RU2070661C1 - Vortex power plant - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering; wind-electric power plants. SUBSTANCE: plant has several vortex generators arranged through tube height at certain distances; air flow is admitted to slits of each swirl generator through mouths of guide vanes catching entire air flow through their height and width at windward side thereby creating strong vortex air flow in tube; windwheel blades are mounted on vertical shaft at optimal angle within the reach of this vortex flow. Each vortex generator builds up vacuum under it while running so that additional portions of air are sucked in both from windward side and through open side slits and holes in bottom part of tube. EFFECT: improved strength of vortex air flow. 6 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнической и электроэнергетической промышленности, в частности к конструкции ветроэлектрических установок. The invention relates to the electrical and electric power industry, in particular to the design of wind power plants.

В известных ветроэлектрических установках, монтируемых в трубе, используется восходящий воздушный поток (вос.в.п.), и, как правило, эти установки базируются на традиционных цилиндрических генераторах. Known windmill installations mounted in a pipe use upward air flow (airflow) and, as a rule, these installations are based on traditional cylindrical generators.

За прототип принята вихревая электроустановка (а.с. N 1021804, F 03 D 3/04, опубл. 1983). A vortex electrical installation was adopted for the prototype (A.S. N 1021804, F 03 D 3/04, publ. 1983).

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что при воздействии на ветровые колеса (в.к.) используется не восходящий воздушный поток (вос.в.п. ), а вихревой воздушный поток (в.в.п.) непосредственно в трубе, создаваемый генератором вихря (г.в.). На крылья каждого ветрового колеса (в.к.) работает свой г.в. The essence of the invention consists in the fact that when exposed to wind wheels (c.c.), it is not upward air flow (v.v.p.) that is used, but a vortex air flow (v.v.p.) directly in the pipe created vortex generator (m.v.). On the wings of each wind wheel (c.c.), its own m.v.

Вихревой воздушный поток, образованный г.в. располагается на некотором удалении от центральной оси (вала) и от внутренней поверхности трубы (примерное расположение зон в.п. в трубе показано на фиг.2). При этом скорость в. в.п. (зона I) увеличивается в несколько раз (в 5 7 раз) по сравнению со скоростью ветра при входе в трубу и достигает максимума в ядре в.в.п. (зона IV). Скорость в.п. в центральной части трубы (зона II) близка к нулю, а у ее внутренней поверхности (зона III) примерно равна скорости на входе в трубу. При разных диаметрах труб расположение в.в.п будет различное. При увеличении диаметра трубы увеличиться скорость в.в.п. по сравнению со скоростью вос. в.п. во столько же раз увеличится внутренняя зона (зона II), т.е. уменьшится общая площадь вос. в.п. Следовательно, результирующая мощность ветроустановки как при вос.в.п. так и при в.в.п. будет одинаковой, т.е. не нарушается закон сохранения энергии. Но все дело в том, что при использовании в.в.п. который, сжимаясь, располагается в выгодном для отбора ветровой энергии месте трубы, скорость его в несколько раз выше скорости вос.в.п. Vortex air flow formed by m.v. It is located at some distance from the central axis (shaft) and from the inner surface of the pipe (an approximate arrangement of the VP zones in the pipe is shown in FIG. 2). In this case, the speed c. vp (zone I) increases several times (5-7 times) compared with the wind speed at the entrance to the pipe and reaches a maximum in the core of the east (zone IV). Speed VP in the central part of the pipe (zone II) is close to zero, and at its inner surface (zone III) it is approximately equal to the velocity at the entrance to the pipe. With different diameters of the pipes, the position of the w.p. will be different. As the diameter of the pipe increases, the speed of the r.p. in comparison with the speed of sunrise. vp the inner zone (zone II) will increase by the same amount, i.e. the total area of the sun will decrease vp Consequently, the resulting power of the wind turbine so and with vvp will be the same, i.e. the law of conservation of energy is not violated. But the whole point is that when using V.V.P. which, being compressed, is located in a pipe place favorable for the extraction of wind energy, its speed is several times higher than the speed of r.v.p.

Поднимаясь вверх по спирали, в. в. п. с одинаковым усилием постоянно воздействует на крылья в.к. которые устанавливаются в в.в.п. (зона I) под оптимальным углом. Во внутренней части трубы (зона II), где скорость в.п. близка к нулю, располагается вал с элементами фиксации и элементы крепления в. к. п или противовесы при однокрылых в.к. Кроме того, из-за малого рычага использование вос. в. п. во внутренней зоне было бы малоэффективным. В.п. внешней зоны (зоны III) тоже не используется, следовательно, отпадает необходимость шлифовки внутренней поверхности трубы при учете потерь на трение. Climbing up a spiral, c. in. with equal effort constantly affects wings which are installed in the military (zone I) at an optimum angle. In the inner part of the pipe (zone II), where the speed is vp close to zero, there is a shaft with fixing elements and fastening elements c. k.p or counterweights with single-winged v.k. In addition, due to the small leverage, the use of sun. in. n. in the inner zone would be ineffective. V.p. the outer zone (zone III) is also not used, therefore, there is no need to grind the inner surface of the pipe, taking into account friction losses.

Учитывая то, что при взаимодействии в.в.п. с крыльями в.к. он будет частично разрушаться, предполагается на высоте трубы сформировать в.в.п. а открытие и закрытие прорезей г.в. производит автоматическими заслонками. Кроме того, направляющие аппараты, соединенные с трубой и металлическим каркасом, усиливают (удерживают трубу, механическая прочность которой понижена в местах прорезей г.в. и нижних отверстий. Given the fact that in the interaction of the V.p. with wings it will partially collapse; and opening and closing slots g.v. produces automatic dampers. In addition, guide vanes connected to the pipe and the metal frame are reinforced (hold the pipe, the mechanical strength of which is reduced in places of the slots of the m.v. and lower holes.

При работе каждый из г.в. создает разряжение под собой, а значит, увеличивается скорость в. в. п. следовательно, недостающее количество воздуха будет всасываться через нижние отверстия и прорези г.в. что позволит повысить мощность в.в.п. At work, each of the m.v. creates a vacuum underneath, which means that speed c increases. in. Therefore, the missing amount of air will be absorbed through the lower openings and openings of the m.v. which will increase the power of the V.V.P.

Техническое решение поясняется чертежами, где показано: на фиг.1 ВЭНА без направляющих аппаратов в разрезе. Дисковый генератор размещен в фундаменте, на который опирается труба. Вал генератора выведен на максимальную (максимально возможную) высоту. На валу, который фиксируется через подшипники профильными пластинами, закреплено несколько в.к. с крыловыми устройствами. По высоте трубы показаны прорези четырех г.в. В нижней части трубы показаны дополнительные отверстия, а в верхней дефлектор; на фиг.2 труба в поперечном разрезе с примерным расположением зон распределения в.п. где очевидно преимущество помещения ветрового крыла в зону в.в.п. (зона I) под оптимальным углом; на фиг.3 часть трубы с г.в. где видны прорези и автоматические задвижки; на фиг.4 общий вид ВЭНА, труба которой установлена на фундаменте. В верхней ее части расположен дефлектор, а в нижней - дополнительные отверстия. Стенки раструбов четырех секций направляющих устройств с внутренней стороны прикреплены к трубе в местах прорезей г.в. а с внешней к металлическому каркасу, опирающемуся на фундамент; на фиг.5 - часть трубы с боковыми направляющими; на фиг.6 труба с боковыми направляющими стенками в поперечном разрезе, где наглядно видно на сколько увеличивается захват в.п. The technical solution is illustrated by drawings, which show: in Fig. 1 VENA without guide vanes in section. The disk generator is located in the foundation on which the pipe rests. The generator shaft is brought to the maximum (maximum possible) height. On the shaft, which is fixed through the bearings with profile plates, several c.c. are fixed with wing devices. The height of the pipe shows the slots of four g.v. Additional holes are shown in the lower part of the pipe, and a deflector in the upper part; in Fig.2 pipe in cross section with an approximate arrangement of distribution zones vp where the advantage of placing the wind wing in the area of the east (zone I) at an optimal angle; figure 3 part of the pipe with m.v. where slots and automatic valves are visible; figure 4 General view of the VENA, the pipe of which is installed on the foundation. In the upper part there is a deflector, and in the lower part there are additional openings. The walls of the sockets of the four sections of the guide devices on the inside are attached to the pipe in the places of the slots of the m.v. and from the outside to the metal frame, resting on the foundation; figure 5 - part of the pipe with side guides; Fig.6 pipe with side guide walls in a transverse section, where you can clearly see how much the grip increases VP

ВЭНА состоит из: трубы 1 с г.в. 8, дискового генератора 14 (могут использоваться и другие типы генераторов) с валом 3, на котором закреплены в.к. 2 и элементы крепления вала 9, дополнительных отверстий 12, автоматических заслонок 5, направляющих аппаратов с боковыми 15, верхними и нижними 7 стенками 7 раструбов, металлического каркаса 6, фундамента 11. Стрелками 10 показано направление ветра. VENA consists of: pipe 1 from m.v. 8, of a disk generator 14 (other types of generators can be used) with a shaft 3, on which are mounted 2 and mounting elements of the shaft 9, additional holes 12, automatic shutters 5, guide vanes with side 15, upper and lower 7 walls 7 of the sockets, metal frame 6, foundation 11. Arrows 10 show the direction of the wind.

Металлическая труба в 20 раз легче, чем подробное сооружение из железобетона. A metal pipe is 20 times lighter than a detailed reinforced concrete structure.

В ВЭНА вместо традиционного цилиндрического генератора целесообразно использовать мощный тихоходный дисковый (карусельный) генератор, расположенный горизонтально. Вертикальный вал генератора, на котором крепятся несколько в. к. выведен на максимально возможную высоту и без переходных устройств (редукторов) соединяется с диском-ротором. Угловая скорость вращения вала от 10 до 50 об/мин. Диск-ротор одновременно будет выполнять роль мощного маховика. Возможно использование других типов генераторов. In VENA, instead of the traditional cylindrical generator, it is advisable to use a powerful low-speed disk (carousel) generator located horizontally. The vertical shaft of the generator, on which several are mounted. to. brought to the maximum possible height and without transition devices (gears) is connected to the rotor disk. The angular speed of rotation of the shaft is from 10 to 50 rpm. The rotor disk will simultaneously serve as a powerful flywheel. It is possible to use other types of generators.

В. п. поступает со стороны направления ветра в трубу через раструбы, расположенные по всей высоте направляющих аппаратов. Благодаря боковым направляющим стенкам 15 в.п. преобретает вихревое движение. Вихревый в.п. занимая определенное положение в трубе (для различных диаметров труб оно будет различное), взаимодействуя под оптимальным углом с крыльями в.к. 2, вращает вал 3 генератора 14. При этом нижний генератор вихря (г.в.) воздействует на ветрокрылья первого ветроколеса (в.к.) и, создавая разрежение под собой, всасывает дополнительные порции воздуха через дополнительные отверстия 12, второй и третий г.в. воздействуя на свои в.к. одновременно восстанавливают частично разрушенный в. в.п. на предыдущих ветровых колесах (в.к.). Последний генератор вихря поддерживает вихревое движение в.к. За счет разряжения, создаваемого под собой всеми г.в. увеличивается скорость в.в.п. и недостающее количество воздуха будет всасываться через дополнительные отверстия у основания трубы и прорези г.в. что увеличивает мощность в.в.п. The wind tunnel comes from the direction of the wind into the pipe through the bells located along the entire height of the guide vanes. Thanks to the side guiding walls of 15 vp acquires a swirling motion. Whirlwind vp occupying a certain position in the pipe (for different pipe diameters it will be different), interacting at the optimal angle with the wings 2, rotates the shaft 3 of the generator 14. In this case, the lower vortex generator (g.v.) acts on the wind wings of the first wind wheel (c.c.) and, creating a vacuum underneath, draws in additional portions of air through additional openings 12, the second and third g .in. acting on their vk. at the same time restore partially destroyed in. vp on previous wind wheels (c.c.). The last vortex generator supports vortex motion Due to the vacuum created by itself all speed increases and the missing amount of air will be sucked in through additional openings at the base of the pipe and through-hole. which increases the power of V.V.P.

Количество г. в. и в.к. будет зависеть от длины вала генератора, допустимого расстояния между в.к. и от того усилия, которое необходимо для вращения конкретного ротора генератора, а количество крыльев в.к. их форма и размеры должны выбираться таким образом, чтобы в.в.п. после частичного разрушения, при подходе к очередному в.к. восстанавливался. Number of c. and V.K. will depend on the length of the generator shaft, the permissible distance between the shaft and from the effort that is necessary to rotate a particular rotor of the generator, and the number of wings of the century their shape and dimensions should be chosen in such a way that after partial destruction, when approaching the next century was recovering.

Скорость в. в.п. будет постоянной, т.к. резкие изменения скорости ветра будут сглаживаться мощным маховиком, роль которого выполняет ротор генератора, а поступление в.п. в трубу при длительных изменениях скорости ветра будет регулироваться автоматическими заслонками. Speed c. vp will be constant, because sharp changes in wind speed will be smoothed out by a powerful flywheel, the role of which is played by the generator rotor, and the arrival of into the pipe with prolonged changes in wind speed will be regulated by automatic dampers.

Предлагаемая вихреустановка не требует ориентации относительно направления ветра. The proposed vortex installation does not require orientation relative to the direction of the wind.

ВЕНА совершенно безвредна в экологическом отношении, занимает малую площадь под ее строительство. Более того, если современные мощные ветроустановки, использующие крылья большой площади, вносят помехи в местный теле-радиоприем, то электромагнитные колебания, создаваемые за счет трения в.п. о крылья в.к. будут экранироваться металлической трубой. VIENNA is completely environmentally friendly, occupies a small area for its construction. Moreover, if modern powerful wind turbines using wings of a large area introduce interference into the local television reception, then electromagnetic oscillations created due to friction about wings vk will be shielded by a metal pipe.

Claims (1)

Вихревая электростанция, содержащая ветроколесо с вертикальным валом, размещенное внутри трубы, снабженной воздухозаборниками, имеющими направляющие аппараты, и расположенными на высоте ярусами, дефлектор, установленный над верхним торцем трубы, и расположенный на нижнем торце вала электрический генератор, отличающаяся тем, что электростанция снабжена дополнительными ветроколесами, направляющие аппараты на выходе образуют генераторы вихря, и каждое ветроколесо установлено вблизи генератора вихря для использования воздействия воздушного вихревого потока. A vortex power plant containing a wind wheel with a vertical shaft located inside a pipe equipped with air intakes having guide vanes and tiers located at a height, a deflector mounted above the upper end of the pipe and an electric generator located on the lower end of the shaft, characterized in that the power station is equipped with additional by wind wheels, guiding devices at the exit form vortex generators, and each wind wheel is installed near the vortex generator to use the effects of air ear vortex flow.

Images