RU202500U1 - WIND POWER GENERATOR - Google Patents

Abstract

Полезная модель представляет собой ветроэлектрогенератор с горизонтальной осью вращения, состоящий из основания в виде перфорированного конуса с закрепленными на нем серповидными в плане стенками. Основной вращающий момент создается за счет реактивных и центробежных сил, возникающих при прохождении воздушного потока по каналам, ограниченным двумя соседними стенками. Так как в большинстве местностей средняя скорость воздушного потока меняется по временам года, и, как показывают проведенные эксперименты, КПД зависит от количества стенок и скорости набегающего воздушного потока. Наличие системы калибровочных отверстий в перфорированной конической оболочке позволяет варьировать количество закрепленных на основании стенок, что дает возможность максимизировать КПД конструкции, используя овражный метод оптимизации параметрических систем.The utility model is a wind power generator with a horizontal axis of rotation, consisting of a base in the form of a perforated cone with crescent-shaped walls fixed on it. The main torque is generated by reactive and centrifugal forces arising from the passage of the air flow through the channels bounded by two adjacent walls. Since in most areas the average air flow rate varies with the seasons, and, as the experiments show, the efficiency depends on the number of walls and the speed of the incoming air flow. The presence of a system of calibration holes in a perforated conical shell allows you to vary the number of walls fixed on the base, which makes it possible to maximize the efficiency of the structure using the ravine method of optimizing parametric systems.

Description

Полезная модель относится к области ветроэлектроэнергетики, а именно к ветроагрегатам, предназначенным для трансформации энергии ветра в механическое вращение электрогенератора. Задачей настоящей полезной модели является повышение коэффициента использования энергии падающего ветрового потока.The utility model relates to the field of wind power engineering, namely to wind turbines designed to transform wind energy into mechanical rotation of an electric generator. The objective of the present utility model is to increase the utilization factor of the falling wind flow energy.

Рассматриваются конструкции с горизонтальной осью вращения, содержащие ротор, непосредственно воспринимающий энергию ветра, закрепленный на валу, связанном с валом генератора,Structures with a horizontal axis of rotation are considered, containing a rotor that directly receives the wind energy, fixed on a shaft connected to the generator shaft,

Известна роторная ветроэлектростанция по патенту UA 69486 от 15.09.2004 г. - прототип, представляющая собой ветродвигатель, содержащий многолопастное ветровое колесо с горизонтальной осью вращения, генератор и флюгер для самонаведения на ветер, отличающийся тем, что корпус, в котором размещен генератор, расположенный на опоре со смещенной осью вращения, а ветровое колесо выполнено в виде конической поверхности, на которой закреплено под углом к конической поверхности спиралевидные лопасти, площадь которых увеличивается к основанию конуса.Known rotary wind power plant according to the patent UA 69486 from 15.09.2004, a prototype, which is a wind turbine containing a multi-blade wind wheel with a horizontal axis of rotation, a generator and a wind vane for homing in the wind, characterized in that the housing in which the generator is located, located on a support with an offset axis of rotation, and the wind wheel is made in the form of a conical surface, on which spiral blades are fixed at an angle to the conical surface, the area of which increases towards the base of the cone.

Анализируя работу агрегата по данному патенту, можно отметить его неустранимые недостатки в технологических и эксплуатационных показателях. Основным недостатком является наличие ветрового колеса в виде неперфорированной конической оболочки, что делает невозможным перенастройку конструкции по критерию количества стенок, в зависимости от сезонного изменения скорости набегающих ветровых потоков.Analyzing the operation of the unit under this patent, one can note its fatal shortcomings in technological and operational indicators. The main disadvantage is the presence of a wind wheel in the form of a non-perforated conical shell, which makes it impossible to reconfigure the structure according to the criterion of the number of walls, depending on the seasonal change in the speed of the incoming wind currents.

Этих недостатков лишена предлагаемая полезная модель, представляющая собой ветроагрегат с горизонтальной осью вращения, содержащий ротор, состоящий из основания в виде конуса с закрепленными на нем серповидными в плане стенками, установленного на оси, связанной с электрогенератором, при этом основание представляет собой коническую оболочку, перфорированную системой калибровочных отверстий, позволяющих регулярно менять количество стенок в соответствии со среднесезонной скоростью падающего воздушного потока.The proposed utility model is devoid of these disadvantages, which is a wind turbine with a horizontal axis of rotation, containing a rotor consisting of a base in the form of a cone with crescent-shaped walls fixed on it, installed on an axis connected to an electric generator, while the base is a conical shell, perforated a system of calibration holes that allow you to regularly change the number of walls in accordance with the average seasonal speed of the falling air flow.

Данная конструкция может эксплуатироваться, как в описанном виде, так и может являться промежуточной конструкцией для завершения оптимизации, позволяющей получить максимальный КПД.This design can be operated as described, or it can be an intermediate design to complete the optimization, which allows you to get the maximum efficiency.

Данная конструкция является многопараметрической системой, повышение КПД которой возможна в основном только экспериментальными методами. Для повышения КПД или оптимизации таких больших систем, как известно, применяется овражный метод, согласно которому проводится оптимизация по какому-то одному параметру при «замораживании» всех остальных параметров.This design is a multi-parameter system, the efficiency increase of which is possible mainly only by experimental methods. To increase the efficiency or to optimize such large systems, as is known, the ravine method is used, according to which optimization is carried out for one parameter while "freezing" all other parameters.

Очевидно, что наличие в конструкции основания в виде перфорированного конуса позволяет расширить область применения овражного метода.Obviously, the presence of a base in the form of a perforated cone in the structure makes it possible to expand the scope of the gully method.

Например, по патенту RU199034 от 13.03.2020 г. весь воздух протекает вдоль каналов между стенками и истекает из них на периферии основания с минимальным торможением и турбулентностью при движении. Для этого высота Н поверхности стенки в ее центре над контуром основания должна быть не меньше, а такой, чтобы весь воздух, падающий на основание с контуром радиуса R, площадью πR², мог выходить через кольцевую поверхность той же площади на контуре основания 2πRH, откуда высота Н=0,5 R. Однако при любых отклонениях в протекании потоков воздуха по каналам высоту следует увеличить, достаточно если указанный коэффициент будет лежать в пределах 0,5R-R. Такой же должна быть и максимальная высота стенок над контуром основания. С помощью испытаний моделей можно определить высоту стенок, их оптимальное количество и углы их выхода к касательной к основанию на его контуре. Необходимая толщина основания и стенок из условий прочности и жесткости лежит в пределах 0,2-0,5% диаметра основания.For example, according to patent RU199034 dated 03.13.2020, all air flows along the channels between the walls and flows out of them at the periphery of the base with minimal braking and turbulence during movement. To do this, the height H of the wall surface in its center above the base contour must be not less, but such that all air falling on the base with a contour of radius R, area πR ² , could exit through an annular surface of the same area on the base contour 2πRH, whence height Н = 0.5 R. However, for any deviations in the flow of air flows through the channels, the height should be increased if the specified coefficient is within 0.5R-R. The maximum height of the walls above the base contour should be the same. With the help of model tests, it is possible to determine the height of the walls, their optimal number and the angles of their exit to the tangent to the base on its contour. The required thickness of the base and walls from the conditions of strength and rigidity is in the range of 0.2-0.5% of the base diameter.

Для эффективной эксплуатации устройства в холодное время года его поверхности, воспринимающие падающий поток воздуха, желательно покрывать несмачиваемой пленкой, например, тонкой пленкой фторопласта, которая помогает уменьшить толщину пограничного слоя потока при обмерзании.For efficient operation of the device in the cold season, it is desirable to cover its surfaces that perceive the falling air flow with a non-wettable film, for example, a thin film of fluoroplastic, which helps to reduce the thickness of the boundary layer of the flow during freezing.

Ориентация по потоку воздуха может быть любая известная, например, с помощью флюгера, закрепленного на корпусе электрогенератора (на фигурах не показан).The air flow orientation can be any known, for example, with the help of a weather vane attached to the generator casing (not shown in the figures).

Предлагаемая конструкция ветроагрегата содержит основание 1 с установленными на нем стенками 2, узлом 3 места крепления основания 1 к оси электрогенератора 4, закрепленного на вертикальной опоре 5.The proposed design of the wind turbine contains a base 1 with walls 2 installed on it, a node 3 for attaching the base 1 to the axis of an electric generator 4, fixed on a vertical support 5.

На фиг. 1 представлена конструкция ветроагрегата, вид по направлению потока, параллельному оси основания.FIG. 1 shows the design of the wind turbine, view in the direction of flow parallel to the axis of the base.

На фиг. 2 приведено сечение по А-А.FIG. 2 shows a section along A-A.

На фиг. 3 представленное улучшенное основание в виде конуса для монтажа четырех или восьми стенок, стенки не показаны.FIG. 3 is an improved cone-shaped base for mounting four or eight walls, walls not shown.

На фиг. 4 тоже самое для пяти или десяти стенок.FIG. 4 is the same for five or ten walls.

На фиг. 5 тоже самое для шести или двенадцати стенок.FIG. 5 is the same for six or twelve walls.

Применение ветроагрегата осуществляется следующим образом. Он устанавливается на опору нужной высоты с автоматическим или механическим ориентированием по потоку воздуха. Высота опоры должна быть максимальной, так как при удалении от земли скорость потока существенно возрастает пропорционально корню пятой степени из высоты, отнесенной к 10 метрам. Весь поток, падающий на площадь ротора, плавно входит в каналы между стенками и двигается к периферии основания.The use of the wind turbine is as follows. It is installed on a support of the required height with automatic or mechanical orientation according to the air flow. The height of the support should be maximum, since with distance from the ground, the flow rate increases significantly in proportion to the fifth root of the height referred to 10 meters. The entire flow falling on the rotor area smoothly enters the channels between the walls and moves to the periphery of the base.

Использование предлагаемой конструкции позволяет максимизировать КПД агрегата в зависимости от погодных условий. Благодаря компактности и жесткости конструкции, предлагаемое устройство не создает в окружающем пространстве опасные для живых организмов низкочастотные колебания.The use of the proposed design allows you to maximize the efficiency of the unit depending on weather conditions. Due to the compactness and rigidity of the structure, the proposed device does not create low-frequency vibrations that are dangerous for living organisms in the surrounding space.

Claims (1)

Ветроагрегат с горизонтальной осью вращения, содержащий ротор, состоящий из основания в виде конуса с закрепленными на нем серповидными в плане стенками, установленного на оси, связанной с электрогенератором, отличающийся тем, что основание представляет собой коническую оболочку, перфорированную системой калибровочных отверстий.A wind turbine with a horizontal axis of rotation, containing a rotor consisting of a base in the form of a cone with walls fixed on it, crescent-shaped in plan, mounted on an axis connected to an electric generator, characterized in that the base is a conical shell perforated with a system of calibration holes.

Images