RU117522U1 - WIND TURBINE INSTALLATION - Google Patents

Abstract

1. Ветротурбинная установка, имеющая в своем составе статор с верхним и нижним основаниями, соединенными между собой вертикальными направляющими лопастями, ориентированными внутрь, в статоре размещен ротор, снабженный продольными лопатками, отличающаяся тем, что ротор выполнен в виде полого сужающегося вверх конуса, лопатки ротора установлены на его наружной поверхности и ориентированы под углом к оси симметрии ротора, во внутренней полости ротора установлены пластинчатые крестовины, соединяющий ротор с верхней и нижней полуосями вращения, нижнее основание статора выполнено с обеспечением возможности поступления воздуха внутрь ротора верхнее основание статора имеет коническую часть, направленную и сужающуюся в сторону нижнего основания и имеет осевое отверстие, диаметр которого больше, чем верхний диаметр конуса ротора, с образованием кольцевого зазора между ними, на верхней полуоси ротора, выходящей внутрь конической части верхнего основания статора, установлена дополнительная крыльчатка, при этом нижняя полуось ротора установлена на нижнем основании статора, а верхняя полуось соединена с нижним основании при помощи радиальных ребер, установленных внутри конической части верхнего основания. !2. Ветротурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что нижнее основание статора выполнено в форме диска с приосевым куполообразным выступом, частично заглубленным в полость ротора с образованием нижнего конфузора, на куполообразном выступе закреплены лопатки нижнего конфузора. ! 3. Ветротурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что пластины крестовин выполнены в форме лопастей. ! 4. Ветротурбинная уст� 1. A wind turbine plant, which includes a stator with upper and lower bases, interconnected by vertical guide blades oriented inward, a rotor is placed in the stator, equipped with longitudinal blades, characterized in that the rotor is made in the form of a hollow upward tapering cone, rotor blade installed on its outer surface and oriented at an angle to the axis of symmetry of the rotor, lamellar crosses are installed in the inner cavity of the rotor, connecting the rotor with the upper and lower semi-axes of rotation, the lower base of the stator is made to allow air to enter the rotor, the upper base of the stator has a conical part directed and tapering towards the lower base and has an axial hole, the diameter of which is larger than the upper diameter of the rotor cone, with the formation of an annular gap between them, an additional impeller is installed on the upper rotor half-shaft extending into the conical part of the upper stator base fabric, while the lower half-shaft of the rotor is installed on the lower base of the stator, and the upper half-shaft is connected to the lower base by means of radial ribs installed inside the conical part of the upper base. ! 2. Wind turbine plant according to claim 1, characterized in that the lower base of the stator is made in the form of a disk with an axial dome-shaped protrusion, partially recessed into the rotor cavity to form a lower confuser, the blades of the lower confuser are fixed on the dome-shaped protrusion. ! 3. Wind turbine plant according to claim 1, characterized in that the cross plates are made in the form of blades. ! 4. Wind turbine

Description

Полезная модель относится к энергетике, а именно к ветряным двигателям, и может быть использована в качестве автономного источника энергии.The utility model relates to energy, namely to wind turbines, and can be used as an autonomous energy source.

Известна ветротурбинная установка, содержащая ротор, размещенный вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженный лопатками [патент DE №3636248, МКИ F03D 9/00, 1988 г.]. В известной установке ветротурбина установлена в трубе и работает в восходящем потоке воздуха, используя эффект самотяги.Known wind turbine installation containing a rotor placed vertically rotatably inside the housing and equipped with blades [DE patent No. 3636248, MKI F03D 9/00, 1988]. In a known installation, a wind turbine is installed in the pipe and operates in an upward flow of air using the effect of self-traction.

В качестве прототипа выбрана ветротурбинная установка [патент RU №2286477, F03D 1/02 27.10.2006.]. Установка содержит ротор, размещенный внутри неподвижного корпуса (статора) с возможностью вращения в нем. Ротор состоит из вала, на котором установлены вертикально по окружности на заданном расстоянии от центра турбинные лопатки радиального типа, которые соединяются с валом ротора посредством кронштейнов (крестовин). Статор выполнен в виде направляющего аппарата, состоящего из вертикально расположенных направляющих лопастей, которые установлены под острым углом внешней кромке турбинных лопаток радиального типа, которые образуют внешние ветровые проточные каналы, расположенные по касательной к внутренней окружности установки. Нижняя часть ротора выполнена в виде осевой турбины. На валу установлены рабочие лопатки осевого типа, которые предназначены для работы в потоке воздуха, выходящем из направляющих лопаток. Дополнительные направляющие лопатки установлены в нижней части корпуса и расположены радиально внутри обечайки. Нижний конец ротора оперт на обтекатель, который жестко скреплен с концами лопаток направляющего аппарата. Верхняя часть обечайки скреплена с корпусом, а нижняя - оперта на верхней части полого корпуса (трубе самотяги), на котором установлен конфузор. В нижней части полого корпуса выполнены воздухоподводящие окна.A wind turbine installation was selected as a prototype [patent RU No. 2286477, F03D 1/02 10.27.2006.]. The installation comprises a rotor located inside a fixed housing (stator) with the possibility of rotation in it. The rotor consists of a shaft on which turbine blades of a radial type are mounted vertically around a circle at a predetermined distance from the center, which are connected to the rotor shaft by means of brackets (crosses). The stator is made in the form of a guiding apparatus, consisting of vertically arranged guide vanes, which are mounted at an acute angle to the outer edge of the radial type turbine blades, which form external wind flow channels located tangentially to the inner circumference of the installation. The lower part of the rotor is made in the form of an axial turbine. Axial-type working blades are installed on the shaft, which are designed to work in the air stream leaving the guide vanes. Additional guide vanes are installed in the lower part of the body and are located radially inside the shell. The lower end of the rotor is supported by a fairing, which is rigidly bonded to the ends of the vanes of the guide vane. The upper part of the shell is fastened to the body, and the lower part is supported on the upper part of the hollow body (self-drawn pipe), on which the confuser is mounted. In the lower part of the hollow body air-supply windows are made.

Устройство-прототип при работе использует энергию горизонтальных потоков ветра, а также энергию восходящих потоков, возникающих в полом корпусе с конфузором. Однако в конструкции восходящие потоки не подхватываются горизонтальными, а частично перекрывают их и тормозят. Хаотичное неуправляемое смешивание двух практически перпендикулярных потоков приводит к образованию значительной неуправляемой турбулентности в верхней зоне, а, следовательно, к снижению эффективности установки. Это «противодействие» тем больше, чем больше напор ветровых горизонтальных потоков.The prototype device during operation uses the energy of horizontal wind flows, as well as the energy of upward flows arising in a hollow body with a confuser. However, in the design, the ascending flows are not picked up horizontally, but partially overlap them and slow down. The chaotic uncontrolled mixing of two almost perpendicular flows leads to the formation of significant uncontrolled turbulence in the upper zone, and, consequently, to a decrease in the efficiency of the installation. This “counteraction” is the greater, the greater the pressure of horizontal wind flows.

Задача, решаемая полезной моделью - повышение эффективности ветротурбинной установки.The problem solved by the utility model is to increase the efficiency of a wind turbine installation.

Достигаемый технический результат - организация внутри ротора восходящего вихревого потока, обладающего эжектирующим эффектом при одновременном перенаправлении внутри установки горизонтальных ветровых потоков в вертикальный поток с эффектом закручивания, то есть организация дополнительной эжекции.Achievable technical result - the organization inside the rotor of an upward vortex flow having an ejective effect while simultaneously redirecting horizontal wind flows into the vertical stream with a twisting effect inside the plant, that is, the organization of additional ejection.

Поставленная задача решается тем, что в ветротурбинной установке, имеющей в своем составе статор с верхним и нижним основаниями, соединенными между собой вертикальными направляющими лопастями, ориентированными внутрь, имеющей также размещенный в статоре ротор, снабженный продольно ориентированными лопатками, новым, согласно полезной модели, является то, что ротор выполнен в виде полого сужающегося вверх конуса, лопатки ротора установлены на его наружной поверхности и ориентированы под углом к оси симметрии ротора. Во внутренней полости ротора установлены пластинчатые крестовины, соединяющий ротор с верхней и нижней полуосями вращения, нижнее основание статора выполнено с обеспечением возможности поступления воздуха внутрь ротора, верхнее основание статора имеет коническую часть, направленную и сужающуюся в сторону нижнего основания и имеет осевое отверстие, диаметр которого больше, чем верхний диаметр конуса ротора, с образованием кольцевого зазора между ними. На верхней полуоси ротора, выходящей внутрь конической части верхнего основания статора, установлена дополнительная крыльчатка, при этом, нижняя полуось ротора, установлена на нижнем основании статора, а верхняя полуось соединена с нижним основании при помощи радиальных ребер, установленных внутри конической части верхнего основания.The problem is solved in that in a wind turbine installation, comprising a stator with upper and lower bases, interconnected by vertical guide vanes oriented inward, also having a rotor located in the stator, equipped with longitudinally oriented vanes, is new, according to the utility model, the fact that the rotor is made in the form of a hollow cone tapering upwards, the rotor blades are mounted on its outer surface and oriented at an angle to the axis of symmetry of the rotor. In the inner cavity of the rotor there are plate crosses connecting the rotor with the upper and lower half axes of rotation, the lower base of the stator is made so that air can enter the rotor, the upper base of the stator has a conical part directed and tapering towards the lower base and has an axial hole whose diameter larger than the upper diameter of the cone of the rotor, with the formation of an annular gap between them. An additional impeller is installed on the upper half-axis of the rotor, which extends into the conical part of the upper base of the stator, while the lower half-axis of the rotor is mounted on the lower base of the stator, and the upper half-axis is connected to the lower base using radial ribs installed inside the conical part of the upper base.

Предпочтительным является вариант реализации, когда нижнее основание статора выполнено в форме диска с приосевым куполообразным выступом, частично заглубленным в полость ротора с образованием нижнего конфузора, на куполообразном выступе закреплены лопатки нижнего конфузора.An embodiment is preferable when the lower base of the stator is made in the form of a disk with an axial domed protrusion partially buried in the rotor cavity with the formation of the lower confuser, and vanes of the lower confuser are fixed on the domed protrusion.

Предпочтительно выполнение пластин крестовин в форме лопастей.Preferably, the implementation of the plates of the crosses in the form of blades.

Каждая лопатка ротора в верхней части может иметь консольную часть, которая огибает наружную поверхность конической части верхнего основания статора. Для того, чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности полезной модели, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации.Each rotor blade in the upper part may have a cantilever part that bends around the outer surface of the conical part of the upper base of the stator. In order to better demonstrate the distinctive features of the utility model, as an example, not having any restrictive nature, the preferred embodiment is described below.

Пример реализации иллюстрируется Фигурами чертежей, на которых представлено:An example implementation is illustrated by the figures of the drawings, which show:

Фиг.1 - ветротурбинная установка - изометрия, Фиг.2 - вид сверху, Фиг.3 - продольное осевое сечение, Фиг.4 - фронтальный вид, Фиг.5 - поперечное сечение (А-А на Фиг.4).Figure 1 - wind turbine installation isometric, Figure 2 is a top view, Figure 3 is a longitudinal axial section, Figure 4 is a front view, Figure 5 is a cross section (aa in figure 4).

Ветротурбинная установка имеет неподвижный корпус - статор 1 с верхним основанием 2 и нижним основанием 3. Основания 2, 3 соединены между собой вертикальными направляющими лопастями 4, ориентированными внутрь, а точнее, по касательной к ротору 5, размещенному внутри статора 1 и имеющему общую с ним ось симметрии. Ротор 5 выполнен в виде полого сужающегося вверх конуса. На наружной поверхности ротора 5 установлены продольные лопатки 6 (в контексте данной заявки термин «продольные» означает, что каждая лопатка 6 идет, как минимум, по всей длине конуса ротора). Лопатки 6 ориентированы под углом к оси симметрии ротора. Во внутренней полости ротора установлены пластинчатые крестовины 7 и 8, соединяющие ротор 5 с верхней и нижней полуосями вращения, соответственно 9 и 10. Пластины крестовин имеют криволинейную форму - форму лопастей.The wind turbine installation has a fixed housing - a stator 1 with an upper base 2 and a lower base 3. The bases 2, 3 are interconnected by vertical guide vanes 4, oriented inward, or rather, tangentially to the rotor 5 located inside the stator 1 and having in common with it axis of symmetry. The rotor 5 is made in the form of a hollow tapering up cone. Longitudinal blades 6 are installed on the outer surface of the rotor 5 (in the context of this application, the term “longitudinal” means that each blade 6 extends over at least the entire length of the rotor cone). The blades 6 are oriented at an angle to the axis of symmetry of the rotor. In the inner cavity of the rotor are installed plate crosses 7 and 8, connecting the rotor 5 with the upper and lower semi-axes of rotation, 9 and 10, respectively. The plates of the crosses have a curved shape - the shape of the blades.

Нижнее основание 3 статора выполнено с обеспечением возможности поступления воздуха снизу внутрь ротора 5. Для этого в нижнем основании 3 может быть выполнено осевое отверстие, или основание 3 может быть выполнено в виде диска, но при этом ротор установлен над ним с зазором (на фигурах не показано). Предпочтительным вариантом является, когда нижнее основание статора выполнено в форме диска с приосевым куполообразным выступом 11, частично заглубленным в полость ротора с образованием нижнего конфузора 12 - сужающегося щелевого кольцевого зазора. На куполообразном выступе 11 закреплены лопатки 13 нижнего конфузора. В этом варианте исполнения нижняя полуось 10 ротора установлена на вершине куполообразного выступа 11.The lower base 3 of the stator is made so that air can flow from below into the rotor 5. For this, an axial hole can be made in the lower base 3, or the base 3 can be made in the form of a disk, but the rotor is mounted above it with a gap (in the figures shown). The preferred option is when the lower base of the stator is made in the form of a disk with an axial domed protrusion 11 partially buried in the rotor cavity with the formation of the lower confuser 12 - a tapering gap annular gap. On the domed protrusion 11 fixed vanes 13 of the lower confuser. In this embodiment, the lower half shaft 10 of the rotor is mounted on top of the domed protrusion 11.

Верхнее основание 2 статора выполнено в форме диффузора и имеет коническую часть 14, направленную и сужающуюся в сторону нижнего основания 3 и имеет осевое отверстие, диаметр которого больше, чем верхний диаметр конуса ротора, с образованием кольцевого зазора между ними. На верхней полуоси 9 ротора 5, входящей внутрь конической части 14 верхнего основания статора, установлена дополнительная крыльчатка 15, а верхняя полуось 9 соединена с конической частью (с верхним основанием) при помощи радиальных ребер 16, которые также имеют криволинейную форму, такую, чтобы минимизировать аэродинамическое сопротивление восходящему потоку воздуха.The upper base 2 of the stator is made in the form of a diffuser and has a conical part 14 directed and tapering towards the lower base 3 and has an axial hole whose diameter is larger than the upper diameter of the rotor cone, with the formation of an annular gap between them. An additional impeller 15 is mounted on the upper half shaft 9 of the rotor 5, which enters the inside of the conical part 14 of the upper stator base, and the upper half shaft 9 is connected to the conical part (with the upper base) using radial ribs 16, which also have a curved shape, so as to minimize aerodynamic drag upstream.

Лопатки 6 ротора могут выступать по высоте за пределы ротора, то есть иметь консольную (не закрепленную на роторе) часть 17, которая располагается снаружи от конической части 14 и огибает наружную поверхность конической части верхнего основания статора.The rotor blades 6 can protrude in height beyond the rotor, that is, have a cantilever (not fixed to the rotor) part 17, which is located outside of the conical part 14 and envelops the outer surface of the conical part of the upper base of the stator.

Генератор (на фигуре не показан) закреплен на нижней полуоси 10 ротора внутри купола, его легко монтировать и обслуживать.The generator (not shown in the figure) is mounted on the lower half shaft 10 of the rotor inside the dome, it is easy to mount and maintain.

Ветротурбинная установка работает следующим образом.Wind turbine works as follows.

Направляющие лопасти 4 статора направляют набегающий ветровой поток на лопатки 6 ротора, ориентированные под углом к конусу ротора, то есть «перенаправляют» лобовой воздушный поток к активным лопаткам ротора, при этом лопасти статора экранирует лопатки, встречные потоку, уменьшая возможное противодействие. Это приводит ротор во вращение.The stator guide vanes 4 direct the incident wind flow onto the rotor vanes 6, which are oriented at an angle to the rotor cone, that is, they “redirect” the frontal air flow to the active rotor vanes, while the stator vanes screen the vanes that are in opposition to the flow, reducing possible counteraction. This drives the rotor.

При этом, часть воздушного потока через нижний конфузор 12, закручиваясь с помощью лопаток 13 попадает во внутреннюю коническую полость ротора и далее через кольцевой зазор попадает в коническую часть 14 статора, и отдает энергию восходящего вихревого потока верхней крыльчатке 15. Создаваемый дополнительный перепад давления (дополнительный подсос) увеличивает вращательный момент. Крестовины 7 и 8, имеющие форму лопастей, еще больше увеличивают эффект.At the same time, part of the air flow through the lower confuser 12, twisting with the help of blades 13, enters the inner conical cavity of the rotor and then through the annular gap it enters the conical part 14 of the stator and gives off the energy of the upward vortex flow to the upper impeller 15. An additional pressure drop is created (additional suction) increases torque. The crosspieces 7 and 8, in the form of blades, further increase the effect.

Таким образом, в конструкции реализуются два вихревых восходящих потока один - на поверхности ротора, другой внутри него. Один вихрь подхватывает и дополнительно подкручивает второй. Это приводит к увеличению крутящего момента ветроустановки в целом. В создании и поэтапном усилении вихревых потоков участвует ряд последовательно установленных лопастей, что позволяет постепенно наращивать эффект. Верхняя крыльчатка воспринимает нагрузку обоих вихревых потоков.Thus, two eddy upward flows are realized in the design, one on the surface of the rotor and the other inside it. One vortex picks up and additionally tightens the second. This leads to an increase in the torque of the wind turbine as a whole. A number of sequentially installed blades are involved in the creation and phased amplification of vortex flows, which allows to gradually increase the effect. The upper impeller perceives the load of both vortex flows.

Снабжение лопаток 6 ротора консольной частью 17 позволяет увеличить ее активную поверхность.The supply of blades 6 of the rotor cantilever part 17 allows you to increase its active surface.

Claims (5)

1. Ветротурбинная установка, имеющая в своем составе статор с верхним и нижним основаниями, соединенными между собой вертикальными направляющими лопастями, ориентированными внутрь, в статоре размещен ротор, снабженный продольными лопатками, отличающаяся тем, что ротор выполнен в виде полого сужающегося вверх конуса, лопатки ротора установлены на его наружной поверхности и ориентированы под углом к оси симметрии ротора, во внутренней полости ротора установлены пластинчатые крестовины, соединяющий ротор с верхней и нижней полуосями вращения, нижнее основание статора выполнено с обеспечением возможности поступления воздуха внутрь ротора верхнее основание статора имеет коническую часть, направленную и сужающуюся в сторону нижнего основания и имеет осевое отверстие, диаметр которого больше, чем верхний диаметр конуса ротора, с образованием кольцевого зазора между ними, на верхней полуоси ротора, выходящей внутрь конической части верхнего основания статора, установлена дополнительная крыльчатка, при этом нижняя полуось ротора установлена на нижнем основании статора, а верхняя полуось соединена с нижним основании при помощи радиальных ребер, установленных внутри конической части верхнего основания.1. A wind turbine installation comprising a stator with upper and lower bases interconnected by vertical guide vanes oriented inward, a rotor equipped with longitudinal blades is placed in the stator, characterized in that the rotor is made in the form of a hollow cone tapering upwards, the rotor blades mounted on its outer surface and oriented at an angle to the axis of symmetry of the rotor, plate crosses are installed in the inner cavity of the rotor, connecting the rotor with the upper and lower half axes In this case, the lower base of the stator is designed to allow air to enter the rotor; the upper base of the stator has a conical part directed and tapering towards the lower base and has an axial hole larger than the upper diameter of the rotor cone, with the formation of an annular gap between them, on an additional impeller is installed on the upper rotor axis, which extends into the conical part of the upper base of the stator, while the lower half axis of the rotor is mounted on the lower base of the stator, and the upper axis is connected to the lower base by means of radial ribs mounted inside the conical part of the upper base. 2. Ветротурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что нижнее основание статора выполнено в форме диска с приосевым куполообразным выступом, частично заглубленным в полость ротора с образованием нижнего конфузора, на куполообразном выступе закреплены лопатки нижнего конфузора.2. The wind turbine installation according to claim 1, characterized in that the lower base of the stator is made in the form of a disk with an axial domed protrusion partially buried in the rotor cavity with the formation of the lower confuser, blades of the lower confuser are fixed on the domed protrusion. 3. Ветротурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что пластины крестовин выполнены в форме лопастей.3. The wind turbine installation according to claim 1, characterized in that the plate of the crosses are made in the form of blades. 4. Ветротурбинная установка по п.2, отличающаяся тем, что пластины крестовин выполнены в форме лопастей.4. Wind turbine installation according to claim 2, characterized in that the plate of the crosses are made in the form of blades. 5. Ветротурбинная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что каждая лопатка ротора в верхней части имеет консольную часть, которая огибает наружную поверхность конической части верхнего основания статора.

5. Wind turbine installation according to any one of claims 1 and 2, characterized in that each rotor blade in the upper part has a cantilever part, which envelops the outer surface of the conical part of the upper base of the stator.