RU2736680C1

RU2736680C1 - Heliowind power plant of increased power

Info

Publication number: RU2736680C1
Application number: RU2020115750A
Authority: RU
Inventors: Ильдар Фанильевич Зайнуллин
Original assignee: Ильдар Фанильевич Зайнуллин
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2020-11-19

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of renewable energy sources, namely, to conversion of solar and kinetic energy of wind into electric energy, for powering loads of end user, and can be used in equipment of alternative power systems and creation of autonomous complex of several units, combined into wind power stations. High-power helio-wind power plant includes a bladed turbine with a vertical axis of rotation, which is located inside the wind-guiding device with the lower and upper covers. Electric generator is located on the axis of the blade wind turbine. Photoelectric converter of light energy is installed on the upper cover. Vane turbine is made in the form of parallel disks, fixed by axial holes with rotary shaft, forming hollow drums. Vertical blades are arranged between discs inner surfaces. Turbine is located in the wind-guiding device center, made in the form of uniformly distributed in circumferential direction vertical spiral wind-screening screens, made in combination with blades of wind turbine in the form of unwinding spirals, which beginnings are fixed on vertical rotary shaft, and ends are directed to periphery of wind-guiding device. Wind control panels top edges are connected with upper cover, lower edges are connected with bottom cover to form nozzle air chambers. Cutoff plates are built into the body of wind-guiding shields. In addition, reversible drives and cutoff plate opening angle pickups, electric generator stator windings speed and temperature sensor, air flow pressure sensors and control device are introduced. Ends of cutoff plates are located closer to rotation axis of rotor and are connected to rotary shafts of cutoff plates, made with possibility of limited turn of cutoff plates around vertical axis. Rotary shafts of cutoff plates are mechanically connected with reversing drives and sensors of opening angles of cutoff plates. Vertical rotary shaft is connected with rotation speed sensor. Outputs of cutoff plates opening angle sensors, air flow pressure sensors, rotation speed sensor and electric generator stator windings temperature sensor are connected to inputs of control device, and outputs of control device are connected to inputs of reversing drives of cutoff plates.

EFFECT: technical result, for achievement of which the invention is aimed, consists in improvement of reliability of power supply to consumers in a wide range of wind flow rates and providing effective independent operation irrespective of direction of wind flow with high efficiency factor; significant reduction of level of mechanical and aerodynamic noise is achieved simultaneously.

14 cl, 12 dwg

Description

Заявляемое техническое решение относится к области возобновляемых источников энергии, а именно к преобразованию солнечной энергии и кинетической энергии ветра в электрическую энергию, для питания нагрузок конечного потребителя, и может быть применена при оснащении системами альтернативной энергетики и создании автономного комплекса из нескольких установок, объединенных в ветряные электрические станции.The claimed technical solution relates to the field of renewable energy sources, namely to the conversion of solar energy and kinetic wind energy into electrical energy, to power the end-consumer's loads, and can be used when equipping with alternative energy systems and creating an autonomous complex of several installations combined into wind turbines. power stations.

Известен ветроэнергетический агрегат (пат. РФ №2352809, МПК F03D3/04, опубл. 20.04.2009 г.),содержащий раму, ветровую турбину, содержащую два цилиндрических блока, расположенных вертикально на одной геометрической оси и разделенных крышками рамы, каждый из которых имеет направляющий аппарат для поступающего воздуха, являющийся статором турбины, с пластинами для улавливания ветра и ротор с лопатками, соединенными с валом, для преобразования энергии ветра во вращательное движение вала, электрический многополюсный вентильный генератор с ротором, имеющим щеточный узел, со статором и системами автоматического управления. Статор вентильного генератора выполнен с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения ротора, и снабжен центральным трубчатым валом, а ротор имеет центральный вал, проходящий внутри трубчатого вала статора, каждый блок ветровой турбины состоит из ярусов, разделенных поперечными дисками, каждый ярус имеет направляющий аппарат - статор, пластины которого выполнены плоскими и установлены радиально, и ротор, лопатки которого соединены с валом блока, ярусы составляют нижнюю и верхнюю группы, объединенные общими валами, установленными коаксиально, вал нижней группы ярусов выполнен трубчатым и соединен с валом статора вентильного генератора, а вал верхней группы ярусов проходит внутри трубчатого вала нижней группы ярусов и соединен с валом ротора вентильного генератора, лопатки роторов ярусов нижнего и верхнего блоков установлены с противоположно направленными углами наклона к радиусу ротора для обеспечения взаимно противоположного направления вращения роторов указанных блоков, при этом группа ярусов ветровой турбины, вращающая ротор генератора, и группа ярусов, вращающих статор генератора, выполняются согласно их расчетным мощностям, в соответствии с соотношением N_st=kN_rt, где N_st - мощность, передаваемая на статор генератора, N_rt - мощность, передаваемая на ротор генератора, k=iJ_st/iJ_rt, где J_st=G_stD_st ², J_rt=G_rtD_rt ² - соответственно моменты инерции статора и ротора, G_st, G_rt - их вес, D_st, D_rt - их наружные диаметры, i - доля электромагнитной мощности генератора, обеспечиваемая каждым блоком.Known wind power unit (US Pat. RF No. 2352809, IPC F03D3 / 04, publ. 20.04.2009), containing a frame, a wind turbine containing two cylindrical blocks, located vertically on one geometric axis and separated by frame covers, each of which has a guide vane for incoming air, which is a turbine stator with plates for capturing wind and a rotor with blades connected to the shaft for converting wind energy into rotational motion of the shaft, an electric multi-pole valve generator with a rotor having a brush assembly, with a stator and automatic control systems ... The stator of the valve generator is made with the possibility of rotation in the direction opposite to the direction of rotation of the rotor, and is equipped with a central tubular shaft, and the rotor has a central shaft passing inside the tubular stator shaft, each wind turbine block consists of tiers separated by transverse discs, each tier has a guide vane - the stator, the plates of which are flat and installed radially, and the rotor, the blades of which are connected to the shaft of the block, the tiers make up the lower and upper groups, united by common shafts mounted coaxially, the shaft of the lower group of tiers is tubular and connected to the stator shaft of the valve generator, and the shaft of the upper group of tiers passes inside the tubular shaft of the lower group of tiers and is connected to the rotor shaft of the valve generator, the rotor blades of the tiers of the lower and upper blocks are installed with oppositely directed angles of inclination to the radius of the rotor to ensure the mutually opposite direction of rotation of the rotors indicates of these blocks, while the group of tiers of the wind turbine rotating the generator rotor and the group of tiers rotating the generator stator are performed according to their design powers, in accordance with the ratio N _st = kN _rt , where N _st is the power transmitted to the generator stator, N _rt is the power transmitted to the generator rotor, k = iJ _st / iJ _rt , where J _st = G _st D _st ² , J _rt = G _rt D _rt ² are respectively the moments of inertia of the stator and rotor, G _st , G _rt are their weight, D _st , D _rt are their outer diameters, i is the fraction of the electromagnetic power of the generator provided by each unit.

Использование прямого соединения вала генератора с валами блоков, без применения механического редуктора, увеличивает надежность и снижает стоимость агрегата. The use of a direct connection of the generator shaft to the block shafts, without the use of a mechanical gearbox, increases the reliability and reduces the cost of the unit.

Однако это устройство имеет ряд существенных недостатков. Большое количество подшипниковых узлов для обеспечения взаимно противоположного направления вращения групп ярусов ветровой турбины, вращающих ротор генератора, и группу ярусов, вращающих статор генератора, применение разгонных муфт, наличие контактных колец с щеточными узлами для подключения выводов обмоток генератора усложняет конструкцию и уменьшает надежность электроснабжения. Отсутствует эффект повышения давления ветрового потока, что не позволяет преобразовывать энергию низкопотенциальных ветровых потоков. However, this device has a number of significant disadvantages. A large number of bearing assemblies to ensure the mutually opposite direction of rotation of the groups of tiers of the wind turbine rotating the generator rotor and the group of tiers rotating the generator stator, the use of accelerating couplings, the presence of slip rings with brush assemblies for connecting the terminals of the generator windings complicates the design and reduces the reliability of power supply. There is no effect of increasing the pressure of the wind flow, which does not allow converting the energy of low-potential wind flows.

Известен ветродвигатель с регулируемыми ветронаправляющими экранами (пат. РФ №2264558, МПК F03D3/04, опубл. 20.11.2005 г.), содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью вращения и расположенные снаружи ветротурбины по окружности свободно поворачивающиеся вокруг вертикальных осей ветронаправляющие экраны. Каждый ветронаправляющий экран расположен в секторе свободного поворота, а крайние положения заданы прямой, проходящей через оси вращения ветротурбины и ветронаправляющего экрана, и касательной к окружности, образованной вращением крайней наружной точки подвижной плоскости лопасти, проходящей через ось вращения ветронаправляющего экрана. Каждый ветронаправляющий экран снабжен роликами и установлен в раму на направляющие, расположенные по верхней и нижней ее граням с возможностью свободного перемещения по ним экранов в горизонтальном направлении. Known wind turbine with adjustable wind guiding screens (US Pat. RF No. 2264558, IPC F03D3 / 04, publ. 20.11.2005), containing a rotating wind turbine with a vertical axis of rotation and located outside the wind turbine around the circumference freely rotating around the vertical axes wind guiding screens. Each wind deflector is located in a sector of free rotation, and the extreme positions are set by a straight line passing through the axes of rotation of the wind turbine and the wind deflector and tangent to the circle formed by the rotation of the outermost point of the movable plane of the blade passing through the axis of rotation of the wind deflector. Each wind-guiding screen is equipped with rollers and is installed in the frame on guides located along its upper and lower edges with the possibility of free movement of the screens along them in the horizontal direction.

Недостатком данного технического решения является отсутствие верхней и нижней крышек, что исключает эффект повышения давления потока на рабочие лопасти турбины и уменьшения давления ветра на нерабочие лопасти ветровой турбины, что не позволяет преобразовывать энергию низко потенциальных ветровых потоков и ведет к снижению коэффициента использования энергии ветра ξ и, соответственно, снижению КПД. Отсутствует возможность стабилизации номинальной скорости электрогенератора в широком диапазоне скоростей ветрового потока. Защитное отключение ветродвигателя при штормовых и ураганных скоростях ветрового потока снижает надежность электроснабжения. The disadvantage of this technical solution is the absence of upper and lower covers, which excludes the effect of increasing the flow pressure on the working blades of the turbine and reducing the wind pressure on the non-working blades of the wind turbine, which does not allow converting the energy of low potential wind flows and leads to a decrease in the utilization rate of wind energy ξ and , respectively, decrease in efficiency. There is no possibility of stabilizing the nominal speed of the generator in a wide range of wind flow speeds. Protective shutdown of the wind turbine at storm and hurricane wind speeds reduces the reliability of the power supply.

Известна ветроэнергетическая установка (пат. РФ №2251022, МПК F03D3/00, F03D3/04, опубл. 27.04.2005 г.), содержащая ветряное колесо с лопастной ветровой турбиной с вертикальной осью вращения, расположенной внутри лопастного воздухонаправляющего аппарата с нижней и верхней крышками, электрогенератор на оси ветровой турбины, накопитель энергии и блок управления. Установка дополнительно содержит фотоэлектрический преобразователь световой энергии, фотоэлектрические элементы которого установлены на верхней крышке воздухонаправляющего аппарата и связаны с накопителем энергии. В центре верхней крышки воздухонаправляющего аппарата установлена воздухоотводящая труба, в которой на верхнем конце оси вращения ветровой турбины установлен электрический генератор. Known wind power plant (US Pat. RF No. 2251022, IPC F03D3 / 00, F03D3 / 04, publ. 04/27/2005), containing a wind wheel with a blade wind turbine with a vertical axis of rotation, located inside the blade air guide apparatus with lower and upper covers , an electric generator on the axis of a wind turbine, an energy storage device and a control unit. The installation additionally contains a photoelectric converter of light energy, the photovoltaic cells of which are installed on the upper cover of the air guide apparatus and are connected to the energy storage device. An air exhaust pipe is installed in the center of the upper cover of the air guide apparatus, in which an electric generator is installed at the upper end of the rotation axis of the wind turbine.

Недостатком указанной ветроэнергетической установки является низкая эффективность использования энергии ветрового потока, обусловленная конструктивными особенностями воздухонаправляющего аппарата. Часть ветрового потока со всей боковой вертикальной площади установки отражается от профилированных направляющих лопастей в сторону от установки, не совершая полезной работы. Отсутствует эффект повышения давления ветрового потока на рабочие лопасти турбины, что не позволяет преобразовывать энергию низкопотенциальных ветровых потоков, и ведет к снижению коэффициента использования энергии ветра ξ и соответственно снижению КПД. Защитное отключение установки при штормовых и ураганных скоростях ветрового потока снижает надежность электроснабжения. The disadvantage of this wind power plant is the low efficiency of using the energy of the wind flow, due to the design features of the air guide apparatus. Part of the wind flow from the entire lateral vertical area of the installation is reflected from the profiled guide vanes away from the installation, without doing any useful work. There is no effect of increasing the pressure of the wind flow on the working blades of the turbine, which does not allow converting the energy of low-potential wind flows, and leads to a decrease in the coefficient of utilization of wind energy ξ and, accordingly, to a decrease in efficiency. Protective shutdown of the installation at storm and hurricane wind speeds reduces the reliability of power supply.

Известен ветрогенератор с вертикальной осью вращения (пат.WO №2011098957 A1, МПК F03D3/04, F03D 3/06, опубл.18.08.2011 г.), который включает в себя, по меньшей мере, один ротор, содержащий вращающийся вал с вертикальной осью, и две опорные плиты, которые установлены вокруг указанного вала вращения и расположенные близко к его верхнему и нижнему концу, между которыми установлено множество радиальных лопастей, длиной от центрального вала вращения до периферии опорных пластин, что предотвращает радиальное пересечение ветром ротора. Между упомянутыми опорными пластинами находится множество первых дефлекторов, установленных попеременно с указанными лопастями, и вытянутых от периферии упомянутых опорных пластин до центрального вала вращения.Known wind generator with a vertical axis of rotation (US Pat. WO No. 2011098957 A1, IPC F03D3 / 04, F03D 3/06, publ. 18.08.2011), which includes at least one rotor containing a rotating shaft with a vertical axis, and two base plates, which are installed around the specified rotation shaft and located close to its upper and lower ends, between which a plurality of radial blades are installed, with a length from the central rotation shaft to the periphery of the support plates, which prevents the wind from radially crossing the rotor. Between said support plates there is a plurality of first deflectors installed alternately with said blades and extending from the periphery of said support plates to the central rotation shaft.

Данное техническое решение имеет следующие недостатки: форма вторых вертикальных дефлекторов, обеспечивающих радиальное сжатие входящего ветрового потока, не оптимизирует направление с закручиванием ветрового потока на рабочие лопасти турбины, кроме того, часть сжатого воздушного потока, создающего положительный момент на лопасти турбины, стравливается через узкие проемы, образованные между радиальными лопастями и внутренними (первыми) дефлекторами турбины, что в совокупности снижает общую эффективность преобразования. This technical solution has the following disadvantages: the shape of the second vertical deflectors, providing radial compression of the incoming wind flow, does not optimize the direction of the wind flow swirling to the turbine rotor blades, in addition, part of the compressed air flow, which creates a positive moment on the turbine blade, is vented through narrow openings formed between the radial blades and the inner (first) turbine deflectors, which together reduce the overall conversion efficiency.

Известна гелиоветровая энергетическая установка (пат. РФ №2714584, МПК F03D7/06, F03D1/04, F03D7/04, F03D11/04, опубл. 18.02.2020 г.), принятая за прототип, содержащая лопастную ветровую турбину с вертикальной осью вращения, расположенную внутри ветронаправляющего аппарата с нижней и верхней крышками, электрогенератор на оси лопастной ветровой турбины, фотоэлектрический преобразователь световой энергии, установленный на верхней крышке. Лопастная ветровая турбина состоит из параллельных дисков, скрепленных осевыми отверстиями с поворотным валом, образующих пустотелые барабаны. Между внутренней поверхностью дисков жестко закреплены вертикальные лопасти, турбина размещена в центре ветронаправляющего аппарата, выполненного в виде равномерно распределенных по окружности вертикальных неподвижных спиралевидных ветронаправляющих экранов, выполненных в совокупности с лопастями ветровой турбины в виде раскручивающихся спиралей, начала которых закреплены на вертикальном поворотном валу ветровой турбины, а концы отведены к периферии ветронаправляющего аппарата. Верхние края ветронаправляющих экранов соединены с верхней крышкой, нижние края соединены с нижней крышкой, образуя воздушные камеры сопла, в тело ветронаправляющих экранов встроены отсечные пластины, их концы, расположенные вблизи оси вращения турбины, установлены на ветронаправляющих экранах при помощи шарниров, выполненных с возможностью ограниченного поворота отсечных пластин вокруг вертикальной оси, а отсечные пластины односторонне прижаты к ветронаправляющим экранам прижимными механизмами. Known helio-wind power plant (US Pat. RF No. 2714584, IPC F03D7 / 06, F03D1 / 04, F03D7 / 04, F03D11 / 04, publ. 18.02.2020), taken as a prototype, containing a bladed wind turbine with a vertical axis of rotation, located inside the wind guide apparatus with bottom and top covers, an electric generator on the axis of a blade wind turbine, a photoelectric converter of light energy installed on the top cover. A bladed wind turbine consists of parallel discs fastened by axial holes to a rotary shaft, forming hollow drums. Vertical blades are rigidly fixed between the inner surface of the disks, the turbine is placed in the center of the wind-guiding apparatus, made in the form of vertical fixed spiral-shaped wind guiding screens evenly distributed around the circumference, made in conjunction with the blades of the wind turbine in the form of unwinding spirals, the beginnings of which are fixed on the vertical rotary shaft of the wind turbine , and the ends are retracted to the periphery of the wind-guiding apparatus. The upper edges of the wind deflectors are connected to the upper cover, the lower edges are connected to the lower cover, forming the air chambers of the nozzle, cutoff plates are built into the body of the wind deflectors, their ends located near the axis of rotation of the turbine are mounted on the wind deflectors by means of hinges made with the possibility of limited rotation of the cutoff plates around the vertical axis, and the cutoff plates are unilaterally pressed to the wind guiding screens by the clamping mechanisms.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: Features that match the declared object:

- ветряное колесо с лопастной ветровой турбиной имеет вертикальную ось вращения;- a wind wheel with a blade wind turbine has a vertical axis of rotation;

- электрогенератор расположен на оси ветровой турбины;- the electric generator is located on the axis of the wind turbine;

- фотоэлектрический преобразователь световой энергии, установлен на верхней крышке;- photoelectric converter of light energy, installed on the top cover;

- турбина размещена внутри лопастного воздухонаправляющего аппарата с нижней и верхней крышками;- the turbine is located inside the blade air guide apparatus with the lower and upper covers;

- турбина размещена в центре равномерно распределенных по окружности вертикальных неподвижных спиралевидных ветронаправляющих экранов, выполненных в совокупности с лопастями ветровой турбины в виде раскручивающихся спиралей;- the turbine is located in the center of evenly distributed around the circumference of the vertical fixed spiral wind guiding screens, made in conjunction with the blades of the wind turbine in the form of unwinding spirals;

- верхние края ветронаправляющих экранов соединены с верхней крышкой, а нижние соединены с нижней крышкой и образуют воздушные камеры сопла;- the upper edges of the wind guiding screens are connected to the upper cover, and the lower ones are connected to the lower cover and form the nozzle air chambers;

- в тело ветронаправляющих экранов встроены отсечные пластины, выполненные с возможностью ограниченного поворота отсечных пластин вокруг вертикальной оси.- cut-off plates are built into the body of the wind guiding screens, made with the possibility of limited rotation of the cut-off plates around the vertical axis.

Недостатком прототипа является ограниченная возможность изменения входной площади воздушных камер сопел, т.к. оно осуществляется только в радиальном направлении, а также механическое ступенчатое регулирование давления воздушного потока на рабочие лопасти турбины, вследствие чего практически невозможно обеспечение стабильной скорости вращения электрогенератора. Это приводит к пульсации выходной мощности электрогенератора и снижению эффективности преобразования энергии воздушного потока. Кроме того, защитное отключение установки при ураганных скоростях ветрового потока снижает надежность электроснабжения. The disadvantage of the prototype is the limited ability to change the inlet area of the air chambers of the nozzles, because it is carried out only in the radial direction, as well as mechanical step regulation of the air flow pressure on the turbine rotor blades, as a result of which it is practically impossible to ensure a stable rotation speed of the electric generator. This leads to a ripple in the power output of the generator and a decrease in the efficiency of energy conversion of the air stream. In addition, the safety shutdown of the installation at hurricane wind speeds reduces the reliability of the power supply.

Задачей предлагаемого изобретения является создание гелиоветровой энергетической установки повышенной мощности, обеспечивающей высокую надежность электроснабжения потребителей в широком диапазоне скоростей ветрового потока, включая низкопотенциальные, штормовые и ураганные потоки, и обладающей высоким коэффициентом полезного действия. The objective of the present invention is to create a solar-wind power plant of increased power, providing high reliability of power supply to consumers in a wide range of wind flow rates, including low-potential, storm and hurricane flows, and having a high efficiency.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении надежности электроснабжения потребителей в широком диапазоне скоростей ветрового потока и обеспечении эффективного автономного функционирования независимо от направления ветрового потока с высоким коэффициентом полезного действия. Одновременно достигается значительное снижение уровня механического и аэродинамического шума. The technical result, which the claimed invention is aimed at, consists in increasing the reliability of power supply to consumers in a wide range of wind flow rates and ensuring effective autonomous functioning regardless of the direction of the wind flow with a high efficiency. At the same time, a significant reduction in the level of mechanical and aerodynamic noise is achieved.

Технический результат обеспечивается путем изменения входной поперечной площади воздушных камер сопел в осевом направлении, использования энергии ветра со всей боковой вертикальной площади установки и стабилизации номинальной скорости электрогенератора в широком диапазоне скоростей ветрового потока. The technical result is provided by changing the inlet transverse area of the air chambers of the nozzles in the axial direction, using wind energy from the entire lateral vertical area of the installation and stabilizing the nominal speed of the electric generator in a wide range of wind flow velocities.

Технический результат достигается тем, что в известную гелиоветровую энергетическую установку, содержащую лопастную ветровую турбину с вертикальной осью вращения, расположенную внутри ветронаправляющего аппарата с нижней и верхней крышками, электрогенератор на оси лопастной ветровой турбины, фотоэлектрический преобразователь световой энергии, установленный на верхней крышке, лопастную ветровую турбину, состоящую из параллельных дисков, скрепленных осевыми отверстиями с поворотным валом, образующими пустотелые барабаны, при этом между внутренней поверхностью дисков жестко закреплены вертикальные лопасти, турбина размещена в центре ветронаправляющего аппарата, выполненного в виде равномерно распределенных по окружности вертикальных неподвижных спиралевидных ветронаправляющих экранов, выполненных в совокупности с лопастями ветровой турбины в виде раскручивающихся спиралей, начала которых закреплены на вертикальном поворотном валу ветровой турбины, а концы отведены к периферии ветронаправляющего аппарата, верхние края ветронаправляющих экранов соединены с верхней крышкой, нижние края соединены с нижней крышкой, образуя воздушные камеры сопла, в тело ветронаправляющих экранов встроены отсечные пластины, дополнительно введены реверсивные приводы и датчики углов открытия отсечных пластин, датчик скорости вращения и температуры статорных обмоток электрогенератора, датчики давления воздушного потока, устройство управления, при этом концы отсечных пластин, расположенные ближе к оси вращения ротора, соединены с поворотными валами отсечных пластин, выполненными с возможностью ограниченного поворота отсечных пластин вокруг вертикальной оси, поворотные валы отсечных пластин механически связаны с реверсивными приводами и датчиками углов открытия отсечных пластин, вертикальный поворотный вал связан с датчиком скорости вращения, в электрогенератор встроен датчик температуры статорных обмоток электрогенератора, воздушные камеры сопла содержат датчики давления воздушного потока, при этом выходы датчиков углов открытия отсечных пластин, датчиков давления воздушного потока, датчика скорости вращения и датчика температуры статорных обмоток электрогенератора соединены с входами устройства управления, а выходы устройства управления соединены с входами реверсивных приводов отсечных пластин. The technical result is achieved by the fact that in the known solar wind power plant containing a bladed wind turbine with a vertical axis of rotation, located inside the wind guide apparatus with lower and upper covers, an electric generator on the axis of a bladed wind turbine, a photoelectric converter of light energy installed on the upper cover, a bladed wind a turbine consisting of parallel discs, fastened by axial holes with a rotary shaft, forming hollow drums, while vertical blades are rigidly fixed between the inner surface of the discs, the turbine is located in the center of the wind guide apparatus, made in the form of vertical fixed spiral wind guiding screens evenly distributed around the circumference, made in combination with wind turbine blades in the form of unwinding spirals, the beginnings of which are fixed on the vertical rotary shaft of the wind turbine, and the ends are retracted to the periphery of the wind guides device, the upper edges of the wind guiding screens are connected to the upper cover, the lower edges are connected to the lower cover, forming the air chambers of the nozzle, cut-off plates are built into the body of the wind guiding screens , reversible drives and sensors for opening angles of the cutoff plates, a sensor for the rotation speed and temperature of the stator windings are additionally introduced electric generator, air flow pressure sensors, control device, while the ends of the cutoff plates, located closer to the axis of rotation of the rotor, are connected to the rotary shafts of the cutoff plates, made with the possibility of limited rotation of the cutoff plates around the vertical axis, the rotary shafts of the cutoff plates are mechanically connected to the reversible drives and sensors of the opening angles of the cutoff plates, the vertical rotary shaft is connected to the rotation speed sensor, the temperature sensor of the stator windings of the generator is built into the electric generator, the nozzle air chambers contain air flow pressure sensors, when The outputs of the cutoff plate opening angle sensors, the air flow pressure sensors, the rotation speed sensor and the temperature sensor of the stator windings of the electric generator are connected to the inputs of the control device, and the outputs of the control device are connected to the inputs of the reversible drives of the cutoff plates.

Гелиоветровая энергетическая установка повышенной мощности может быть расположена на башне-опоре, установленной на фундаменте. The increased power solar wind power plant can be located on a support tower installed on a foundation.

Рекомендуется в гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности нижнюю крышку установки выполнять в виде пустотелой конусообразной скрученной призмы, концентричной оси вращения турбины и обращенной своим большим основанием к низу. It is recommended that in a solar-wind power plant of increased power, the lower cover of the unit is made in the form of a hollow cone-shaped twisted prism, concentric with the axis of rotation of the turbine and with its large base facing the bottom.

Рационально в гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности в тропическом исполнении верхнюю крышку выполнять преимущественно в виде пустотелой конусообразной скрученной призмы, концентричной оси вращения турбины и обращенной своим большим основанием вверх. Rationally, in a solar wind power plant of increased power in a tropical design, the top cover is predominantly in the form of a hollow cone-shaped twisted prism, a concentric axis of rotation of the turbine and with its large base facing upwards.

При выполнении гелиоветровой энергетической установки повышенной мощности в тропическом исполнении части спиралевидных ветронаправляющих экранов, находящиеся у ветровой турбины, могут быть выполнены пустотелыми, а пустоты совмещены с отверстиями в верхней и нижней крышках с формированием каналов ливневой канализации. When performing a solar wind power plant of increased power in a tropical version, the parts of the spiral wind guiding screens located at the wind turbine can be made hollow, and the voids can be aligned with the holes in the upper and lower covers to form storm sewer channels.

Целесообразно в гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности в арктическом исполнении верхнюю крышку выполнять в виде плоскости, выпуклой поверхности, наклонных плоскостей, купола, пустотелого усеченного конуса, обращенного большим основанием книзу, пустотелой конусообразной скрученной призмы и обращенной большим основанием книзу, концентричных оси вращения турбины. It is advisable in a solar wind power plant of increased power in the Arctic version to make the top cover in the form of a plane, a convex surface, inclined planes, a dome, a hollow truncated cone with a large base facing downwards, a hollow cone-shaped twisted prism and a large base facing downwards, concentric with the turbine rotation axis.

Предпочтительно вертикальные лопасти турбины в каждом пустотелом барабане смещать по кругу, относительно лопастей турбины другого пустотелого барабана с постоянным угловым шагом. Preferably, the vertical turbine blades in each hollow drum are displaced in a circle relative to the turbine blades of the other hollow drum with a constant angular pitch.

Рекомендуется в гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности для увеличения механической прочности с помощью крепежных балок нижняя крышка соединена с башней-опорой, или отдельными и/или взаимосвязанными фундаментами. Recommended in a solar wind power plant with increased power to increase the mechanical strength by means of fastening beams, the bottom cover is connected to the support tower, or to separate and / or interconnected foundations.

Возможно в гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности фотоэлектрический преобразователь световой энергии устанавливать на нижней крышке. It is possible to install a photoelectric converter of light energy in a solar-wind power plant with increased power on the bottom cover.

Рекомендуется в гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности нижнюю крышку использовать как крепежную площадку для электрогенератора, реверсивных приводов отсечных пластин и датчиков углов открытия отсечных пластин. It is recommended to use the bottom cover in a solar-wind power plant of increased power as a fastening platform for an electric generator, reversing drives of cutoff plates and sensors for opening angles of cutoff plates.

В гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности нижняя крышка может выполнять роль потолка закрытого помещения генераторного отсека. In a solar-wind power plant of increased power, the lower cover can act as the ceiling of the closed room of the generator compartment.

Рационально гелиоветровую энергетическую установку повышенной мощности снабжать емкостным накопителем электрической энергии, соединенным через зарядный преобразователь DC/DC с фотоэлектрическим преобразователем солнечного излучения, а через зарядный преобразователь АC/DC соединять с цепью переменного тока. It is rational to supply a solar-wind power plant of increased power with a capacitive storage of electric energy connected through a DC / DC charging converter to a photoelectric solar radiation converter, and to connect it to an alternating current circuit through an AC / DC charging converter.

Целесообразно воздушные камеры сопла в гелиоветровой энергетической установки повышенной мощности датчики для определения скорости и направления воздушного потока выполнять преимущественно в виде анемометров, датчиков давления, отклоняющихся пластин с переменными резисторами, лопастных механизмов с электрогенераторами. It is advisable that the air chambers of the nozzles in the heliowind power plant of increased power are used mainly in the form of anemometers, pressure sensors, deflecting plates with variable resistors, and vane mechanisms with electric generators to determine the speed and direction of the air flow.

В гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности емкостной накопитель преобразованной электрической энергии солнечного излучения и зарядные преобразователи DC/DC, АC/DC могут быть размещены в помещении генераторного отсека. In a solar-wind power plant of increased power, a capacitive storage of converted electrical energy of solar radiation and charging converters DC / DC, AC / DC can be placed in the generator compartment.

Рационально в гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности вокруг ветровой лопастной турбины между вертикальными неподвижными спиралевидными ветронаправляющими экранами размещать по окружности изогнутые листы, ближние края которых должны быть расположены у ветровой турбины и совмещены с нижним диском турбины в горизонтальной плоскости, а их противоположные края опущены вниз и соединены с нижней крышкой, образуя в совокупности с нижним диском турбины концентричный оси вращения турбины пустотелый усеченный конус, вершина которого обращена вверх. Rationally, in a solar wind power plant of increased power around a wind blade turbine between vertical fixed spiral wind guiding screens, place curved sheets around the circumference, the near edges of which should be located near the wind turbine and aligned with the lower turbine disk in the horizontal plane, and their opposite edges are lowered down and connected with a bottom cover, together with the bottom disc of the turbine, a hollow truncated cone concentric to the axis of rotation of the turbine, the top of which is directed upward.

Рекомендуется в гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности вокруг ветровой лопастной турбины между вертикальными неподвижными спиралевидными ветронаправляющими экранами размещать по окружности изогнутые листы, ближние края которых, находящиеся у ветровой турбины совмещены с верхним диском турбины в горизонтальной плоскости, а их противоположные края подняты вверх и соединены с верхней крышкой, образуя в совокупности с верхним диском турбины концентричный оси вращения турбины пустотелый усеченный конус, вершина которого обращена вниз. It is recommended in a solar wind power plant of increased power around a wind blade turbine between vertical fixed spiral wind guiding screens to place curved sheets around the circumference, the near edges of which, located at the wind turbine, are aligned with the upper disc of the turbine in the horizontal plane, and their opposite edges are raised up and connected to the upper the cover, together with the upper turbine disc, a hollow truncated cone concentric to the turbine rotation axis, the top of which is directed downward.

В гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности механическая связь между поворотными валами отсечных пластин и реверсивными приводами может быть выполнена в виде винтовой передачи, закрепленной шестерни, конического зубчатого колеса на валу привода, шестерни на валу вращения, прямозубой шестерни, конического зубчатого колеса, коронной шестерни, дисковой шестерни, зубчатой рейки, фрикционно-дискового колеса, фрикционного диска, карданного соединения, червячного колеса, червячного винта, роликовой цепи, приводного ремня, зубчатого приводного ремня. In a solar wind power plant of increased power, the mechanical connection between the rotary shafts of the cut-off plates and the reversible drives can be made in the form of a helical gear, a fixed gear, a bevel gear on the drive shaft, a gear on the rotation shaft, a spur gear, a bevel gear, a ring gear, a disk gears, toothed rack, friction disc wheel, friction disc, cardan joint, worm wheel, worm screw, roller chain, drive belt, toothed drive belt.

Гелиоветровая энергетическая установка повышенной мощности по сравнению с наиболее распространенными на данном этапе технического развития горизонтально осевыми установками, при одинаковой выходной мощности имеет следующие существенные преимущества: высокий коэффициент использования энергии ветра и пониженный уровень механического и аэродинамического шума. В установках с горизонтальными осями вращения из-за их конструктивных особенностей образуется высокий уровень аэродинамического шума, связанный с вибрацией лопастей при кручении струи, боковая поверхность лопастей, движущихся поперек ветрового потока, рассекает его, вихревые потоки, сходящие с концов лопастей ротора, образуют вредные для живых организмов низкочастотные инфразвуковые колебания. Например, низкочастотные колебания от ветроэнергетических установок мегаваттного класса, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м. A solar-wind power plant of increased power compared to the most common at this stage of technical development horizontal axial plants, with the same output power, has the following significant advantages: a high coefficient of wind energy use and a reduced level of mechanical and aerodynamic noise. In installations with horizontal axes of rotation, due to their design features, a high level of aerodynamic noise is formed, associated with the vibration of the blades when the jet is twisting, the lateral surface of the blades moving across the wind flow cuts it, vortex flows coming from the ends of the rotor blades form harmful living organisms, low-frequency infrasonic vibrations. For example, low-frequency vibrations from megawatt-class wind turbines, transmitted through the soil, cause a noticeable bounce of glass in houses at a distance of up to 60 m.

В отличие от них, заявляемая установка, как и прототип, использует не ометаемую лопастями ротора площадь потока ветра, а всю входную боковую площадь, состоящей из общей площади проемов воздушных камер сопел, обращенных входами к ветровому потоку. Этим достигается использование всей входящей массы и момента аэродинамического давления воздушного потока только на рабочие лопасти турбины, которые не рассекают поток ветра поперечно, а движутся в одном направлении с перенаправленным и сжатым в воздушных камерах ветровым потоком, при этом нерабочие лопасти защищены от ветрового потока ветронаправляющими экранами.In contrast, the claimed installation, like the prototype, does not use the wind flow area swept by the rotor blades, but the entire inlet side area, consisting of the total area of the nozzle air chambers openings facing the wind flow inlets. This achieves the use of the entire incoming mass and the moment of the aerodynamic pressure of the air flow only on the working blades of the turbine, which do not cut the wind flow transversely, but move in the same direction with the wind flow redirected and compressed in the air chambers, while the non-working blades are protected from the wind flow by wind guiding screens ...

Главные преимущества предлагаемого технического решения - значительное снижение уровня аэродинамического шума, эффективная генерация в широком диапазоне скоростей, включая низкопотенциальные, штормовые и ураганные ветровые потоки без отключения установки, высокий коэффициент использования ветра, автономность управления, отсутствие промежуточных редукторов между турбиной и электрогенератором, снижает уровень механического шума и трудоемкость при производстве, уменьшает потери энергии в механизмах, снижает массу и увеличивает межремонтные промежутки времени, повышает общий ресурс установки, и в конечном счете обеспечивает высокую надежность генерации.The main advantages of the proposed technical solution are a significant reduction in the level of aerodynamic noise, efficient generation in a wide range of speeds, including low-potential, storm and hurricane wind flows without shutting down the installation, high wind utilization, autonomy of control, the absence of intermediate gearboxes between the turbine and the electric generator, reduces the level of mechanical noise and labor intensity during production, reduces energy losses in mechanisms, reduces weight and increases overhaul intervals, increases the total resource of the installation, and ultimately ensures high reliability of generation.

Совокупность отличительных признаков, таких как реверсивные приводы и датчики углов открытия отсечных пластин, скорости вращения и температуры статорных обмоток, давления воздушного потока электрогенератора, устройство управления, соединения концов отсечных пластин, расположенных ближе к оси вращения ротора с вертикальными поворотными валами отсечных пластин, выполненными с возможностью ограниченного поворота отсечных пластин вокруг вертикальной оси, механическая связь поворотных валов отсечных пластин с реверсивными приводами и датчиками углов открытия отсечных пластин, а вала электрогенератора с датчиком скорости, введение в электрогенератор датчика температуры статорных обмоток, а в воздушные камеры сопла датчиков давления воздушного потока, связь выходов датчиков углов открытия отсечных пластин, датчиков давления воздушного потока, датчика скорости электрогенератора и датчика температуры статорных обмоток электрогенератора с входами устройства управления, а выходов устройства управления с входами реверсивных приводов отсечных пластин позволяют повысить надежность электроснабжения потребителей в широком диапазоне скоростей ветрового потока и обеспечить эффективное функционирование гелиоветровой установки независимо от направления ветрового потока с высоким коэффициентом полезного действия за счет оптимального управления поворотом отсечных пластин, на основе информации, фиксируемой датчиками, исключая возможность возникновения аварийных ситуаций при больших скоростях воздушного потока. A collection of distinctive features such as reversible drives and sensors for opening angles of cutoff plates, rotation speed and temperature of stator windings, air flow pressure of an electric generator, control device, connecting the ends of cutoff plates located closer to the axis of rotation of the rotor with vertical rotary shafts of cutoff plates made with the possibility of limited rotation of cutoff plates around vertical axis, mechanical connection of the rotary shafts of the cutoff plates with reversible drives and sensors of the cutoff plate opening angles, and the generator shaft with the speed sensor, the introduction of the stator winding temperature sensor into the electric generator, and the nozzles of the air flow pressure sensors into the air chambers, the connection of the outputs of the cutoff angle sensors plates, air flow pressure sensors, an electric generator speed sensor and a temperature sensor of the stator windings of an electric generator with inputs of a control device, and outputs of a control device with inputs of reversing drives cut-off plates allow increase the reliability of power supply to consumers in a wide range of wind flow rates and ensure the efficient operation of the solar wind installation regardless of the direction of the wind flow with a high efficiency due to optimal control of the rotation of the cutoff plates, based on the information recorded by the sensors, eliminating the possibility of emergencies at high air speeds flow.

В уровне техники не обнаружено технического решения, которому были бы присущи все признаки заявленного изобретения. Заявленная гелиоветровая энергетическая установка повышенной мощности имеет существенные отличия от наиболее близких аналогов. In the prior art, no technical solution has been found that would have all the features of the claimed invention. The declared solar wind power plant of increased power has significant differences from the closest analogues.

Следовательно, заявленное решение удовлетворяет условиям патентоспособности изобретения «новизна» и «изобретательский уровень». Therefore, the claimed solution satisfies the conditions of patentability of the invention "novelty" and "inventive step".

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 – изображен осевой разрез установки без ветронаправляющих экранов, in fig. 1 - shows an axial section of the installation without wind guiding screens,

на фиг. 2 - представлено схематическое изображение установки в горизонтальном сечении, in fig. 2 - shows a schematic representation of the installation in a horizontal section,

на фиг. 3 – изображено соединение входов/выходов устройства управления с компонентами энергетической установки, где стрелками показаны направления управляющих воздействий,in fig. 3 - shows the connection of the inputs / outputs of the control device with the components of the power plant, where arrows show the directions of control actions,

на фиг. 4, 5, 6, 7 - представлено схематическое изображение установки для разных режимов работы, вид сверху без верхней крышки, где направление движения воздушных потоков показаны стрелками,in fig. 4, 5, 6, 7 - a schematic representation of the installation for different operating modes is presented, a top view without the top cover, where the direction of air flow is shown by arrows,

на фиг. 8 – представлен разрез установки повышенной мощности тропического исполнения, вид с боку без ветронаправляющих экранов, in fig. 8 is a sectional view of a plant of increased power of a tropical version, a side view without wind deflectors,

на фиг. 9 – изображена установка повышенной мощности тропического исполнения, вид с верху, in fig. 9 - shows an installation of increased power tropical execution, view from the top,

на фиг. 10, 11 – изображен вертикальный разрез установки повышенной мощности арктического исполнения, вид сбоку без ветронаправляющих экранов, in fig. 10, 11 - shows a vertical section of the installation of increased power of the Arctic version, side view without wind guiding screens,

на фиг. 12 – приведена упрощенная электрическая схема силовой цепи постоянного тока установки.in fig. 12 shows a simplified electrical diagram of the DC power circuit of the installation.

Гелиоветровая энергетическая установка повышенной мощности (фиг. 1), содержит лопастную ветровую турбину 1 с вертикальной осью вращения 2, расположенную внутри лопастного воздухонаправляющего аппарата с нижней 3 и верхней 4 крышками, электрогенератор 5 на оси ветровой турбины, фотоэлектрический преобразователь 6 световой энергии, установленный на верхней 4 и/или нижней 3 крышках (фиг. 8, 9). Турбина 1, состоит из параллельных дисков 7, скрепленных осевыми отверстиями с поворотным валом 8 (фиг.1), образующих пустотелые барабаны, при этом между внутренней поверхностью дисков 7 жестко закреплены вертикальные лопасти 9 (фиг. 4). Лопастная ветровая турбина 1 размещена в центре равномерно распределенных по окружности вертикальных неподвижных спиралевидных ветронаправляющих экранов 10, 11, 12, 13, 14, 15 (фиг. 2, 4, 5, 6), выполненных в совокупности с лопастями 9 ветровой турбины 1 в виде раскручивающихся спиралей, начала которых закреплены на вертикальном поворотном валу 8 ветровой турбины 1, а концы отведены к периферии. Верхние края ветронаправляющих экранов 10, 11, 12, 13, 14, 15, соединены с верхней крышкой 4, а нижние соединены с нижней крышкой 3, образуя воздушные камеры сопла 16, 17, 18, 19, 20, 21 (фиг. 2, 4), предназначенные для защиты от встречного воздушного потока нерабочих лопастей турбины 1. Такая конструкция обеспечивает закручивание ветрового потока с оптимизацией угла его подачи на лопасти и увеличение давления воздушного потока на рабочие лопасти 9 (фиг. 4) турбины 1. Это достигается за счет уменьшения площади поперечного сечения воздушных камер сопел 16, 17, 18, 19, 20, 21 (фиг. 2). В тело ветронаправляющих экранов 10, 11, 12, 13, 14, 15, встроены отсечные пластины 22, 23, 24, 25, 26, 27, их концы, расположенные ближе к оси вращения ротора, соединены с вертикальными поворотными валами отсечных пластин 28, 29, 30, 31, 32, 33 (фиг. 2), выполненными с возможностью ограниченного поворота отсечных пластин вокруг вертикальной оси вращения. Поворотные валы отсечных пластин 28, 29, 30, 31, 32, 33 механически связаны с реверсивными приводами 34, 35, 36, 37, 38, 39 и датчиками углов открытия 40, 41, 42, 43, 44, 45 (фиг. 2), вал электрогенератора 5 связан с датчиком скорости 46 (фиг. 1). В электрогенератор 5 встроен датчик температуры статорных обмоток электрогенератора 47 (фиг. 3), а воздушные камеры сопла 16, 17, 18, 19, 20, 21 содержат датчики давления воздушного потока 48, 49, 50, 51, 52, 53 (фиг. 2). При этом (фиг. 3) выходы датчиков углов открытия 40, 41, 42, 43, 44, 45 отсечных пластин, датчиков давления 48, 49, 50, 51, 52, 53 воздушного потока, датчика скорости электрогенератора 46 и датчика температуры 47 обмоток электрогенератора соединены с входами устройства управления 54, а выходы устройства управления 54 соединены с входами реверсивных приводов 34, 35, 36, 37, 38, 39 отсечных пластин и пультом управления 55, к входу которого может быть подключен внешний анемометр 56. Гелиоветровая установка расположена на башне-опоре 57, установленной на фундаменте 58, нижняя крышка 3 установки жестко соединена с башней-опорой 57 и выполнена (фиг. 8, 10) в виде пустотелой конусообразной скрученной призмы концентричной вертикальной оси вращения турбины 2 и обращенного своим основанием книзу. Верхняя крышка 4 выполнена в виде плоскости и/или пустотелой конусообразной скрученной призмы, концентричного вертикальной оси вращения турбины 2 и обращенного своим основанием кверху.Helio-wind power plant of increased power (Fig. 1), contains a blade wind turbine 1 with a vertical axis of rotation 2, located inside a blade air guide apparatus with lower 3 and upper 4 covers, an electric generator 5 on the axis of the wind turbine, a photoelectric converter 6 of light energy mounted on top 4 and / or bottom 3 covers (Fig. 8, 9). The turbine 1 consists of parallel disks 7, fastened by axial holes with a rotary shaft 8 (Fig. 1), forming hollow drums, while vertical blades 9 are rigidly fixed between the inner surface of the disks 7 (Fig. 4). Blade wind turbine 1 is located in the center of evenly distributed around the circumference of the vertical stationary spiral wind guiding screens 10, 11, 12, 13, 14, 15 (Fig. 2, 4, 5, 6), made in conjunction with the blades 9 of the wind turbine 1 in the form unwinding spirals, the beginnings of which are fixed on the vertical rotary shaft 8 of the wind turbine 1, and the ends are retracted to the periphery. The upper edges of the wind guiding screens 10, 11, 12, 13, 14, 15 are connected to the upper cover 4, and the lower ones are connected to the lower cover 3, forming the air chambers of the nozzles 16, 17, 18, 19, 20, 21 (Fig. 2, 4), designed to protect the non-working blades of the turbine 1 from the oncoming air flow. This design ensures the swirling of the wind flow with the optimization of the angle of its supply to the blades and an increase in the air flow pressure on the rotor blades 9 (Fig. 4) of the turbine 1. This is achieved by reducing the cross-sectional area of the air chambers of the nozzles 16, 17, 18, 19, 20, 21 (Fig. 2). Cut-off plates 22, 23, 24, 25, 26, 27 are built into the body of the wind guiding screens 10, 11, 12, 13, 14, 15, their ends located closer to the axis of rotation of the rotor are connected to the vertical rotary shafts of the cut-off plates 28, 29, 30, 31, 32, 33 (Fig. 2), made with the possibility of limited rotation of the cutoff plates around the vertical axis of rotation. The rotary shafts of the shut-off plates 28, 29, 30, 31, 32, 33 are mechanically connected to the reversing drives 34, 35, 36, 37, 38, 39 and the opening angle sensors 40, 41, 42, 43, 44, 45 (Fig. 2 ), the shaft of the generator 5 is connected to the speed sensor 46 (Fig. 1). The generator 5 has a built-in temperature sensor for the stator windings of the generator 47 (Fig. 3), and the air chambers of the nozzles 16, 17, 18, 19, 20, 21 contain air flow pressure sensors 48, 49, 50, 51, 52, 53 (Fig. 2). In this case (Fig. 3) the outputs of the opening angle sensors 40, 41, 42, 43, 44, 45 cut-off plates, pressure sensors 48, 49, 50, 51, 52, 53 of the air flow, the speed sensor of the electric generator 46 and the temperature sensor 47 of the windings of the electric generator are connected to the inputs of the control device 54, and the outputs of the control device 54 are connected to the inputs of the reversing drives 34, 35, 36, 37, 38, 39 of the cut-off plates and the control panel 55, to the input of which an external anemometer 56 can be connected. The solar wind installation is located on tower-support 57, installed on the foundation 58, the lower cover 3 of the installation is rigidly connected to the tower-support 57 and is made (Fig. 8, 10) in the form of a hollow cone-shaped twisted prism of the concentric vertical axis of rotation of the turbine 2 and its base facing downward. The upper cover 4 is made in the form of a plane and / or a hollow cone-shaped twisted prism, concentric with the vertical axis of rotation of the turbine 2 and facing upward with its base.

Нижняя крышка 3 является крепежной площадкой для электрогенератора 5, реверсивных приводов 34, 35, 36, 37, 38, 39 и датчиков углов открытия 40, 41, 42, 43, 44, 45 отсечных пластин (фиг. 2).The bottom cover 3 is a fastening platform for an electric generator 5, reversing drives 34, 35, 36, 37, 38, 39 and opening angle sensors 40, 41, 42, 43, 44, 45 of cutoff plates (Fig. 2).

Рационально в гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности (фиг. 1), вокруг ветровой лопастной турбины между вертикальными неподвижными спиралевидными ветронаправляющими экранами размещать по окружности дополнительные изогнутые листы 68, ближние края которых, находящиеся у ветровой турбины, совмещены с нижним диском турбины в горизонтальной плоскости, а их противоположные края опущены вниз и соединены с нижней крышкой, образуя в совокупности с нижним диском турбины концентричный оси вращения турбины, пустотелый усеченный конус, вершина которого обращена вверх.Rationally, in a helio-wind power plant of increased power (Fig. 1), around the wind bladed turbine between vertical stationary spiral wind guiding screens, place additional curved sheets 68 around the circumference, the near edges of which, located at the wind turbine, are aligned with the lower turbine disk in the horizontal plane, and their opposite edges are lowered downward and connected to the lower cover, forming, together with the lower turbine disk, a hollow truncated cone, concentric to the turbine rotation axis, the top of which is directed upward.

Кроме того, вокруг ветровой лопастной турбины между вертикальными неподвижными спиралевидными ветронаправляющими экранами размещены по окружности изогнутые листы 67, ближние края которых находящиеся у ветровой турбины, совмещены с верхним диском турбины в горизонтальной плоскости, а их противоположные края подняты вверх и соединены с верхней крышкой, образуя в совокупности с верхним диском турбины концентричный оси вращения турбины пустотелый усеченный конус, вершина которого обращена вниз.In addition, around the wind blade turbine between vertical stationary spiral wind guiding screens, curved sheets 67 are placed around the circumference, the proximal edges of which, located at the wind turbine, are aligned with the upper disc of the turbine in the horizontal plane, and their opposite edges are raised up and connected to the upper cover, forming in combination with the upper turbine disc, a hollow truncated cone concentric to the turbine rotation axis, the top of which is directed downward.

Основное назначение изогнутых листов 67, 68 (фиг. 1) состоит в перенаправлении сжатого ветрового потока в осевом направлении от щелевых зазоров, образовавшихся между верхним диском турбины и верхней крышкой, а также между нижним диском турбины и нижней крышкой на рабочие лопасти турбины 9. Этим повышается КПД преобразования кинетической энергии ветрового потока за счет уменьшения потерь положительного момента давления сжатых воздушных масс, а также создается возможность уменьшения массы лопастной турбины без снижения эффективности преобразования, за счет уменьшения высоты турбины.The main purpose of the bent sheets 67, 68 (Fig. 1) is to redirect the compressed wind flow in the axial direction from the crevices formed between the upper turbine disk and the upper cover, as well as between the lower turbine disk and the lower cover to the turbine 9 blades. the efficiency of conversion of the kinetic energy of the wind flow is increased by reducing the loss of the positive moment of the pressure of compressed air masses, and it also creates the possibility of reducing the mass of the blade turbine without reducing the conversion efficiency, by reducing the height of the turbine.

Форма нижней крышки 3 может быть выполнена в виде купола, пустотелого усеченного конуса, концентричного оси вращения турбины и обращенного своим большим основанием вниз, а в приоритетном варианте для снижения материалоемкости и увеличения механической прочности, может быть выполнена в форме пустотелой конусообразной скрученной призмы, концентричной оси вращения турбины и обращенной своим большим основанием вниз, что в совокупности дополняет основное назначение спиралевидных ветронаправляющих экранов - сжатие входящего воздушного потока в радиальном направлении, обеспечивает увеличение входной площади воздушных камер сопел и сжатие входящего воздушного потока в осевом направлении и повышает давление на рабочие лопасти ветровой турбины 1. The shape of the bottom cover 3 can be made in the form of a dome, a hollow truncated cone, concentric to the axis of rotation of the turbine and facing downward with its large base, and in a priority variant to reduce material consumption and increase mechanical strength, it can be made in the form of a hollow cone-shaped twisted prism, concentric axis rotation of the turbine and facing downward with its large base, which together complements the main purpose of the spiral wind guiding screens - compression of the incoming air flow in the radial direction, provides an increase in the inlet area of the nozzle air chambers and compression of the incoming air flow in the axial direction and increases the pressure on the working blades of the wind turbine 1.

Форма верхней 4 (фиг.9) крышки установки для тропического исполнения установки представляет собой пустотелую конусообразную скрученную призму, концентричную оси вращения турбины и обращенную своим большим основанием вверх, что также обеспечивает увеличение входной площади воздушных камер сопел и сжатие входящего воздушного потока в осевом направлении, увеличивает давление на рабочие лопасти ветровой турбины 1, и повышает КПД преобразования. The shape of the upper 4 (Fig. 9) of the cover of the installation for the tropical version of the installation is a hollow cone-shaped twisted prism concentric with the axis of rotation of the turbine and facing upward with its large base, which also provides an increase in the inlet area of the air chambers of the nozzles and compression of the incoming air flow in the axial direction, increases the pressure on the working blades of the wind turbine 1, and increases the conversion efficiency.

Турбина выполнена со смещением лопастей 9 в каждом пустотелом барабане относительно лопастей другого барабана с постоянным угловым шагом, обеспечивающего равномерное размещение всех лопастей по окружности турбины 1, это необходимо для создание постоянного момента на поворотном валу 8 и уменьшение вибрации. The turbine is made with the displacement of the blades 9 in each hollow drum relative to the blades of the other drum with a constant angular pitch, ensuring uniform placement of all blades around the circumference of the turbine 1, this is necessary to create a constant torque on the rotary shaft 8 and reduce vibration.

Верхние 4 крышки для установок арктического исполнения могут быть выполнены в виде плоскости, выпуклой поверхности, купола, наклонных плоскостей, пустотелого усеченного конуса обращенного основанием книзу, пустотелой конусообразной скрученной призмы, обращенной большим основанием книзу, что предотвращает скопление на верхней крышке снежных осадков. The upper 4 covers for arctic installations can be made in the form of a plane, a convex surface, a dome, inclined planes, a hollow truncated cone with its base downward, a hollow cone-shaped twisted prism with a large base downward, which prevents snow accumulation on the upper cover.

Фотоэлектрический преобразователь 6 установлен на верхней крышке 4, допускается также установка фотоэлектрического преобразователя 6 на нижней крышке 3. Он осуществляет преобразование солнечного излучения в электрическую энергию постоянного тока для питания устройства управления и реверсивных приводов 34, 35, 36, 37, 38, 39, (фиг. 12), включая регулируемый заряд емкостного накопителя электрической энергии 59, размещенного в генераторном отсеке 60. Это осуществляется с помощью преобразователя постоянного тока в постоянный DC/DC 61. При минимальном заряде емкостного накопителя 59 и отсутствия солнечного излучения, обязательным условием является возможность заряда емкостного накопителя 59 от резервной цепи переменного тока 62 с помощью преобразователя переменного тока в постоянный AC/DC 63, обеспечивая тем самым автономность и надежность функционирования установки. Емкостной накопитель электрической энергии 59 может быть выполнен в виде аккумуляторной батареи или конденсатора большой емкости. Энергия в конденсаторах запасается за счет физического накопления заряда, в отличие от аккумуляторов, работа которых основана на химических реакциях. The photoelectric converter 6 is installed on the top cover 4, it is also possible to install the photoelectric converter 6 on the bottom cover 3. It converts solar radiation into DC electrical energy to power the control device and reversing drives 34, 35, 36, 37, 38, 39, ( Fig. 12), including the regulated charge of the capacitive storage of electrical energy 59, located in the generator compartment 60. This is done using a DC / DC converter 61. With a minimum charge of the capacitive storage 59 and the absence of solar radiation, a prerequisite is the possibility of charging capacitive storage 59 from the backup AC circuit 62 by means of an AC-to-DC AC / DC converter 63, thereby ensuring the autonomy and reliability of the installation. The capacitive storage of electrical energy 59 can be made in the form of a storage battery or a large-capacity capacitor. Energy in capacitors is stored due to the physical accumulation of charge, in contrast to batteries, whose work is based on chemical reactions.

Для защиты оборудования гелиоветровой установки (фиг. 8, 10, 11) от негативного воздействия окружающей среды (ветра, высокой или низкой температуры, влажности и т.д.), генераторный отсек 60 выполнен закрытым, что повышает надежность функционирования установки и рабочий ресурс оборудования, так как практически всё электрооборудование, за исключением датчиков давления, конструктивно находятся в помещении генераторного отсека, включая механизмы реверсивных приводов отсечных пластин, где поддерживается оптимальная температура и влажность.To protect the equipment of the solar wind installation (Fig. 8, 10, 11) from the negative effects of the environment (wind, high or low temperature, humidity, etc.), the generator compartment 60 is made closed, which increases the reliability of the installation and the service life of the equipment , since almost all electrical equipment, with the exception of pressure sensors, are structurally located in the generator compartment, including the mechanisms of reversible drives of the cut-off plates, where the optimum temperature and humidity are maintained.

Для увеличения механической прочности нижняя крышка 3 соединена с башней-опорой 57 с помощью крепежных балок 64, а механическая прочность крепления верхней крышки 4 обеспечивается за счет спиралевидных ветронаправляющих экранов 10, 11, 12, 13, 14, 15, жестко соединенных с нижней крышкой 3.To increase the mechanical strength, the lower cover 3 is connected to the tower-support 57 by means of fastening beams 64, and the mechanical strength of the fastening of the upper cover 4 is provided by spiral wind guiding screens 10, 11, 12, 13, 14, 15, rigidly connected to the lower cover 3 ...

В гелеоветровой установке тропического исполнения (фиг. 8, 9) части спиралевидных ветронаправляющих экранов 10, 11, 12, 13, 14, 15, находящиеся у ветровой турбины 1, выполнены пустотелыми, при этом пустоты совмещены с отверстиями в верхней и нижней крышках и образуют каналы 65 для ливневой канализации.In a gel wind installation of a tropical design (Fig. 8, 9), the parts of the spiral wind guiding screens 10, 11, 12, 13, 14, 15 located at the wind turbine 1 are made hollow, while the voids are aligned with the holes in the upper and lower covers and form channels 65 for storm sewers.

Заявляемая гелиоветровая энергетическая установка повышенной мощности, работает следующим образом. The declared helio-wind power plant of increased power works as follows.

При монтаже установки, воздушные камеры сопла 16, 17, 18, 19, 20, 21 (фиг. 2,4) устанавливаются с точной и однообразной ориентацией по сторонам света, что позволит в случае неисправности более одного датчика давления получать текущие параметры характеристик ветрового потока от другой гелиоветровой энергетической установки или с пульта управления 55 к которому подключен внешний анемометр 56 (фиг. 3).When installing the installation, the air chambers of the nozzles 16, 17, 18, 19, 20, 21 (Fig.2.4) are installed with an accurate and uniform orientation to the cardinal points, which will allow, in the event of a failure of more than one pressure sensor, to obtain the current parameters of the wind flow characteristics from another helio-wind power plant or from a control panel 55 to which an external anemometer 56 is connected (Fig. 3).

В память устройства управления 54 заносятся: номинальная скорость и номинальная мощность электрогенератора 5, а также табличная зависимость выходной мощности от скорости вращения ротора электрогенератора, алгоритм работы отсечных пластин, расчетные значения скорости ветрового потока, определяемые по величине давления воздушного потока, измеренного с помощью датчиков давления 48, 49, 50, 51, 52, 53 (фиг. 4). Направление ветрового потока определяется устройством управления 54 по максимальной разности величин давлений между противоположными датчиками относительно вертикальной оси вращения вала турбины 2. Максимальная величина давления соответствует подветренной стороне, а минимальное значение давления - стороне с отходящим потоком. В соответствии с алгоритмом работы устройства управления 54 определяются расчетные углы открытия отсечных пластин 22, 23, 24, 25, 26, 27 (фиг. 2, 4, 5, 6, 7) в зависимости от направления и скорости ветрового потока.In the memory of the control device 54 are entered: the nominal speed and nominal power of the electric generator 5, as well as the tabular dependence of the output power on the rotational speed of the rotor of the generator, the operation algorithm of the cutoff plates, the calculated values of the wind flow speed, determined by the value of the air flow pressure measured using pressure sensors 48, 49, 50, 51, 52, 53 (Fig. 4). The direction of the wind flow is determined by the control device 54 from the maximum pressure difference between the opposing sensors relative to the vertical axis of rotation of the turbine shaft 2. The maximum pressure value corresponds to the leeward side, and the minimum pressure value corresponds to the outflow side. In accordance with the algorithm of operation of the control device 54, the calculated opening angles of the cutoff plates 22, 23, 24, 25, 26, 27 (Figs. 2, 4, 5, 6, 7) are determined depending on the direction and speed of the wind flow.

На фиг. 4, направление движения воздушных потоков показаны стрелками, ветровой поток со всей боковой площади установки поступает в воздушные камеры сопла 18, 19, образованные жестко соединёнными неподвижными спиралевидными ветронаправляющими экранами 12, 13, 14, верхней 4 и нижней крышкой 3. Спиралевидная форма ветронаправляющих экранов 10, 11, 12, 13, 14, 15 обеспечивает закручивание ветрового потока и оптимизирует угол его подачи на лопасти, осуществляя сжатие входящего воздушного потока в радиальном направлении. Нижняя крышка установки 3 с помощью крепежных балок 64, жестко соединена с башней-опорой 57 и выполнена (фиг. 8, 10) в виде пустотелой конусообразной скрученной призмы, концентричной оси вращения 2 турбины 1 и обращенной своим большим основанием вниз. Верхняя крышка 4 может быть выполнена в виде плоскости для арктического исполнения установки (фиг.10, 11) или скрученной призмы концентричной оси вращения турбины и обращенную своим большим основанием вверх для тропического исполнения установки (фиг 8, 9), что обеспечивает сжатие входящего воздушного потока в осевом направлении, повышает давление воздушного потока на рабочие лопасти 9 турбины 1 за счет уменьшения площади поперечного сечения воздушных камер сопел 18, 19 и увеличивает скорость вращения турбины 1. FIG. 4, the direction of movement of air flows is shown by arrows, the wind flow from the entire side area of the installation enters the air chambers of the nozzles 18, 19, formed by rigidly connected stationary spiral wind-guiding screens 12, 13, 14, top 4 and bottom cover 3. The spiral shape of the wind-guiding screens 10 , 11, 12, 13, 14, 15 ensures the swirling of the wind flow and optimizes the angle of its supply to the blades, compressing the incoming air flow in the radial direction. The lower cover of the installation 3 by means of fastening beams 64 is rigidly connected to the tower-support 57 and is made (Fig. 8, 10) in the form of a hollow cone-shaped twisted prism, concentric with the axis of rotation 2 of the turbine 1 and facing downward with its large base. The top cover 4 can be made in the form of a plane for the arctic version of the installation (Fig. 10, 11) or a twisted prism of the concentric axis of rotation of the turbine and facing upward with its large base for the tropical version of the installation (Fig. 8, 9), which provides compression of the incoming air flow in the axial direction, increases the air flow pressure on the rotor blades 9 of the turbine 1 by reducing the cross-sectional area of the air chambers of the nozzles 18, 19 and increases the rotation speed of the turbine 1.

В сопряженных с воздушными камерами 18 и 19 (фиг.4) воздушных камерах 17 и 20 за счет отражения воздушных потоков от ветронаправляющих экранов 12 и 14 образуются безветренные области с низким давлением, а в противоположных воздушным камерам 18 и 19 воздушных камерах 16 и 21 за счет отходящих воздушных потоков образуются области с еще более (разряженным) низким давлением. Устройство управления 54 с помощью датчиков давления 50, 51 установленных соответственно в воздушных камерах 18 и 19 с максимальными значениями давления и с помощью датчиков давления 48, 53, установленных соответственно в воздушных камерах 16 и 21 с минимальными значениями давления, определяет направление ветрового потока. Максимальная разность величин давлений между противоположными датчиками 50 и 53, 51 и 48 относительно центральной оси вращения вала турбины позволяет устройству управления 54 определить направление и расчетное значение скорости ветрового потока. In the air chambers 17 and 20, coupled with the air chambers 18 and 19 (Fig. 4), due to the reflection of air currents from the wind guiding screens 12 and 14, windless regions with low pressure are formed, and in the opposite air chambers 18 and 19 air chambers 16 and 21 Due to the outgoing air flows, areas with even more (discharged) low pressure are formed. The control device 54, using pressure sensors 50, 51 installed respectively in the air chambers 18 and 19 with maximum pressure values and using pressure sensors 48, 53, installed respectively in the air chambers 16 and 21 with minimum pressure values, determines the direction of the wind flow. The maximum pressure difference between the opposing sensors 50 and 53, 51 and 48 relative to the central axis of rotation of the turbine shaft allows the control device 54 to determine the direction and the calculated value of the wind flow velocity.

Турбина 1 под действием момента давления сжатых воздушных масс (фиг. 4) на рабочие вертикальные лопасти 9 в воздушных камерах соплах 18 19 начинает вращение вокруг своей вертикальной оси 2. Сжатые воздушные массы воздушной камеры 19, находящиеся в зоне турбины 1, при вращении турбины попадают в воздушную камеру 20 с более низким давлением и расширяясь, отталкиваются от лопасти, придают дополнительное ускорение турбине 1, при этом ветровой поток из воздушной камеры 19 продолжает совершать полезную работу в воздушной камере 20 под действием уменьшающегося давления воздушного потока на уходящую рабочую лопасть 9 турбины 1. Ослабленный ветровой поток перетекает в залопастное пространство в область пониженного (разряженного) давления воздушной камеры 21 с образованием отходящего ветрового потока. Turbine 1 under the influence of the moment of pressure of compressed air masses (Fig. 4) on the working vertical blades 9 in the air chambers of the nozzles 18 19 begins to rotate around its vertical axis 2. The compressed air masses of the air chamber 19 located in the zone of the turbine 1, when the turbine rotates into the air chamber 20 with a lower pressure and expanding, are repelled from the blade, give additional acceleration to the turbine 1, while the wind flow from the air chamber 19 continues to perform useful work in the air chamber 20 under the action of the decreasing air flow pressure on the outgoing rotor blade 9 of the turbine 1 The weakened wind flow flows into the zalopastny space into the area of reduced (discharged) pressure of the air chamber 21 with the formation of an outgoing wind flow.

Кроме того, объединенные массы потоков ветра, огибающие установку слева, справа, сверху, а также снизу с образованием отходящего ветрового потока, формируют в воздушных камерах 21 и 16 области низкого давления за счет отражения ветровых потоков от неподвижных ветронаправляющих экранов 15, 11 и массы объединенного отходящего ветрового потока.In addition, the combined masses of wind flows, enveloping the installation from the left, right, from above, and also from below with the formation of an outgoing wind flow, form low pressure areas in the air chambers 21 and 16 due to the reflection of wind flows from the stationary wind deflectors 15, 11 and the mass of the combined outgoing wind flow.

Величина создаваемого вращающего момента на лопасти 9 имеет прямую зависимость от скорости ветра: чем больше скорость ветра, тем меньше величина давления в воздушных камерах 21, 16, и больше момент от давления приращенной массы в воздушной камере 20 и, соответственно, больше перепад давлений между сопряженными воздушными камерами 20 и 21. Одновременно снижается лобовое сопротивление лопастей турбины 1 воздушным потокам, проходящим через воздушные камеры 21 и 16, за счет увеличения разряженности в связи с возрастанием скорости отходящих воздушных масс. Процесс образования суммарных моментов силы, приложенных к лопастям турбины, увеличивает ее скорость вращения и обеспечивает значительное повышение КПД установки. The magnitude of the created torque on the blade 9 has a direct dependence on the wind speed: the higher the wind speed, the lower the pressure in the air chambers 21, 16, and the greater the moment from the pressure of the incremental mass in the air chamber 20 and, accordingly, the greater the pressure difference between the conjugate air chambers 20 and 21. At the same time, the drag of the turbine blades 1 to the air flows passing through the air chambers 21 and 16 decreases, due to the increase in discharge due to the increase in the speed of the outgoing air masses. The formation of the total moments of force applied to the turbine blades increases its rotation speed and provides a significant increase in the efficiency of the installation.

Турбина 1, вращаясь, передает вращающий момент поворотному валу 8, который механически связан с валом электрогенератора 5 (фиг. 1, 3) преобразующим механическую энергии вращения ротора в электрическую энергию. Поворотный вал 8 электрогенератора 5 также связан с датчиком скорости 46, выход которого соединен с входом устройства управления 54. The turbine 1, rotating, transmits the torque to the rotary shaft 8, which is mechanically connected to the shaft of the generator 5 (Fig. 1, 3) converting the mechanical energy of the rotor rotation into electrical energy. The rotary shaft 8 of the generator 5 is also connected to a speed sensor 46, the output of which is connected to the input of the control device 54.

Устройство управления 54, осуществляет мониторинг скорости вращения электрогенератора 5 и определяет величину выходной мощности электрогенератора. При продолжающемся возрастании скорости ветрового потока (фиг. 5), возрастает давление в воздушных камерах соплах 18, 19, скорость вращения турбины, и соответственно электрогенератора, возрастает до номинальной скорости последнего. Основное приоритетное назначение устройства управления 54, аналогично функции мультипликатора горизонтально-осевых ветровых установок заключается в стабилизации номинальной скорости электрогенератора 5 и эффективном преобразовании энергии ветровых потоков в электрическую энергию с номинальной выходной мощностью электрогенератора 5. The control device 54 monitors the rotation speed of the generator 5 and determines the value of the output power of the generator. With the continued increase in the speed of the wind flow (Fig. 5), the pressure in the air chambers of the nozzles 18, 19 increases, the speed of rotation of the turbine, and accordingly the electric generator, increases to the nominal speed of the latter. The main priority purpose of the control device 54, similar to the function of the multiplier of horizontal-axis wind turbines, is to stabilize the nominal speed of the generator 5 and efficiently convert the energy of the wind streams into electrical energy with the rated output power of the generator 5.

В случае возрастания скорости вращения ротора электрогенератора выше номинальной, определяемой устройством управления 54, с помощью датчика скорости 46, (фиг. 1, 2, 3, 5) устройство управления 54 формирует управляющее воздействие на реверсивный привод 38, который передает вращающий момент через поворотный вал 32 отсечной пластине 26. Отсечная пластина 26 поворачивается вокруг вертикальной оси на заданный расчетный угол открытия, при этом угол открытия контролируется устройством управления 54 с помощью датчика угла открытия 44. Кроме того, по управляющему воздействию устройства управления 54 в воздушной камере 18 на реверсивный привод 36, который передает вращающий момент через поворотный вал 30 отсечной пластине 24, отсечная пластина 24 поворачивается вокруг вертикальной оси на заданный угол открытия, который контролируется устройством управления 54 с помощью датчика угла открытия 42, при этом уменьшается парусность и осевое скручивание ветронаправляющего аппарата установки.In the case of an increase in the speed of rotation of the rotor of the electric generator above the nominal value determined by the control device 54 using the speed sensor 46 (Fig. 1, 2, 3, 5), the control device 54 generates a control action on the reversing drive 38, which transmits the torque through the rotary shaft 32 cut-off plate 26. Cut-off plate 26 is rotated around the vertical axis at a predetermined design opening angle, while the opening angle is controlled by the control device 54 using the opening angle sensor 44. In addition, according to the control action of the control device 54 in the air chamber 18 on the reversing drive 36 , which transmits torque through the pivot shaft 30 to the cutoff plate 24, the cutoff plate 24 rotates around the vertical axis by a predetermined opening angle, which is controlled by the control device 54 using the opening angle sensor 42, thereby reducing the windage and axial twisting of the wind guide of the installation.

Вследствие этого (фиг. 5), часть сжатого воздушного потока через проемы, образованные приоткрытыми отсечными пластинами 24, 26 в ветронаправляющих экранах 12, 14 отводится в воздушные камеры 17, 20 и отражаясь от ветронаправляющих экранов 11, 15, не совершая полезной работы, отводится в стороны от установки. Давление на рабочие лопасти 9 турбины 1 в воздушных камерах 18, 19 снижается и соответственно снижается скорость вращения электрогенератора 5 до номинальной скорости. Коррекция углов открытия отсечных пластин 24, 26 и контроль углов производится устройством управления 54 в прямой зависимости от номинальной скорости электрогенератора 5 в соответствии с алгоритмом функционирования автоматической замкнутой системы регулирования. As a result (Fig. 5), part of the compressed air flow through the openings formed by the slightly open cutoff plates 24, 26 in the wind guiding screens 12, 14 is diverted into the air chambers 17, 20 and reflected from the wind guiding screens 11, 15, without performing useful work, is diverted away from the installation. The pressure on the rotor blades 9 of the turbine 1 in the air chambers 18, 19 decreases and, accordingly, the rotational speed of the generator 5 decreases to the rated speed. Correction of the opening angles of the cutoff plates 24, 26 and control of the angles are performed by the control device 54 in direct proportion to the nominal speed of the generator 5 in accordance with the algorithm of the automatic closed-loop control system.

При последующем возрастании скорости ветрового потока (фиг. 6), для стабилизации номинальной скорости вращения ротора электрогенератора 5, по управляющему воздействию устройства управления 54 в воздушной камере 18 на реверсивный привод 37, который передает вращающий момент через вал 31 отсечной пластине 25, отсечная пластина 25 поворачивается вокруг вертикальной оси 2 на заданный угол открытия, который контролируется устройством управления 54 с помощью датчика угла открытия 43. Отсечная пластина 25 отводит часть воздушного потока в воздушные камеры 17, 19 и полностью отсекает от воздушного потока рабочие лопасти 9 турбины 1 в воздушной камере 18, тем самым исключает из работы воздушную камеру 18. В течение времени закрытия отсечной пластины 25 происходит постоянная коррекция углов открытия отсечных пластин 24, 26 с контролем углов устройством управления 54, в прямой зависимости от стабилизации номинальной скорости электрогенератора 5.With a subsequent increase in the speed of the wind flow (Fig. 6), to stabilize the nominal speed of rotation of the rotor of the electric generator 5, according to the control action of the control device 54 in the air chamber 18 to the reversible drive 37, which transmits the torque through the shaft 31 to the cutoff plate 25, the cutoff plate 25 rotates around the vertical axis 2 at a predetermined opening angle, which is controlled by the control device 54 using the opening angle sensor 43. The cut-off plate 25 diverts part of the air flow into the air chambers 17, 19 and completely cuts off the rotor blades 9 of the turbine 1 in the air chamber 18 from the air flow , thereby excluding the air chamber 18 from operation. During the closing time of the cutoff plate 25, the opening angles of the cutoff plates 24, 26 are continuously corrected with the control of the angles by the control device 54, in direct proportion to the stabilization of the rated speed of the electric generator 5.

При дальнейшем повышении скорости ветрового потока (фиг. 7), до ураганной (более 30 м/с) возрастает давление в оставшейся в работе воздушной камере 19, устройство управления 54 с сохранением номинальной скорости электрогенератора 5, согласно заданному алгоритму работы отсечных пластин с помощью управляющего воздействия на реверсивные приводы 34, 36, 37, 39, закрывает отсечные пластины 24, 25, 27, 22, тем самым отсекает турбину 1 от воздушного потока в воздушных камерах 17, 18, 20, 21, уменьшая парусность всей установки, за счет образования проемов в ветронаправляющих экранах. Основная часть ветрового потока огибает турбину и перетекает по образованным каналам за лопастное пространство, не производя полезной работы. При этом устройство управления 54 стабилизирует номинальную скорость электрогенератора 5 путем изменения поперечной площади входящего воздушного потока на рабочие лопасти турбины 1 в воздушной камере 19 за счет регулирования угла открытия отсечной пластины 26, или путем изменения поперечной площади выходящего из турбины 1 воздушного потока в воздушной камере 16, за счет регулирования угла открытия отсечной пластины 23, при этом во втором случае осуществляется более плавное регулирование. Возможны и другие алгоритмы работы отсечных пластин, обеспечивающих сохранение номинальной скорости электрогенератора 5.With a further increase in the speed of the wind flow (Fig. 7), up to a hurricane (more than 30 m / s), the pressure in the air chamber 19 remaining in operation, the control device 54, while maintaining the nominal speed of the electric generator 5, according to the given algorithm of operation of the cutoff plates with the help of the control impacts on reversible drives 34, 36, 37, 39, closes the shut-off plates 24, 25, 27, 22, thereby cuts off the turbine 1 from the air flow in the air chambers 17, 18, 20, 21, reducing the windage of the entire installation, due to the formation openings in wind guiding screens. The main part of the wind flow bends around the turbine and flows through the formed channels beyond the blade space, without performing any useful work. In this case, the control device 54 stabilizes the nominal speed of the generator 5 by changing the transverse area of the incoming air flow to the working blades of the turbine 1 in the air chamber 19 by adjusting the opening angle of the cutoff plate 26, or by changing the transverse area of the air flow leaving the turbine 1 in the air chamber 16 , by adjusting the opening angle of the cutoff plate 23, while in the second case, a smoother regulation is carried out. Other algorithms for the operation of the cut-off plates are also possible, ensuring the maintenance of the nominal speed of the generator 5.

В случаях, когда для стабилизации номинальной скорости вращения электрогенератора 5, углы открытия отсечных пластин значительно превышают заданные расчетные значения, устройство управления 54 отправляет на пульт управления 55 предупреждающий сигнал, например, о возможных неисправностях подшипников турбины, подшипников электрогенератора 5 или оледенении турбины 1. In cases where, in order to stabilize the nominal speed of rotation of the generator 5, the opening angles of the cut-off plates significantly exceed the preset design values, the control device 54 sends a warning signal to the control panel 55, for example, about possible malfunctions of the turbine bearings, the bearings of the generator 5, or icing of the turbine 1.

В случае повышения температуры обмоток электрогенератора 5, до максимально допустимой, определяемой устройством управления 54 с помощью датчика температуры 47, встроенного в электрогенератор, устройство управления 54 отправляет аварийный сигнал на пульт управления 55.If the temperature of the windings of the electric generator 5 rises to the maximum permissible value determined by the control device 54 using the temperature sensor 47 built into the electric generator, the control device 54 sends an alarm signal to the control panel 55.

В одном из вариантов исполнения гелиоветровой установки повышенной мощности (фиг. 8, 10, 11) для защиты оборудования от негативного воздействия окружающей среды (ветра, высокой или низкой температуры, влажности и т.д.), может быть предусмотрен закрытый генераторный отсек 60 (помещение, отделение, камера), что увеличивает надежность и ресурс оборудования. In one of the options for the execution of a solar wind installation of increased power (Fig. 8, 10, 11) to protect the equipment from the negative effects of the environment (wind, high or low temperature, humidity, etc.), a closed generator compartment 60 ( room, department, chamber), which increases the reliability and service life of the equipment.

На фиг. 8 представлена гелиоветровая установка повышенной мощности тропического исполнения в разрезе, без ветронаправляющих экранов. На верхней 4 и нижней 3 крышках, с ориентацией по ходу движения солнца, размешены фотоэлектрические преобразователи 6. Технические характеристики емкостного накопителя 59 электрической энергии и количество секторов фотоэлектрических преобразователей, а также их выходная мощность выбираются, исходя из обеспечения надежного автономного функционирования устройства управления 54 и реверсивных приводов 34-39 в данном регионе. FIG. 8 shows a sectional view of a tropicalized solar wind turbine of increased power without wind deflectors. On the top 4 and bottom 3 covers, with orientation in the direction of the sun, are placed photoelectric converters 6. Technical characteristics of the capacitive storage 59 of electric energy and the number of sectors of photoelectric converters, as well as their output power are selected based on ensuring reliable autonomous functioning of the control device 54 and reversible drives 34-39 in the region.

В гелиоветровой установке тропического исполнения (фиг. 8, 9) части спиралевидных ветронаправляющих экранов 10, 11, 12, 13, 14, 15, находящиеся у ветровой турбины 1, выполнены пустотелыми, пустоты совмещены с отверстиями в верхней и нижней крышках и формируют каналы 65 для ливневой канализации. При этом могут быть предусмотрены ливневые трубопроводы для отвода дождевой воды (на чертежах не показаны) от фундамента 58 башни-опоры 57 и сбор дождевой воды в резервуары для последующего использования пресной воды. In a tropical solar wind installation (Fig. 8, 9), the parts of the spiral wind guiding screens 10, 11, 12, 13, 14, 15 located at the wind turbine 1 are hollow, the voids are aligned with the holes in the upper and lower covers and form channels 65 for storm sewers. In this case, rainwater pipelines can be provided to drain rainwater (not shown in the drawings) from the foundation 58 of the support tower 57 and collect rainwater into reservoirs for subsequent use of fresh water.

На фиг. 10, 11 представлен разрез гелиоветровой установки повышенной мощности арктического исполнения без ветронаправляющих экранов. В отличие от установки тропического исполнения, верхняя крышка 4 конструктивно выполняется плоской, либо в виде выпуклой поверхности, наклонных плоскостей, пустотелого усеченного конуса обращенного основанием к низу, конусообразной скрученной призмы, обращенной большим основанием к низу для защиты от скопления на верхней крышке снежных осадков. Закрытый генераторный отсек 60 увеличивает надежность и ресурс оборудования, в зимних условиях эксплуатации используется электрический обогрев генераторного отсека и тепловая энергия нагрева обмоток электрогенератора 5. FIG. 10, 11 show a cross-section of an arctic version of a solar wind turbine of increased power without wind guiding screens. Unlike the tropical version, the upper cover 4 is structurally flat, or in the form of a convex surface, inclined planes, a hollow truncated cone with the base facing the bottom, a conical twisted prism with a large base facing the bottom to protect against snow accumulation on the upper cover. The closed generator compartment 60 increases the reliability and service life of the equipment; in winter operating conditions, electric heating of the generator compartment and the thermal energy of heating the windings of the generator 5 are used.

В заявляемой гелиоветровой энергетической установке повышенной мощности обеспечивается значительное повышение коэффициента использования энергии ветра (ξ), который определяется как отношение механической мощности на валу ветроколеса (Р_вк) к мощности ветрового потока (Р): In the inventive helio-wind power plant of increased power, a significant increase in the utilization factor of wind energy (ξ) is provided, which is defined as the ratio of the mechanical power on the shaft of the wind wheel (P _bk ) to the power of the wind flow (P):

ξ = Р_вк/Рξ = R _vk / R

Основные технические преимущества заявляемой установки - уменьшение давления потока ветра на лобовую площадь нерабочих лопастей турбины, повышение вращающего момента и обеспечение оптимального направления с закручиванием ветрового потока на рабочие лопасти турбины, использование энергии ветра со всей боковой вертикальной площади установки. Это позволяет повысить коэффициент использования энергии ветра (ξ), перед известными техническими решениями с вертикальными осями вращения, например, ротором Савоуниса, ротором Дарье и т.д.The main technical advantages of the claimed installation are the reduction of the wind flow pressure on the frontal area of the non-working turbine blades, the increase in torque and the provision of optimal direction with the wind flow swirling onto the turbine working blades, the use of wind energy from the entire lateral vertical area of the installation. This allows you to increase the utilization rate of wind energy (ξ), in front of the known technical solutions with vertical axes of rotation, for example, Savounis rotor, Darrieus rotor, etc.

Основными местами размещения гелиоветровых энергетических установок повышенной мощности являются регионы с низкими или высокими среднегодовыми скоростями ветра, удаленные от центральных электрических сетей поселения и изолированные энергорайоны, а также регионы с низкими температурами окружающего воздуха, где работа ветровых установок с горизонтальной осью вращения неэффективна или ненадежна вследствие их конструктивных особенностей.The main locations for high-capacity solar wind power plants are regions with low or high average annual wind speeds, settlements and isolated power districts remote from the central electric networks, as well as regions with low ambient temperatures, where the operation of wind turbines with a horizontal axis of rotation is ineffective or unreliable due to their design features.

Например, для варианта установки арктического исполнения (фиг. 11), размещенной в северных широтах, где скорость ветровых потоков часто достигает штормовых и ураганных скоростей, для эффективной генерации, достаточно, чтобы высота башни-опоры составляла несколько метров и обеспечивалось расстояние ℓ (расстояние ℓ - указано на рисунке) от нижней крышки установки до поверхности земли от 4 до 6 метров. При этом крепежные балки 64 могут быть выполнены вертикальными и закрепленными не на башне-опоре 57, а на отдельных и/или взаимосвязанных фундаментах 66. Кроме того, рекомендуется периметр такой установки (между вертикальными балками) закрывать сэндвич-панелями для создания теплоизолированных вспомогательных помещений, например, складов, гаражей и т.д.For example, for a variant of the installation of the arctic design (Fig. 11), located in northern latitudes, where the speed of wind flows often reaches storm and hurricane speeds, for efficient generation, it is sufficient that the height of the supporting tower is several meters and the distance ℓ (distance ℓ - indicated in the figure) from the bottom cover of the unit to the ground surface from 4 to 6 meters. In this case, the fastening beams 64 can be made vertical and fixed not on the tower-support 57, but on separate and / or interconnected foundations 66. In addition, it is recommended to cover the perimeter of such an installation (between the vertical beams) with sandwich panels to create heat-insulated auxiliary rooms, for example warehouses, garages, etc.

Конструктивные решения заявляемой гелеоветровой энергетической установки повышенной мощности обеспечивают следующие преимущества:Constructive solutions of the claimed high-power gel-wind power plant provide the following advantages:

- эффективная генерация, в широком диапазоне скоростей, включая низко потенциальные, штормовые и ураганные ветровые потоки без отключения;- efficient generation, in a wide range of speeds, including low potential, storm and hurricane wind flows without shutdown;

- высокий коэффициент использования кинетической энергии ветра;- high utilization rate of kinetic wind energy;

- отсутствие дополнительных механических связей;- lack of additional mechanical connections;

- пониженный уровень механического и аэродинамического шума;- reduced level of mechanical and aerodynamic noise;

- автономное электроснабжение регулирующих механизмов;- autonomous power supply of regulatory mechanisms;

- автономность и надежность функционирования устройства управления;- autonomy and reliability of operation of the control device;

- наличие емкостного источника электрической энергии;- availability of a capacitive source of electrical energy;

- надежная работа установки в условиях повышенной влажности, в широком диапазоне низких и высоких температур окружающей среды от - 60 до + 60° С.- reliable operation of the unit in conditions of high humidity, in a wide range of low and high ambient temperatures from - 60 to + 60 ° С.

- эффективная работа установки 365 дней в году, даже при экстремально низких температурах, когда функционирование ветровых установок с горизонтальной осью вращения ограничено вследствие их конструктивных особенностей.- efficient operation of the installation 365 days a year, even at extremely low temperatures, when the operation of wind turbines with a horizontal axis of rotation is limited due to their design features.

Заявляемая гелиоветровая энергетическая установка повышенной мощности обеспечивает комплексное использование энергии солнца и ветра для выработки электрической энергии, независимо от направления ветрового потока, автономность ее функционирования и значительное снижение уровня механического и аэродинамического шума. Увеличение входной поперечной площади воздушных камер сопел не только в радиальном, но и осевом направлении, использование энергии ветра со всей боковой вертикальной площади установки, стабилизации номинальной скорости электрогенератора в широком диапазоне скоростей ветрового потока, от низко потенциальных до ураганных потоков без отключения установки, приводит к общему повышению КПД и увеличению надежности электроснабжения конечного потребителя. The inventive solar-wind power plant of increased power ensures the integrated use of solar and wind energy to generate electrical energy, regardless of the direction of the wind flow, the autonomy of its functioning and a significant reduction in the level of mechanical and aerodynamic noise. An increase in the inlet transverse area of the air chambers of the nozzles not only in the radial, but also in the axial direction, the use of wind energy from the entire lateral vertical area of the installation, stabilization of the nominal speed of the electric generator in a wide range of wind flow velocities, from low potential to hurricane flows without shutting down the installation, leads to an overall increase in efficiency and an increase in the reliability of power supply to the end consumer.

Заявляемое изобретение способствует созданию гелиоветровой энергетической установки повышенной мощности, обеспечивающей высокую надежность электроснабжения потребителей в широком диапазоне скоростей ветрового потока, включая низкопотенциальные, штормовые и ураганные потоки, и обладающую высоким коэффициентом полезного действия. The claimed invention contributes to the creation of a solar wind power plant of increased power, providing high reliability of power supply to consumers in a wide range of wind flow rates, including low-potential, storm and hurricane flows, and having a high efficiency.

Перечень и наименование элементов List and name of elements

1. Лопастная турбина1. Blade turbine

2. Вертикальная ось вращения2. Vertical axis of rotation

3. Нижняя крышка3. Bottom cover

4. Верхняя крышка4. Top cover

5. Электрогенератор5. Electric generator

6. Фотоэлектрический преобразователь6. Photoelectric converter

7. Параллельные диски турбины7. Parallel turbine disks

8. Вертикальный поворотный вал8. Vertical slewing shaft

9. Вертикальные лопасти турбины 9. Vertical turbine blades

10, 11, 12, 13, 14, 15. Спиралевидные ветронаправляющие экраны10, 11, 12, 13, 14, 15. Spiral wind guiding screens

16, 17, 18, 19, 20, 21. Воздушные камеры сопла16, 17, 18, 19, 20, 21. Nozzle air chambers

22, 23, 24, 25, 26, 27. Отсечные пластины22, 23, 24, 25, 26, 27. Cut-off plates

28, 29, 30, 31, 32, 33. Поворотные валы отсечных пластин28, 29, 30, 31, 32, 33. Rotary shafts of cut-off plates

34, 35, 36, 37, 38, 39. Реверсивные приводы отсечных пластин34, 35, 36, 37, 38, 39. Reversible cut-off plate drives

40, 41, 42, 43, 44, 45. Датчики углов открытия отсечных пластин40, 41, 42, 43, 44, 45. Angle sensors for shut-off plates opening

46. Датчик скорости вращения 46. Rotation speed sensor

47. Датчик температуры обмоток электрогенератора47. Temperature sensor of the windings of the generator

48, 49, 50, 51, 52, 53. Датчики давления воздушного потока48, 49, 50, 51, 52, 53. Air flow pressure sensors

54. Устройство управления54. Control device

55. Пульт управления55. Control panel

56. Анемометр56. Anemometer

57. Башня-опора57. Support tower

58. Фундамент58. Foundation

59. Емкостной накопитель электрической энергии59. Capacitive storage of electrical energy

60. Генераторный отсек60. Generator compartment

61. Преобразователь постоянного тока в постоянный DC/DC61. DC to DC DC / DC Converter

62. Резервная цепь переменного тока62. Backup AC circuit

63. Преобразователь переменного тока в постоянный АC/DC63. AC / DC AC / DC Converter

64. Крепежные балки64. Fixing beams

65. Каналы ливневой канализации65. Stormwater drainage channels

66. Фундаменты крепежных балок66. Foundations of fastening beams

67. Изогнутые листы67. Curved sheets

68. Дополнительные изогнутые листы68. Additional curved sheets

Claims

1. Helio-wind power plant of increased power, containing a blade turbine with a vertical axis of rotation, located inside the wind guide apparatus with lower and upper covers, an electric generator on the axis of a bladed wind turbine, a photoelectric converter of light energy installed on the upper cover, a blade turbine made in the form of parallel disks , fastened by axial holes with a rotary shaft, forming hollow drums, vertical blades are installed between the inner surfaces of the disks, the turbine is located in the center of the wind guide apparatus, made in the form of vertical spiral wind guiding screens evenly distributed around the circumference, made in conjunction with wind turbine blades in the form of unwinding spirals , the beginnings of which are fixed on the vertical rotary shaft, and the ends are retracted to the periphery of the wind deflector, the upper edges of the wind deflectors are connected to the upper cover, the lower The edges are connected to the bottom cover, forming the air chambers of the nozzle, and cut-off plates are built into the body of the wind-guiding screens, characterized in that it additionally contains reversible drives and sensors for the opening angles of cut-off plates, a speed and temperature sensor of the stator windings of an electric generator, air pressure sensors flow control device, while the ends of the cutoff plates, located closer to the axis of rotation of the rotor, are connected to the rotary shafts of the cutoff plates, made with the possibility of limited rotation of the cutoff plates around the vertical axis, the rotary shafts of the cutoff plates are mechanically connected to the reversible drives and plates, the vertical rotary shaft is connected to the rotation speed sensor, the temperature sensor of the stator windings of the generator is built into the electric generator, the nozzle air chambers contain air flow pressure sensors, while the outputs of the cutoff plate opening angle sensors, the air flow pressure sensors, the rotation speed sensor and the temperature sensor of the stator windings of the generator are connected to the inputs of the control device, and the outputs of the control device are connected to the inputs of the reversible drives of the cutoff plates.

2. The increased power solar wind power plant according to claim 1, characterized in that it is located on a support tower installed on the foundation.

3. The solar wind power plant of increased power according to claim 1, characterized in that the lower cover of the installation is made in the form of a hollow cone-shaped twisted prism, concentric with the axis of rotation of the turbine and facing downward with its large base.

4. The solar wind power plant of increased power according to claim 1, characterized in that in the tropical version it contains an upper cover made in the form of a hollow cone-shaped twisted prism, concentric to the axis of rotation of the turbine and facing upward with its large base.

5. The solar wind power plant of increased power according to claim 1, characterized in that in the tropical version, the parts of the spiral wind guiding screens located near the wind turbine are hollow, and the voids are aligned with the holes in the upper and lower covers and form storm sewer channels.

6. Helio-wind power plant of increased power according to claim 1, characterized in that in the Arctic version, the top cover is made in the form of a plane, convex surface, inclined planes, a dome, a hollow truncated cone with a large base facing downwards, a hollow conical twisted prism facing a large base downwards, concentric with the turbine rotation axis.

7. The increased power solar wind power plant according to claim 1, characterized in that the vertical turbine blades in each hollow drum are displaced in a circle relative to the turbine blades of another hollow drum with a constant angular pitch.

8. The solar wind power plant of increased power according to claim 1, characterized in that to increase the mechanical strength by means of fastening beams, the lower cover is connected to a tower-support, or to separate and / or interconnected foundations.

9. The increased power solar wind power plant according to claim 1, characterized in that the photoelectric converter of light energy is installed on the bottom cover.

10. The solar wind power plant of increased power according to claim 1, characterized in that it is equipped with a capacitive storage of electrical energy, which is electrically connected to a solar radiation photoelectric converter through a DC / DC charging converter, and through an AC / DC charging converter is electrically connected to an alternating circuit. current.

11. Helio-wind power plant of increased power according to claim 1, characterized in that the sensors for determining the speed and direction of the air flow are made in the form of anemometers, or pressure sensors, or deflecting plates with variable resistors, or vane mechanisms with electric generators.

12. The solar wind power plant of increased power according to claim 1, characterized in that around the wind blade turbine between vertical fixed spiral wind guiding screens, curved sheets are placed around the circumference, the near edges of which, located at the wind turbine, are aligned with the lower turbine disk in the horizontal plane, and their opposite edges are lowered downward and connected to the lower cover, forming, together with the lower turbine disc, a hollow truncated cone concentric to the turbine rotation axis, the top of which is directed upward.

13. The solar wind power plant of increased power according to claim 1, characterized in that around the wind blade turbine between vertical stationary spiral wind guiding screens, curved sheets are placed around the circumference, the near edges of which, located at the wind turbine, are aligned with the upper disk of the turbine in the horizontal plane, and their opposite edges are raised upward and connected to the upper cover, forming, together with the upper turbine disk, a hollow truncated cone concentric to the turbine rotation axis, the top of which is directed downward.

14. Helio-wind power plant of increased power according to claim 1, characterized in that the mechanical connection between the rotary shafts of the cut-off plates and the reversible drives is made in the form of a helical gear, a fixed gear, a bevel gear on the drive shaft, a gear on the rotation shaft, a cylindrical gear, spur gear, bevel gear, ring gear, disc gear, toothed rack, friction disc wheel, friction disc, cardan joint, worm wheel, worm screw, roller chain, drive belt, toothed drive belt.