RU62997U1 - ROTOR WIND MOTOR BLADE AND WIND MOTOR - Google Patents

Abstract

Полезные модели относится к области использования ветровой энергии, а именно к ветродвигателям с вертикальным расположением ротора. Лопасть роторного ветродвигателя установлена с зазором к оси вращения, которая ориентирована верткально, лопасть имеет встречный наклон к горизонтальному ветропотоку и снабжена, закрепленными на внутренней стороне вихреобразующими козырьками, имеющими переменный профиль и наклон для формирования вихрей и направления их к внутреннему краю лопасти. Ветродвигатель, содержит вертикальную ось вращения, и профилированные лопасти, верхнюю и нижнюю крышки, имеющие форму круга, при этом лопасти установлены с зазором между внутренним краем и осью вращения, имеют встречный наклон к горизонтальному ветропотоку и снабжены закрепленными на их внутренней стороне, вихреобразующими козырьками, имеющими переменный профиль и наклон для формирования вихрей и направления их в сторону внутреннего края лопасти.Utility models relates to the use of wind energy, namely to wind turbines with a vertical rotor arrangement. The blade of the rotor wind turbine is installed with a gap to the axis of rotation, which is vertically oriented, the blade has a counter inclination to the horizontal wind flow and is equipped with vortex-forming visors fixed on the inside, having a variable profile and inclination to form vortices and direct them to the inner edge of the blade. The wind turbine contains a vertical axis of rotation, and the profiled blades, upper and lower covers, having a circle shape, while the blades are installed with a gap between the inner edge and the axis of rotation, have a counter inclination to the horizontal wind flow and are equipped with vortex-forming visors fixed to their inner side, having a variable profile and slope to form vortices and direct them towards the inner edge of the blade.

Description

Полезные модели относится к области использования ветровой энергии, а именно к ветродвигателям с вертикальным расположением ротора.Utility models relates to the use of wind energy, namely to wind turbines with a vertical rotor arrangement.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом является лопасть к роторному ветродвигателю, состоящая из двух образующих одно целое частей головной удобообтекаемой формы, части, ограниченной цилиндрическими поверхностями, постепенно сужающейся и имеющей в сечении криволинейно-каплевидную форму и в конце сливающейся с хвостовой, имеющей вид плоского листа, частью, параллельной хвостовой части противоположной лопасти, каковая форма лопасти придана с целью повышения реактивного действия струи воздуха, вытекающей из канала, образованного указанными двумя лопастями и торцевыми дисками ротора (см. Авторское свидетельство СССР N46491, кл. F 03 D 3/06, 1936.).The closest in technical essence - the prototype is a blade to a rotary wind turbine, consisting of two parts forming a single unit of the head streamline shape, a part bounded by cylindrical surfaces, gradually tapering and having a cross-section in the form of a curvilinear-teardrop shape and at the end merging with the tail, having the form of a flat of a sheet, part parallel to the tail of the opposite blade, which shape of the blade is given in order to increase the reactive effect of the air stream flowing from the channel, the image tied by the indicated two blades and end disks of the rotor (see USSR Author's Certificate N46491, class F 03 D 3/06, 1936.).

Недостатком известной лопасти является недостаточно полный отбор кинетической энергии ветра. Стекающий с лопасти ветропоток может иметь еще достаточно большой запас неизрасходованной на вращение лопасти кинетической энергии, который не используется, что снижает коэффициент полезного действия, а также способствует созданию неуправляемых вихрей по всей внутренней кромке на задней стороне лопасти, что в свою очередь также приводит к снижению эффективности использования известной лопасти, что снижает КПД ее использования.A disadvantage of the known blades is insufficiently complete selection of kinetic energy of the wind. The wind flow flowing from the blade can still have a sufficiently large supply of kinetic energy that is not used up for rotation of the blade, which is not used, which reduces the efficiency and also contributes to the creation of uncontrollable vortices along the entire inner edge on the back side of the blade, which in turn also leads to a decrease the efficiency of using a known blade, which reduces the efficiency of its use.

Задачей полезной модели является повышение эффективности использования лопасти.The objective of the utility model is to increase the efficiency of use of the blade.

Техническим результатом является обеспечение более полного отбора кинетической энергии ветропотока, уменьшение негативного влияния стекающего с лопасти ветропотока.The technical result is to ensure a more complete selection of the kinetic energy of the wind flow, reducing the negative impact of flowing from the blade of the wind flow.

Указанный результат достигается тем, что в лопасти роторного ветродвигателя установленной с зазором к оси вращения, ось вращения ориентирована верткально, лопасть имеет встречный наклон к горизонтальному ветропотоку и снабжена, закрепленными на внутренней стороне вихреобразующими козырьками, имеющими переменный профиль и наклон для формирования вихрей и направления их к внутреннему краю лопасти.The specified result is achieved by the fact that in the rotor blade of a wind turbine installed with a clearance to the axis of rotation, the axis of rotation is vertically oriented, the blade has a counter inclination to the horizontal wind flow and is equipped with vortex-forming visors fixed on the inside, having a variable profile and inclination for the formation of vortices and their direction to the inner edge of the blade.

Кроме того, - лопасть снабжена, по меньшей мере, тремя вихреобразующими козырьками,In addition, - the blade is equipped with at least three vortex-forming visors,

- вихреобразующие козырьки установлены с наклоном к внутреннему краю лопасти.- vortex-forming visors are installed with an inclination to the inner edge of the blade.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом является ветродвигатель, содержащий ветровую турбину с вертикальной осью вращения, турбина образована из N профилированных осесимметричных лопастей, соединенных верхней и нижней крышками, имеющими форму круга, и расположена внутри направляющей системы, образованной из К неподвижных осесимметричных направляющих створок, закрепленных верхней и нижней крышками, причем каждая из лопастей ветровой турбины представляет собой часть боковой поверхности цилиндра с образующей, параллельной оси вращения ветровой турбины, поперечное сечение каждой из направляющих створок имеет профиль в виде синусоиды, при этом внешние и внутренние кромки лопастей ветровой турбины в сечении соответственно установлены по окружности и ориентированы так, чтобы обеспечить плавное перетекание воздуха с направляющих створок на лопасти ветровой турбины, а направляющие створки расположены равномерно по окружности и своими осями установлены под углом к линиям ее радиусов так, чтобы обеспечить перетекание воздушного потока с одной лопасти на другую (см. RU 2168059, С2, кл. F 03 D 3/04, опубл. 2001.05.27.).The closest in technical essence - the prototype is a wind turbine containing a wind turbine with a vertical axis of rotation, the turbine is formed of N profiled axisymmetric blades connected by upper and lower covers in the form of a circle, and is located inside the guide system formed of K fixed axisymmetric guide flaps, fixed by upper and lower covers, each of the blades of a wind turbine representing a part of the side surface of the cylinder with a generatrix parallel to of the rotation axis of the wind turbine, the cross section of each of the guide flaps has a sinusoidal profile, while the outer and inner edges of the wind turbine blades in the cross section are respectively mounted around the circumference and oriented so as to ensure smooth flow of air from the guide flaps to the wind turbine blades, and the guide flaps are evenly spaced around their axes and are set at their angles to the lines of its radii so as to ensure the flow of air from one blade to another guyu (see. RU 2168059, C2, cl. F 03 D 3/04, publ. 2001.05.27.).

Недостатком известного ветродвигателя является недостаточно полное использование кинетической энергии ветра. Стекающий с лопастей ветропоток имеет еще достаточный запас неизрасходованной на вращение кинетической энергии, которая не используется, что снижает коэффициент полезного действия ветродвигателя, Кроме того, наличие границы между выпуклой и вогнутой поверхностью соседних лопастей способствует созданию вихрей вдоль оси турбины и на вогнутой поверхности соседней лопасти, снижающих эффективность отбора кинетической энергии ветропотока. Вышеуказанное уменьшает эффективность ветродвигателя в целом снижая его КПД. Реально КПД подобного известного ветродвигателя составляет 0,1-0,14A disadvantage of the known wind turbine is the insufficient full use of kinetic wind energy. The wind flow flowing from the blades still has a sufficient supply of kinetic energy that is not used up for rotation, which is not used, which reduces the efficiency of the wind turbine.In addition, the presence of a boundary between the convex and concave surfaces of adjacent blades contributes to the creation of vortices along the turbine axis and on the concave surface of the adjacent blade, reducing the efficiency of the selection of the kinetic energy of the wind flow. The above reduces the efficiency of the wind turbine as a whole, reducing its efficiency. In reality, the efficiency of such a known wind turbine is 0.1-0.14

Кроме того, формирование вихрей между лопастями, негативно влияющих на эффективность ветродвигателя, зависит от силы ветра, что определяет жесткую зависимость скорости вращения лопастей от силы ветра, и как следствие сужает диапазон возможных скоростей ветра, для которых может быть использован известный ветродвигатель уменьшая регион использования, то есть уменьшает область его применения.In addition, the formation of vortices between the blades adversely affecting the efficiency of the wind turbine depends on the wind force, which determines the rigid dependence of the rotational speed of the blades on the wind force, and as a result narrows the range of possible wind speeds for which a known wind turbine can be used, reducing the region of use, that is, it reduces the scope of its application.

Задачей полезной модели является повышение эффективности ветродвигателя и расширение области его применения.The objective of the utility model is to increase the efficiency of the wind turbine and expand its scope.

Техническим результатом является обеспечение более полного отбора кинетической энергии ветра, уменьшение негативного влияния неуправляемых вихрей ветропотока, образующихся между лопастями, повышение КПД ветродвигателя.The technical result is to ensure a more complete selection of kinetic energy of the wind, reducing the negative impact of uncontrolled vortices of the wind flow between the blades, increasing the efficiency of the wind turbine.

Указанный результат достигается тем, что в ветродвигателе, содержащем вертикальную ось вращения, и профилированные лопасти, верхнюю и нижнюю крышки, имеющие форму круга, лопасти установлены с зазором между внутренним краем и осью вращения, имеют встречный наклон к горизонтальному ветропотоку и снабжены закрепленными на их внутренней стороне, вихреобразующими козырьками, имеющими переменный профиль и наклон для формирования вихрей и направления их в сторону внутреннего края лопасти.This result is achieved by the fact that in a wind turbine containing a vertical axis of rotation, and the profiled blades, upper and lower covers, having a circle shape, the blades are installed with a gap between the inner edge and the axis of rotation, have a counter inclination to the horizontal wind flow and are equipped with fixed on their inner side, vortex-forming visors having a variable profile and slope to form vortices and direct them towards the inner edge of the blade.

Кроме того, - лопасти имеют вогнутый профиь,In addition, - the blades have a concave profile,

- ветродвигатель выполнен имеющим, по меньшей мере, три лопасти,- the wind turbine is made having at least three blades,

- вихреобразующие козырьки установлены с наклоном к внутреннему краю лопасти.- vortex-forming visors are installed with an inclination to the inner edge of the blade.

Полезные модели поясняются с помощью чертежей, где на Фиг.1 показана лопасть роторного ветродвигателя, на Фиг.2 - чертеж вихреобразующего козырька, на Фиг.3 - чертеж ветродвигателя, вид сбоку, на Фиг.4 - горизонтальное сечение ветродвигателя, вид сверху, на Фиг.5 - продольное сечение фрагмента лопасти с вихреобразующими козырьками.Utility models are explained using the drawings, in which Fig. 1 shows a rotor blade of a wind turbine, Fig. 2 is a drawing of a swirling visor, Fig. 3 is a drawing of a wind turbine, side view, Fig. 4 is a horizontal section of a wind turbine, top view, Figure 5 is a longitudinal section of a fragment of a blade with vortex-forming visors.

Лопасть 1 роторного ветродвигателя, закреплена с зазором к вертикальной оси 2 вращения, выполнена вогнутой, имеет встречный наклон и снабжена, по меньшей мере, тремя вихреобразующими козырьками 3 на внутренней стороне, при этом ввихреобразующие козырьки выполнены в виде скрученного относительно своей оси 4 полуцилиндра и установлены с наклоном своей оси в сторону внутреннего края лопасти.The blade 1 of the rotor wind turbine is fixed with a gap to the vertical axis of rotation 2, is made concave, has an oncoming slope and is equipped with at least three vortex-forming visors 3 on the inner side, while the vortex-forming visors are made in the form of a half-cylinder twisted about its axis 4 and are installed with the inclination of its axis towards the inner edge of the blade.

На лопасть 1 воздействует ветер 8 с направлением, указанным стрелками.The blade 1 is affected by wind 8 with the direction indicated by arrows.

Лопасть роторного ветродвигателя работает следующим образом.The blade of a rotary wind turbine operates as follows.

Поток 8 ветра (на чертежах показан стрелками), обдувая лопасть ветродвигателя, воздействует на лопасти. Так как лопасть расположена с встречным наклоном к ветропотоку, ветропоток сбегает вниз к вихреобразующему козырьку, наполняя его до образования вихрей, которых образуется столько, сколько вихреобразующих козырьков установлено на лопасти. Ветропоток уходит с поверхности лопасти закрученным в вихри, образованные в козырьках, через зазор между лопастью и осью вращения. Сформированные вихри могут быть направлены на внутреннюю сторону другой лопасти, продолжая отдавать свою кинетическую энергию, при этом отдача более эффективна из-за концентрированности вихревого потока.The wind stream 8 (shown in the drawings by arrows), blowing a blade of a wind turbine, acts on the blades. Since the blade is located with an opposite slope to the wind flow, the wind flow runs down to the vortex-forming visor, filling it until the formation of vortices, which form as many as the vortex-forming visors installed on the blades. The wind flow leaves the surface of the blade twisted into vortices formed in the visors through the gap between the blade and the axis of rotation. Formed vortices can be directed to the inside of the other blade, continuing to give off their kinetic energy, while the recoil is more effective due to the concentration of the vortex flow.

Наличие вихреобразующих козырьков обеспечивает управляемость и стабилизацию стекающего ветропотока, который становится вихревым и направленным, что способствует стабилизации вращения лопасти. Прохождение ветропотока по вихреобразующим козырькам обеспечивает повышение отбора его кинетической энергии, а направленность этих потоков способствует снижению флуктуационных завихрений за внутренним краем лопасти, и как следствие, уменьшению негативного влияния стекающего с лопасти ветропотока.The presence of vortex-forming visors provides controllability and stabilization of the flowing wind flow, which becomes vortex and directional, which helps to stabilize the rotation of the blade. The passage of the wind flow through the vortex-forming visors provides an increase in the selection of its kinetic energy, and the direction of these flows helps to reduce fluctuation turbulences behind the inner edge of the blade, and as a result, reduce the negative influence of the wind flow flowing from the blade.

Таким образом, предлагаемая лопасть обладает большей эффективностью по сравнению с прототипом, так как обеспечивает более полный отбор кинетической энергии ветропотока, а также уменьшение негативного влияния стекающего ветропотока,.Thus, the proposed blade has greater efficiency compared to the prototype, as it provides a more complete selection of the kinetic energy of the wind flow, as well as reducing the negative impact of the flowing wind flow.

Ветродвигатель, содержит вертикальную ось 2 вращения, и профилированные лопасти 1, верхнюю 5 и нижнюю 6 крышки, имеющие форму круга, лопасти установлены с зазором между внутренней кромкой и осью, выполнены вогнутыми и снабжены закрепленными на их внутренней стороне, по меньшей мере, тремя вихреобразующими козырьками 3, имеющими профиль изогнутого полуцилиндра установленого с наклоном своей оси в сторону внутреннего края лопасти.The wind turbine contains a vertical axis of rotation 2, and the profiled blades 1, upper 5 and lower 6 of the cover, having a circle shape, the blades are installed with a gap between the inner edge and the axis, made concave and provided with at least three eddy-forming fixed on their inner side visors 3 having a profile of a curved half cylinder installed with the inclination of its axis towards the inner edge of the blade.

Ось с верхней и нижней крышками и закрепленными между ними лопастями установлена вертикально посредством шарнирного соединения на стойке 7 и кинематически соединена с приводом электрогенератора (на чертеже не показан).The axis with the upper and lower covers and the blades fixed between them is mounted vertically by means of a swivel on the rack 7 and is kinematically connected to the drive of the electric generator (not shown in the drawing).

Лопасти установлены с встречным наклоном к горизонтальному ветропотоку.The blades are installed with a counter slope to the horizontal wind flow.

Ветродвигатель выполнен имеющим, по меньшей мере, три лопасти.The wind turbine is made having at least three blades.

Ветродвигатель работает следующим образом.The wind turbine operates as follows.

Поток ветра (на чертежах показан стрелками), обдувая ветродвигатель, воздействует на лопасти. Так как каждая лопасть расположена с встречным наклоном, ветропоток движется вниз, сбегает к вихреобразующему козырьку, наполняя его до образования вихрей, которых образуется столько, сколько вихреобразующих козырьков установлено на лопасти. Вихрь, который образовался в козырьке, через зазор между лопастью и осью направляется благодаря наличию зазора между внутренней кромкой лопасти и осью, на внутреннюю часть другой лопасти, поэтому «пятка» вихря - самая сильная его часть, влияет на нее более существенно из-за концентрированности вихревого потока.The wind flow (shown in the drawings by arrows), blowing a wind turbine, affects the blades. Since each blade is located with an opposite slope, the wind flow moves down, runs to the vortex-forming visor, filling it up to form vortices, which form as many as the vortex-forming visors are mounted on the blades. Due to the presence of a gap between the inner edge of the blade and the axis, the vortex that has formed in the visor is guided through the gap between the blade and the axis to the inside of the other blade, therefore the “heel” of the vortex is its strongest part and affects it more significantly due to concentration swirl flow.

Винтообразный изгиб вихреобразующего козырька способствует концентрации вихревого потока и направлению его на внутреннюю сторону другой лопасти, для продолжения отбора его кинетической энергию.The helical bend of the vortex-forming visor contributes to the concentration of the vortex flow and its direction to the inside of the other blade, to continue its kinetic energy selection.

Наличие вихреобразующих козырьков обеспечивает управляемость и стабилизацию ветропотока, стекающего с лопастей, который становится вихревым и направленным, тем самым способствует стабилизации вращения лопастей ветродвигателя и снижению зависимости скорости его вращения от силы ветра, в особенности при больших его скоростях, расширяя диапазон использования ветродвигателя.The presence of vortex-forming visors provides controllability and stabilization of the wind flow flowing from the blades, which becomes vortex and directional, thereby stabilizing the rotation of the blades of the wind turbine and reducing the dependence of its speed on the wind force, especially at high speeds, expanding the range of use of the wind turbine.

При испытании ветродвигателя, КПД при самых приближенных расчетах составило не менее 0,4-0,45.When testing a wind turbine, the efficiency with the most approximate calculations was at least 0.4-0.45.

Таким образом, предлагаемый ветродвигатель более эффективен по сравнению с прототипом, и имеет более широкую область применения, так как он обеспечивает более полный отбор кинетической энергии ветропотока, более высокий КПД ветродвигателя, а также обеспечивает уменьшение флуктуационных завихрений стекающего с лопастей потока, преобразуя их в направленные вихревые потоки, что уменьшает зависимость скорости вращения лопастей от силы ветра.Thus, the proposed wind turbine is more efficient than the prototype, and has a wider field of application, since it provides a more complete selection of the kinetic energy of the wind flow, a higher efficiency of the wind turbine, and also reduces the fluctuation turbulence of the flow from the blades, converting them into directed vortex flows, which reduces the dependence of the speed of rotation of the blades on the strength of the wind.

Claims (7)

1. Лопасть роторного ветродвигателя, установленная с зазором к оси вращения, отличающаяся тем, что ось вращения ориентирована вертикально, лопасть имеет встречный наклон к горизонтальному ветропотоку и снабжена закрепленными на внутренней стороне вихреобразующими козырьками, имеющими переменный профиль и наклон для формирования вихрей и направления их к внутреннему краю лопасти.1. The blade of a rotary wind turbine installed with a gap to the axis of rotation, characterized in that the axis of rotation is oriented vertically, the blade has a counter inclination to the horizontal wind flow and is equipped with vortex-forming visors fixed on the inside, having a variable profile and inclination to form vortices and direct them to the inner edge of the blade. 2. Лопасть роторного ветродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере тремя вихреобразующими козырьками.2. The blade of a rotary wind turbine according to claim 1, characterized in that it is equipped with at least three vortex-forming visors. 3. Лопасть роторного ветродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что вихреобразующие козырьки установлены с наклоном к внутреннему краю лопасти.3. The blade of the rotary wind turbine according to claim 1, characterized in that the vortex-forming visors are installed with an inclination to the inner edge of the blade. 4. Ветродвигатель, содержащий вертикальную ось вращения и профилированные лопасти, верхнюю и нижнюю крышки, имеющие форму круга, отличающийся тем, что лопасти установлены с зазором между внутренним краем и осью вращения, имеют встречный наклон к горизонтальному ветропотоку и снабжены закрепленными на их внутренней стороне вихреобразующими козырьками, имеющими переменный профиль и наклон для формирования вихрей и направления их в сторону внутреннего края лопасти.4. A wind turbine containing a vertical axis of rotation and profiled blades, upper and lower covers, having the shape of a circle, characterized in that the blades are installed with a gap between the inner edge and the axis of rotation, have a counter inclination to the horizontal wind flow and are equipped with vortex-forming fixed on their inner side visors having a variable profile and slope for the formation of vortices and their direction towards the inner edge of the blade. 5. Ветродвигатель по п.4, отличающийся тем, что лопасти имеют вогнутый профиль.5. The wind turbine according to claim 4, characterized in that the blades have a concave profile. 6. Ветродвигатель по п.4, отличающийся тем, что ветродвигатель выполнен имеющим, по меньшей мере, три лопасти.6. The wind turbine according to claim 4, characterized in that the wind turbine is made having at least three blades. 7. Ветродвигатель по п.4, отличающийся тем, что вихреобразующие козырьки установлены с наклоном к внутреннему краю лопасти.

7. The wind turbine according to claim 4, characterized in that the vortex-forming visors are installed with an inclination to the inner edge of the blade.