RU10793U1

RU10793U1 - WIND WHEEL

Info

Publication number: RU10793U1
Application number: RU98122898/20U
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Веремеенко
Original assignee: Александр Иванович Веремеенко
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 1999-08-16

Abstract

1. Ветроколесо, включающее вал с вертикальной осью вращения, снабженный кронштейнами, на которых параллельно оси вала закреплены полые лопасти, имеющие аэродинамический профиль, отличающееся тем, что каждая лопасть имеет замкнутый профиль лишь в серединной по высоте лопасти части, а ее развертка в вертикальной плоскости имеет вид осесимметричной фигуры, одна из сторон которой, ориентируемая вдоль оси вала, является ее основанием и превышает высоту фигуры, при этом фигура имеет форму, сужающуюся по мере удаления от основания.2. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что упомянутая развертка лопасти имеет форму осесимметричного пятиугольника, основание которого в 1,5 - 2 раза превышает его высоту.1. A wind wheel, including a shaft with a vertical axis of rotation, equipped with brackets on which hollow blades having an aerodynamic profile are fixed parallel to the shaft axis, characterized in that each blade has a closed profile only in the middle part of the blade height, and its reamer is in the vertical plane has the form of an axisymmetric figure, one of the sides of which, oriented along the axis of the shaft, is its base and exceeds the height of the figure, while the figure has a shape that narrows as it moves away from the base. 2. The wind wheel according to claim 1, characterized in that said blade reamer has the shape of an axisymmetric pentagon, the base of which is 1.5 to 2 times its height.

Description

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована в ветроустановках, предназначенным для преобразования энергии ветра в механическую энергию.The utility model relates to wind energy and can be used in wind turbines designed to convert wind energy into mechanical energy.

Одной из основных технических проблем, решению которой посвящены разработки в области ветроэнергетики является повышение устойчивости самозапуска ветроколеса при малых скоростях ветра и ограничение величины оборотов до допустимой величины при больших скоростях ветра.One of the main technical problems, the solution of which is devoted to developments in the field of wind energy, is to increase the stability of the self-start of the wind wheel at low wind speeds and to limit the speed to an acceptable value at high wind speeds.

Известно ветроколесо Патент РФ 2024782, МКИ F03D 3/06, опубл. 15.12.941, включающее вал с закрепленными на нем радиальными траверсами с упорами, а также подпружиненные лопасти, имещие аэродинамический монолитный профиль. Специальные средства, которыми снабжено ветроколесо, обеспечивают поворот лопастей во время запуска, за счет чего происходит самораскрутка ветродвигателя под действием аэродинамических сил. Однако сложная система подвески лопастей, наличие шарнирных соединений и пружинящих элементов делает указанное ветроколесо ненадежным в эксплуатации.Known wind wheel RF Patent 2024782, MKI F03D 3/06, publ. 12.15.941, including a shaft with radial traverses fixed to it with stops, as well as spring-loaded blades having an aerodynamic monolithic profile. Special means, which are equipped with a wind wheel, provide rotation of the blades during start-up, due to which the self-rotation of the wind turbine under the action of aerodynamic forces. However, the complex system of suspension of the blades, the presence of articulated joints and spring elements makes the specified wind wheel unreliable in operation.

Известно ветроколесо АС СССР 1236149, МКИ F03D 3/06, опубл. 07.06.863, в котором проблема регулирования скорости вращения, в частности, торможения до допустимых скоростей, реF03D 3/06 ВЕТРОКОЛЕСОKnown wind turbine AS USSR 1236149, MKI F03D 3/06, publ. 06/07/863, in which the problem of controlling the speed of rotation, in particular, braking to permissible speeds, reF03D 3/06 WINDWHEEL

шается конструкцией самой лопасти. Лопасть имеет переднюю кромку в виде ломаной линии и снабжена поперечными сквозными каналами, сообщенными с воздуховодами и закрытыми подпружиненными пластинами. При больших скоростях вращения ветроколеса под действием центробежных сил пластины открываются наружу и выполняют роль аэродинамического тормоза, открытые воздуховоды также привносят дополнительный тормозящий эффект. Как и описанный выше аналог, указанное ветроколесо обладает низкой надежностью, особенно в зимнее время при обледенении.The construction of the blade itself. The blade has a leading edge in the form of a broken line and is equipped with transverse through channels connected to air ducts and closed spring-loaded plates. At high speeds of rotation of the wind wheel under the action of centrifugal forces, the plates open outwards and act as an aerodynamic brake, open air ducts also bring an additional braking effect. Like the analogue described above, this wind wheel has low reliability, especially in winter when icing.

Известно ветроколесо АС СССР 1455036, МКИ F 03D 3/06, опубл.30.09.891 с вертикальным валом, в лопастях которого выполнены продольные полости, однако указанные полости не обеспечивают повышение аэродинамических свойств ветроколеса. они служат для размещения страховочных тросов, предотвращающих выпадение лопасти при поломке и тем самым служат для повышения безопасности работы ветроколеса.A wind wheel is known from the USSR AS 1455036, MKI F 03D 3/06, publ. 30.09.891 with a vertical shaft, in the blades of which longitudinal cavities are made, however, these cavities do not provide an increase in the aerodynamic properties of the wind wheel. they serve to place safety cables that prevent the blade from falling out during breakage and thereby serve to increase the safety of the wind wheel.

Все указанные выше аналоги имели симметрично спрофилированные лопасти.All of the above analogues had symmetrically profiled blades.

Известна ветроустановка Заявка ФРГ 4402378,МКИ F 03D3/06, опубл. 23.03.95 с ротором, лопасти которого имеют асимметрично изогнутый профиль. Лопасти установлены таким образом, что профиль имеет кривизну, противоположную кривизне периферийного контура. Повышенное аэродинамическое качество ветроустановки в рабочем режиме определяется отношением подъемной силы к силе лобового сопротивления. Однако такая конструкция не обеспечивает стабильный запуск при небольших скоростях ветра.Known wind turbine Application of Germany 4402378, MKI F 03D3 / 06, publ. 03/23/95 with a rotor, the blades of which have an asymmetrically curved profile. The blades are mounted in such a way that the profile has a curvature opposite to that of the peripheral contour. The increased aerodynamic quality of the wind turbine in the operating mode is determined by the ratio of the lifting force to the drag force. However, this design does not provide a stable start at low wind speeds.

таким образом, существует техническое противоречие. Средства используемые в ветроколесах, обеспечивающие надежный запуск и торможение ветроколеса снижают его надежность, а повышенная надежность конструкции с обеспечиваемая отсутствием подвижных частей на лопастях и ее жесткое крепление на траверсе) не позволяет осуществлять надежный запуск при слабом ветре и самоторможение при высоких окружных скоростях.therefore, there is a technical contradiction. The means used in wind wheels, ensuring reliable start and braking of the wind wheel, reduce its reliability, and the increased reliability of the structure due to the absence of moving parts on the blades and its rigid fastening on the beam) does not allow reliable start in light wind and self-braking at high peripheral speeds.

Решение указанного противоречия частично осуществляется в конструкции ветроколеса-прототипа АС СССР 1765493, МКИ F 03D3/06, опубл.30.09.92. Ветроколесо включает вал с вертикальной осью вращения, на радиальных кронштейнах которого неподвижно закреплены полые лопасти. Лопасти имеют аэродинамический симметричный или несимметричный незамкнутый профиль и установлены на кронштейнах открытой полостью наружу так, что передние кромки удалены от оси вращения ветроколеса больше, чем задние. Незамкнутость профиля лопасти имеет как положительные так и отрицательные свойства. С одной стороны, при работе прототипа попутный ветровой поток, входя в незамкнутую полость лопасти, обеспечивает самозапуск и выход на рабочий режим. С другой стороны, наличие обрыва на незамкнутом контуре отрицательно сказывается на общей аэродимамике вследствие возникновения турбулентных потоков.The solution of this contradiction is partially implemented in the design of the prototype wind turbine of the USSR AS 1765493, MKI F 03D3 / 06, published on September 30, 1992. The wind wheel includes a shaft with a vertical axis of rotation, on the radial arms of which hollow blades are fixedly fixed. The blades have an aerodynamic symmetric or asymmetric open profile and are mounted on the brackets with an open cavity outward so that the leading edges are more distant from the axis of rotation of the wind wheel than the rear ones. The non-closed profile of the blade has both positive and negative properties. On the one hand, during the operation of the prototype, the associated wind flow, entering the open cavity of the blade, provides self-start and exit to operating mode. On the other hand, the presence of a break in an open loop negatively affects the overall aerodynamics due to the occurrence of turbulent flows.

в основу полезной модели поставлена задача создания надежного ветроколеса с высокими эксплуатационными характеристиками, а именно ветроколесо должно осуществлять самозапуск при небольших скоростях ветра и обладать саморегулирующей способностью.The utility model is based on the task of creating a reliable wind wheel with high operational characteristics, namely, the wind wheel must self-start at low wind speeds and have self-regulating ability.

Поставленная задача решается тем, что в ветроколесе, включающем вал с вертикальной осью вращения, снабженном кронштейнами, на которых параллельно оси вала закреплены полые лопасти, имеющие аэродинамический профиль, новым является то, что лопасть имеет замкнутый профиль лишь в серединной по высоте лопасти части, а ее развертка в вертикальной плоскости имеет вид осесимметричной Фигуры, одна из сторон которой, ориентируемая вдоль оси вала является ее основанием и превышает высоту Фигуры, при этом фигура имеет Форму, сужающуюся по мере удаления от основания.The problem is solved in that in a wind wheel, including a shaft with a vertical axis of rotation, equipped with brackets on which hollow blades having an aerodynamic profile are fixed parallel to the shaft axis, the new thing is that the blade has a closed profile only in the middle part of the blade height, and its sweep in the vertical plane takes the form of an axisymmetric figure, one of the sides of which, oriented along the axis of the shaft, is its base and exceeds the height of the figure, while the figure has a shape that tapers as it moves away niya from the ground.

Наилучший результат достигается при конструкции лопасти, когда ее развертка имеет Форму осесимметричного пятиугольника, основание которого в 1,5-2 раза превышает его высоту.The best result is achieved with the design of the blade, when its development has the shape of an axisymmetric pentagon, the base of which is 1.5-2 times its height.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых представлено:The utility model is illustrated by drawings, which show:

Фиг.1 - ветроколесо, вид сбоку, при выполнении крыла из развертки, имеющей Форму пятиугольникаFigure 1 is a wind wheel, side view, when performing a wing from a reamer having the shape of a pentagon

Фиг.2 - то же, вид сверху.Figure 2 is the same, a top view.

Фиг.3,4,5 - варианты развертки лопасти ветроколеса. Ветроколесо включает вал 1 с вертикальной осью вращения. НаFig.3,4,5 - options for scanning the blades of a wind wheel. The wind wheel includes a shaft 1 with a vertical axis of rotation. On the

валу 1 неподвижно закреплены кронштейны 2 на концах которых установлены лопасти 3-6, ориентированные вдоль оси вращения вала. Каждая лопасть имеет аэродинамический профиль. Ее развертка может быть выполнена в виде различных осесимметричных Фигур, часть из которых представлена на Фиг. 3-5. Во всех случаях Фигура развертки имеет основание 7, которое в 1,5 - 2 раза больше высоты, совпадающей с осью симметрии, при этом Фигура имеет Форму, сужающуюся по мере удаления от основания, а ее стороны могут быть образованы прямыми линиями или быть слегка выпуклыми С вогнутыми).the shaft 1 is fixedly mounted brackets 2 at the ends of which the blades 3-6 are installed, oriented along the axis of rotation of the shaft. Each blade has an aerodynamic profile. Its sweep can be made in the form of various axisymmetric Figures, some of which are presented in Figs. 3-5. In all cases, the Scanning Figure has a base 7, which is 1.5 to 2 times greater than the height coinciding with the axis of symmetry, while the Figure has a Shape that tapers as it moves away from the base, and its sides can be formed by straight lines or be slightly convex With concave).

ПРОФИЛЬ лопасти образован сворачиванием развертки до соединения двух точек 8, образованных пересечением периметра развертки с осью симметрии Фигуры.The PROFILE of the blade is formed by folding the scan until two points 8 are formed, formed by the intersection of the scan perimeter with the axis of symmetry of the Figure.

Поскольку развертка лопасти имеет сужающуюся симметричную Форму С ось симметрии ее делит на равные части), то при ориентации основания 7 вдоль оси вала оказывается, что лопасть имеет замкнутый профиль лишь на определенном участке, приближенном к середине лопасти по ее высоте. В случае, когда развертка имеет вершину на оси симметрии (см.Фиг.3D, профиль замыкается практически в одной точке непосредственно на середине лопасти. В случае, когда в развертке напротив основания расположена сторона фигуры (см. Фиг.4,5), профиль замыкается на участке основания, расположенном вблизи середины лопасти с по высоте). Таким образом во всех случаях лопасть имеет замкнутый профиль по (Корме крыла лишь в серединной поSince the reamer of the blade has a tapering symmetric Form C, the axis of symmetry divides it into equal parts), when the base 7 is oriented along the axis of the shaft, it turns out that the blade has a closed profile only in a certain area, close to the middle of the blade along its height. In the case when the scan has a vertex on the axis of symmetry (see Fig. 3D, the profile closes at almost one point directly in the middle of the blade. In the case where the side of the figure is located in the scan opposite the base (see Fig. 4.5), the profile closes on the base section, located near the middle of the blade with height). Thus, in all cases, the blade has a closed profile along (the stern of the wing only in the middle

высоте части, а в остальных частях лопасть имеет незамкнутый аэродинамический профиль.the height of the part, and in the remaining parts the blade has an open aerodynamic profile.

Устройство работает следующим образом. Начальное движение ветроколеса осуществляется за счет воздействия воздушного потока на внутреннюю поверхность лопасти 3. При этом лопасть 5, находящаяся под воздействием слабой подъемной силы, не оказывает существенного лобового сопротивления, в отличие от прототипа, поскольку она имеет частично замкнутую поверхность, которая организует воздушный поток, минимизируя его турбулентность. Таким образом выход на рабочий режим осуществляется с минимальными потерями энергии. В рабочем режиме заявляемое ветроколесо осуществляет движение под воздействием подъемной силы принципиально так же, как ветроколеса с полностью замкнутой боковой поверхностью лопастей. При этом установлено, что при сильном увеличении скорости воздушного потока предлагаемая конструкция обладает свойствами саморегулирования угловой скорости вращения ввиду возникновения турбулентного режима во внутренних полостях лопастей.The device operates as follows. The initial movement of the wind wheel is due to the influence of air flow on the inner surface of the blade 3. Moreover, the blade 5, which is under the influence of weak lifting force, does not have significant drag, unlike the prototype, because it has a partially closed surface that organizes the air flow, minimizing its turbulence. Thus, the output to the operating mode is carried out with minimal energy loss. In operating mode, the inventive wind wheel carries out movement under the influence of lifting force in the same way as a wind wheel with a completely closed lateral surface of the blades. It was found that with a strong increase in the air flow rate, the proposed design has the properties of self-regulation of the angular rotation speed due to the emergence of a turbulent regime in the internal cavities of the blades.

Таким образом, жесткое соединение лопасти с кронштейном, отсутствие подвижных частей делает конструкцию надежной в эксплуатации и простой в изготовлении, а аэродинамические свойства лопастей позволяют использовать энергию ветрового потока с минимальными потерями.Thus, the rigid connection of the blade with the bracket, the absence of moving parts makes the design reliable in operation and easy to manufacture, and the aerodynamic properties of the blades allow the use of wind flow energy with minimal losses.

Полезная модель найдет применение в бытовых условиях при организации автономного энергообеспечения.The utility model will find application in domestic conditions when organizing autonomous energy supply.

Claims

1. A wind wheel including a shaft with a vertical axis of rotation, equipped with brackets on which hollow blades having an aerodynamic profile are fixed parallel to the axis of the shaft, characterized in that each blade has a closed profile only in the mid-height part of the blade, and its reamer is in the vertical plane has the form of an axisymmetric figure, one of the sides of which, oriented along the axis of the shaft, is its base and exceeds the height of the figure, while the figure has a shape that tapers as it moves away from the base.

2. The wind wheel according to claim 1, characterized in that the said reamer of the blade has the shape of an axisymmetric pentagon, the base of which is 1.5 to 2 times its height.