SK272020U1 - Wind vortex wall - Google Patents

Abstract

Veterná vírová stena pozostáva aspoň z dvojice multirotorových turbín (2), ktorých hriadele (3) sú uložené na priečkach (1) upnutých na zadnom nosníku (4), hmotnosť ktorého je viacbodovo nesená lankami (8) vedenými zvrchu predného nosníka (9). Plocha (7) iniciuje dva protibežné víry, ktoré sa zrážajú a zosilňujú prúdenie v mieste multirotorových turbín (2). Veterná stena umožňuje ekonomickú aplikáciu veterno energických kapacít do hôr, morí a na budovy.The wind vortex wall consists of at least a pair of multi-rotor turbines (2), the shafts (3) of which are mounted on partitions (1) clamped on a rear beam (4), the weight of which is supported in several points by cables (8) guided from above the front beam (9). The surface (7) initiates two opposing vortices, which collide and amplify the flow at the site of the multi-rotor turbines (2). The wind wall enables the economical application of wind energy capacities to mountains, seas and buildings.

Description

Oblasť technikyTechnical field

Technické riešenie sa týka veterných vírových stien na zachytenie energie vetra a jeho premenu na elektrickú energiu bez potreby rozmerných listov turbín a bez potreby trvalých základov.The technical solution concerns wind vortex walls for capturing wind energy and converting it into electricity without the need for large turbine blades and without the need for permanent foundations.

Doterajší stav technikyPrior art

Premena energie vetra sa v súčasnosti uplatňuje prevažne pomocou velko priemerových trojlistýcli rotorov umiestnených na vežiach s výškou približne velkosti priemeru rotora. Veže sú kotvené v základoch alebo plávajúcich platformách, ktoré musia znášať extrémny záťažový moment. Veľké priemery spôsobujú exponenciálny nárast hmotnosti a pri nízkych otáčkach nároky na nákladný prevodový systém. Vysoká hmotnosť uvedených komponentov obmedzuje hospodárnosť a ekologickosť výroby a montáž zariadení najmä v horách a namoriach, tedav najvýhodnejšíchvetemýchlokalitách.The conversion of wind energy is currently applied mainly by means of large-diameter three-bladed rotors placed on towers with a height approximately the size of the rotor diameter. The towers are anchored in foundations or floating platforms, which must withstand extreme load moments. Large diameters cause exponential weight gain and costly transmission system requirements at low speeds. The high weight of these components limits the economy and environmental friendliness of the production and installation of equipment, especially in the mountains and seas, ie the most advantageous high-quality localities.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Podstatou technického riešenia sú dvojice multirotorových veterných turbín - každá so spoločným hriadeľom. Hriadele sú položené na podpornej konštrukcn, ktorá pozostáva z predného nosníka, zadného nosníka a priečok pričom predný a zadný nosník sú prepojené lankami na zachytenie ich hmotností a zmenšenie momentovej záťaže od váhy nosníkov. Dolné časti predného nosníka a zadného nosníka sú spojené na otočnej oske na vrchole stĺpa. Spodná časť hriadeľov ústi do pravouhlých prevodov a krútiaci moment sa ďalej prenáša do centra na generátor, pričom tento môže mať rotačný plášť a protibežný hriadeľ.The essence of the technical solution is a pair of multi-rotor wind turbines - each with a common shaft. The shafts are placed on a support structure, which consists of a front beam, a rear beam and crossbars, the front and rear beams being connected by cables to capture their weights and reduce the moment load from the weight of the beams. The lower parts of the front beam and the rear beam are connected on a rotating axle at the top of the column. The lower part of the shafts opens into rectangular gears and the torque is further transmitted to the center to the generator, which may have a rotating housing and a counter-rotating shaft.

Pod predným nosníkom je zavesená plocha, ktorá iniciuje na svojich okrajoch vznik indukčných vírov, ktoré sa udržujú prúdením vzduchu na celej veternej vírovej stene tvaru obdĺžnika. Dva protibežné víry vznikajúce na žľaboch a šikmých plochách sa v strede steny zrážajú a urýchľujú prúdenie cez multirotorové turbíny v smere blízkom k ose turbín.Below the front beam there is a suspended surface which initiates the formation of induction vortices at its edges, which are maintained by the flow of air over the entire rectangular vortex wall. Two opposing vortices arising on the gutters and inclined surfaces collide in the middle of the wall and accelerate the flow through the multi-rotor turbines in a direction close to the turbine axis.

Na priečkach sú vztlakové plochy vo funkcn krídiel medzi dvojicami turbín a svojím usmernením prúdenia okolo okrajových hrán urýchľujú vírové prúdy a optimalizujú smer prúdenia podľa meniteľného uhlu nábehu.On the partitions, the buoyancy surfaces in the function of the wings between the pairs of turbines and their flow direction around the edge edges accelerate the eddy currents and optimize the flow direction according to the variable angle of attack.

Vztlakové sily zo vztlakových plôch vytvárajú protimoment voči odporovým silám od vetra takže výslednica vektorového súčtu síl je v rovine kotvenia stĺpu alebo na úrovni hladiny vody.The buoyancy forces from the buoyancy surfaces create a counter-moment against the resistance forces from the wind so that the resultant of the vector sum of forces is in the plane of anchorage of the column or at the level of the water level.

Plocha pod predným nosníkom má vlnitý tvar vystužený priečnymi pruhmi a je zavesená na lankách v každej vlne. Tým je ľahko prenosná a harmonikovo stlačiteľná do prepravného tvaru.The surface under the front beam has a corrugated shape reinforced by transverse stripes and is suspended on ropes in each corrugation. This makes it easily portable and harmonically compressible into a transport shape.

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of figures in the drawings

Na obr. 1 je čelný pohľad na celé zariadenie s vyznačením vírov, ktoré sa iniciujú dolu a udržujú odporom steny.In FIG. 1 is a front view of the entire device with the vortices being initiated downwards and maintained by the resistance of the wall.

Na obr. 2 je bočný pohľad na zariadenie.In FIG. 2 is a side view of the device.

Príklady uskutočneniaExamples of embodiments

Horská veterná vírová stena je určená na využitie výhodných veterných podmienok v horách bez ujmy na životnom prostredí a bez viacnákladov pri montáži a masívnom zakladaní. Stĺp 10 sa len upne v strede jeho výšky trojicou vzpier alebo lán a konštmkcia sa uloží otočné na jeho vrchol zo vzduchu. Predný nosník 9 ako aj zadný nosník 4 sú delené a späté lankami 8, takže vykazujú nízku hmotnosť podobne ako multirotorové turbíny 2, ktoré majú nízky priemer a teda exponenciálne nižšiu hmotnosť. Plocha 7 zavesená pod predným nosníkom 9 koncentruje prúdenie a vytvára vírové prúdenie okolo vírovej veternej steny. Na vrchol hory alebo hrebeňa je dopravená samostatne v zovretom stave, pri montáži sa harmonikovo roztiahne na vyššie rozpätie a indukčné prúdenie vírov okolo krajných hrán zvýši aktívny čelný priemer činného vetra. Vo vzťahu k základnému čelnému prierezu takto stúpa dosiahnuteľná účinnosť premeny kinetickej energie vetra na elektrickú generovanú generátorom 5 po sprevodovaní v pravouhlých prevodoch 6 so vstupom z hriadeľov 3 hnaných multirotorovými dvojicami turbín 2. Oska stĺpa 10 môže niesť niekoľko paralelných zadných nosníkov 4 postavených na priečnom nosníku. Vztlakové plochy na priečkach 1 zvyšujú vírový efekt a optimalizujú smer prúdenia na listy turbín 2. Preťaženie nadmerným vetrom sa eliminuje tzv. praporovaním vztlakových plôch okolo priečok 1 ako aj plochy 7 pružnosťou zadných výstužných laniek. Vzpon vztlako2The mountain wind vortex wall is designed for the use of favorable wind conditions in the mountains without harm to the environment and without additional costs during installation and massive foundation. The column 10 is only clamped in the middle of its height by three struts or ropes and the construction is rotatably mounted on its top from the air. Both the front beam 9 and the rear beam 4 are divided and joined by ropes 8, so that they have a low weight similar to the multi-rotor turbines 2, which have a low diameter and thus exponentially lower weight. The surface 7 suspended below the front beam 9 concentrates the flow and creates a vortex flow around the vortex wind wall. It is transported to the top of the mountain or ridge separately in a closed state, during assembly it expands harmonically to a higher span and the inductive flow of vortices around the extreme edges increases the active front diameter of the active wind. In relation to the basic frontal section, the achievable efficiency of converting wind kinetic energy into electrical energy generated by generator 5 after transmission in rectangular gears 6 with input from shafts 3 driven by multi-rotor pairs of turbines 2 increases. . The buoyancy surfaces on the partitions 1 increase the vortex effect and optimize the flow direction on the turbine blades 2. Overloading by excessive wind is eliminated by the so-called by battling the buoyancy surfaces around the partitions 1 as well as the surface 7 by the elasticity of the rear reinforcing ropes. Buoyancy buoyancy2

S K 27-2020 U1 vých plôch umožňuje priamo smerovať celú otočnú časť na zvislej oske stĺpu do smeru vetra.With K 27-2020 U1 surfaces, it allows the entire rotating part on the vertical axis of the column to be directed directly in the wind direction.

Iným uskutočnením technického riešenia je plávajúca veterná vírová stena. Všetky funkcie sú ako v predošlom príklade s tým, že stĺp 10 je dutá plávajúca bója ktorej horná polovica do výšky 20 mje nad hladinou, spodná polovica je upnutá lanami o morské dno. Nízka hmotnosť systému a bezmomentovosť stĺpa 10 v tva5 re dutej rúry umožňujú znížiť náklady na platformu a jej uchytenie.Another embodiment of the technical solution is a floating wind vortex wall. All functions are as in the previous example, with the post 10 being a hollow floating buoy whose upper half is up to a height of 20 m above the surface, the lower half being clamped by ropes to the seabed. The low weight of the system and the torque-free post 10 in the shape of the hollow tube make it possible to reduce the cost of the platform and its attachment.

Iným uskutočnením je malá veterná elektráreň na rovnej alebo sedlovej streche. Výška stĺpa 10 sa volí tak, aby samotná vírová stena bola v zóne najvyššieho prúdenia okolo hrany strechy. Plocha 7 nie je nutná ak je uplatnená mikroturbína 0,5 až 1 kW. Vírová veterná stena môže slúžiť na ohrev vody v bojleri a vykurovanie objektu priamo alebo cez tepelné čerpadlo. Kapacitný faktor je v zimnom období asi 2,5 krát vyšší ako 10 u solárnych systémov. Ideálne je uplatnenie hybridných systémov vírových veterných stien a slnečných kolektorov. Stredne kapacitné prevedenie je možné prevádzkovať na výškových budovách výhodne jednoduchého upínania stĺpa 10 lankami kotvenými na zvislých stenách.Another embodiment is a small wind farm on a flat or saddle roof. The height of the column 10 is chosen so that the vortex wall itself is in the zone of highest flow around the edge of the roof. Area 7 is not necessary if a microturbine of 0.5 to 1 kW is applied. The vortex wind wall can be used to heat water in the boiler and heat the building directly or via a heat pump. The capacity factor is about 2.5 times higher in winter for solar systems. The application of hybrid systems of vortex wind walls and solar collectors is ideal. The medium-capacity design can be operated on high-rise buildings, preferably by simply clamping the column 10 with cables anchored to the vertical walls.

Iným uskutočnením je veterný zdroj pre elektricky hnané lode. Bok lode slúži ako plocha 7 a vytvára vzostupný prúd na veternú vírovú stenu pri bočnom vetre. Plavba je možná aj v protivetre primeranou rých15 losťou. Loď môže slúžiť ako dobíjacia stanica, ktorá sa bez kotvenia udrží v protivetre pomocou multirotorových lodných skrutiek a spotrebou časti výkonu. Predný nosník 9 a zadný nosník 4 možno teleskopický sťahovať, veterná vírová stena ako celok môže byť na lodi natáčaná do smeru hnacej plachty.Another embodiment is a wind source for electrically powered ships. The side of the ship serves as a surface 7 and creates an upward current to the wind vortex wall in crosswinds. Sailing is also possible in the headwind at a reasonable speed. The ship can serve as a charging station, which is kept in the headwind without anchoring by means of multi-rotor propellers and consuming part of the power. The front beam 9 and the rear beam 4 can be telescopically retracted, the wind vortex wall as a whole can be pivoted on the ship in the direction of the propeller.

Claims (3)

NÁROKY NA OCHRANUCLAIMS FOR PROTECTION 1. Veterná vírová stena určená na zachytávanie a premenu veternej energie, vyznačujúca sa tým, že aspoň jedna dvojica multirotorovej veternej turbíny (2) ktorej rotory sú na jednej osi, má svoje 5 hriadele (3) podopreté priečkami (1), ktoré sú v strede upnuté na zadnom nosníku (4), ktorý je lankami (8) spriahnutý s predným nosníkom (9) a ktorých spodné časti sú spojené v úrovni vrcholu stĺpa (10) so zvislou otočnou oskou, pričom hriadele (3) spodnou časťou končia v pravouhlých prevodoch (6) spojených s generátorom (5) a pod predným nosníkom (9) je zavesená plocha (7).A wind vortex wall intended for capturing and converting wind energy, characterized in that at least one pair of a multi-rotor wind turbine (2) whose rotors are on one axis has its 5 shafts (3) supported by partitions (1) which are in clamped in the middle on a rear beam (4) which is coupled to the front beam (9) by cables (8) and whose lower parts are connected at the level of the top of the column (10) with a vertical pivot axis, the shafts (3) ending at right angles gears (6) connected to the generator (5) and under the front beam (9) there is a suspended surface (7). 2. Veterná vírová stena podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že na priečkach (1) sú 10 uchytené vztlakové plochy s menlivým uhlom nábehu.Wind vortex wall according to Claim 1, characterized in that buoyancy surfaces with a variable angle of attack are mounted on the partitions (1). 3. Veterná vírová stena podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že plocha (7) má vlnitý harmonikový tvar vystužený vertikálnymi lankami centrálne upnutýmiv hornej časti predného nosníka (9).Wind vortex wall according to claim 1, characterized in that the surface (7) has a wavy harmonic shape reinforced by vertical cables clamped centrally in the upper part of the front beam (9).