RU2463473C1 - Vane-sail wind power plant - Google Patents

Vane-sail wind power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2463473C1
RU2463473C1 RU2011114063/06A RU2011114063A RU2463473C1 RU 2463473 C1 RU2463473 C1 RU 2463473C1 RU 2011114063/06 A RU2011114063/06 A RU 2011114063/06A RU 2011114063 A RU2011114063 A RU 2011114063A RU 2463473 C1 RU2463473 C1 RU 2463473C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
swing
blades
rigidly fixed
tubes
Prior art date
Application number
RU2011114063/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Иванович Якимов (RU)
Вадим Иванович Якимов
Александр Иванович Якимов (RU)
Александр Иванович Якимов
Юрий Александрович Якимов (RU)
Юрий Александрович Якимов
Иван Тимофеевич Якимов (RU)
Иван Тимофеевич Якимов
Original Assignee
Вадим Иванович Якимов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вадим Иванович Якимов filed Critical Вадим Иванович Якимов
Priority to RU2011114063/06A priority Critical patent/RU2463473C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2463473C1 publication Critical patent/RU2463473C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30Wind power
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: vane-sail wind power plant comprises a rotary platform, which carries stands, where a vane-sail windwheel is installed as capable of free rotation in the form of a shaft, at the ends of which there are front and rear swings installed, which carry blades rigidly fixed on them. The front swing facing wind is arranged in the form of a tubular cross, the opposite rear swing is arranged in the form of a square tubular frame, ribs of which are rigidly and perpendicularly fixed with the middle part at the free ends of the tubular cross identical to the front cross. Blades are arranged in the form of rectangular plates from a thin-sheet or fabric material and are rigidly fixed by one of faces on tubes of the front swing and by the opposite face - on appropriate halves of external ribs of the rear swing frame, parallel to tubes of the front swing.
EFFECT: invention with simplicity and manufacturability provides for reduction of windwheel dimensions, which makes it possible to install it on roofs of residential and industrial buildings.
2 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к устройству ветроколес ветроэнергетических установок (ВЭУ) малой и средней мощности, в том числе для установки на крышах жилых домов и зданий производственного назначения.The invention relates to wind energy, and in particular to a device for wind wheels of wind power plants (wind turbines) of small and medium power, including for installation on the roofs of residential buildings and industrial buildings.

Известна ветроэнергетическая установка, ветроколесо которой выполнено в виде крыльчатки с тремя или четырьмя лопастями [1], (стр.111 и 127), жестко закрепленными на одном из концов силового вала, другой конец которого связан с исполнительным механизмом, например посредством упругой муфты.A wind power installation is known, the wind wheel of which is made in the form of an impeller with three or four blades [1], (pp. 111 and 127), rigidly fixed to one end of the power shaft, the other end of which is connected to the actuator, for example by means of an elastic coupling.

Такое конструктивное исполнение известного технического решения обеспечивает простоту конструкции крыльчатого ветроколеса и высокие обороты силового вала, что при качественной его балансировке позволяет снизить до минимума уровень вибрации и обеспечить возможность установки ВЭУ на крышах производственных зданий, но на крышах жилых домов их установка не проходит по уровню шума, создаваемого при рассекании частей воздушного потока в межлопастном пространстве.Such a design of the known technical solution ensures the simplicity of the design of the winged wind wheel and high revolutions of the power shaft, which, when properly balanced, reduces the level of vibration to a minimum and allows the installation of wind turbines on the roofs of industrial buildings, but on the roofs of residential buildings they do not pass by noise level created by dissecting parts of the air flow in the inter-blade space.

Но не менее существенным недостатком ВЭУ с крыльчатыми ветроколесами является крайне низкий коэффициент использования ими энергии ветра. Поскольку в настоящее время имеет место произвольное толкование этого критерия для сравнения различных конструктивных схем ветроколес, необходимо привести следующие пояснения.But no less significant drawback of wind turbines with winged wind wheels is their extremely low coefficient of use of wind energy. Since at present there is an arbitrary interpretation of this criterion for comparing various structural schemes of wind wheels, it is necessary to provide the following explanations.

Этот критерий впервые был сформулирован и введен в обращение инженером Ветчинкиным В.П. в 1914 г., а в 1920 г. профессор Жуковский Н.Е. сделал вывод коэффициента использования энергии ветра идеальным ветряком, имея в виду ветроколесо, у которого: «… - ось вращения параллельна вектору скорости ветра;This criterion was first formulated and put into circulation by engineer V.P. Vetchinkin. in 1914, and in 1920, professor Zhukovsky N.E. concluded the utilization of wind energy by an ideal windmill, referring to a wind wheel, in which: "... - the axis of rotation is parallel to the wind speed vector;

- бесконечно большое число лопастей очень малой ширины;- an infinitely large number of blades of very small width;

- профильное сопротивление крыльев равно нулю, а циркуляция вдоль лопасти постоянна;- the profile resistance of the wings is zero, and the circulation along the blade is constant;

- потерянная скорость воздушного потока на ветроколесе постоянна по всей ометаемой поверхности ветряка;- the lost speed of the air flow on the wind wheel is constant over the entire swept surface of the wind turbine;

- угловая скорость ветроколеса стремится к бесконечности».“The angular speed of the wind wheel is tending to infinity.”

С учетом этих допущений по мнению Н.Е.Жуковского, В.П.Ветчинкина и Е.М.Фатеева формула для определения идеального коэффициента использования энергии ветра ξ должна быть:Given these assumptions, according to N.E. Zhukovsky, V.P. Vetchinkin and E.M. Fateev, the formula for determining the ideal coefficient of utilization of wind energy ξ should be:

Figure 00000001
Figure 00000001

где P - лобовое давление воздушного потока на лопасти ветроколеса;where P is the frontal pressure of the air flow on the blades of the wind wheel;

V - скорость рабочей струи воздушного потока;V is the speed of the working stream of the air flow;

V1 - то же в плоскости ветроколеса;V 1 - the same in the plane of the wind wheel;

F - площадь рабочей струи, ометаемая ветроколесом;F is the area of the working jet swept by the wind wheel;

ρ - плотность воздушного потока.ρ is the density of the air flow.

После преобразований уравнение (66) принимает вид:After transformations, equation (66) takes the form:

Figure 00000002
Figure 00000002

Очевидно, величина P в уравнении (66a) - это та часть общего давления ветрового потока, которая приходится на проекцию тела произвольной формы на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, при этом ее называют миделевым сечением и обозначают через F1, а величину давления, приходящуюся на миделево сечение, называют лобовым давлением и обозначают через Px.Obviously, the value of P in equation (66a) is that part of the total pressure of the wind flow that falls on the projection of a body of arbitrary shape onto a plane perpendicular to the direction of the wind, while it is called the mid-section and denoted by F 1 , and the pressure value attributable to mid-section, called frontal pressure and denoted by P x .

Известно уравнение для определения величины Px, которое представлено в виде:A known equation for determining the value of P x , which is presented in the form:

Figure 00000003
Figure 00000003

Подставив (41) в (66а) после преобразований получим:Substituting (41) into (66a) after the transformations, we obtain:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Cx - коэффициент лобового сопротивления (определяют по таблице 2 [1], стр.49);where C x - drag coefficient (determined according to table 2 [1], p. 49);

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

Figure 00000006
Figure 00000006

Подставив приведенные обозначения в формулу (15), получим окончательную универсальную формулу для определения численного значения коэффициента использования энергии ветра ветроколесами любого типа.Substituting the above notation into formula (15), we obtain the final universal formula for determining the numerical value of the coefficient of utilization of wind energy by any type of wind wheels.

Figure 00000007
Figure 00000007

где Cx учитывает соотношение длины и ширины лопастей;where C x takes into account the ratio of the length and width of the blades;

Кз - показывает, какая доля ометаемой ветроколесом поверхности перекрывается его миделевым сечением, и e - какая доля скорости ветрового потока расходуется на создание крутящего момента на силовом валу ветроколеса.To s - shows what proportion of the surface swept by the windwheel is overlapped by its mid-section, and e - what proportion of the speed of the wind flow is spent on creating torque on the power shaft of the wind wheel.

Так при Сх=1,3; Кз=0.208 (для четырехлопастного ветроколеса) и е=0,33So at C x = 1.3; K s = 0.208 (for a four-blade wind wheel) and e = 0.33

ξ=1,3·0,208·(1-0,33)=0,18 max.ξ = 1.3 · 0.208 · (1-0.33) = 0.18 max.

Яркой иллюстрацией произвольного толкования коэффициента использования энергии ветра является утверждение доктора технических наук Фатеева Е.М. о том, что путем соблюдения ряда условий (относящихся явно к неопределенным понятиям) этот показатель может достигать 46% (0,46), (см. [1], стр.87), что не соответствует действительности.A vivid illustration of the arbitrary interpretation of the coefficient of utilization of wind energy is the statement of the doctor of technical sciences Fateeva EM that by observing a number of conditions (explicitly related to vague concepts) this indicator can reach 46% (0.46), (see [1], p. 87), which is not true.

Известен ротор ветродвигателя [2], содержащий поворотную платформу, несущую стойки, на которых установлено с возможностью свободного вращения парусное ветроколесо, выполненное в виде вала, на концах которого закреплена по спирали конусообразная ленточная упругая лопасть с убывающими радиусом и шагом спирали, при этом один из концов спирали закреплен на втулке, имеющей возможность осевого перемещения вдоль вала.A known rotor of a wind turbine [2], comprising a rotary platform supporting racks on which a sailing wind wheel is mounted with the possibility of free rotation, is made in the form of a shaft, at the ends of which a conical ribbon elastic blade with decreasing radius and pitch of the spiral is fixed, with one of the ends of the spiral is mounted on a sleeve having axial movement along the shaft.

Такое конструктивное исполнение лопасти обеспечивает высокий коэффициент заполнения и соответствующий коэффициент использования энергии ветра, т.к. при этой конструкции миделево сечение спиральной лопасти практически идентично ометаемой ветроколесом поверхности и численное значение коэффициента заполнения близко к единице.This design of the blade provides a high duty cycle and the corresponding utilization of wind energy, because with this design, the mid-section of the spiral blade is almost identical to the surface swept by the wind wheel and the numerical value of the fill factor is close to unity.

Однако практическая реализация этого технического решения весьма затруднительна, т.к. конструкция ветроколеса крайне нетехнологична и требует специального оборудования, на общетехнологических базах машиностроительных заводов которого просто не существует.However, the practical implementation of this technical solution is very difficult, because the design of the wind wheel is extremely low-tech and requires special equipment, on the general technological bases of machine-building plants which simply does not exist.

Кроме того, необходимая жесткость спиральной ленты без сплошного жесткого крепления к валу ветроколеса при ее длине в несколько шагов спирали недостижима, а балансировка ветроколеса по всей его длине весьма затруднительна.In addition, the necessary rigidity of the spiral tape without continuous rigid attachment to the shaft of the wind wheel with its length of several spiral steps is unattainable, and balancing the wind wheel along its entire length is very difficult.

Заявленный объект содержит поворотную платформу, несущую стойки, на которых установлено с возможностью свободного вращения крыльчато-парусное ветроколесо, выполненное в виде вала, на концах которого установлены передний и задний махи, несущие жестко закрепленные на них лопасти. Передний мах, обращенный навстречу ветру, выполнен в виде трубчатого креста, противоположный ему задний мах выполнен в виде квадратной трубчатой рамки, ребра которой жестко закреплены средней частью на свободных концах трубчатого креста, идентичного переднему кресту перпендикулярно им, а лопасти выполнены в виде прямоугольных пластин из тонколистового или тканевого материала и жестко закреплены одной из своих граней на трубках переднего маха и противоположной гранью - на соответствующих половинах внешних ребер квадратной трубчатой рамки заднего маха, параллельных трубкам переднего маха.The claimed object contains a rotary platform, bearing racks, on which a wing-sailing wind wheel is mounted with the possibility of free rotation, made in the form of a shaft, at the ends of which there are front and rear wings, bearing blades rigidly fixed to them. The front swing, facing the wind, is made in the form of a tubular cross, the opposite back swing is made in the form of a square tubular frame, the ribs of which are rigidly fixed with the middle part on the free ends of the tubular cross, identical to the front cross perpendicular to them, and the blades are made in the form of rectangular plates of thin-sheet or fabric material and are rigidly fixed by one of its faces to the tubes of the front Mach and the opposite side - on the corresponding halves of the outer edges of the square tubular p pits rear maha maha parallel tubes of the front.

Технические преимущества заявленного объекта по сравнению с прототипом заключаются в следующем:Technical advantages of the claimed object compared to the prototype are as follows:

- выполнение переднего маха в виде, например, трубчатого креста, а заднего маха - в виде трубчатой квадратной рамки, средней частью своих ребер жестко закрепленной на концах трубчатого креста, идентичного переднему маху перпендикулярно им, обеспечивает возможность выполнения лопастей в виде прямоугольных пластин из тонколистового или тканевого материала;- the implementation of the front swing in the form of, for example, a tubular cross, and the rear swing - in the form of a tubular square frame, the middle part of its ribs rigidly fixed to the ends of the tubular cross, identical to the front swing perpendicular to them, makes it possible to make the blades in the form of rectangular plates of thin-sheet or fabric material;

- жесткое крепление прямоугольных лопастей одной из своих граней на трубках переднего маха и противоположной гранью - на соответствующих половинах внешних ребер квадратной трубчатой рамки заднего маха, параллельных трубкам переднего маха, обеспечивает компактность взаимного расположения лопастей с минимальным межлопастным пространством между ними и разнонаправленность частей ветрового потока, сбегающих с лопастей в заколесное пространство.- rigid fastening of the rectangular blades of one of its faces on the front Mach tubes and the opposite side - on the corresponding halves of the outer edges of the square tubular frame of the rear mach, parallel to the front mach tubes, provides a compact mutual arrangement of the blades with minimal inter-blade space between them and different directions of the parts of the wind flow, escaping from the blades into the wheel space.

Совокупность указанных технических преимуществ заявленного объекта по сравнению с прототипом обеспечивает технический результат, заключающийся в существенном уменьшении длины ветроколеса до 0,25 длины шага спирали прототипа, что позволяет устанавливать заявленный объект на крышах жилых домов и осветительных вышках потенциально опасных участков автомагистралей, повышении технологичности конструкции путем выполнения лопастей в простейшем варианте в виде прямоугольных пластин из тонколистового или тканевого материала, жестко скрепляющих между собой все элементы ветроколеса, а также в упрощении технологии и повышении качества его балансировки за счет уменьшения общей длины ветроколеса.The combination of the indicated technical advantages of the claimed object in comparison with the prototype provides a technical result consisting in a significant reduction in the length of the wind wheel to 0.25 of the helix pitch of the prototype, which makes it possible to install the claimed object on the roofs of residential buildings and lighting towers of potentially dangerous sections of highways, increasing the manufacturability of the structure by the execution of the blades in the simplest embodiment in the form of rectangular plates of thin-sheet or fabric material, rigidly fastened interconnecting all elements of the wind wheel, as well as in simplifying the technology and improving the quality of its balancing by reducing the total length of the wind wheel.

На приведенных чертежах схематично иллюстрируется крыльчато-парусная ВЭУ, где на фиг.1 показана ее проекция со стороны, обращенной навстречу ветру; на фиг.2 - то же, вид сбоку. При этом прямыми стрелками показан характер распределения скорости ветра при его взаимодействии с лопастями ветроколеса, где:In the drawings, a wing-sailing wind turbine is schematically illustrated, where in Fig. 1 its projection is shown from the side facing the wind; figure 2 is the same side view. In this case, the straight arrows show the nature of the distribution of wind speed during its interaction with the blades of the wind wheel, where:

Vп - потери скорости сбегающего с лопастей потока ветра в заколесное пространство;V p - loss of velocity of the wind flow escaping from the blades into the wheel space;

Vкм - доля скорости, обеспечивающая создание крутящего момента на валу ветроколеса.V km is the fraction of speed that provides the creation of torque on the shaft of the wind wheel.

Дуговой стрелкой показано направление движения поворотной платформы в процессе самоустановки ветроколеса под действием ветрового потока в перпендикулярное к нему положение.The arrow arrow shows the direction of movement of the turntable during the self-installation of the wind wheel under the influence of the wind flow in a position perpendicular to it.

Крыльчато-парусная ветроэнергетическая установка (ВЭУ) содержит поворотную платформу 1, несущую стойки 2, на которых установлено с возможностью свободного вращения крыльчато-парусное ветроколесо, выполненное в виде вала 3, на концах которого установлены передний 4 и задний 5 махи, несущие жестко закрепленные на них лопасти. Причем передний мах 4 обращен навстречу ветру, а задний мах 5 расположен на подветренной стороне. Передний мах 4 выполнен в виде трубчатого креста с трубками 6, 7, 8 и 9, а задний мах 5 выполнен в виде идентичного переднему маху 4 трубчатого креста, свободные концы трубок которого охвачены квадратной трубчатой рамкой, ребра 10, 11, 12 и 13 которой жестко закреплены средней частью на свободных концах трубок 6, 7, 8 и 9, идентичного трубчатого креста перпендикулярно им и разделены местами крепления на две равные части. На переднем 4 и заднем 5 махах жестко закреплены лопасти 14, 15, 16 и 17, выполненные в виде плоских прямоугольных пластин из тонколистового или тканевого материала, которые жестко закреплены одной из своих граней на трубках 6, 7, 8 и 9 переднего маха 4, а противоположной гранью также жестко закреплены на соответствующей половине внешних ребер 10, 11, 12 и 13 под углом атаки α к направлению ветра, образуя жесткие связи 6-10-14, 7-11-15, 8-12-16 и 9-13-17, что в совокупности с жесткими связями махов 4 и 5 с валом 3 образует жесткую конструкцию крыльчато-парусного ветроколеса, вращающего исполнительный механизм, например генератор 18 электрического тока.The winged-sailing wind power installation (wind turbine) contains a rotary platform 1, carrying racks 2, on which a winged-sailing wind wheel made in the form of a shaft 3 is installed with the possibility of free rotation, at the ends of which a front 4 and a rear 5 flywheel are mounted, bearing rigidly fixed to them blades. Moreover, the front max 4 is facing towards the wind, and the rear max 5 is located on the leeward side. The front max 4 is made in the form of a tubular cross with tubes 6, 7, 8 and 9, and the rear max 5 is made in the form of a tubular cross identical to the front max 4, the free ends of the tubes of which are covered by a square tubular frame, ribs 10, 11, 12 and 13 of which rigidly fixed by the middle part on the free ends of the tubes 6, 7, 8 and 9, identical to the tubular cross perpendicular to them and divided by the attachment points into two equal parts. On the front 4 and rear 5 max, the blades 14, 15, 16 and 17 are rigidly fixed, made in the form of flat rectangular plates of thin sheet or fabric material, which are rigidly fixed by one of their faces to the tubes 6, 7, 8 and 9 of the front mach 4 and the opposite face is also rigidly fixed on the corresponding half of the outer ribs 10, 11, 12 and 13 at an angle of attack α to the direction of the wind, forming rigid bonds 6-10-14, 7-11-15, 8-12-16 and 9-13 -17, which, together with the rigid connections of max 4 and 5 with the shaft 3, forms a rigid structure of a wing-sailing wind wheel Rotating the actuator such as the generator 18 of electric current.

При появлении ветра со скоростью Vв его поток давит на лопасти 14, 15, 16 и 17 под углом атаки α, при этом скорость ветра на каждой лопасти разлагается на составляющие:When a wind appears at a speed V , its flow presses on the blades 14, 15, 16 and 17 at an angle of attack α, while the wind speed on each blade decomposes into components:

Vлд - скорость, создающая лобовое давление на лопасть, направленная перпендикулярно ее плоскости, формирующая крутящий момент на валу 3;V ld - the speed that creates frontal pressure on the blade, directed perpendicular to its plane, forming torque on the shaft 3;

Vп1 - скорость, направленная по плоскости лопасти и уходящая в заколесное пространство в виде потерь, при этом потоки потерь взаимно перпендикулярны и действуют в разных плоскостях, что исключает воздействие потока на депрессионную зону на тыльной стороне вслед идущей лопасти и способствует увеличению лобового давления.V n1 - velocity directed along the plane of the blade and going into zakolesnoe space as a loss, the loss of flow are mutually perpendicular and are in different planes, which eliminates the impact of the flow on a depression zone on the rear side after extending blade and the ram pressure increases.

Очевидно, чтоIt's obvious that

Figure 00000008
Figure 00000008

Однако не вся величина составляющей Vлд идет на формирование крутящего момента, т.к. она не перпендикулярна валу 3 ветроколеса, а образует с направлением Vкм также угол α.However, not all the magnitude of the component V l goes to the formation of torque, because it is not perpendicular to the shaft 3 of the wind wheel, but forms an angle α with the direction of V km .

Figure 00000009
Figure 00000009

Подставив (18) в (17) и решив уравнение относительно Vкм, получим уравнение (19) для определения доли скорости ветра (Vкм), приходящейся на формирование крутящего момента на валу 3 ветроколеса.Substituting (18) into (17) and solving the equation for V km , we obtain equation (19) to determine the fraction of wind speed (V km ) attributable to the formation of torque on the shaft 3 of the wind wheel.

Figure 00000010
Figure 00000010

Крутящий момент на валу ветроколеса определяется по общеизвестной формуле:The torque on the shaft of the wind wheel is determined by the well-known formula:

Figure 00000011
,
Figure 00000011
,

где Ркм - окружное усилие, создаваемое составляющей Vкм скорости ветра;where P km is the circumferential force created by the component V km of wind speed;

b - ширина лопасти.b is the width of the blade.

Величину Ркм определяют по уравнению:The value of P km is determined by the equation:

Figure 00000012
Figure 00000012

где Сх - коэффициент лобового сопротивления, учитывающий форму лопасти. Согласно табл.2 [1], стр.49. Сх=1,1.where C x - drag coefficient taking into account the shape of the blade. According to table.2 [1], p. 49. C x = 1.1.

F - площадь миделева сечения ветроколеса.F is the area of the mid-section of the wind wheel.

ρ - плотность воздуха 1,25 кг/м3.ρ is the air density of 1.25 kg / m 3 .

С учетом того, что рассматриваемое ветроколесо содержит 4 лопасти длиной L каждая, уравнение (41) примет вид:Given that the wind wheel under consideration contains 4 blades of length L each, equation (41) takes the form:

Figure 00000013
Figure 00000013

Подставив (21) в (20) с учетом (19) после преобразований, получим:Substituting (21) into (20) taking into account (19) after the transformations, we obtain:

Figure 00000014
Figure 00000014

Для сравнения заявленного объекта с работающими ветряками по величине коэффициента ξ использования энергии ветра, определяемого по формуле (15), необходимо определить коэффициент заполнения Кз, который для рассматриваемой конструкции определяется как отношение площади квадрата к площади круга диаметром, равным его диагонали, т.е. к площади круга описанной окружности.To compare the claimed object with the working windmills by the value of the coefficient ξ of use of wind energy, determined by the formula (15), it is necessary to determine the fill factor K s , which for the structure under consideration is defined as the ratio of the square to the square of a circle with a diameter equal to its diagonal, i.e. . to the area of a circle of a circumscribed circle.

Из элементарной геометрии известно, что эта величина составляет 0,65.From elementary geometry it is known that this value is 0.65.

Тогда ξ=1,1·0,65·(1-0,33)=0,472.Then ξ = 1.1 · 0.65 · (1-0.33) = 0.472.

Результат сравнения коэффициентов известных конструкций и заявленного объекта свидетельствует о том, что этот параметр для последнего выше в 2,472 раза.The result of a comparison of the coefficients of known structures and the claimed object indicates that this parameter for the latter is 2.472 times higher.

Источники информацииInformation sources

1. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. - М.: ОГИЗ-сельхоз, 1948 г., 185 с.1. Fateev E.M. Wind turbines and wind turbines. - M .: OGIZ-agricultural, 1948, 185 p.

2. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1638359 от 03.04.89 г., МПК F03D 1/06 (прототип).2. Description of the invention to the USSR author's certificate No. 1638359 of 04/03/89, IPC F03D 1/06 (prototype).

Claims (1)

Крыльчато-парусная ветроэнергетическая установка, содержащая поворотную платформу, несущую стойки, на которых установлено с возможностью свободного вращения крыльчато-парусное ветроколесо, выполненное в виде вала, на концах которого установлены передний и задний махи, несущие жестко закрепленные на них лопасти, отличающаяся тем, что передний мах, обращенный навстречу ветру, выполнен в виде трубчатого креста, противоположный ему задний мах выполнен в виде квадратной трубчатой рамки, ребра которой жестко закреплены средней частью на свободных концах трубчатого креста, идентичного переднему кресту, перпендикулярно им, а лопасти выполнены в виде прямоугольных пластин из тонколистового или тканевого материала и жестко закреплены одной из своих граней на трубках переднего маха и противоположной гранью - на соответствующих половинах внешних ребер квадратной трубчатой рамки заднего маха, параллельных трубкам переднего маха. A wing-sailing wind power installation containing a rotary platform bearing racks on which a wing-sailing wind wheel is mounted with the possibility of free rotation, made in the form of a shaft, at the ends of which a front and rear wings are installed, bearing blades rigidly fixed to them, characterized in that the front swing, facing the wind, is made in the form of a tubular cross, the opposite back swing is made in the form of a square tubular frame, the ribs of which are rigidly fixed with the middle part to the free ends of the tubular cross, identical to the front cross, perpendicular to them, and the blades are made in the form of rectangular plates of thin sheet or fabric material and are rigidly fixed by one of their faces to the tubes of the front swing and the opposite side - on the corresponding halves of the outer edges of the square tubular frame of the back swing, parallel to the front swing tubes.
RU2011114063/06A 2011-04-11 2011-04-11 Vane-sail wind power plant RU2463473C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011114063/06A RU2463473C1 (en) 2011-04-11 2011-04-11 Vane-sail wind power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011114063/06A RU2463473C1 (en) 2011-04-11 2011-04-11 Vane-sail wind power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2463473C1 true RU2463473C1 (en) 2012-10-10

Family

ID=47079588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011114063/06A RU2463473C1 (en) 2011-04-11 2011-04-11 Vane-sail wind power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2463473C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526415C2 (en) * 2012-12-07 2014-08-20 Александр Иванович Якимов Wing-sail windmill
RU2721928C1 (en) * 2019-10-08 2020-05-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского" Wind-driven plant

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU27618A1 (en) * 1931-07-23 1932-08-31 В.А. Барановский Vertical wind motor
US4086026A (en) * 1977-02-04 1978-04-25 Tamanini Robert J Windmill with radial vanes
SU1469204A1 (en) * 1986-07-31 1989-03-30 Shmidre Petr A Wind wheel
MD2994B1 (en) * 2004-12-30 2006-02-28 Universitatea Tehnica A Moldovei Helical wind turbine (variants)
RU2359151C1 (en) * 2008-02-26 2009-06-20 Валерий Владимирович Салов Wind motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU27618A1 (en) * 1931-07-23 1932-08-31 В.А. Барановский Vertical wind motor
US4086026A (en) * 1977-02-04 1978-04-25 Tamanini Robert J Windmill with radial vanes
SU1469204A1 (en) * 1986-07-31 1989-03-30 Shmidre Petr A Wind wheel
MD2994B1 (en) * 2004-12-30 2006-02-28 Universitatea Tehnica A Moldovei Helical wind turbine (variants)
RU2359151C1 (en) * 2008-02-26 2009-06-20 Валерий Владимирович Салов Wind motor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526415C2 (en) * 2012-12-07 2014-08-20 Александр Иванович Якимов Wing-sail windmill
RU2721928C1 (en) * 2019-10-08 2020-05-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского" Wind-driven plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Whittlesey Vertical axis wind turbines: Farm and turbine design
Tenguria et al. Investigation of blade performance of horizontal axis wind turbine based on blade element momentum theory (BEMT) using NACA airfoils
Sarma et al. Hybrid/combined Darrieus–Savonius wind turbines: Erstwhile development and future prognosis
Didane et al. Development and performance investigation of a unique dual-rotor Savonius-type counter-rotating wind turbine
Shikha et al. Early development of modern vertical and horizontal axis wind turbines: a review
Duran Computer-aided design of horizontal-axis wind turbine blades
RU2463473C1 (en) Vane-sail wind power plant
JP2018507973A (en) Rotor for generator
Kekezoğlu et al. A new wind turbine concept: design and implementation
Sarkar et al. Experimental study of vertical axis wind turbine performance under vibration
Satwika et al. Investigation flow on horizontal axis wind turbine with Betz chord distribution, twist, and winglet
Al-Abadi et al. Development of an experimental setup for double rotor HAWT investigation
Douak et al. Starting torque study of darrieus wind turbine
CN103216381A (en) Vane of wind generating set
Maican et al. Analysis and optimization of a Savonius-Darrieus hybrid wind turbine
Rahman et al. Aerodynamic Performance and Vibration Analyses of Small Scale Horizontal Axis Wind Turbine with Various Number of Blades
Sarathi et al. Study on Wind Turbine and Its Aerodynamic Performance
JP2019173636A (en) Output enhancement device of power generator, and natural energy type power generator
US20210348595A1 (en) Fluid turbine
RU2689661C1 (en) Wind-driven power plant
Rishmany et al. Optimization of a vertical axis wind turbine using FEA, multibody dynamics and wind tunnel testing
Qasim et al. Design of vertical axis wind turbine with movable vanes
Yershina et al. Some design features of the carousel type wind turbine Bidarrieus
Asfar et al. Wake patterns in a dual-rotor wind turbine
Somoano Rodríguez et al. Bio-inspired blades with local trailing edge flexibility increase the efficiency of vertical axis wind turbines

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150412