UA85759C2 - Wind unit with disc with vortex accelerator placed on vertical axis - Google Patents

Abstract

A wind unit has a disc with flat surface and vertical axis of rotation. Half of surface of the disc at beneath and at above is covered with cowl that rotates in free way relative to axis of rotation of disc and has in back relative to motion of air section a tail fin that is placed normally relative to the plane of rotation of disc and in parallel relative to the direction of wind. At distance of vortex interaction with surface of disc over and under plane of rotation of disc that is not covered with cowl semi-disc-like surfaces that are fixed to the cowl are mounted.

Description

дієнту нормалі до площин лопаток турбіни віднос- певного слою повітря до будь-якої поверхні, при но вісі обертання турбіни. горизонтальному руху повітря, ці допоміжні повер-dient of the normal to the planes of the turbine blades relative to a certain layer of air to any surface, at the axis of rotation of the turbine. horizontal air movement, these auxiliary floors

Таким чином, перевагою існуючих вітряних ус- хні будуть створювати вихрове поле, що в свою тановок з вертикальною віссю обертання є те, що чергу, У поверхні відкритої сторони диску, спрямо- їхня ефективність не залежить від азимуту вітру ване у напрямку обертання диску, прискорюючи відносно самої установки. таким його обертання.Thus, the advantage of the existing wind turbines will be to create a vortex field, which in its turn with a vertical axis of rotation is that, on the surface of the open side of the disk, their directional effectiveness does not depend on the azimuth of the wind in the direction of the disk rotation, accelerating relative to the installation itself. such is its rotation.

Одним з недоліків існуючих схем є те, що сто- Описаний вище пристрій турбіни вертикальної рона турбіни, яка повинна обертатися проти вітру, вісі, розміщується на вежі на певній відстані від тобто де опір має бути мінімальним, завжди буде поверхні землі, де швидкість вітру збільшена та створювати певний опір, зменшуючи різницю мо- зменшений ефект впливу вихрових потоків, вини- ментів сил опору на протилежних сторонах турбі- каючих при взаємодії поверхні землі та вітру. ни, завдяки чому втрачається певна кількість енер- Перевагами заявленого технічного рішення є: гії, а отже зменшуються ефективність такої відсутність опору на тій стороні турбіни де обер- системи. Іншим недоліком є те, що вітрова устано- тання відбувається проти напрямку вітру, тобто вка такої схеми має велику площу поперечного максимізація корисної дії енергії вітру; вертикаль- перерізу, що збільшує загальний повітряний опір на вісь дозволяє розмістити генератор в основі установки, ускладнюючи застосування установок вежі, що зменшує навантаження на вежу, підви- великого розміру щуючи надійність установки; мала площа попере-One of the disadvantages of the existing schemes is that the side of the turbine described above is the vertical blade of the turbine, which must rotate against the wind, the axis, is placed on the tower at a certain distance from that is, where the resistance must be minimal, there will always be the surface of the earth, where the wind speed is increased and create a certain resistance, reducing the difference in the reduced effect of the influence of eddy currents, resistance forces on the opposite sides of the turbines during the interaction of the earth's surface and the wind. due to which a certain amount of energy is lost. The advantages of the stated technical solution are: and, therefore, the efficiency of such a lack of resistance on that side of the turbine is reduced. Another disadvantage is that the wind installation takes place against the direction of the wind, i.e. such a scheme has a large cross-sectional area to maximize the useful effect of wind energy; vertical cross-section, which increases the total air resistance on the axis, allows you to place the generator at the base of the installation, complicating the use of tower installations, which reduces the load on the tower, increasing its size, protecting the reliability of the installation; small area across

Загальними ознаками технічного рішення, що чного перерізу турбіни - диску і в той ж самий час, заявляється та існуючими пристроями являються: достатньо велика площа поверхні взаємодії турбі- однакова ефективність вітрової установки при ни з вітром, що дозволить встановити декілька будь-якому азимуті вітру та завдання збільшити таких дисків один над одним, включаючи вихрові різницю моментів сил на протилежних сторонах прискорювачі, та отримати більшу ефективність турбіни для збільшення ефективності. такої вітряної установки у порівнянні з існуючимиThe general characteristics of the technical solution, which is the cross-section of the turbine - disc and at the same time, the proposed and existing devices are: sufficiently large surface area of the interaction of the turbine - the same efficiency of the wind turbine with the wind, which will allow to install several at any wind azimuth and the task is to increase such disks above each other, including the vortex difference of moments of force on opposite sides of the accelerator, and to obtain greater efficiency of the turbine to increase efficiency. of such a wind turbine compared to the existing ones

В основу винаходу поставлена задача звести аналогами. момент сили опору на тій стороні турбіни, що по- Підвищенню ефективності заявленої вітрової винна обертатися проти вітру до нуля, що змен- установки сприяє нанесення покриття з високим шить кількість енергії, яка витрачається на подо- коефіцієнтом тертя з повітрям на диски турбіни та лання цього моменту, та зменшити площу на вихоро-утврюючі поверхні, що підвищить кое- поперечного перерізу відносно вітру, що дало б фіцієнт корисної дії заявленої вітрової установки змогу побудувати більшу за розміром вітрову та нанесення покриття з мінімальним коефіцієнтом установку, забезпечуючи, таким чином, максима- тертя з повітрям на обтічники дисків, що зменшить льну ефективність вітрової установки. величину загального опору тертя заявленої вітро-The task of making analogs is the basis of the invention. moment of resistance on the side of the turbine that increases the efficiency of the declared wind turbine should rotate against the wind to zero, which reduces the amount of energy that is spent on the friction coefficient with the air on the turbine discs and the reduction of this moment, and reduce the area on the vortex-forming surface, which will increase the coefficient of the cross-section relative to the wind, which would give the coefficient of the useful effect of the declared wind installation, making it possible to build a larger-sized wind and coating installation with a minimum coefficient, thus ensuring the maximum friction with the air on the fairings of the disks, which will reduce the efficiency of the wind turbine. the value of the total frictional resistance of the declared wind

Поставлена задача вирішується принципово вої установки. новим підходом до взаємодії вітру з робочим тілом Вітрова установка, що заявляться наведена на у двох аспектах, а саме, по-перше у заявленому кресленнях: винаході ця взаємодія відбувається завдяки тертю Фіг.1 - зображення принципу дії заявленої віт- між повітрям та поверхнею турбіни, тобто площина ряної установки; робочої поверхні турбіни, у заявленому винаході, Фіг2 - зображення принципу дії вихрового розміщена перпендикулярно до напряму руху по- прискорювача; вітря. Отже, робоче тіло являє собою диск, поло- Фіг.3 - зображає перспективний вид заявленої вина якого повністю покрита обтічником, що за- вітряної установки; безпечує взаємодію між вітром та диском, тільки з Фіг.4 - зображає кріплення обтічника та інших тієї сторони диску відносно вісі обертання, яка не аеродинамічних поверхонь до вежі та розміщення покрита обтічником, що, таким чином призводить генератора. до виникнення сили опору тертя тільки на цій по- Як видно з Фіг.1 повітря рухаючись у напрямку верхні, моменту сили опору тертя на цій стороні, а (1) обертає диск (3) у напрямку (2), так як завдяки отже й обертання диску, що в свою чергу обертає наявності обтічника (4) вплив повітряного потоку генератор. Для того, щоб заявлений принцип фун- має місце тільки на одній стороні диску, при чому кціонував однаково ефективно при зміні азимуту завдяки кілю (6), хорда якого буде завжди парале- вітру, обтічник повинен вільно обертатись у тій ж льна до напряму вітру, площа робочої поверхні та самій площині, що й диск але незалежно від диску, кількість енергії вітру, що конвертується буде зав- для чого у задній, відносно руху повітря, частині жди однаковою незалежно від напрямку вітру. обтічника встановлюється кіль, при чому площина Швидкість обертання диску (3) збільшується за- кіля паралельна до напрямку вітру та вісь обер- вдяки тому, що він знаходиться між вихро- тання обтічника не взаємодіє з віссю диска. Таким утворюючими поверхнями (12). За допомогою ва- чином, диск обертається при наявності горизонта- лу (5), на якому закріплений диск (3), обертання льного руху повітря у будь-якому напрямку, а обті- передається на генератор (7), який виробляє еле- чник диску - тільки при зміні напрямку вітру. ктричну енергію.The set task is solved in principle by your installation. a new approach to the interaction of the wind with the working body of the wind turbine, which will be claimed, is presented in two aspects, namely, firstly, in the claimed drawings: in the invention, this interaction occurs due to friction. , that is, the plane of the installation; the working surface of the turbine, in the claimed invention, Fig. 2 - the image of the principle of action of the vortex placed perpendicular to the direction of motion of the accelerator; the wind Therefore, the working body is a disc, half of which is completely covered by the fairing of the windward installation; ensures the interaction between the wind and the disk, only from Fig. 4 - depicts the mounting of the fairing and other sides of the disk relative to the axis of rotation, which are not aerodynamic surfaces to the tower and the placement is covered by the fairing, which thus leads the generator. to the appearance of the frictional resistance force only on this side. rotation of the disk, which in turn rotates the presence of the fairing (4) the influence of the air flow generator. In order for the stated principle to function only on one side of the disc, and to operate equally effectively when changing azimuth thanks to the keel (6), the chord of which will always be paraleowind, the fairing must rotate freely in the same line to the direction of the wind, the area of the working surface and the same plane as the disk, but regardless of the disk, the amount of wind energy converted will be the same regardless of the direction of the wind. fairing, a keel is installed, whereby the plane The speed of rotation of the disk (3) increases because the keel is parallel to the wind direction and the axis of the wheel, due to the fact that it is between the rotation of the fairing, does not interact with the axis of the disk. Such forming surfaces (12). With the help of a valve, the disc rotates in the presence of a horizontal (5) on which the disc (3) is fixed, the rotation of the air movement in any direction, and the load is transferred to the generator (7), which produces an electric disk - only when the wind direction changes. critical energy.

Другим аспектом принципово нового підходу у Заявлений винахід передбачає розміщення заявленому винаході є встановлення допоміжних диску (3) на ефективній відстані вихрової взаємодії напівдископодібних поверхонь над та під відкри- між вихро-утворюючими поверхнями (12) (див. тою частиною диску. Ці поверхні кріпляться до Фіг.2), що завдяки опору тертя поверхонь (12) та обтічника і тому рухаються тільки у відповідному вітру (1), утворюють вихрові поля (13), індукція напрямку. Завдяки ефекту тертя або прилипання (14) яких у найближчий до поверхні диску (3) пло-The second aspect of a fundamentally new approach to the claimed invention provides for the placement of the claimed invention is the installation of auxiliary disks (3) at an effective distance of the vortex interaction of semi-disk-like surfaces above and below the open vortex-forming surfaces (12) (see that part of the disk. These surfaces are attached to Fig. 2), which due to the frictional resistance of the surfaces (12) and the fairing and therefore move only in the corresponding wind (1), form vortex fields (13), direction induction. Due to the effect of friction or sticking (14) which in the closest to the surface of the disk (3) the plane

щині направлена в сторону напрямку вітру (1), вежі (8) за допомогою балок (9), які з'єднані з кіль- надаючи таким чином диску (3) додаткове вихрове цем (10), яке в свою чергу обертається навколо прискорення. Також з малюнку видно, що поверхні вежі (8). Для зменшення тертя між кільцем (10) та (12) бажано розмітити трохи далі від краю диску вежею (8) застосовуються підшипники (11). Слід (3), тобто поверхні (12) взаємодіють з потоком по- зазначити, що вісь (5) не торкається поверхонь вітря раніше ніж диск (3), що призведе до більшого (12) або обтічників (4), тобто обертання вузлів (12) впливу вихрового поля (13) на диск, а отже й збі- та (4) відбувається незалежно від обертання вісі льшить ефективність такої системи. (5), що знижує енергію, яка витрачається на тертяthe wind is directed towards the direction of the wind (1), the tower (8) with the help of beams (9), which are connected to the keel, thereby giving the disc (3) an additional vortex (10), which in turn rotates around the acceleration. The figure also shows that the surface of the tower (8). To reduce the friction between the ring (10) and (12), it is desirable to mark a little further from the edge of the disc with the tower (8), and bearings (11) are used. The wake (3), that is, the surfaces (12) interact with the flow, note that the axis (5) does not touch the wind surfaces earlier than the disc (3), which will lead to a larger (12) or fairings (4), that is, the rotation of the nodes ( 12) the influence of the vortex field (13) on the disk, and therefore the deflection (4) occurs regardless of the rotation of the axis increases the efficiency of such a system. (5), which reduces the energy spent on friction

Фіг.3 зображає компонування заявленої вітро- між вузлами установки. вої турбіни з декількома дисками (3) розміщеними Підтвердження можливості впровадження та- один над одним. Як бачимо з Ффіг.3 таке компону- кої системи, що здебільшого базується на явищі вання вимагатиме додаткові укріпляючи елементи, в'язкості повітря, й відповідно, прилипання певного що з'єднують обтічники (4), поверхні (12) та кіль слою повітря до будь-якої поверхні та сили опору (6), так як вони виконують рух в одному й тому ж тертя при наявності відносної швидкості між повіт- напрямку у процесі роботи. Цими елементами яв- рям то поверхнею, може бути знайдене у будь- ляються кріплення (15) та (16), площини яких роз- який науковій літературі з аеро-/ гідродинаміки та ташовані паралельно напряму вітру. властивостей газів та рідин, зокрема з веб-Fig. 3 shows the layout of the declared wind-between-nodes installation. turbines with several disks (3) placed Confirmation of the possibility of implementation ta- one above the other. As we can see from Fig. 3, such a system structure, which is mostly based on the phenomenon, will require additional strengthening elements, air viscosity, and, accordingly, the adhesion of a certain air layer that connects fairings (4), surfaces (12) and the ring to any surface and the force of resistance (6), as they perform movement in the same friction in the presence of relative speed between the county-direction in the process of work. These elements are the surface, which can be found in any fasteners (15) and (16), the planes of which are divided in the scientific literature on aero-/hydrodynamics and laid parallel to the direction of the wind. properties of gases and liquids, in particular from the web

На Фіг.4 зображено кріплення вузлів вихро- джерела: ПпЕр/ик.уіКіредіа.огд/мікі/Аеродинаміч- утворюючих поверхонь (12) та обтічників (4) до ний опір. в пен ШИН - й пе од о, пн нин ЩІ з й | з МFig. 4 shows the attachment of the vortex source nodes: PpEr/ik.uiKiredia.ogd/miki/Aerodynamically forming surfaces (12) and fairings (4) to resistance. in pen SHYN - y pe od o, pn nin SHHI z y | with M

Фе 7 ко 1 із тFe 7 ko 1 from vol

М х ср А ВДВ СВК Си пня в ШТ А о -- о - (Я ( «2 и - и нн п по пеню юю тт й: я х ке ШИ ле й ши щ та фік ЗM x sr A Airborne Forces SVK Sy pnya in Sht A o -- o - (I ( "2 i - i nn p po penyu yuyu tt y: i h ke ШЙ le y shi sh ta fik Z

; й 12 з 4 і ї2 ен Най й ун, 5 з х я пише нн ОБ у сн в В В КВ. . і ШИ не Й і я | х. ї 16 яв ї; y 12 with 4 and y2 en Nai y un, 5 with x I write nn OB u sn v V V KV. . and SHY not Y and I | h. i 16 yav i

І і - І 4And and - And 4

Фіг. З їз З пиво аалов й 16 ди Ес, понесе . ре - ки ше чFig. Z iz Z pivo aalov and 16 d Es, will carry . re - ky she h

АЙ ОХ зAY OH z

ИЙ жо й 5 4 й а й о й ї т, їх х и я уIY zho y 5 4 y a y o y y t, their h y i y

СЯ За | Ї щх ч й оїSYA For | Yi shh ch y oi

З ш- 77 МВВ --й Я х ши Ше й ст- ОВ а ОХZ sh- 77 MVV --y Ya x shi She and st- OV a OH

Ше ь!What!

В 2. 5 шеIn 2. 5 she

Фіг а с гFig. a s g

КитWhale

Комп'ютерна верстка В. Клюкін Підписне Тираж 28 прим.Computer layout V. Klyukin Signature Circulation 28 approx.

Міністерство освіти і науки УкраїниMinistry of Education and Science of Ukraine

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, УкраїнаState Department of Intellectual Property, str. Urytskogo, 45, Kyiv, MSP, 03680, Ukraine

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601SE "Ukrainian Institute of Industrial Property", str. Glazunova, 1, Kyiv - 42, 01601