RU2167336C1

RU2167336C1 - Wind-electric set

Info

Publication number: RU2167336C1
Application number: RU2000101247/06A
Authority: RU
Inventors: М.И. Бальзанников; С.В. Евдокимов; Ю.М. Галицкова
Original assignee: Самарская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: wind-power engineering. SUBSTANCE: wind-electric set using energy of air flow or kinetic energy of moving water (such as water streams in canals, rivers, oceans, etc.) has windwheel-generator assembly, post, and concentrator made of light-weight flexible material; set has contracting inlet part and diffusing outlet one. Novelty is that set is provided with annular hinge, supporting platform, supporting ring, and rod. Diffuser has shell assembled of stiffness rings and longitudinal guides. Supporting platform is mounted horizontally and rigidly coupled with annular hinge installed in upper part of post. Supporting ring is mounted vertically and rigidly coupled with supporting platform. The latter mounts vertical rod that carries windwheel-generator assembly. Taper walls of diffuser are made of light-weight, low-cost material such as kapron fabric or polyethylene film. Heavy parts of set are placed as close as possible to post axis. EFFECT: improved reliability and wind flow utilization factor. 3 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветроагрегатам, использующим энергию потока воздуха, а также может быть использован для установок, использующих кинетическую энергию движения потоков (например, течение воды в каналах, реках и океанах). The invention relates to wind energy, in particular to wind turbines using the energy of the air flow, and can also be used for installations using the kinetic energy of the movement of flows (for example, the flow of water in canals, rivers and oceans).

Известна конструкция ветроагрегата, включающая ветроколесо и концентратор, ускоряющий ветровой поток, состоящий из двух конфузоров (см. авт. свид. СССР N 1268792, кл. F 03 D 3/4, опубл. 07.11.86. Бюл. N 41) [1]. A known design of a wind turbine, including a wind wheel and a hub accelerating the wind flow, consisting of two confusers (see ed. Certificate of the USSR N 1268792, class F 03 D 3/4, publ. 07.11.86. Bull. N 41) [1 ].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве конфузоры концентратора неподвижны и эффективная работа возможна только в двух противоположных направлениях, что приводит к понижению эффективности работы всей установки. Кроме того, устройство требует большой материалоемкости для создания конфузоров, что приводит к большой стоимости. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device include the fact that in the known device, the confusers of the concentrator are stationary and effective operation is possible only in two opposite directions, which leads to a decrease in the efficiency of the entire installation. In addition, the device requires a lot of materials to create confusers, which leads to a high cost.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является ветроагрегат, включающий ветроколесо, концентратор, состоящий из двух частей: входной (конфузорной) и выходной (диффузорной), и стойку (см. авт.свид. СССР N 1746051, кл. F 03 D 1/4, опубл. 07.07.92. Бюл. N 25) [2] (прототип). The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a wind turbine, including a wind wheel, a hub, consisting of two parts: input (confuser) and output (diffuser), and a stand (see ed. Certificate. USSR N 1746051, cl. F 03 D 1/4, publ. 07/07/92. Bull. N 25) [2] (prototype).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве необходим механизм, для разворота ветроагрегата по ветру, что снижает эффективность его работы, большая материалоемкость, а следовательно, и стоимость, а также низкая надежность из-за значительного удаления массивных частей (ветроколеса и выходной части концентратора) от стойки. Такое удаление будет вызывать изгиб оси ветроколеса и стойки, а следовательно, и частую поломку. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known device adopted as a prototype include the fact that a known device needs a mechanism to turn the wind turbine in the wind, which reduces its efficiency, high material consumption, and therefore cost, and also low reliability due to the significant removal of massive parts (wind wheels and the output part of the hub) from the rack. Such removal will cause bending of the axis of the wind wheel and strut, and consequently, frequent breakdown.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы ветроагрегатов с концентраторами ветрового потока и увеличение их эффективности. Это позволит более широко применять ветроагрегаты в зонах со средним ветровым потенциалом, где среднегодовые скорости ветра меньше 5-6 метров в секунду, например в центральных регионах страны. Этим обеспечивается решение задачи по вовлечению для энергоснабжения потребителей экологически чистых установок, работающих от возобновляемых источников энергии. The invention is aimed at solving the problem of increasing the reliability of wind turbines with wind flow concentrators and increasing their efficiency. This will allow more widespread use of wind turbines in areas with an average wind potential, where the average annual wind speed is less than 5-6 meters per second, for example, in the central regions of the country. This provides a solution to the problem of involving environmentally friendly installations operating from renewable energy sources for energy supply to consumers.

Технический результат - повышение надежности путем приближения массивных частей ветроагрегата к оси стойки, повышение коэффициента использования ветрового потока, уменьшение материалоемкости за счет применения легкого эластичного материала для концентратора ветрового потока. EFFECT: increased reliability by approximating massive parts of the wind turbine to the axis of the rack, increasing the coefficient of utilization of the wind flow, reducing material consumption due to the use of lightweight elastic material for the concentrator of the wind flow.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, включающем ветроколесо с генератором, стойку и концентратор ветрового потока, ветроагрегат снабжен кольцевым шарниром, опорной платформой, опорным кольцом и штангой, а диффузор снабжен каркасом, состоящим из колец жесткости и продольных направляющих. Опорная платформа расположена горизонтально и жестко соединена с кольцевым шарниром, который установлен в верхней части стойки и его ось совпадает с осью стойки, а опорное кольцо установлено вертикально и жестко соединено с опорной платформой, причем на опорной платформе вертикально установлена штанга, на которой размещено ветроколесо с генератором, а конусообразные стенки диффузора выполнены из легкого дешевого материала (типа капрон). The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device, including a wind wheel with a generator, a stand and a wind flow concentrator, the wind unit is equipped with an annular hinge, a support platform, a support ring and a rod, and the diffuser is equipped with a frame consisting of stiffening rings and longitudinal guides . The supporting platform is horizontally and rigidly connected to the ring hinge that is installed in the upper part of the rack and its axis coincides with the axis of the rack, and the supporting ring is mounted vertically and rigidly connected to the supporting platform, and a rod is mounted vertically on the supporting platform on which the wind wheel is mounted with generator, and the cone-shaped walls of the diffuser are made of lightweight cheap material (such as kapron).

Такое исполнение диффузора позволит обеспечить автоматический разворот опорной платформы вместе с концентратором и ветроколесом под действием ветра по направлению действия ветрового потока. This design of the diffuser will allow for automatic rotation of the support platform together with the concentrator and the wind wheel under the influence of wind in the direction of the wind flow.

При исследовании отличительных признаков ветроагрегата не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования известных конструкций ветроагрегатов, использующих поворотную платформу, на которой в едином блоке размещены концентратор и ветроколесо с генератором, и обеспечивающих за счет парусности легкого диффузора автоматический разворот всей платформы по направлению действия ветра. In the study of the distinctive features of the wind turbine, no similar known solutions were found regarding the use of known wind turbine designs using a rotary platform, on which a hub and a wind wheel with a generator are located in a single unit, and which, due to the light-weight diffuser, automatically rotate the entire platform in the direction of action the wind.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в том, что конструкция ветроагрегата обеспечивает автоматический разворот ветроколеса по ветру и более эффективно использует концентратор, что существенно повышает коэффициент использования ветрового потока и эффективность всей установки. Кроме этого к оси стойки приближаются массивные части ветроагрегата, что уменьшает момент и изгибающее воздействие на стойку, а следовательно, снижает вероятность поломки ветроагрегата и повышает его надежность работы. Дополнительно к этому использование легкого материала (типа капрона или эластичной пленки) для концентратора ветрового потока обеспечит уменьшение материалоемкости и снижение стоимости ветроагрегата. The positive effect of the use of the invention lies in the fact that the design of the wind turbine provides automatic rotation of the wind wheel in the wind and more efficiently uses a hub, which significantly increases the utilization of the wind flow and the efficiency of the entire installation. In addition, massive parts of the wind turbine are approaching the axis of the rack, which reduces the moment and bending effect on the rack, and therefore reduces the likelihood of breakdown of the wind unit and increases its reliability. In addition, the use of light material (such as kapron or elastic film) for a wind flow concentrator will reduce material consumption and reduce the cost of a wind turbine.

На фиг. 1 изображен ветроагрегат, вид сбоку, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, вид опорной платформы сверху, на фиг. 3 - вид диффузорной части концентратора. In FIG. 1 shows a wind turbine, side view, in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, a top view of the support platform, in FIG. 3 is a view of a diffuser part of a concentrator.

Ветроагрегат включает ветроколесо 1 с генератором 2, стойку 3 и концентратор, состоящий из двух частей - входной конфузорной 4 и выходной диффузорной 5. Ветроагрегат снабжен кольцевым шарниром 6, опорной платформой 7, опорным кольцом 8 и штангой 9. Диффузор снабжен каркасом, состоящим из колец жесткости 10 и продольных направляющих 11. Опорная платформа 7 установлена горизонтально и жестко соединена с кольцевым шарниром 6, который установлен в верхней части стойки 3. Опорное кольцо 8 установлено вертикально и жестко соединено с опорной платформой 7. На опорной платформе 7 вертикально установлена штанга 9, на которой размещено ветроколесо 1 с генератором 2. Конусообразные стенки диффузора 5 выполнены из легкого дешевого материала (например, капроновая ткань или полиэтиленовая пленка). The wind turbine unit includes a wind wheel 1 with a generator 2, a stand 3, and a hub consisting of two parts - an inlet confuser 4 and an outlet diffuser 5. The wind turbine unit is equipped with an annular hinge 6, a support platform 7, a support ring 8 and a rod 9. The diffuser is equipped with a frame consisting of rings stiffness 10 and longitudinal guides 11. The support platform 7 is mounted horizontally and is rigidly connected to the ring hinge 6, which is installed in the upper part of the rack 3. The support ring 8 is installed vertically and rigidly connected to the support platform 7 A rod 9 is vertically mounted on the supporting platform 7, on which a wind wheel 1 with a generator 2 is placed. The conical walls of the diffuser 5 are made of lightweight cheap material (for example, nylon fabric or plastic film).

Ветроагрегат работает следующим образом. Windmill operates as follows.

Ветровой поток 12 попадает в конфузорную часть 4 концентратора, в которой скорость ветра увеличивается, попадает на ветроколесо 1, затем поступает в диффузорную часть 5 концентратора, проходя которую выходит в атмосферу. Диффузорная часть 5 создает дополнительное разряжение за ветроколесом 1, что дополнительно увеличивает скорость ветра в зоне ветроколеса 1. При изменении направления ветра воздушный поток, воздействуя на диффузорную часть 5 благодаря ее большой парусности, разворачивает концентратор и ветроколесо 1 вместе с опорным кольцом 8 и опорной платформой 7 вокруг оси стойки 3 благодаря кольцевому шарниру 6. Ветроагрегат занимает положение, при котором ось ветроколеса 1 вновь близка к направлению ветра. The wind stream 12 enters the confuser part 4 of the concentrator, in which the wind speed increases, enters the wind wheel 1, then enters the diffuser part 5 of the concentrator, passing through which it enters the atmosphere. The diffuser part 5 creates an additional vacuum behind the wind wheel 1, which additionally increases the wind speed in the zone of the wind wheel 1. When the wind direction changes, acting on the diffuser part 5 due to its high windage, deploys the hub and wind wheel 1 together with the support ring 8 and the support platform 7 around the axis of the strut 3 due to the ring hinge 6. The wind turbine occupies a position in which the axis of the wind wheel 1 is again close to the direction of the wind.

Преимущество изобретения состоит в том, что обеспечивается автоматический разворот ветроколеса с концентратором по направлению ветрового потока и повышается эффективность его работы, а также снижение вероятности поломки ветроагрегата и повышение его надежности. Использование легкого дешевого материала для диффузорной части концентратора уменьшит материалоемкость и стоимость ветроагрегата. An advantage of the invention lies in the fact that the automatic rotation of the wind wheel with the concentrator in the direction of the wind flow is provided and its efficiency is increased, as well as a decrease in the probability of breakdown of the wind turbine and an increase in its reliability. The use of light cheap material for the diffuser part of the concentrator will reduce the material consumption and cost of the wind turbine.

Ожидаемый эффект от реализации этой конструкции будет следующим. The expected effect of the implementation of this design will be as follows.

При повышении коэффициента использования ветрового потока всего лишь на 10% мощность ветроагрегата с диаметром ветроколеса 8 м и средней скоростью ветра 12 м/с увеличится на
N=0,1 • 1,29 • (3,14 • 8²/4) • 12³/2 = 5600 Вт
При годовой продолжительности 8760 ч выработка составит
Э = 5600 • 8760 = 49047 кВт • ч
При стоимости 1 кВт • ч в размере 24 коп ожидаемый эффект составит
S = 49047 • 0,24 = 11700 р. в год.With an increase in the utilization rate of the wind flow by only 10%, the power of a wind turbine with a wind wheel diameter of 8 m and an average wind speed of 12 m / s will increase by
N = 0,1 • 1,29 • (3,14 • 8 ^2/4) • March ^12/2 = 5600 W
With an annual duration of 8760 hours, the output will be
E = 5600 • 8760 = 49047 kWh
At a cost of 1 kWh in the amount of 24 kopecks, the expected effect will be
S = 49047 • 0.24 = 11700 p. in year.

Если диффузор выполнить из дешевого материала, то при длине диффузорной части двадцать метров будет сэкономлено более 10 тонн металла. If the diffuser is made of cheap material, then with the length of the diffuser part twenty meters more than 10 tons of metal will be saved.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1268792, кл. F 03 D 3/04, опубликованное 07.11.86. Бюл. N 41 // Ветродвигатель.Sources of information
1. USSR author's certificate N 1268792, cl. F 03 D 3/04, published 07.11.86. Bull. N 41 // Wind turbine.

2. Авторское свидетельство СССР N 1746051, кл. F 03 D 1/04, опубликованное 07.07.92. Бюл. N 25 // Ветроустановка. 2. Copyright certificate of the USSR N 1746051, cl. F 03 D 1/04, published 07/07/92. Bull. N 25 // Wind turbine.

Claims

A wind turbine unit including a wind wheel with a generator, a stand and a hub consisting of two parts - an inlet confuser and an outlet diffuser, characterized in that the wind unit is equipped with an annular hinge, a support platform, a support ring and a rod, and the diffuser is equipped with a frame consisting of stiffening rings and longitudinal guides, while the support platform is horizontally and rigidly connected to the ring hinge, which is installed in the upper part of the rack and its axis coincides with the axis of the rack, and the support ring is installed in vertically and rigidly connected to the support platform, and a rod is mounted vertically on the support platform, on which a wind wheel with a generator is placed, and the cone-shaped walls of the diffuser are made of light cheap material (such as capron) with the ability to ensure that the support platform turns with the hub and wind wheel under the action of wind in the direction of the wind flow.