, convenience and accessibility for repair and maintenance, ensuring safe and efficient operation in case of hurricane wind force without the need for braking, the possibility of use for a gearless gene radios of electricity with low cost, as well as high reliability and long life of the installation.

Сущность изобретения парусной горизонтальной ветросиловой турбины поясняется чертежами, которые не охватывают и тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:The essence of the invention of a sailing horizontal wind power turbine is illustrated by drawings, which do not cover and, moreover, do not limit the entire scope of the claims of this technical solution, but are only illustrative materials of a particular case:

На фиг. 1 - вид сбоку на парусную горизонтальную ветросиловую турбину.In FIG. 1 is a side view of a sailing horizontal wind turbine.

На фиг. 2 - фронтальный вид.In FIG. 2 - front view.

На фиг. 3 - вид сверху.In FIG. 3 is a top view.

На фиг. 4 - механизм управления парусами.In FIG. 4 - sail control mechanism.

На фиг. 5 - поперечный разрез А-А на фиг. 2.In FIG. 5 is a cross section AA in FIG. 2.

На фиг. 6 - парус.In FIG. 6 - sail.

На фиг. 7 - расположение пары парусных горизонтальных ветросиловых турбин на местности.In FIG. 7 - the location of a pair of sailing horizontal wind power turbines in the area.

Работает парусная горизонтальная ветросиловая турбина следующим образом.Works sailing horizontal wind turbine as follows.

Ротор турбины размещается в стационарном сооружении, состоящем из двух параллельных стен 4 значительной протяженности и имеющем вдоль стен с наружных сторон отсыпку грунта насыпь 8 под углом в 30° к горизонту, снижающую образование вихревых потоков.The turbine rotor is located in a stationary structure, consisting of two parallel walls 4 of considerable length and having along the walls on the outer sides a bed of soil mound 8 at an angle of 30 ° to the horizon, which reduces the formation of vortex flows.

Крыша 5 в виде навеса ромбообразного сечения прикрывает сооружение от атмосферных осадков и, совместно с насыпью 8, способствует частичному уплотнению и ускорению набегающего воздушного потока.The roof 5 in the form of a canopy of a rhomboid cross-section covers the structure from atmospheric precipitation and, together with the embankment 8, helps to partially seal and accelerate the incoming air flow.

В пространстве под крышей 5 между стенами 4 располагается вал ротора 1, на котором жестко закреплены две боковины 2, представляющие из себя четырех-, пяти- или шестилучевые звездочки, концы лучей которых соединены наружными трубчатыми балками 9, а внутри боковины соединяются внутренней балкой 10 в виде трубы большого диаметра, соосной с валом ротора 1 и образующей жесткий каркас, который, в зависимости от длины вала ротора, дополнительно может иметь один (или более) кольцевой обод 7, центрируемый и регулируемый талрепами 16 и служащий для поддержки роликовыми опорами 11 всей конструкции ротора, имеющей 4, 5 или 6 лопастей, состоящих из ряда парусов 3, закрепленных на упругих пластиковых каркасах 19, способных свободно вращаться вдоль своей оси в шарнирах наружных балок 9 и в шарнирах внутренней балки 10, проходя сквозь которую, оси парусов заканчиваются рычагами 18, шарнирно объединенными тягами управления 17, которые имеют на концах ролики 15, подпираемые с двух сторон дисками управления 14, шарнирно связанными с управляющими домкратами 13, которые работают синхронно по сигналу от датчика силы и направления ветра 20, изменяя угол атаки и парусность парусов от максимальной до нулевой, обеспечивая постоянные и равномерные обороты ротора.In the space under the roof 5 between the walls 4 there is a rotor shaft 1, on which two sidewalls 2 are rigidly fixed, which are four-, five- or six-pointed stars, the ends of the beams of which are connected by external tubular beams 9, and inside the sidewalls are connected by an internal beam 10 in the form of a pipe of large diameter, coaxial with the rotor shaft 1 and forming a rigid frame, which, depending on the length of the rotor shaft, can additionally have one (or more) annular rim 7, centered and regulated by lanyards 16 and serving to support and roller bearings 11 of the entire rotor structure, having 4, 5 or 6 blades, consisting of a series of sails 3, mounted on elastic plastic frames 19, capable of freely rotating along its axis in the hinges of the outer beams 9 and in the hinges of the inner beam 10, passing through which , the axis of the sails ends with levers 18, pivotally connected control rods 17, which have rollers 15 at the ends, supported on both sides by control disks 14, pivotally connected to control jacks 13, which operate synchronously by a signal from the sensor yards and directions of the wind 20, changing the angle of attack and sail sail from maximum to zero, providing constant and uniform rotor speed.

При направлении ветра параллельно оси вращения ротора ветротурбина переходит в режим работы как винтовая. При этом незначительно будет снижаться эффективность работы парусов, но именно поэтому, для обеспечения постоянной мощности при любых направлениях ветра, предусматривается одновременное использование пары установок с расположением их на местности под углом 90° относительно друг друга и на расстоянии, исключающем создание ветровой тени.When the direction of the wind is parallel to the axis of rotation of the rotor, the wind turbine goes into operation as a screw. At the same time, the performance of the sails will slightly decrease, but that is why, to ensure constant power in all directions of the wind, it is envisaged to use a couple of installations at the same time with their location on the ground at an angle of 90 ° relative to each other and at a distance that excludes the creation of a wind shadow.

Парусная горизонтальная ветросиловая турбина предусматривает возможность выработки электроэнергии безредукторным способом. При этом может использоваться тихоходный генератор большого диаметра.Sailing horizontal wind power turbine provides for the possibility of generating electricity in a gearless manner. In this case, a slow diameter large diameter generator can be used.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗCOMPARATIVE ANALYSIS

Проведя сравнительный анализ с одним из самых мощных ветрогенераторов Enercon Е-126, можно определить, что суммарная площадь трех его лопастей около 100 м. кв.After a comparative analysis with one of the most powerful wind turbines Enercon E-126, it can be determined that the total area of its three blades is about 100 square meters.

Учитывая, что при скорости 20 м/с ветер давит на поверхность с усилием в 50 кг/м.кв., получаем, что давление на лопасти достигает значения в 5 тонн.Considering that at a speed of 20 m / s the wind presses on the surface with a force of 50 kg / m.sq., we find that the pressure on the blades reaches a value of 5 tons.

При размерах лопасти парусной горизонтальной ветросиловой турбины 10×100=1000 м.кв. сила давления ветра достигает значения 50 тонн.With the dimensions of the blades of a sailing horizontal wind power turbine 10 × 100 = 1000 sq.m. the force of wind pressure reaches a value of 50 tons.

При этом крутящий момент у Enercon Е-126 будет около 1500 КНм, а у парусного ротора - 2500 КНм.At the same time, the torque at Enercon E-126 will be about 1500 KNm, and at the sailing rotor - 2500 KNm.

Известно, что КИЭВ винтовых ветроустановок достигает 30%, а роторных - 20%. Но даже десятипроцентное преимущество винтовых ВЭУ не делает их более перспективными, так как дальнейшее увеличение их высоты связанно с большими трудностями и находится на пределе технических возможностей, а увеличение размеров парусной горизонтальной ветросиловой турбины не вызывает проблем.It is known that KIEV screw wind turbines reaches 30%, and rotary - 20%. But even a ten percent advantage of screw wind turbines does not make them more promising, since a further increase in their height is associated with great difficulties and is at the limit of technical capabilities, and an increase in the size of a horizontal sailing wind turbine does not cause problems.

Claims (3)

1. Парусная горизонтальная ветросиловая турбина, состоящая из двух параллельных стен, скрывающих нижнюю половину ротора от ветра и имеющих вдоль стен отсыпку грунта под углом в 30° к горизонту, крышу в виде навеса ромбообразного сечения, которая накрывает стены с таким расчетом, чтобы между стенами и крышей свободно располагался ротор, состоящий из вала, на котором жестко закреплены две боковины, представляющие из себя звездочки, имеющие 4 и более лучей, концы лучей соединены наружными трубчатыми балками, а внутри боковины ротора соединяются внутренней балкой в виде трубы, соосной с валом ротора и образующей жесткий каркас ротора, который в зависимости от длины вала ротора дополнительно имеет кольцевой обод, центрируемый и регулируемый талрепами и служащий для поддержки роликовыми опорами всей конструкции ротора, имеющей радиальные лопасти, состоящие из парусов, закрепленных на упругих пластиковых каркасах, способных свободно вращаться вдоль своей оси в шарнирах наружных балок и в шарнирах внутренней балки, проходя сквозь которую, оси парусов заканчиваются рычагами, которые шарнирно объединены тягами управления, имеющими на концах ролики, подпираемые с двух сторон дисками управления, шарнирно связанными с управляющими домкратами, которые работают синхронно по сигналу от датчика силы и направления ветра, изменяя угол атаки и парусность парусов от максимальной до нулевой, обеспечивая постоянные и равномерные обороты ротора.1. Sailing horizontal wind power turbine, consisting of two parallel walls that hide the lower half of the rotor from the wind and have soil along the walls at an angle of 30 ° to the horizontal, a roof in the form of a canopy of a rhomboid section that covers the walls so that between the walls and a rotor freely located on the roof, consisting of a shaft on which two side walls are rigidly fixed, consisting of sprockets having 4 or more rays, the ends of the rays are connected by outer tubular beams, and are connected inside the rotor side I have an inner beam in the form of a pipe, coaxial with the rotor shaft and forming a rigid rotor cage, which depending on the length of the rotor shaft additionally has an annular rim, centered and adjustable by turnbuckles and serving to support the roller bearings of the entire rotor structure having radial blades consisting of sails mounted on elastic plastic frames that can rotate freely along its axis in the hinges of the outer beams and in the hinges of the inner beam, passing through which, the axis of the sails end with levers, which They are articulated by control rods, having rollers at the ends, supported by control disks on both sides, articulated with control jacks that operate synchronously by a signal from the force and wind direction sensor, changing the angle of attack and sail sailing from maximum to zero, ensuring constant and uniform rotor speed. 2. Парусная горизонтальная ветросиловая турбина по п. 1, отличающаяся тем, что ротор собирается из отдельных концевых и промежуточных секций.2. Sailing horizontal wind power turbine according to claim 1, characterized in that the rotor is assembled from separate end and intermediate sections. 3. Парусная горизонтальная ветросиловая турбина по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя балка имеет монтажные окна.3. Sailing horizontal wind power turbine according to claim 1, characterized in that the inner beam has mounting windows.
RU2015139957A 2015-09-21 2015-09-21 Sail horizontal wind-driven turbine RU2631587C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015139957A RU2631587C2 (en) 2015-09-21 2015-09-21 Sail horizontal wind-driven turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015139957A RU2631587C2 (en) 2015-09-21 2015-09-21 Sail horizontal wind-driven turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015139957A RU2015139957A (en) 2017-03-22
RU2631587C2 true RU2631587C2 (en) 2017-09-25

Family

ID=58454674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015139957A RU2631587C2 (en) 2015-09-21 2015-09-21 Sail horizontal wind-driven turbine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2631587C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704060C1 (en) * 2019-01-09 2019-10-23 Данил Михайлович Ревенко Method of controlling rotation of blades of a vertical type wind-driven installation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1044814A1 (en) * 1982-03-01 1983-09-30 Lyalin Ivan L Wind motor
KR20080101338A (en) * 2007-05-17 2008-11-21 (주) 아시아방재연구원 Horizontal Cylindrical Wind Generators
WO2011056835A1 (en) * 2009-11-03 2011-05-12 888 Corporation Horizontal axis radial wind turbine
CN202006736U (en) * 2011-03-07 2011-10-12 赵蒙 Wind power generation device for vehicles
RU112288U1 (en) * 2011-08-08 2012-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") WIND POWER PLANT

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1044814A1 (en) * 1982-03-01 1983-09-30 Lyalin Ivan L Wind motor
KR20080101338A (en) * 2007-05-17 2008-11-21 (주) 아시아방재연구원 Horizontal Cylindrical Wind Generators
WO2011056835A1 (en) * 2009-11-03 2011-05-12 888 Corporation Horizontal axis radial wind turbine
CN202006736U (en) * 2011-03-07 2011-10-12 赵蒙 Wind power generation device for vehicles
RU112288U1 (en) * 2011-08-08 2012-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") WIND POWER PLANT

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704060C1 (en) * 2019-01-09 2019-10-23 Данил Михайлович Ревенко Method of controlling rotation of blades of a vertical type wind-driven installation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015139957A (en) 2017-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4350895A (en) Wind turbine and method for power generation
US8269362B2 (en) Constant direction four quadrant lift type vertical shaft wind power generator
EP2893186B1 (en) Vertical axis wind turbine
US20100032954A1 (en) Wind turbine
KR20130129179A (en) Vertical axis wind turbine
CN102192101B (en) Device for raising and converting fluid energy
JP2021504621A (en) Power unit that increases the utilization efficiency of low flow fluid
GB2296048A (en) Vertical axis wind turbine
US10718312B2 (en) Wind turbine
RU2631587C2 (en) Sail horizontal wind-driven turbine
RU2736680C1 (en) Heliowind power plant of increased power
WO2011109003A1 (en) Wind energy installation
CN102305188A (en) Multi-rotor wind generating system capable of automatically facing wind
CN107023439A (en) A kind of large-scale vertical shaft type wind generator system
WO2012144879A1 (en) Wind-operated power plant
WO2019073189A1 (en) Vertical axis wind turbine
RU2602650C1 (en) Aerostatic balloon natatorial wind turbine
RU161935U1 (en) WIND POWER INSTALLATION OF CHARACTER TYPE OF BEAM STRUCTURE WITH VERTICAL ROTATION AXIS
WO2023022695A1 (en) Wind power wall
EA018388B1 (en) Wind power plant
CN219549022U (en) Wind turbines and wind power generation equipment
US20110113776A1 (en) Aero-Hydro Power Plant
RU79949U1 (en) WIND POWER INSTALLATION "EOLA ARFA"
FI130041B (en) Method and apparatus for Darrieus wind turbine with adjustable geometry
RU106919U1 (en) HIGH POWER WIND POWER PLANT

Legal Events

Date Code Title Description
FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20170215

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171028

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190709

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200922