RU2261363C2 - Wind power-generating plant with two injection diffuser - Google Patents
Wind power-generating plant with two injection diffuser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2261363C2 RU2261363C2 RU2003133249/06A RU2003133249A RU2261363C2 RU 2261363 C2 RU2261363 C2 RU 2261363C2 RU 2003133249/06 A RU2003133249/06 A RU 2003133249/06A RU 2003133249 A RU2003133249 A RU 2003133249A RU 2261363 C2 RU2261363 C2 RU 2261363C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffuser
- blades
- injection
- annular
- wind
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики, а именно к ветроустановкам.The invention relates to the field of energy, namely to wind turbines.
Известна схема горизонтально-осевой ветроустановки с диффузором, имеющим два места вдува в виде кольцевых щелей наружного атмосферного воздуха в пограничный слой, имеющийся на внутренней поверхности диффузора: один вдув - в кольцевую щель при входе в диффузор, непосредственно в плоскости ветроколеса, второй - в кольцевую щель на внутренней поверхности диффузора, ниже по потоку (см. (1), стр.134-138, рис.4.11). По этой схеме была изготовлена в 1996 г. в Новой Зеландии и была смонтирована и введена в работу ветроустановка Vortec-7 с электрогенератором мощностью 1000 кВт (см.(2)).A known scheme of a horizontal-axis wind turbine with a diffuser having two injection sites in the form of annular slots of external atmospheric air into the boundary layer on the inner surface of the diffuser: one blowing into the annular gap at the entrance to the diffuser, directly in the plane of the wind wheel, the second into the annular gap on the inner surface of the diffuser, downstream (see (1), pp. 134-138, Fig. 4.11). According to this scheme, a Vortec-7 wind turbine was installed and commissioned in New Zealand in 1996 with a 1000 kW electric generator (see (2)).
Известна изготовленная и работающая ветроустановка СН Caphom 10/POL мощностью 10 кВт (Франция) с диффузором без вдува типа кольцевое крыло (см.(3)).A well-known manufactured and operating CH Caphom 10 / POL wind turbine with a power of 10 kW (France) with a ring-shaped diffuser without blowing is known (see (3)).
Недостатком схемы, имеющей вдув в пограничный слой наружного атмосферного воздуха, является относительно низкая энергоемкость вдуваемой массы воздуха, т.к. вносимое в пограничный слой количество движения жидкости определяется относительно малой кинетической энергией наружного потока воздуха и небольшой разностью статических давлений на внешней и наружной сторонах диффузора.The disadvantage of the scheme, having blown into the boundary layer of outdoor atmospheric air, is the relatively low energy consumption of the injected mass of air, because the amount of fluid motion introduced into the boundary layer is determined by the relatively small kinetic energy of the external air flow and the small difference in static pressures on the outer and outer sides of the diffuser.
Техническим результатом является увеличение коэффициента использования энергии ветра, уменьшение массы и стоимости диффузора. Решение поставленной задачи по достижению заявленного технического результата осуществляется следующим способом.The technical result is to increase the utilization of wind energy, reducing the mass and cost of the diffuser. The solution of the task to achieve the stated technical result is as follows.
Ветроустановка с диффузором содержит ветродвигатель, мультипликатор, электрогенератор, гондолу, опорное устройство с механизмом поворота и атмосферный диффузор в виде кольцевого крыла. На его внутренней стенке имеются две последовательно расположенные независимые щели для кольцевого вдува в пограничный слой наружного атмосферного воздуха, при этом первый вдув осуществляется периферийной частью основного потока воздуха, входящего в ветроколесо, при помощи воздействия на эту периферийную часть потока концевыми компрессорными участками лопастей, отделенными пластинами от основной турбинной части лопастей и вращающимися в нише корпуса диффузора, с последующей подачей этого воздуха в кольцевой канал, расположенный под внутренней поверхностью диффузора, разделенный изогнутыми лопатками на отдельные межлопаточные каналы и оканчивающийся первой щелью вдува.A wind turbine with a diffuser contains a wind turbine, a multiplier, an electric generator, a nacelle, a support device with a rotation mechanism and an atmospheric diffuser in the form of an annular wing. On its inner wall there are two sequentially located independent slots for annular injection into the boundary layer of outside atmospheric air, the first blowing being carried out by the peripheral part of the main air flow entering the wind wheel, by acting on this peripheral part of the flow by the end compressor sections of the blades separated by plates from the main turbine part of the blades and rotating in the recess of the diffuser body, with the subsequent supply of this air to the annular channel located along d the inner surface of the diffuser, divided by curved blades into separate interscapular channels and ending with the first injection gap.
Корпус диффузора в своем поперечном сечении выполняется в виде крылового профиля и образует тело вращения, при этом внутренняя стенка диффузора образуется выпуклой стороной крылового профиля и диффузор имеет увеличивающийся по его длине угол раскрытия α (так называемый диффузор в виде кольцевого крыла). Максимальная величина угла раскрытия α ограничивается появлением отрыва пограничного слоя от поверхности стенки диффузора из-за возрастания положительного градиента давления по направлению течения. Для предотвращения такого отрыва в аналогах и прототипе предусмотрены как втекание наружного атмосферного воздуха через первую кольцевую щель в зону образования пограничного слоя, так и втекание наружного атмосферного воздуха во вторую кольцевую щель в зону перед отрывом пограничного слоя. Однако относительно малый импульс вдуваемых потоков воздуха не дает возможность существенно уменьшить длину диффузора. Для увеличения количества движения массы воздуха в пограничном слое (с целью отодвинуть или избежать отрыва потока) предлагается изменить и интенсифицировать схему первого вдува, а именно формировать первую вдуваемую кольцевую струю за счет не только энергии набегающего потока на щель атмосферного воздуха, но и за счет отбора некоторой малой доли мощности ветродвигателя. С этой целью предлагается выполнить периферийную часть каждой лопасти ветроколеса ветродвигателя в виде компрессорного участка. Эти периферийные части лопастей углублены в кольцевую нишу на внутренней стенке диффузора. Ниша не имеет уступа в передней своей части и поэтому атмосферный воздух свободно засасывается компрессорными участками лопастей и нагнетается ими затем в кольцевой щелевой канал, расположенный внутри корпуса диффузора под его внутренней поверхностью и начинающийся непосредственно за вращающимися лопастями, так что вход в канал является задней частью ниши. В результате в пограничный слой на внутренней стенке диффузора подается как кинетическая энергия атмосферного воздуха, так и некоторая малая часть мощности ветродвигателя, что предотвращает отрыв потока от стенки и, уменьшая потери в диффузоре, делает процесс повышения статического давления в нем более эффективным. В результате увеличивается разрежение за ветродвигателем, его мощность и, в конечном счете, коэффициент использования энергии ветра, а также уменьшает осевой размер диффузора и его массу.The diffuser body in its cross section is made in the form of a wing profile and forms a body of revolution, while the inner wall of the diffuser is formed by the convex side of the wing profile and the diffuser has an opening angle α increasing along its length (the so-called diffuser in the form of an annular wing). The maximum value of the opening angle α is limited by the appearance of separation of the boundary layer from the surface of the diffuser wall due to an increase in the positive pressure gradient in the direction of flow. To prevent such a separation in the analogues and prototype, both the outflow of external atmospheric air through the first annular gap into the zone of formation of the boundary layer and the outflow of outside atmospheric air into the second annular gap into the zone before separation of the boundary layer are provided. However, the relatively small momentum of the injected air flows does not significantly reduce the length of the diffuser. To increase the amount of movement of the air mass in the boundary layer (in order to move the flow away or to avoid separation), it is proposed to change and intensify the scheme of the first injection, namely, to form the first injected annular jet due to not only the energy of the incident flow on the atmospheric air gap, but also due to selection a small fraction of the power of the wind turbine. To this end, it is proposed to perform the peripheral part of each blade of a wind turbine of a wind turbine in the form of a compressor section. These peripheral parts of the blades are recessed into an annular niche on the inner wall of the diffuser. The niche does not have a step in its front part and therefore atmospheric air is freely sucked in by the compressor sections of the blades and then pumped into the annular slot channel located inside the diffuser body under its inner surface and starting directly behind the rotating blades, so that the entrance to the channel is the back of the niche . As a result, both the kinetic energy of atmospheric air and some small part of the wind turbine power are supplied to the boundary layer on the inner wall of the diffuser, which prevents flow separation from the wall and, reducing losses in the diffuser, makes the process of increasing the static pressure in it more efficient. As a result, the rarefaction behind the wind turbine increases, its power and, ultimately, the coefficient of utilization of wind energy, and also reduces the axial size of the diffuser and its mass.
На фиг.1 изображена принципиальная конструктивная схема ветроустановки с диффузором, имеющим два вдува воздуха в пограничный слой на его внутренней стенке. На фиг.2 изображена схема поперечного сечения корпуса диффузора, показывающая воздушные магистрали первого и второго вдувов. На фиг.3 изображена развертка сечения А-А по фиг.1, показывающая взаимное расположение лопасти и межлопастных каналов кольцевого участка первого вдува. На фиг.4 дано сечение В-В по фиг.1, показывающие вид на лопасть и вход в канал первого вдува.Figure 1 shows a schematic structural diagram of a wind turbine with a diffuser having two air blowing into the boundary layer on its inner wall. Figure 2 shows a cross-sectional diagram of a diffuser housing showing the air lines of the first and second blowers. Figure 3 shows a scan of section aa in figure 1, showing the relative position of the blade and the inter-blade channels of the annular portion of the first injection. Figure 4 is a section bb in figure 1, showing a view of the blade and the entrance to the channel of the first injection.
Ветроустановка состоит из следующих основных узлов: ветродвигатель 1, атмосферный диффузор 5, гондола 11, мультипликатор 12, электрогенератор 13, опора 17. Ветродвигатель 1 имеет поворотные лопасти (механизм поворота на фиг.1 не показан), периферийная часть 3 которых имеет профиль, повернутый на определенный угол относительно продольной оси основной части лопасти против часовой стрелки (фиг.3). Между периферийной (компрессорной) частью 3 лопасти и основной (турбинной) частью лопасти 2 имеется разделяющая их пластина 20. Диффузор 5 имеет корпус, поперечное сечение которого (фиг.2) получено вращением вокруг его оси крылового профиля. На внутренней поверхности диффузора на некотором расстоянии от входа расположена ниша 4 (фиг.2) треугольного поперечного сечения, в которой вращаются периферийные компрессорные участки лопастей. Ниша 4 в своей передней части в точке А имеет излом поверхности стенки, а не уступ. Задняя часть ниши ВС представляет собой вход в кольцевой канал 6 для первого щелевого вдува атмосферного воздуха, нагнетаемого периферийной (компрессорной) частью 3 лопасти. Кольцевой канал 6 (фиг.3) разделен изогнутыми лопатками 18 на отдельные межлопаточные каналы 19 с увеличивающейся в направлении течения площадью поперечного сечения. Межлопастные каналы 19 объединяются кольцевой щелью 9 для вдува воздуха в пограничный слой на внутренней стенке диффузора. В задней части диффузора имеется кольцевой канал 7 для второго вдува через кольцевую щель 8 наружного атмосферного воздуха. Корпус диффузора 5 через силовые стойки 10 соединен с гондолой 11, которая находится наверху опоры 17. Для поворота гондолы совместно с диффузором имеется поворотная опора 15 и механизм поворота 16.The wind turbine consists of the following main units: wind turbine 1,
Ветроустановка работает следующим образом. При помощи гидро- или электромагнитного привода 14 ветроустановка ориентируется поворотным устройством 15 на направление ветра. Ветровой поток, энергетически воздействуя на лопасти 2, раскручивает ветродвигатель 1, ротор которого вращается в опорном узле 14, в результате чего через мультипликатор 12 осуществляется вращение электрогенератора 13. Атмосферный воздух втекает в диффузор 5, натекая также и на периферийные части 3 лопастей 2. Периферийные части 3 лопастей работают как низконапорная компрессорная решетка и осуществляют подачу натекающего атмосферного воздуха в щелевой кольцевой канал 6. В относительном движении (фиг.3) атмосферный поток натекает на компрессорный профиль 3 со скоростью W1 и уходит с него со скоростью W2. Получив периферийную скорость (скорость вращения лопасти) U, поток входит в межлопастные каналы 19 с абсолютной скоростью С. Затем поток поворачивается при помощи изогнутых лопаток 18 в направлении, близком к осевому, а скорость его снижается до величины, энергетически необходимой для вдува в пограничный слой на внутренней поверхности диффузора для предотвращения отрыва основного потока. Высота h межлопаточного щелевого кольцевого канала 6 (фиг.2) при входе в кольцевую щель 9 определяется условием h>δ**, где δ** - толщина потери импульса в пограничном слое на стенке диффузора перед кольцевой щелью 9. Повторное энергетическое воздействие на пограничный слой производится при помощи вторичного щелевого вдува 7 наружного атмосферного воздуха через кольцевой канал 8 ниже по потоку.Wind turbine works as follows. Using a hydro or electromagnetic drive 14, the wind turbine is oriented by the rotary device 15 to the direction of the wind. The wind flow, energetically acting on the
Возможность осуществления изобретения подтверждается использованием успешно работающей ветроустановки Vortec-7 (2) с двумя кольцевыми щелевыми вдувами в диффузор атмосферного воздуха и ветроустановки СН Caphorn 10/POL (3) с диффузором типа кольцевое крыло.The possibility of carrying out the invention is confirmed by the use of a successfully operating Vortec-7 (2) wind turbine with two ring slotted injections into the atmospheric air diffuser and CH Caphorn 10 / POL (3) wind turbines with a ring wing diffuser.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION
1. «Ветроэнергетика» Под ред. Д. де Рензо: - Москва, Энергоатомиздат, 1982, стр.134-138, рис.4.11.1. "Wind Energy" Ed. D. de Renzo: - Moscow, Energoatomizdat, 1982, pp. 134-138, Fig. 4.11.
2. Bruce Cole. New turbine could offer low cost wind power. «Modem Rotor Systems». August 1977 - p.27-30.2. Bruce Cole. New turbine could offer low cost wind power. "Modem Rotor Systems". August 1977 - p. 27-30.
3. Windpower Monthly, vol.17, No11, November 2001, р.33.3. Windpower Monthly, vol. 17, No. 11, November 2001, p. 33.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003133249/06A RU2261363C2 (en) | 2003-11-17 | 2003-11-17 | Wind power-generating plant with two injection diffuser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003133249/06A RU2261363C2 (en) | 2003-11-17 | 2003-11-17 | Wind power-generating plant with two injection diffuser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003133249A RU2003133249A (en) | 2005-04-27 |
| RU2261363C2 true RU2261363C2 (en) | 2005-09-27 |
Family
ID=35635801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003133249/06A RU2261363C2 (en) | 2003-11-17 | 2003-11-17 | Wind power-generating plant with two injection diffuser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2261363C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022029601A1 (en) * | 2020-08-03 | 2022-02-10 | Vorobev Valerii Yurevich | Improved horizontal wind turbine |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1508752A (en) * | 1976-01-29 | 1978-04-26 | Univ Ben Gurion | Wind driven energy generating device |
| SU1592572A1 (en) * | 1988-10-28 | 1990-09-15 | Petinov Vladimir | Wind motor |
| RU2136958C1 (en) * | 1998-05-14 | 1999-09-10 | Малышкин Виктор Михайлович | Windmill power unit using pneumatically controlled power transmission and method for pneumatically controlled power transmission in wind intake devices |
| WO2000070219A1 (en) * | 1999-05-12 | 2000-11-23 | Compagnie Internationale De Turbines Atmospheriques | Wind machine with slanted blades |
| RU2173790C2 (en) * | 1999-04-21 | 2001-09-20 | Малышкин Виктор Михайлович | Windmill-electric generating plant with diffuser (alternatives), method for protecting it against destructive atmospheric actions, and method for setting up windmill-electric generating plant using energy of compressed air |
-
2003
- 2003-11-17 RU RU2003133249/06A patent/RU2261363C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1508752A (en) * | 1976-01-29 | 1978-04-26 | Univ Ben Gurion | Wind driven energy generating device |
| SU1592572A1 (en) * | 1988-10-28 | 1990-09-15 | Petinov Vladimir | Wind motor |
| RU2136958C1 (en) * | 1998-05-14 | 1999-09-10 | Малышкин Виктор Михайлович | Windmill power unit using pneumatically controlled power transmission and method for pneumatically controlled power transmission in wind intake devices |
| RU2173790C2 (en) * | 1999-04-21 | 2001-09-20 | Малышкин Виктор Михайлович | Windmill-electric generating plant with diffuser (alternatives), method for protecting it against destructive atmospheric actions, and method for setting up windmill-electric generating plant using energy of compressed air |
| WO2000070219A1 (en) * | 1999-05-12 | 2000-11-23 | Compagnie Internationale De Turbines Atmospheriques | Wind machine with slanted blades |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Д. ДЕ РЕНЗО. Ветроэнергетика. - М.: Энергоатомиздат, 1982, с.134-138, рис.4.11. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022029601A1 (en) * | 2020-08-03 | 2022-02-10 | Vorobev Valerii Yurevich | Improved horizontal wind turbine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003133249A (en) | 2005-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8596955B2 (en) | Impulse turbine for use in bi-directional flows | |
| JP5289770B2 (en) | Omnidirectional wind turbine | |
| RU2124142C1 (en) | Wind-driven electric plant | |
| US10539154B2 (en) | Compressor end-wall treatment having a bent profile | |
| US9322385B1 (en) | Hydro vortex enabled turbine generator | |
| US20060034691A1 (en) | Supersonic compressor | |
| AU2008346296A1 (en) | Wind generator with two successive rotors | |
| US4415306A (en) | Turbine | |
| JP2014514500A (en) | Diffuser enhanced wind turbine | |
| JP7191824B2 (en) | turbine | |
| WO2013141912A2 (en) | Hybrid compressors and compression systems | |
| RU2355910C2 (en) | Fluid medium turbine | |
| RU2261363C2 (en) | Wind power-generating plant with two injection diffuser | |
| US20030210980A1 (en) | Supersonic compressor | |
| CN111188779A (en) | Gas compressor of gas turbine engine | |
| CN110566476B (en) | Self-circulation casing processing device for rotary stamping compression rotor | |
| AU2013200683B2 (en) | Impulse turbine for use in bi-directional flows | |
| JP2018123819A (en) | Flow body compressor and electric generator utilizing flow torque of spiral revolution flow body | |
| CN102588296A (en) | Novel turbo-type pneumatic submersible pump with multiple nozzles | |
| CN103306735B (en) | A kind of mixed power machine | |
| RU2333382C1 (en) | Magnus effect amplification technique | |
| RU2825924C1 (en) | Blade for orthogonal turbine of wind- and hydraulic plants | |
| RU2805400C1 (en) | Pressure-vacuum wind power plant | |
| JP2940600B2 (en) | Self-propelled pump | |
| US20250003380A1 (en) | Hydroelectric Turbine Device and Method of Use |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091118 |