RU2545173C1 - Wind-driven power plant - Google Patents
Wind-driven power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2545173C1 RU2545173C1 RU2014106377/06A RU2014106377A RU2545173C1 RU 2545173 C1 RU2545173 C1 RU 2545173C1 RU 2014106377/06 A RU2014106377/06 A RU 2014106377/06A RU 2014106377 A RU2014106377 A RU 2014106377A RU 2545173 C1 RU2545173 C1 RU 2545173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- wind
- wind wheel
- shaft
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к горизонтально-осевым ветроэнергетическим установкам.The invention relates to wind energy, and in particular to horizontal-axis wind power installations.
Известны ветроэнергетические установки (см., например, патенты США №№4495423, 4584486 кл. 290/44), содержащие ветроколесо, вал которого через повышающий редуктор связан с валом электрогенератора, и механизм поворота лопастей. Эти установки нашли широкое использование в ветроэнергетике (Han, Erich, "Windturbines", Berlin, 2000). Чтобы избежать резонансных колебаний лопастей, представляющих угрозу их разрушения, а также для поддержания постоянными частоты и напряжения переменного тока, вырабатываемого электрогенератором, установки должны работать с почти постоянной скоростью вращения ветроколеса, что обеспечивается механизмом поворота лопастей вдоль их продольной оси. Однако, если число оборотов ветроколеса будет фиксированным, то ветроэнергетическая установка будет работать с оптимальным коэффициентом использования ветра только при определенной скорости ветра. Как увеличение, так и снижение скорости ветра приводит к сдвигу рабочей точки от максимума, т.е. установка будет работать при более низких коэффициентах использования энергии ветра (ред. Шефтер Я.И. «Энергия ветра, - М., 1982 г.). Это связано с тем, что различные сечения лопастей с крыловыми профилями даже при наличии механизма поворота лопастей вдоль их продольных осей работают при неоптимальных углах атаки, что приводит к срыву потока от поверхности лопастей и возникновению аэродинамического шума.Wind power installations are known (see, for example, US patents Nos. 4,495,423, 4,584,486 class. 290/44) containing a wind wheel, the shaft of which is connected to the shaft of the electric generator via a reduction gear, and the rotation mechanism of the blades. These facilities are widely used in wind energy (Han, Erich, "Windturbines", Berlin, 2000). To avoid resonant vibrations of the blades, which pose a threat of their destruction, as well as to keep the frequency and voltage of the alternating current generated by the electric generator constant, the units must operate with an almost constant speed of rotation of the wind wheel, which is provided by the mechanism for turning the blades along their longitudinal axis. However, if the number of revolutions of the wind wheel is fixed, then the wind power installation will work with the optimal wind utilization factor only at a certain wind speed. Both an increase and a decrease in wind speed lead to a shift of the operating point from the maximum, i.e. the installation will operate at lower wind energy utilization rates (as amended by Shefter Y.I. “Wind energy, - M., 1982). This is due to the fact that different sections of the blades with wing profiles, even with the mechanism of rotation of the blades along their longitudinal axes, work at non-optimal angles of attack, which leads to stalling the flow from the surface of the blades and the appearance of aerodynamic noise.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение коэффициента использования энергии ветра в широком диапазоне изменения его скорости и снижение аэродинамического шума при сохранении скорости вращения ветроколеса и электрогенератора.The objective of the proposed technical solution is to increase the utilization of wind energy in a wide range of changes in its speed and reduce aerodynamic noise while maintaining the rotational speed of the wind wheel and electric generator.
Поставленная цель достигается тем, что ветроколесо имеет закрепленные на его ступице полые лопасти, изготовленные в виде тел вращения с выполненными в их стенках продольными пазами, в которых размещаются сужающиеся криволинейные каналы с тангенциальными щелями на выходе, направленными по касательной к внешней поверхности лопастей, а компрессор, обеспечивающий через систему каналов подачу воздуха к тангенциальным щелям, содержит рабочее колесо с приводом от устройства с регулируемой скоростью вращения, которое закреплено на консоли вала, установленного на подшипниковых опорах внутри полого ветроколеса, и закрепленный на ветроколесе лопаточный диффузор.This goal is achieved by the fact that the wind wheel has hollow blades fixed to its hub, made in the form of bodies of revolution with longitudinal grooves made in their walls, in which narrowing curved channels with tangential slots at the outlet, tangential to the outer surface of the blades, are placed, and the compressor providing through the channel system the air supply to the tangential slots, contains an impeller driven by a device with an adjustable speed of rotation, which is mounted on the console in la mounted on bearing supports inside the hollow propeller and propeller mounted on a vane diffuser.
На фиг.1 схематически представлен общий вид предпочтительного исполнения ветроэнергетической установки, а на фиг.2 - сечение A-A фиг.1 (в увеличенном масштабе).Figure 1 schematically shows a General view of a preferred embodiment of a wind power installation, and figure 2 is a section A-A of figure 1 (on an enlarged scale).
Ветроэнергетическая установка содержит установленное на поворотной головке 1 башни 2 ветроколесо 3 с закрепленными на его ступице 4 полыми лопастями 5, выполненными в виде усеченного конуса. В стенках лопастей 5 выфрезерованы продольные пазы 6 с выпуклыми, выполненными по радиусу боковыми стенками, в которые установлены профильные вставки 7, имеющие в поперечном сечении форму треугольника с двумя вогнутыми сторонами, одна из которых выполнена с тем же радиусом, что и боковые стенки паза. Соответствующая поверхность вставки прилегает к боковой стенке паза с возможностью поворота вставки в процессе сборки лопасти. Другая же вогнутая поверхность вставки спрофилирована таким образом, что между ней и противоположной стенкой паза образуется сужающийся криволинейный канал 8 с тангенциальной щелью 9 на выходе, направленной по касательной к внешней поверхности лопасти 5. Канал 8 сообщается с полостью 10 внутри лопасти 5 через выполненные в стенке лопасти сверления 11. Полый вал 12 ветроколеса 3 через повышающий редуктор 13 связан с валом электрогенератора 14. На консоли вала 15, установленного на подшипниковых опорах внутри вала 12, крепится рабочее колесо 16 центробежного компрессора. На выходе из рабочего колеса 16 предусмотрены закрепленный на ветроколесе лопаточный диффузор 17 и кольцевой безлопаточный диффузор 18, расположенный между ветроколесом 3 и обтекателем 19, который крепится к ступице 4 и лопаточному диффузору 17 и служит для подвода воздуха к рабочему колесу 16 и ветроколесу 3. Безлопаточный диффузор 18 через систему каналов 20, 10, 11 и 8 в ступице и лопастях сообщается с тангенциальными щелями 9. Вал 15 рабочего колеса 16 через повышающий редуктор 13 и вариатор, содержащий ведущий 21 и ведомый 22 диски, а также расположенный между ними промежуточный элемент 23, связан с валом 12 ветроколеса, а через муфту свободного хода 24 с устройством запуска 25.The wind power installation contains a
Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Установленная на башне 2 поворотная головка 1 ориентирует ветроколесо 3 относительно направления ветра. При вращении ветроколеса большая часть его полезной энергии используется для привода электрогенератора 14, связанного с ветроколесом через повышающий редуктор 13. Другая же часть затрачивается на привод рабочего колеса 16 центробежного компрессора, связанного с валом 12 ветроколеса через повышающий редуктор, и вариатор. Скорость рабочего колеса 16 может меняться в зависимости от положения промежуточного элемента 23, установленного между ведущим 21 и ведомым 22 дисками вариатора. В рабочем колесе 16 засасываемый из атмосферы воздух сжимается, а затем поступает последовательно в лопаточный 17 и безлопаточный 18 диффузоры, в которых происходит дальнейшее повышение его давления. Из безлопаточного диффузора 18 сжатый воздух через систему каналов 20, 10, 11 и 8 в ступице 4 и лопастях 5 ветроколеса поступает к тангенциальным щелям 9, из которых выбрасывается в виде пристеночных высокоскоростных струй. При этом вокруг лопастей образуется кольцеобразный вихрь, взаимодействием которого с набегающих потоком воздуха на ветроколесе 3 создается крутящий момент. Циркуляция этого вихря, величина которой определяется скоростью выбрасываемых струй, зависящей от скорости вращения рабочего колеса, может в несколько раз превосходить циркуляцию вокруг лопастей ветроколеса с крыловыми профилями, что позволяет увеличить коэффициент использования энергии ветра в широком диапазоне изменения скорости набегающего потока воздуха, а следовательно, и полезную мощность ветроколеса. Пристеночные струи обеспечивают безотрывное обтекание поверхности лопастей при любой скорости ветра, что приводит к снижению аэродинамического шума при работе ветроэнергетической установки.Wind power installation works as follows. Mounted on the
Запуск ветроэнергетической установки происходит следующим образом. Устройство запуска 25 приводит во вращение вал 15, на котором установлено рабочее колесо 16 центробежного компрессора. Из рабочего колеса закрученный поток воздуха начинает поступать в закрепленный на ветроколесе лопаточный диффузор 17, при прохождении через который поток воздуха раскручивается, вследствие чего на ветроколесе создается крутящий момент и оно начинает вращаться. Дальнейшее увеличение крутящего момента будет происходить по мере заполнения полостей 10 в лопастях 5 сжатым воздухом и увеличения скорости струй, выбрасываемых из тангенциальных щелей 9. При достижении ветроколесом определенной скорости вращения промежуточный элемент 23 входит в контакт в ведущим 21 и ведомым 22 дисками вариатора, после чего происходит отключение муфты свободного хода 24 и устройства запуска 25, а также подключение электрогенератора 14 в сеть.The launch of a wind power installation is as follows. The
При остановке ветроэнергетической установки сначала отключают электрогенератор 14 от сети, а затем выводят из контакта с дисками 21 и 22 вариатора промежуточный элемент 23, в результате чего компрессор прекращает подачу сжатого воздуха в полые лопасти. Т.к. крутящий момент на ветроколесе создается только при условии вращения рабочего колеса компрессора, то для предотвращения непроизвольной ротации ветроколеса при любой скорости ветра отпадает необходимость в использовании тормозных устройств.When the wind power plant is stopped, the
Очевидно, что эффективность работы ветроэнергетической установки зависит от соотношения мощности, затрачиваемой на привод рабочего колеса компрессора, и дополнительной мощности, получаемой в результате повышения коэффициента использования энергии ветра. При этом необходимо учитывать, что часть мощности, затрачиваемой на привод рабочего колеса компрессора, возвращается к ветроколесу при раскрутке воздушного потока в лопаточном диффузоре 17, который играет роль приводной турбины ветроколеса.Obviously, the efficiency of the wind power installation depends on the ratio of the power spent on the drive of the compressor impeller and the additional power obtained as a result of increasing the utilization of wind energy. It should be borne in mind that part of the power spent on driving the impeller of the compressor returns to the wind wheel when the air flow is promoted in the
Важным преимуществом ветроэнергетической установки является возможность ее работы при низких скоростях ветра, при которых работа установок, снабженных лопастями с крыльевыми профилями, невозможна вследствие того, что при таких режимах значительно снижается коэффициент использования энергии ветра.An important advantage of a wind power installation is the possibility of its operation at low wind speeds, in which the operation of plants equipped with blades with wing profiles is not possible due to the fact that under such conditions the utilization of wind energy is significantly reduced.
Другим преимуществом установки является возможность ее работы при низких температурах без обледенения лопастей, т.к. температура сжатого воздуха, поступающего в полости лопастей, превышает температуру окружающей среды, а выбрасываемые из тангенциальных щелей струи препятствуют образованию наледи на поверхности лопастей.Another advantage of the installation is the possibility of its operation at low temperatures without icing of the blades, because the temperature of the compressed air entering the cavity of the blades exceeds the ambient temperature, and the jets ejected from the tangential slots prevent the formation of ice on the surface of the blades.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014106377/06A RU2545173C1 (en) | 2014-02-21 | 2014-02-21 | Wind-driven power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014106377/06A RU2545173C1 (en) | 2014-02-21 | 2014-02-21 | Wind-driven power plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2545173C1 true RU2545173C1 (en) | 2015-03-27 |
Family
ID=53383197
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014106377/06A RU2545173C1 (en) | 2014-02-21 | 2014-02-21 | Wind-driven power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2545173C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109737098A (en) * | 2019-03-01 | 2019-05-10 | 上海诺地乐通用设备制造有限公司 | A kind of axial wheel with cleavable blade |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2118699C1 (en) * | 1996-06-18 | 1998-09-10 | Институт теоретической и прикладной механики СО РАН | Wind-power plant and its operation |
RU2333382C1 (en) * | 2006-12-29 | 2008-09-10 | Наталья Михайловна Комарова | Magnus effect amplification technique |
WO2009088383A2 (en) * | 2008-01-09 | 2009-07-16 | Necdet Suat Mehmetoglu | Wind power installation which is based on the magnus effect and which produces without energy consumption |
-
2014
- 2014-02-21 RU RU2014106377/06A patent/RU2545173C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2118699C1 (en) * | 1996-06-18 | 1998-09-10 | Институт теоретической и прикладной механики СО РАН | Wind-power plant and its operation |
RU2333382C1 (en) * | 2006-12-29 | 2008-09-10 | Наталья Михайловна Комарова | Magnus effect amplification technique |
WO2009088383A2 (en) * | 2008-01-09 | 2009-07-16 | Necdet Suat Mehmetoglu | Wind power installation which is based on the magnus effect and which produces without energy consumption |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109737098A (en) * | 2019-03-01 | 2019-05-10 | 上海诺地乐通用设备制造有限公司 | A kind of axial wheel with cleavable blade |
CN109737098B (en) * | 2019-03-01 | 2023-09-19 | 英飞同仁风机股份有限公司 | Axial flow impeller with cuttable blades |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2694805B1 (en) | Diffuser augmented wind turbines | |
US4140433A (en) | Wind turbine | |
KR101383849B1 (en) | Omni-directional wind turbine | |
US4606697A (en) | Wind turbine generator | |
EP2520763B1 (en) | Impeller | |
US20140056691A1 (en) | Impulse turbine for use in bi-directional flows | |
US8556571B2 (en) | Vertical axis dual vortex downwind inward flow impulse wind turbine | |
US20090169388A1 (en) | Multiple Rotor Windmill and Method of Operation Thereof | |
US4256435A (en) | Mounting support blocks for pivotal rotor of wind turbine | |
KR101368611B1 (en) | Boundary layer wind turbine with tangential rotor blades | |
EA031486B1 (en) | Wind power station provided with a rotating vortex-generating wind concentrator | |
RU2545173C1 (en) | Wind-driven power plant | |
KR102471788B1 (en) | rotor for electric generator | |
US20130022477A1 (en) | Turbines with integrated compressors and power generators | |
KR101514769B1 (en) | Vertical Axis Wind Power Equipment | |
DK202370542A1 (en) | Wind turbine blades and wind turbine systems that include a co-flow jet | |
RU2396458C1 (en) | Wind-driven plant | |
RU2383775C1 (en) | Rotor-type windmill | |
EA005904B1 (en) | Improved turbine | |
US8864455B2 (en) | Impulse wind machine | |
CA2738797C (en) | High efficiency turbine | |
RU2661567C2 (en) | Wind power plant and method of electricity producing | |
RU2310090C1 (en) | Wind power-generating device | |
RU2178830C2 (en) | Method for controlling wind power takeoff and wind-electric generating unit | |
RU2656780C2 (en) | Reactive helicopter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160222 |