UA13536U - Windmill - Google Patents

Abstract

A windmill has a concentrator of wind flow with central working body, wind wheel, base. Additionally it has generator node installed in the central opening in the inner part of the wind-wheel, and cylindrical body with cowl. The base is made of not less than three parts; at that those are placed in perimeter of the concentrator of wind flow. The concentrator of wind flow is stationary and arranged as a disc, with the axial cross-section similar to the wing one, or to convex-concave profile, and symmetrical with respect to the axis of the central opening.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до вітроенергетики та стосується вітроагрегатів, які мають концентратори 2 повітряного потоку.A useful model relates to wind energy and concerns wind turbines that have 2 airflow concentrators.

Відома вітроенергетична установка (А.С. СССР 1121482, кл. ГО3О3/04, 1984) включає в себе такі основні конструктивні елементи як: кільцевий корпус з центральним каналом; розташований на його вході обтічник з криволінійною боковою поверхнею, який має напрямні лопатки; встановлене в каналі на вертикальному валу вітроколесо; кільце, яке встановлене над корпусом із зазором; еластичний вихідний патрубок. 70 Недоліки: мала ефективність роботи внаслідок того, що кільцевий обтічник не сприяє спрямуванню повітря в канал, так як повітря буде обминати його у горизонтальній площині, тобто повітряний потік буде лише гальмуватися; кільце, що встановлене над корпусом із зазором, при підвищенні швидкості вітру буде збільшувати висоту корпусу, що викличе гальмування вітрового потоку над каналом внаслідок завихрення.The well-known wind power plant (AS USSR 1121482, cl. ГО3О3/04, 1984) includes such basic structural elements as: ring casing with a central channel; located at its entrance is a fairing with a curved side surface, which has guide vanes; a windmill installed in the channel on a vertical shaft; a ring that is installed above the body with a gap; elastic outlet pipe. 70 Disadvantages: low work efficiency due to the fact that the ring fairing does not contribute to the direction of air into the channel, as the air will bypass it in a horizontal plane, that is, the air flow will only be slowed down; a ring installed above the hull with a gap will increase the height of the hull when the wind speed increases, which will cause the wind flow over the channel to be inhibited due to vorticity.

Відома вітроенергетична установка (А.Є. СССР 1682619, кл. РГОЗ3О1/04, 1989) включає в себе такі основні 72 конструктивні елементи як: основа; встановлений на основі із можливістю повороту концентратор повітряного потоку, який має криловидний профіль і поперечний канал круглого перерізу; вітроколесо; флюгер та два інтерцептори.The well-known wind power plant (A.E. USSR 1682619, cl. RHOZ3O1/04, 1989) includes such basic 72 structural elements as: base; an air flow concentrator installed on a base with the possibility of rotation, which has a wing-shaped profile and a transverse channel of a circular section; windmill; weather vane and two interceptors.

Недоліки: мала ефективність роботи внаслідок того, що повітряний потік гальмується при проходженні над інтерцепторами; складність конструкції, яка обумовлена здатністю повороту концентратору. 20 З відомих пристроїв найбільш близьким за технічною сутністю є вітроагрегат (А.С. 1409771 СССР, кл.Disadvantages: low work efficiency due to the fact that the air flow slows down when passing over the interceptors; the complexity of the design, which is due to the ability to rotate the hub. 20 Of the known devices, the closest in terms of technical essence is the wind turbine (A.S. 1409771 USSR, cl.

ЕОо301/04, 1986р.), який складається з основи; встановлений на основі із можливістю повороту концентратор повітряного потоку, який має криловидний профіль і поперечний канал круглого перерізу; вітроколесо; флюгер; приводний механізм. Його і оберемо в якості прототипу.EOo301/04, 1986), which consists of a base; an air flow concentrator installed on a base with the possibility of rotation, which has a wing-shaped profile and a transverse channel of a circular section; windmill; vane; drive mechanism. We will choose him as a prototype.

Недоліки: складність конструкції, яка обумовлена здатністю повороту концентратору та наявністю приводного 25 механізму. вDisadvantages: the complexity of the design, which is due to the ability to turn the hub and the presence of a drive mechanism. in

В основу корисної моделі поставлена задача спрощення конструкції та підвищення надійності конструкції при незмінній ефективності роботи пристрою при довільних напрямках бокового вітру.The basis of the useful model is the task of simplifying the design and increasing the reliability of the design with the constant efficiency of the device in arbitrary directions of the side wind.

Це вирішується таким чином, що вітроагрегат, який містив концентратор вітрового потоку з центральним робочим отвором; вітроколесо; основу; додатково обладнаний генераторним вузлом для перетворення о 30 механічної енергії в електричну та основами, які розташовані по периметру концентратора вітрового потоку. соThis is solved in such a way that the wind turbine, which contained a wind flow concentrator with a central working hole; windmill; basis; additionally equipped with a generator unit for the conversion of 30 mechanical energy into electrical energy and bases located along the perimeter of the wind flow concentrator. co

Концентратор вітрового потоку виконаний у вигляді диску, осьовий переріз якого наближається до випукловогнутого крилового профілю та симетричний відносно вісі центрального отвору. Центральний отвір має о коротку заборну частину за якою йде зона розширення, що виконана у вигляді конусу з малим кутом конусності. соThe wind flow concentrator is made in the form of a disk, the axial section of which approaches the convex-concave wing profile and is symmetrical about the axis of the central opening. The central hole has a short intake part, followed by an expansion zone, made in the form of a cone with a small taper angle. co

Вітроколесо встановлено в центральному отворі і має декілька ступеней, які встановлені на одній вісі та кожна 3о послідуюча з яких має більший діаметр. Генераторний вузол встановлений в центральному отворі у внутрішній -- частині вітроколеса і має циліндричний корпус із обтічником. Основи виконані у вигляді стійок та їхня кількість повинна бути не менше трьох для того, щоб забезпечити стійке встановлення та закріплення вітроагрегату, кількість основ залежить від розмірів вітроагрегату. «The windmill is installed in the central hole and has several stages, which are installed on one axis and every 3 o the next one of which has a larger diameter. The generator unit is installed in the central hole in the inner part of the windmill and has a cylindrical body with a fairing. The foundations are made in the form of racks and their number must be at least three in order to ensure stable installation and fixing of the wind turbine, the number of foundations depends on the size of the wind turbine. "

Всі ці ознаки є необхідними і достатніми для отримання технічного результату. Технічним результатом є З 50 спрощення конструкції та збільшення надійності конструкції при незмінній ефективності роботи пристрою при с довільних напрямках бокового вітру.All these signs are necessary and sufficient for obtaining a technical result. The technical result is Z 50 simplification of the design and increase in the reliability of the design with unchanged efficiency of the device in arbitrary directions of the side wind.

Із» Корисна модель пояснюється кресленням, де на Фіг.1 зображений вітроагрегат. На Фіг.2, З показано напрямки вітрових потоків в площинах: Фіг.2 - паралельній напрямку бокового вітру; Фіг.3 - препендикулярній напрямку бокового вітру. 45 Вітроагрегат складається з (Фіг.1): 1 - концентратор вітрового потоку, який виконаний у вигляді диску, - осьовий переріз якого випукловогнутий і подібний до крилового профілю та симетричний відносно вісі со центрального отвору; 2 - центральний отвір, який має коротку заборну частину за якою йде зона розширення, що виконана у вигляді конусу з малим кутом конусності; З - вітроколесо, яке має декілька ступеней, які і-й встановлені на одній вісі та кожна послідуюча з яких має більший діаметр; 4 - генераторний вузол, який со 20 встановлений в центральному отворі у внутрішній частині вітроколеса і має циліндричний корпус із обтічником; - основи, які виконані у вигляді стійок та розташовані по периметру концентратора вітрового потоку. с Робота вітроагрегату відбувається наступним чином.From" A useful model is explained by a drawing where a wind turbine is shown in Fig. 1. Fig. 2, C shows the directions of wind flows in the planes: Fig. 2 - parallel to the direction of the side wind; Fig. 3 - perpendicular to the direction of the side wind. 45 The wind turbine consists of (Fig. 1): 1 - the wind flow concentrator, which is made in the form of a disc, - the axial section of which is convex and concave and similar to the wing profile and symmetrical about the axis of the central opening; 2 - the central hole, which has a short intake part followed by an expansion zone, which is made in the form of a cone with a small taper angle; C - a windmill, which has several stages, which are installed on one axis and each subsequent stage of which has a larger diameter; 4 - the generator unit, which is installed in the central hole in the inner part of the windmill and has a cylindrical body with a fairing; - the bases, which are made in the form of racks and are located along the perimeter of the wind flow concentrator. c The wind turbine works as follows.

Вітровий потік, що рухається паралельно поверхні, набігає на бокову поверхню концентратора вітрового потоку 1 та обходить його по верхній та нижній поверхні. Завдяки цьому створюється різниця тисків, яка примушує повітря рухатись по центральному отвору 2 знизу догори. Попадаючи у звужувальну частину с центрального отвору 2, повітря збільшує свою швидкість та підходить до лопаток ступеней вітроколеса З та примушує їх обертатись.The wind flow, moving parallel to the surface, runs into the side surface of the wind flow concentrator 1 and bypasses it on the upper and lower surfaces. Thanks to this, a pressure difference is created, which forces the air to move through the central opening 2 from the bottom up. Getting into the narrowing part of the central hole 2, the air increases its speed and approaches the blades of the stages of the windmill Z and forces them to rotate.

Наявність у вітроколесі З декількох ступеней, які встановлені на одній вісі та кожна послідуюча з яких має більший діаметр, сприяє більш повному використанню енергії вітрового потоку у центральному отворі 2. 60 Зовнішня циліндрична поверхня генераторного вузла 4 в якому механічна енергія перетворюється на електричну та конусна частина центрального отвору 2 утворюють дифузор з малим кутом розкриття, завдяки якому не утворюються завихрення при виході повітряного потоку з центрального отвору 2.The presence in the windmill of several stages, which are installed on one axis and each successive one of which has a larger diameter, contributes to a more complete use of the energy of the wind flow in the central hole 2. 60 The outer cylindrical surface of the generator assembly 4 in which mechanical energy is converted into electrical and conical part of the central hole 2 form a diffuser with a small opening angle, due to which no vortices are formed when the air flow exits from the central hole 2.

Завдяки тому, що профіль концентратору вітрового потоку 1 випукловогнутий покращується робота вітроагрегату при малих швидкостях вітру, що дає можливість використовувати даний вітроагрегат у місцевостях бо із невеликою середньорічною швидкістю вітру, де вітроагрегати звичайних конструкцій застосовувати неможливо. Також вогнутість нижньої частини концентратору вітрового потоку 1 сприяє і руху повітря до центрального отвору в площині, перпендикулярній напрямку бокового вітру внаслідок того, що нижня частина концентратору вітрового потоку 1 утворює поверхню на зразок куполу. Основи 5 розташовані по периметруDue to the fact that the profile of the wind flow concentrator 1 is convex and concave, the operation of the wind turbine improves at low wind speeds, which makes it possible to use this wind turbine in areas with low average annual wind speed, where it is impossible to use wind turbines of conventional designs. Also, the concavity of the lower part of the wind flow concentrator 1 contributes to the movement of air to the central opening in a plane perpendicular to the direction of the side wind due to the fact that the lower part of the wind flow concentrator 1 forms a dome-like surface. Bases 5 are located around the perimeter

КЮонцентратору вітрового потоку 1 та служать для встановлення та закріплення вітроагрегату.Wind flow concentrator 1 and serve to install and secure the wind turbine.

Були випробувані експериментальні моделі вітроагрегату, що пропонується, та прототипу. Результати експериментів підтвердили більшу надійність конструкції вітроагрегату, що пропонується, у порівнянні з прототипом при більш простій конструкції першого.Experimental models of the proposed wind turbine and the prototype were tested. The results of the experiments confirmed the greater reliability of the proposed wind turbine design compared to the prototype with a simpler design of the first one.

Claims (2)

Формула винаходуThe formula of the invention 1. Вітроагрегат, що містить концентратор вітрового потоку з центральним робочим отвором, вітроколесо, основу, який відрізняється тим, що додатково має генераторний вузол, що встановлений в центральному отворі1. A wind turbine containing a wind flow concentrator with a central working opening, a wind wheel, a base, which is distinguished by the fact that it additionally has a generator unit installed in the central opening 75. У внутрішній частині вітроколеса і має циліндричний корпус із обтічником, основа виконана не менше ніж з трьох частин, причому вони розташовані по периметру концентратора вітрового потоку, концентратор вітрового потоку стаціонарний і виконаний у вигляді диска, осьовий переріз якого подібний до крилового або випукло-увігнутого профілю та симетричний відносно осі центрального отвору.75. In the inner part of the windmill and has a cylindrical body with a fairing, the base is made of at least three parts, and they are located along the perimeter of the wind flow concentrator, the wind flow concentrator is stationary and made in the form of a disk, the axial section of which is similar to a wing or convex concave profile and symmetrical about the axis of the central opening. 2. Вітроагрегат за п. 1, який відрізняється тим, що центральний отвір має коротку забірну частину, за якою йде зона розширення, що виконана у вигляді конуса з малим кутом конусності.2. The wind turbine according to claim 1, which is characterized by the fact that the central opening has a short intake part, followed by an expansion zone made in the form of a cone with a small taper angle. З. Вітроагрегат за п. 1, який відрізняється тим, що вітроколесо має декілька ступенів, які встановлені на одній осі та кожен наступний з яких має більший діаметр. що 2 (Се) (зе) ІФ) (зе) ьоQ. The wind turbine according to claim 1, which differs in that the wind wheel has several stages that are installed on one axis and each subsequent one has a larger diameter. that 2 (Se) (ze) IF) (ze) yo - . и? - (95) 1 (95) 4) 60 б5- and? - (95) 1 (95) 4) 60 b5