EA019262B1 - Ветряная турбина с вертикальной осью вращения и способ аэродинамического торможения такой турбины - Google Patents
Ветряная турбина с вертикальной осью вращения и способ аэродинамического торможения такой турбины Download PDFInfo
- Publication number
- EA019262B1 EA019262B1 EA201001218A EA201001218A EA019262B1 EA 019262 B1 EA019262 B1 EA 019262B1 EA 201001218 A EA201001218 A EA 201001218A EA 201001218 A EA201001218 A EA 201001218A EA 019262 B1 EA019262 B1 EA 019262B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- wind turbine
- component
- rotation
- vertical axis
- segment
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 abstract 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 11
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0244—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
- F03D7/0252—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking with aerodynamic drag devices on the blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/06—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
- F05B2260/77—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism driven or triggered by centrifugal forces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/90—Braking
- F05B2260/901—Braking using aerodynamic forces, i.e. lift or drag
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
- Crushing And Grinding (AREA)
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
- Braking Systems And Boosters (AREA)
Abstract
Представлена ветряная турбина с вертикальной осью вращения, содержащая компоненты для обеспечения наиболее эффективного средства управления вращением ветряной турбины с вертикальной осью с помощью тормоза, выполненным с возможностью активации без внешнего приведения в действие в ситуациях неисправности в работе и прекращения работы ветряной турбины с вертикальной осью. Таким образом, элемент массы используется для хранения механической энергии, которая, в свою очередь, используется для выполнения операции аэродинамического торможения. Также предусмотрено средство для управления и ограничения количества вращательного момента, поглощаемого турбиной в условиях сильного ветра, и, таким образом, обеспечивается возможность аккумулирования электрической/механической энергии за пределами нормальных рабочих скоростей ветра турбин.
Description
Предпосылки изобретения
Настоящее изобретение относится к управляющему устройству, ограничивающему вращательный момент, а также к аэродинамическому тормозу, в особенности для применения в ветряных турбинах с вертикальной осью, и к средству для термического размораживания воздушных крыльев ветряных турбин с вертикальной осью.
В процессе быстро прогрессирующего развития в использовании энергии ветра общим желанием является разработка ветровых энергетических станций и ветровых энергетических систем соответственно более эффективным образом. Тем не менее, управление ветровыми энергетическими станциями в условиях сильного ветра является известной проблемой, вне зависимости от того, выполнены ли они как ветряная турбина 14 с вертикальной осью (УА\УТ) или ветряная турбина с горизонтальной осью (НА^Т). Известные ветряные турбины с вертикальной осью - это, например, ветряные турбины §ауоши8 или ветряные турбины Эагпсих (в основном ветряные двигатели типа СйотШ). Нужно отметить, что роторы для ветряных турбин с вертикальной осью не должны восприниматься в смысле пропеллера, а скорее как крылообразные ведущие воздушные крылья и вертикальные направляющие воздушного крыла соответственно или как направляющие сопротивления, т.е. анемометры, приводимые в действие исключительно их силой торможения. Вертикальные направляющие воздушного крыла соответствуют активному принципу выработки силы подъема, как крыло самолета, но, тем не менее, элемент подъема действует не против силы тяжести (как в самолете), а, как известно специалисту в данной области, под углом 90° горизонтально к вектору силы тяжести, преобразовывая, таким образом, силу подъема во вращательный момент для приведения в движение турбины.
В основном при высоких скоростях ветра скорость вращения ротора должна быть ограничена, чтобы предотвратить повреждение или разрушение ветровых энергетических систем, вызванные чрезмерной энергией ветра. Кроме того, должна также существовать возможность прекращения работы ветровых энергетических систем для обслуживания и ремонтных работ, даже если энергия ветра одновременно приводит в действие ветровые энергетические системы. Таким образом, важно, чтобы каждая ветровая энергетическая система содержала тормозное устройство. Тем не менее, традиционные тормоза, такие как тормозные диски в форме колеса, или барабанные тормоза не отвечают требованиям, поскольку они быстро изнашиваются. Кроме того, должна быть обеспечена постоянная тормозная способность. Тормоза, основанные на трении, могут разогреваться, пока не произойдет отказ тормоза. Эта проблема может быть решена в предшествующем уровне техники путем применения не изнашиваемых индукционных тормозов. Тем не менее, это приводит к проблеме, заключающейся в том, что индукционные тормоза могут не поддаваться индивидуальному управлению и они неэффективны при неисправности питания или отказе системы управления. Системы, выполненные в соответствии с предшествующим уровнем техники, содержащие регулируемые роторные лопатки, не могут быть повернуты от направления ветра при неисправности питания или отказе системы управления, так что энергия ветра все еще может продолжать приводить ротор в действие до его саморазрушения. Таким образом, существует необходимость в ветровых энергетических станциях, имеющих, соответственно, самоуправляюмую автоматическую активацию тормоза и автоматическое прекращение работы в случае ситуаций сбоя. В предшествующем уровне техники возникает дополнительная проблема при чрезвычайной ситуации, например ударе молнии, когда электрические управляющие устройства выходят из строя и прекращение работы ветряной турбины (НА\УТ и/или УА\УТ) становится невозможным.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении самой выгодной возможности, насколько это возможно, для управления вращением ветряной турбины 14 с вертикальной осью без изнашивания тормозом, который активизируется в ситуации сбоя без внешнего управления и который способен привести ветряную турбину 14 с вертикальной осью к остановке. В соответствии с изобретением эта проблема решается с помощью управляющего устройства 1 для аэродинамического тормоза, выполненного в соответствии с прилагаемой формулой изобретения, в особенности с п.1 формулы изобретения.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложено управляющее устройство 1 для аэродинамического тормоза, имеющее соответственно по меньшей мере один сегмент воздушного крыла и вертикальный сегмент лопасти воздушного крыла и содержащее узел пружинного элемента, содержащий торсионный элемент 3, причем торсионный элемент 3 может быть дополнительно снабжен пружинным элементом для предварительной нагрузки аэродинамического тормоза во втянутом положении; узел 4 элементов массы, содержащий по меньшей мере один элемент 5 массы для выдвижения аэродинамического тормоза посредством центробежной силы, вызванной достаточно быстрым вращением, против действия предварительной нагрузки пружинного элемента; узел 7 элементов привода, содержащий привод 8, который соединен с аэродинамическим тормозом и который может быть приведен в действие для выдвижения аэродинамического тормоза, также против действия предварительной нагрузки пружинного элемента, если такой имеется. Торсионный элемент обеспечивает возможность кручения узла 4 элементов массы и узла 7 элементов привода. Аэродинамический тормоз в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения выполнен с возможностью управления характеристиками вращательного момента ветряной турбины 14 с вертикальной осью.
- 1 019262
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен сегмент воздушного крыла для ветряной турбины с вертикальной осью, содержащий по меньшей мере одно управляющее устройство для аэродинамического тормоза ветряной турбины с вертикальной осью по меньшей мере в одном сегменте воздушного крыла ветряной турбины с вертикальной осью, содержащем торсионный элемент 3, который может содержать пружинный элемент для предварительной нагрузки аэродинамического тормоза в направлении втянутого положения, по меньшей мере один элемент массы для выдвижения аэродинамического тормоза посредством центробежной силы, вызванной достаточно быстрым вращением сегмента воздушного крыла, даже против действия предварительной нагрузки пружинного элемента, рычаг, соединенный с приводом, причем указанный рычаг приводится в действие указанным приводом для выдвижения аэродинамического тормоза.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложена ветровая энергетическая система, включающая в себя по меньшей мере один ротор, содержащий по меньшей мере один сегмент воздушного крыла для ветряной турбины с вертикальной осью, содержащий по меньшей мере одно управляющее устройство для аэродинамического тормоза ветряной турбины с вертикальной осью по меньшей мере в одном сегменте воздушного крыла ветряной турбины с вертикальной осью, содержащем: торсионный элемент 3, который может содержать пружинный элемент для предварительной нагрузки аэродинамического тормоза в направлении втянутого положения, по меньшей мере один элемент массы для выдвижения аэродинамического тормоза посредством центробежной силы, вызванной достаточно быстрым вращением сегмента воздушного крыла, против действия предварительной нагрузки пружинного элемента, рычаг, соединенный с приводом, причем указанный рычаг приводится в действие указанным приводом для выдвижения аэродинамического тормоза.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ аэродинамического торможения ветряной турбины с вертикальной осью, содержащей управляющее устройство, включающий этапы, на которых отсоединяют второй компонент от третьего компонента и выдвигают наружу спойлеры в положение, по существу, с прямым углом к направлению вращения сегмента воздушного крыла путем перемещения второго компонента посредством центробежной силы; тем самым изменяют аэродинамические характеристики сегмента воздушного крыла так, чтобы прерывать, по меньшей мере, частично набегающий поток ветровой турбины с вертикальной осью, что приводит к торможению ветровой турбины.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложена ветряная турбина с вертикальной осью вращения, имеющая по меньшей мере один ротор, содержащий по меньшей мере один сегмент воздушного крыла, который имеет спойлеры, выполненные, по меньшей мере, с возможностью выдвижения и втягивания, при этом сегмент воздушного крыла закреплен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси вращения; по меньшей мере одно управляющее устройство для управления спойлерами, при этом управляющее устройство содержит первый компонент, включающий по меньшей мере один пружинный элемент; второй компонент, включающий по меньшей мере один элемент массы, расположенный на первом субкомпоненте, при этом первый субкомпонент закреплен с возможностью вращения вокруг оси вращения; третий компонент, включающий привод, причем третий компонент соединен с возможностью отсоединения со вторым компонентом; при этом на первом субкомпоненте выполнены по меньшей мере две точки соединения так, что они, по существу, противоположны друг другу относительно оси вращения, к каждой из которых присоединен один соединительный элемент, каждый из которых соединяет управляющее устройство с одним спойлером турбины с вертикальной осью, при этом управляющие устройства управляют спойлерами в противоположных направлениях посредством соединительных элементов при повороте первого субкомпонента, обусловленном действием центробежной силы на элемент массы.
Настоящее изобретение дополнительно обладает преимуществом, заключающимся в том, что такая конструкция обеспечивает возможность не только торможения без износа ветряной турбины 14 с вертикальной осью, но и управления ее скоростью вращения без износа во время чрезмерного ветра. В результате, настоящее изобретение также обеспечивает возможность работы ветряной турбины 14 с вертикальной осью при высоких скоростях ветра и быстро меняющихся условиях ветра (направление ветра, вихри и т.д.), при которых работа традиционных турбин 14 с вертикальной осью должна быть прекращена для предотвращения их повреждения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает вариант выполнения управляющего устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, в разобранном виде без торсионного элемента 3.
Фиг. 1а изображает вариант выполнения управляющего устройства, изображенного на фиг. 1, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, в разобранном виде без торсионного элемента 3.
Фиг. 2 изображает вариант выполнения управляющего устройства 1, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, с соединительными элементами 18.
Фиг. 3 изображает сегмент 6 воздушного крыла, содержащий несколько соединенных между собой управляющих устройств 1, выполненных в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 4 изображает вариант выполнения управляющего устройства 1, выполненного в соответствии
- 2 019262 с настоящим изобретением, установленного в сегменте 6 воздушного крыла и приводимого в действие приводом 8.
Фиг. 5 изображает профиль сегмента 6 воздушного крыла и распределение воздушного давления во время торможения, с управляющим устройством 1, выполненным в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.
Фиг. 6 изображает профиль сегмента 6 воздушного крыла и распределение воздушного потока во время торможения, с управляющим устройством 1, выполненным в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.
Фиг. 7 изображает соответственно ветровую энергетическую систему и ветровую энергетическую станцию, имеющих тип ветряной турбины 14 с вертикальной осью (УЛ^Т).
Фиг. 8 изображает поперечное сечение области переднего края 16 сегмента воздушного крыла.
Подробное описание
На фиг. 1-4 соответственно указаны направления, определенные в пространстве, имеющие три осевых направления: х, у и ζ, ради большей ясности трехмерной иллюстрации. Нужно отметить, что направления сохраняются на всех чертежах. Направление х проходит от заднего края 17 к переднему краю 16. Направление у проходит в радиальном направлении наружу относительно оси вращения ветряной турбины 14 с вертикальной осью (УЛ^Т). Направление ζ проходит снизу вверх вдоль длины сегмента воздушного крыла и вертикального сегмента 6 направляющей оси из УЛ\УТ. т.е. от основания УЛ\УТ перпендикулярно к вершине УЛ\УТ. Оно представляет собой ось, ориентированную параллельно вертикальной оси вращения УЛ\УТ.
Управляющее устройство 1, выполненное в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения, содержит три компонента: узел (не показан) пружинного элемента, содержащий по меньшей мере один торсионный элемент 3, который может содержать пружинный элемент для предварительной нагрузки аэродинамического тормоза в направлении втянутого положения. Таким образом, пружинный элемент может прикладывать силу предварительной нагрузки к аэродинамическому тормозу. Торсионный элемент обеспечивает возможность кручения узла 4 элементов массы и узла 7 элементов привода. Втянутое положение соответствует отсутствию активизации аэродинамического тормоза. Пружинный элемент выполнен как пружинный узел натяжения, но может также содержаться в торсионном элементе (например, торсионном элементе 3), как показано на фиг. 2. В одном варианте выполнения настоящего изобретения (фиг. 2) указанный торсионный элемент 3 расположен в сегменте 6 воздушного крыла таким образом, что его вращательная ось и торсионная ось соответственно проходят от переднего края 16 к заднему краю 17 сегмента 6 воздушного крыла, но также могут быть расположены иным образом, в соответствии с изобретением и в зависимости от соответствующих требований, например свободного пространства или заранее заданных внутренних конструкций. Предварительная нагрузка может удерживать аэродинамический тормоз во втянутом положении, в котором не вызывается эффект торможения. Тем не менее, могут применяться также другие виды пружинных элементов, например наполненные газом пружины, гидравлические пружины или торсионные пружины, и они должны выбираться в зависимости от требований, предъявляемых к ветряной турбине 14 с вертикальной осью.
На фиг. 1 изображены отдельные части второго 4 и третьего 7 компонентов варианта выполнения изобретения. Стрелки по отношению к номерам позиций 4 и 7 лишь указывают на принадлежность частей отдельным компонентам, при этом отдельные части, таким образом, дополнительно обеспечены соответствующими этим частям номерами позиций. Узел 4 элементов массы содержит по меньшей мере один элемент 5 массы для выдвижения аэродинамического тормоза посредством центробежной силы, вызванной достаточно быстрым вращением сегмента воздушного крыла, в направлении, противоположном направлению предварительной нагрузки пружинного элемента, при его наличии, как показано на фиг. 1а. В одном варианте выполнения элемент 5 массы распложен таким образом, что центробежная сила вызывает радиальное перемещение элемента 5 массы по отношению к оси вращения ветряной турбины 14 с вертикальной осью, т.е. в направлении у и, таким образом, по существу, перпендикулярно продольной оси сегмента воздушного крыла и вертикальному сегменту направляющей оси, который прикладывает силу посредством первого субкомпонента 12, такого как инерционный рычаг или другое рычажное устройство, для выдвижения аэродинамического тормоза.
Фиг. 1а изображает вариант выполнения настоящего изобретения, в котором соединительное устройство 11 обеспечивает синхронизацию обоих узлов для того, чтобы обеспечить возможность осуществления процесса соединения. К тому же, фиг. 1а показывает направления пружинной силы и центробежной силы, действующих на узел элементов массы. Кроме того, жесткость пружины и пружинный элемент соответственно обозначены маленькой стилизованной пружиной. Это действие пружины может быть достигнуто стилизованным элементом спиральной пружины или любой другой пружиной, такой как торсионная пружина, расположенной в торсионном элементе 3 или подобном элементе. Для большей ясности узел элементов массы обозначен горизонтальными полосами, тогда как узел элементов привода обозначен вертикальными полосами. Ограничители 9 и 10, соединительное устройство 11 и элемент массы обозначены черным цветом.
- 3 019262
Полностью выдвинутое положение соответствует активации аэродинамического тормоза (фиг. 1 и 2). Также возможен вариант выполнения изобретения, не содержащий какой-либо пружинный элемент. Как альтернатива, узел 4 элементов массы может выполнять работу пружинного элемента. В этом случае элемент 5 массы может быть расположен так, чтобы вес элемента 5 массы приводил к предварительной нагрузке аэродинамического тормоза в направлении втянутого положения с использованием рычажного устройства и/или зубчатого устройства для передачи усилия. Вес элемента 5 массы может быть эффективным в качестве силы предварительной нагрузки в отрицательном направлении ζ, тогда как центробежная сила толкает элемент 5 массы в радиальном направлении наружу по отношению к оси 15 вращения ветряной турбины 14 с вертикальной осью, т.е. в направлении у, по существу, перпендикулярно продольной оси сегмента воздушного крыла.
Во время вращения турбины 14 элемент 5 массы движется в радиальном направлении наружу благодаря центробежному ускорению (направление у на фиг. 1-4) и, тем самым, выдвигает аэродинамический тормоз, действующий против вращения ветряной турбины 14 с вертикальной осью и, таким образом, замедляющий ее. Перемещение элемента массы передается аэродинамическому тормозу благодаря изобретательскому расположению варианта выполнения, как показано на фиг. 2. Фиг. 2 изображает вариант выполнения настоящего изобретения в собранном виде. Здесь, соединительные элементы 18, например ведущие стержни или тягово-толкательные стержни, присоединены соответственно в точках А и В соединения с возможностью перемещения, так что соединительный элемент перемещается соответственно в направлении у и в отрицательном направлении у во время торможения. Конечно, настоящее изобретение не ограничивается двумя ведущими стержнями. Может быть присоединено произвольное число таких ведущих стержней. Также возможен и вариант выполнения, содержащий только один такой ведущий стержень. Аэродинамический тормоз во время полного торможения (100%) приводит к почти полному разрушению воздушного потока поверх воздушного крыла для турбины 14 с вертикальной осью. Это будет объяснено ниже более подробно.
В одном варианте выполнения узел 4 элементов массы содержит первый субкомпонент 12, имеющий первый и второй концы. Первый субкомпонент 12 неподвижно соединен с торсионным элементом между его первым и вторым концами перпендикулярно оси вращения 19 торсионного элемента. В соответствии с этим предпочтительным вариантом выполнения узел 4 элементов массы дополнительно содержит второй субкомпонент 13, имеющий первый и второй концы, причем второй субкомпонент 13 также прикреплен к торсионному элементу между своим первым и вторым концами перпендикулярно оси вращения 19 торсионного элемента, аналогично первому субкомпоненту 12, и перпендикулярно первому субкомпоненту (см. фиг. 1). Первый субкомпонент 12 и второй субкомпонент 13 соответственно могут также быть соединены в других угловых соотношениях с взаимной корреляцией, причем угловые соотношения могут быть отрегулированы специалистом в этой области техники, в зависимости от необходимости. Варьируемая регулировка угловых соотношений во время работы настоящего изобретения также возможна в дополнительном варианте выполнения. Эти субкомпоненты могут представлять собой, например, инерционные рычаги, соединительные рычаги, другие рычажные устройства, такие как стержни, трубы и т.п.
Узел пружинных элементов функционально соединен с узлом элементов массы. Это может быть непосредственное соединение посредством сварки, пайки или привинчивания узла пружинных элементов и узла 4 элементов массы друг к другу. Тем не менее, между узлом пружинных элементов и узлом элементов массы также могут быть вставлены промежуточные элементы для создания опосредованного соединения между узлом пружинных элементов и узлом элементов массы с помощью одного или большего количества промежуточных элементов. Эти элементы могут представлять собой, например, зубчатые устройства, вызывающие перенаправление силы. Поэтому также возможно, что в различных вариантах выполнения изобретения торсионный элемент и элемент 5 массы могут перемещаться в одном и том же направлении вращения или в противоположных направлениях. Субкомпоненты не обязательно должны быть симметричными.
В одном варианте выполнения изобретения элемент 5 массы предпочтительно присоединен к первому концу соединительного рычага (фиг. 1 и 4). Тем не менее, элемент 5 массы может также быть обеспечен путем выбора формы и материала непосредственно самого инерционного рычага так, что нет необходимости присоединять дополнительный элемент массы к соединительному рычагу. Когда ветряная турбина 14 с вертикальной осью работает в соответствии с изобретением, элемент 5 массы сохраняет механическую энергию, поскольку центробежная сила и центробежное ускорение соответственно воздействуют на этот элемент 5 массы вращением турбины 14, которое стремится ускорить элемент 5 массы в радиальном направлении наружу (направление у) относительно оси 15 вращения.
Узел 7 элементов привода соединен с приводом 8 (фиг. 1 и 4), который может быть приведен в действие для выдвижения аэродинамического тормоза. Узел 7 элементов привода выполнен с возможностью приведения в действие приводом 8 таким образом, чтобы аэродинамический тормоз мог быть перемещен и удержан во втянутом положении и в любом промежуточном положении между выдвинутым положением и втянутым положением соединительным устройством 11, которое будет описано более подробно ниже. Таким образом, промежуточные положения представляют собой поэтапно регулируемое аэроди
- 4 019262 намическое частичное торможение (между 0 и 100%, причем 0% соответствует полностью втянутому положению, а 100% соответствует полностью выдвинутому положению) ветряной турбины 14 с вертикальной осью, причем полностью выдвинутый аэродинамический тормоз представляет собой полное аэродинамическое торможение ветряной турбины 14 с вертикальной осью. В этом варианте выполнения привод 8 содержит регулирующий двигатель (не показан), соединенный по меньшей мере с одним рычагом 20 по меньшей мере одним соединительным элементом 18, таким как ведущий стержень. В этом варианте выполнения этот рычаг 20 установлен шарнирно на торсионном элементе, как показано на фиг. 4.
В другом варианте выполнения настоящего изобретения узел 7 элементов привода может также содержать элемент сброса (не показан), вынуждающий привод 8 выдвигать аэродинамический тормоз против действия предварительной нагрузки пружинного элемента, если привод 8 не может быть приведен в действие или содержит дефект. Это, в частности, предусмотрено для ситуации, в которой центробежная сила для выдвижения аэродинамического тормоза против действия предварительной нагрузки пружинного элемента не доступна, т.е. если ветряная турбина 14 с вертикальной осью не вращается. Этот элемент сброса может представлять собой, например, дополнительный пружинный элемент.
Узел элементов массы и узел 7 элементов привода могут быть снабжены ограничителями 9 и 10, ограничивающими свободу перемещения отдельных компонентов заранее заданным диапазоном регулировки. В зависимости от варианта выполнения один или большее количество ограничителей 9 могут применяться с одним или большим количеством компонентов. Например, вариант выполнения, изображенный на фиг. 1 и 2, содержит ограничители 9 для узла 7 элементов привода, которые определяют максимальную возможную регулировку узла элементов привода и, посредством его фиксированного соединения с узлом 4 элементов массы, также максимальную возможную регулировку узла 4 элементов массы. Поэтому узел 7 элементов привода содержит запорный рычаг 21, как показано на фиг. 1. Запорный рычаг 21 перемещается в направлении к ограничителям 9 в заранее заданных положениях ограничителей 9 и ограничивает перемещение узла элементов привода. Элемент 8 привода приводит запорный рычаг 21, опирающийся на соответствующий ограничитель 9, во втянутое положение. Тем не менее, подобные запорные рычаги 21 могут быть предусмотрены для каждого компонента настоящего изобретения, например для ограничителя 10. Сами субкомпоненты могут выполнять роль запорных рычагов 21 для ограничителей 9 и 10 так, что рычаг 21, будучи дополнительной частью, может отсутствовать.
В соответствии с изобретением соединительное устройство 11 предусмотрено для обеспечения эффективного соединения между узлом 4 элементов массы и узлом 7 элементов привода. В одном варианте выполнения (не показан) изобретения соединительное устройство 11 может быть присоединено к узлу 4 элементов привода для обеспечения возможности соединения и разъединения пружинного элемента и узла 4 элементов массы с узлом 7 элементов привода. Соединительное устройство 11 может также быть расположено около узла 7 элементов привода или в особенности у рычага 20 привода 8 для обеспечения возможности соединения и разъединения узла 7 элементов привода с узлом 4 элементов массы эффективным образом. Если соединительное устройство 11 расположено около узла элементов массы, узел 7 элементов привода может содержать соответствующую сопряженную часть для фиксирования соединения. В противном случае применимо то же самое. Таким образом, сопряженная часть является частью устройства 11.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения соединительное устройство может также представлять собой отдельную часть, как показано на фиг. 1а. Соединительное устройство 11 указанного альтернативного варианта выполнения выполняет ту же роль, что и соединительное устройство 11, которое будет объяснено более подробно ниже. Выбор, использовать ли соединительное устройство 11 или отдельное соединительное устройство 11, основывается на конкретных технических требованиях индивидуального использования и может быть сделан специалистом в данной области.
Соединительное устройство 11 выполнено с возможностью разъединения и повторного соединения между пружиной и узлом 4 элементов массы, с одной стороны, и узлом 7 элементов привода, с другой стороны.
Пока соединительное устройство 11 поддерживает связь между узлом 4 элементов массы, с одной стороны, и узлом 7 элементов привода, с другой стороны, узел 7 элементов привода прикладывает регулируемую и управляемую силу к узлу 4 элементов массы так, что элемент 5 массы не может активно преодолеть силу предварительного напряжения пружинного элемента, и при этом это не будет реагировать на центробежную силу, вызванную вращением ветряной турбины 14 с вертикальной осью. Характер движения и соответствующее положение аэродинамического тормоза управляются и определяются приводом 8. Когда аэродинамический тормоз находится в промежуточном положении между выдвинутым и втянутым положениями, положение поддерживается узлом 7 элементов привода, соединенным с приводом 8, при этом элемент 5 массы не может установить аэродинамический тормоз в выдвинутое положение посредством центробежной силы, присутствующей во время вращения турбины 14. Узел элементов привода выполнен таким образом, что он может устанавливать и поддерживать любое возможное положение аэродинамического тормоза против действия пружины (если она существует), а также против действия центробежной силы элемента 5 массы, все время, пока соединительное устройство 11 поддерживает соединение между узлом 4 элементов массы, с одной стороны, и узлом 7 элементов привода, с другой
- 5 019262 стороны. Другими словами, обеспечивается то, что управление аэродинамическим тормозом выполняется только узлом 7 элементов привода все время, пока устройство 11 поддерживает соединение между узлом элементов массы, с одной стороны, и узлом элементов привода, с другой стороны. Соединительное устройство может представлять собой, но не ограничивается этим, электромагнитный соленоид, с прикрепленным поршнем, обеспечивающим соединительное действие.
Когда соединительное устройство 11 разъединяет соединение между узлом 4 элементов массы, с одной стороны, и узлом элементов привода, прекращается удержание в определённом положении узла элементов привода. В этом разъединенном состоянии элемент 5 массы узла элементов массы больше не удерживается узлом 7 элементов привода. Поэтому центробежная сила, присутствующая во время вращения турбины 14, перемещает элемент 5 массы в радиальном направлении наружу относительно вращения ветряной турбины 14 (направление у), т.е., по существу, перпендикулярно продольной оси воздушного крыла. Поскольку этот элемент 5 массы в состоянии преодолеть воздействие пружинного элемента центробежной силой, аэродинамический тормоз в этой ситуации вынужден переместиться из текущего положения, т.е. из втянутого положения, или любого промежуточного положения в полностью выдвинутое положение. Таким образом, аэродинамический тормоз полностью активизируется; ведущий поток ветряной турбины 14 прерывается почти полностью, и вращение ветряной турбины 14 с вертикальной осью замедляется до остановки.
Отсоединение узла элементов привода от других компонентов может быть выполнено разными средствами. Например, выключатель или кнопка (не показаны) могут приводиться в действие по желанию, приводя к отсоединению. Аналогично, возможно выполнить отсоединение посредством команд электронного регулятора компьютера. В одном варианте выполнения изобретения это отсоединение вызывается перебоем питания, происходящим при возникновении ошибки, дефекта или электрического сбоя (т.е. вызванного ударом молнии) любого из компонентов ветряной турбины 14 с вертикальной осью. Таким образом, автоматическое аварийное прекращение вращения ветряной турбины 14 с вертикальной осью происходит без необходимости в активной команде, подаваемой оператором или программным обеспечением. В соответствии с другим вариантом выполнения изобретения также обеспечивается выполнение отсоединения с помощью различных средств. Соединительное устройство 11 может быть активировано как ручным переключением, так и автономно. В одном варианте выполнения изобретения соединительное устройство 11 содержит магнитное сцепление. В этом случае по меньшей мере один электромагнит (соленоид) непрерывно снабжается током для поддерживания сцепления и соединения соответственно между узлом элементов массы и пружинных элементов и узлом элементов привода. Как только ток прерывается, электромагнитное поле исчезает и, таким образом, соединение разъединяется. Посредством этого действия привод 8 теряет свое доминирующее влияние на положение аэродинамического тормоза, т.е. привод 8 и аэродинамический тормоз отсоединяются друг от друга. В результате выпускается кинетическая энергия, хранящаяся в элементе 5 массы и, таким образом, выдвигается аэродинамический тормоз.
Аэродинамический тормоз, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, содержит соответственно по меньшей мере одно выдвигающееся устройство или спойлер, присоединенный к сегменту 6 воздушного крыла ветряной турбины 14 с вертикальной осью и соединенный с управляющим устройством 1 по меньшей мере одним соединительным элементом 18 и/или по меньшей мере одним шарниром 23. Этот соединительный элемент 18 является стержневидным или трубчатым элементом. В одном варианте выполнения выдвигающееся устройство представляет собой спойлер 22, который своей поверхностью может быть расположен внутри воздушного потока так, что воздушный поток, по существу, прерывается, приводя к полному торможению. В соответствии с изобретением может быть предусмотрен спойлер 22, выступающий непосредственно из поверхности сегмента 6 воздушного крыла под определенным углом. В этом варианте выполнения шарнир 23 не требуется. В случае частичного торможения, соответствующего управлению и регулировке, соответственно изменению вращательного момента ветряной турбины 14 с вертикальной осью, воздушный поток выборочно подвергается воздействию. Поверхность расположена в воздушном потоке так, что воздушный поток ударяет о поверхность настолько перпендикулярно этой поверхности, насколько это возможно, для достижения максимальной силы торможения, и прерывая создание подъемной силы/вращательного момента, когда ветряная турбина 14 с вертикальной осью должна подвергнуться полному торможению.
В случае частичного торможения или при частичном ограничении количества вращательного момента спойлер 22 выдвигается только частично. В одном варианте выполнения изобретения выдвигающееся устройство содержит два спойлера 22 на каждое управляющее устройство 1. Тем не менее, также можно предусмотреть только один спойлер 22 или группу спойлеров 22 на каждое управляющее устройство. Вариант выполнения, изображенный на фиг. 3 и 4, содержит внутренний и внешний спойлеры 22. Все спойлеры 22 аэродинамического тормоза соединены с их соответствующими управляющими устройствами 1 таким образом, что во втянутом положении они расположены на одном уровне с поверхностью сегмента 6 воздушного крыла, т.е. убраны, или, по существу, перпендикулярны ведущему воздушному потоку, когда их поверхности находятся в выдвинутом положении. В соответствии с одним вариантом выполнения изобретения спойлеры 22, расположенные напротив друг друга, выдвигаются в противопо
- 6 019262 ложных направлениях относительно друг друга, так как они установлены на противоположных сторонах воздушного крыла для воздействия на ведущий поток с обеих сторон. Также возможно, чтобы спойлеры были 22 расположены в полости сегмента 6 воздушного крыла, когда они находятся во втянутом положении, и покидают полость, по меньшей мере частично, во время выдвижения. В одном варианте выполнения несколько групп спойлеров 22 соединены друг с другом соединенными между собой субкомпонентами, например вторым субкомпонентом 13, так чтобы движения спойлеров 22 были одинаковы и/или симметричны. Тем не менее, спойлеры 22 могут быть соединены друг с другом соединенными между собой субкомпонентами так, чтобы их совместное движение было асимметрично, т.е. чтобы спойлеры 22 выдвигались одновременно или с задержкой по времени в положениях, отличных друг от друга. Специалист в данной области знаком с необходимыми вследствие этого передаточными устройствами механического преимущества, и поэтому они не описаны более подробно в этом документе.
В варианте выполнения, изображенном на фиг. 3, аэродинамический тормоз и спойлеры 22 соответственно перемещаются симметрично. Тем не менее, в соответствии с изобретением также возможно, чтобы спойлеры 22 перемещались асимметрично друг относительно друга. Это может легко быть отрегулировано в зависимости от требований путем использования различных длин соединительных элементов 18 или различных передаточных чисел, например, в данном случае в этом варианте выполнения соединительные элементы 18, расположенные на различных расстояниях от торсионного элемента (здесь торсионный элемент 3), могут быть использованы в узле элементов массы.
В соответствии с изобретением большое количество управляющих устройств 1 может также управляться в связанном режиме, как можно видеть на фиг. 3. Они соединены друг с другом соединительными элементами 18, присоединенными с возможностью перемещения к соответствующему управляющему устройству 1. В этом варианте выполнения соединительные элементы 18 соединены с узлом 4 элементов массы в точках С и Ό. Таким образом, выдвижение и перемещение назад спойлера 22 или пары спойлеров 22 аэродинамического тормоза могут быть переданы дополнительным спойлерам 22.
Сегмент 6 воздушного крыла может в соответствии с настоящим изобретением также содержать большое количество управляющих устройств 1. Более того, воздушное крыло может быть выполнено из большого количества сегментов 6 воздушного крыла, содержащих управляющие устройства 1, выполненные в соответствии с настоящим изобретением. Воздушные крылья, содержащие в соответствии с настоящим изобретением управляющие устройства 1, предназначены для ветряных турбин с вертикальной осью 14, но они могут также использоваться в других технических применениях.
В сущности, также раскрыт способ управления в соответствии с изобретением для аэродинамического торможения ветровой энергетической системы, содержащей управляющее устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением. Этот способ торможения может быть инициирован оператором, электронным способом, например компьютером или автономно. Автономное инициирование является реакцией на дефект или сбой в ветровой энергетической системе. Предложенный способ включает сначала отсоединение узла элементов массы и пружинных элементов и узла элементов привода. Это выполняется посредством соединительного устройства 11, например электромагнитного сцепления. В одном варианте выполнения изобретения электромагнитное сцепление непрерывно обеспечивается электроэнергией для поддержания соединения между узлом элементов массы и пружинных элементов и узлом элементов привода. В случае дефекта или сбоя в ветровой энергетической системе, в особенности в управляющем устройстве 1, электропитание прерывается и соединение узла элементов массы и пружинных элементов и узла элементов привода разъединяется, при этом узлы 4 и 7 разъединяются.
В результате отсоединения узла 4 элементов массы и пружинных элементов и узла 7 элементов привода аэродинамический тормоз выдвигается, по существу, в положение до перпендикулярного направлению вращения сегмента 6 воздушного крыла путем перемещения узла 4 элементов массы центробежной силой. В частности, спойлеры 22 помещаются в поток ветра так, что они расположены настолько перпендикулярно ведущему воздушному потоку, насколько это возможно. Характеристики потока сегмента 6 воздушного крыла изменяются так, что ведущий поток ветровой энергетической системы становится турбулентным и создание подъемной силы (вращательного момента) прерывается. Из-за убывания ведущего потока ветряная турбина 14 с вертикальной осью больше не в состоянии аккумулировать ветровую энергию. К тому же, спойлеры 22, расположенные перпендикулярно направлению ветра, образуют преграду для ветрового потока так, что любое вращение ветряной турбины 14 с вертикальной осью замедляется. Это может привести к полной остановке вращения, что приведет к прекращению работы ветровой энергетической системы. Само собой разумеется, что все варианты выполнения настоящего изобретения могут быть объединены друг с другом.
Фиг. 5 и 6 иллюстрируют тормозящее действие аэродинамического тормоза в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. На обоих чертежах изображен разрез сегмента 6 воздушного крыла. Фиг. 5 показывает распределение воздушного давления, а фиг. 6 показывает распределение воздушного потока в случае торможения. На фиг. 6 можно легко увидеть, что спойлеры 22 образуют преграду для ведущего воздушного потока в направлении от переднего края 16 так, что ведущий поток прерывается, и изменение направления потока на обратное происходит в области за спойлером 22 и к заднему краю 17. Таким образом, сегмент 6 воздушного крыла больше не может преобразовывать энергию
- 7 019262 ветра во вращательную энергию. Распределение воздушного давления на фиг. 6 показывает, что отрицательное давление нарастает в области за спойлером 22 и к заднему краю 17. По сравнению с нормальным давлением окружающей среды, принятым в качестве нулевого уровня, силовой эффект действует против направления движения сегмента 6 воздушного крыла. Тем не менее, перед спойлером 22 и у переднего края 16 накапливается избыточное давление, по сравнению с давлением окружающей среды, принятым в качестве нулевого уровня. Избыточное давление теперь также действует против направления движения сегмента 6 воздушного крыла, при этом вращение сегмента 6 ротора замедляется. Само собой разумеется, что все варианты выполнения настоящего изобретения могут быть объединены друг с другом.
Ветровая энергетическая система, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, содержит по меньшей мере один ротор и вертикальную направляющую воздушного крыла, содержащую, по меньшей мере, сегмент 6 воздушного крыла, содержащий управляющее устройство 1, выполненное в соответствии с изобретением, для аэродинамического тормоза, и по меньшей мере одно устройство диссипации энергии. Устройство диссипации энергии может представлять собой, например, электрический генератор, рассеивающий механическую энергию, обеспечиваемую соответственно вращением ротора и вертикальной направляющей воздушного крыла, содержащего по меньшей мере один сегмент 6 воздушного крыла, в электроэнергию. Тем не менее, это устройство диссипации энергии может также быть другим устройством, например насосом, дробилкой и т.п. На фиг. 7 изображены соответственно ветровая энергетическая станция и ветровая энергетическая система типа ветряной турбины 14 с вертикальной осью (УЛ^Т), оборудованная управляющим устройством 1, выполненным в соответствии с настоящим изобретением.
Далее, в ветровой энергетической системе, выполненной в соответствии с изобретением, предусмотрено нагревательное устройство. Эго нагревательное устройство (фиг. 8), являющееся конструктивной частью, образующей передний край, передает часть вторичной энергии, обеспечиваемой электрическими и/или механическими устройствами преобразования энергии, во внутреннюю часть переднего края по меньшей мере одного сегмента 6 воздушного крыла, для нагревания переднего края по меньшей мере одного сегмента 6 воздушного крыла. Вторичная тепловая энергия берется из устройства диссипации энергии и направляется непосредственно во внутреннюю часть переднего края по меньшей мере одного сегмента 6 воздушного крыла. В соответствии с одним вариантом выполнения, тепловая энергия направляется только вдоль внутренней части переднего края 16 (фиг. 8), т.е. во внутренней фронтальной области 24 сегмента 6 воздушного крыла, так как известно, что наиболее значительное образование льда происходит у переднего края 16. Если устройство диссипации энергии представляет собой электрический генератор, то электроэнергия электрического генератора может также быть использована для нагревания внутренней части по меньшей мере одного сегмента 6 воздушного крыла, если электрическое нагревательное устройство при этом работает во внутренней части сегмента 6 воздушного крыла. Само собой разумеется, что для нагревания переднего края сегмента 6 воздушного крыла могут быть использованы все применимые виды энергии, при этом они могут быть объединены друг с другом для достижения оптимального нагревания переднего края сегмента воздушного крыла в случае конкретного применения.
Предусмотрено управляющее устройство, выполненное в соответствии с приведенным выше описанием, в котором инерционный рычаг неподвижно соединен с торсионным элементом 3 между первым и вторым концами инерционного рычага перпендикулярно оси вращения.
Управляющее устройство, выполненное в соответствии с приведенным выше описанием, в котором соединительный рычаг неподвижно соединен с торсионным элементом 3 между первым и вторым концами соединительного рычага перпендикулярно оси вращения и перпендикулярно инерционному рычагу.
Все описанные выше варианты выполнения, версии и частичные аспекты настоящего изобретения могут быть объединены друг с другом. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением в вертикальных ветряных турбинах 14 с вертикальной осью могут быть использованы многочисленные управляющие устройства 1, которые могут управляться независимо друг от друга или быть связаны друг с другом. Управляющие устройства 1, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, также могут управляться независимо друг от друга в пределах одной ветряной турбины 14 с вертикальной осью.
Хотя варианты выполнения настоящего изобретения являются лишь иллюстративными, они не должны интерпретироваться как ограничивающие объем прилагаемой формулы изобретения. Специалистам в данной области известно, что к описанным вариантам выполнения могут быть применены различные модификации и изменения и что большое количество других конфигураций или комбинаций каждого из вариантов выполнения могут привести к тому же самому результату, не отступая от объема настоящей формулы изобретения. Фактически, настоящее изобретение предлагает решения для других задач и использование для других применений. Приложенной формулой изобретения заявитель преднамеренно охватывает все такие применения настоящего изобретения и изменения и модификации, которые могут быть применены к вариантам выполнения в силу раскрытия, не отступая от сущности и объема настоящего изобретения.
Большое количество модификаций и изменений настоящего изобретения возможно в свете приведенного выше описания. Поэтому следует понимать, что в рамках объема формулы изобретения изобре
- 8 019262 тение может быть применено иначе, чем конкретно описано.
Список номеров позиций:
I - управляющее устройство;
- торсионный элемент;
- узел элементов массы;
- элемент массы;
- сегмент воздушного крыла;
- узел элементов привода;
- привод;
- ограничители;
- ограничитель;
II - соединительное устройство;
- первый субкомпонент;
- второй субкомпонент;
- турбина с вертикальной осью;
- ось вращения;
- передний край;
- задний край;
- соединительный элемент;
- ось вращения торсионного элемента;
- рычаг;
- запорный рычаг;
- спойлер;
- шарнир;
А - точка присоединения для соединительного элемента 18 между 4 и 22;
В - точка присоединения для соединительного элемента 18 между 4 и 22;
С - точка присоединения для соединительного элемента 18 между смежными управляющими устройствами 1;
Ό - точка присоединения для соединительного элемента 18 между смежными управляющими устройствами 1;
Е - точка присоединения для привода 8.
Claims (24)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Ветряная турбина (14) с вертикальной осью (15) вращения, включающая в себя по меньшей мере один ротор, содержащий по меньшей мере один сегмент (6) воздушного крыла, который имеет спойлеры (22), выполненные, по меньшей мере, с возможностью выдвижения и втягивания, при этом сегмент (6) воздушного крыла закреплен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси (15) вращения;по меньшей мере одно управляющее устройство (1) для управления спойлерами (22), при этом управляющее устройство содержит первый компонент, включающий по меньшей мере один пружинный элемент (3), второй компонент (4), включающий по меньшей мере один элемент (5) массы, расположенный на первом субкомпоненте (12), при этом первый субкомпонент (12) закреплен с возможностью вращения вокруг оси (19) вращения, третий компонент (7), включающий привод, причем третий компонент соединен с возможностью отсоединения со вторым компонентом (4);при этом на первом субкомпоненте (12) выполнены по меньшей мере две точки (А, В) соединения так, что они, по существу, противоположны друг другу относительно оси (19) вращения, к каждой из которых присоединен один соединительный элемент (18), каждый из которых соединяет управляющее устройство (1) с одним спойлером (22) турбины (14) с вертикальной осью, при этом управляющие устройства (1) управляют спойлерами (22) в противоположных направлениях посредством соединительных элементов (18) при повороте первого субкомпонента (12), обусловленном действием центробежной силы на элемент (5) массы.
- 2. Ветряная турбина (14) по п.1, в которой первый компонент соединен со вторым компонентом (4) с возможностью передачи усилия.
- 3. Ветряная турбина (14) по п.1 или 2, в которой второй компонент (4) ограничен заранее заданным диапазоном регулировки перемещения посредством ограничителя (9).
- 4. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-3, в которой второй компонент (4) содержит соединительное устройство, которое соединяет или разъединяет второй компонент (4) и третий компонент (7) при необходимости.
- 5. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-3, в которой третий компонент (7) содержит соедини- 9 019262 тельное устройство, которое соединяет или разъединяет второй компонент (4) и третий компонент (7) при необходимости.
- 6. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-5, в которой привод третьего компонента (7) выполнен в виде сервопривода.
- 7. Ветряная турбина (14) по любому из пп.4-6, в которой посредством соединения второго (4) и третьего (7) компонентов соединительное устройство предотвращает выдвижение наружу аэродинамического тормоза, обусловленное центробежной силой.
- 8. Ветряная турбина (14) по любому из пп.4-6, в которой посредством разъединения второго (4) и третьего (7) компонентов соединительное устройство (10) обеспечивает выдвижение наружу аэродинамического тормоза, обусловленное центробежной силой.
- 9. Ветряная турбина (14) по любому из пп.4-8, в которой третий компонент (7) обеспечивает перемещение первого и второго (4) компонентов до тех пор, пока соединительное устройство соединяет третий (7) компонент со вторым (4) компонентом.
- 10. Ветряная турбина (14) по любому из пп.4-9, в которой соединительное устройство выполнено с возможностью разъединения второго (4) и третьего (7) компонентов, если третий компонент (7), по меньшей мере частично, вышел из строя.
- 11. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-10, в которой пружинный элемент (3) является торсионным элементом.
- 12. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-11, в которой первый субкомпонент (12) прочно соединен с пружинным элементом (3), под прямым углом к оси вращения, между первым и вторым концами первого субкомпонента (12).
- 13. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-12, в которой второй компонент (4) также содержит второй субкомпонент (13), который прочно соединен с пружинным элементом (3), под прямым углом к оси вращения и под прямым углом к первому субкомпоненту (12), между первым и вторым концами второго субкомпонента (13).
- 14. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-13, в которой пружинный элемент (3) проходит от края (16) сегмента (6) воздушного крыла к заднему краю (17) сегмента (6) воздушного крыла.
- 15. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-14, в которой спойлеры (22) расположены на внешней поверхности сегмента (6) воздушного крыла так, что плоскость спойлеров (22) может быть выдвинута наружу от положения, параллельного направлению вращения сегмента (6) воздушного крыла, в положение с прямым углом к направлению вращения сегмента (6) воздушного крыла так, что спойлеры (22) располагаются под прямым углом к набегающему потоку.
- 16. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-15, в которой второй компонент (4) с элементом (5) массы расположен так, что при вращении ротора элемент (5) массы перемещается центробежной силой радиально наружу.
- 17. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-16, в которой третий (7) компонент также содержит возвращающий элемент, который воздействует на привод (8) так, что выдвигает аэродинамический тормоз наружу против предварительного натяжения пружинного элемента (3), если привод (8) не активирован.
- 18. Ветряная турбина (14) по любому из пп.2-17, содержащая множество управляющих устройств (1), при этом управляющие устройства (1) соединены по меньшей мере с одним соединяющим устройством для передачи вращательных движений вторых компонентов между собой.
- 19. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-18, также содержащая по меньшей мере одно устройство преобразования энергии.
- 20. Ветряная турбина (14) по любому из пп.1-19, также содержащая нагревательное устройство для передачи энергии от устройства преобразования энергии во внутреннюю часть сегмента (6) воздушного крыла для нагревания сегмента воздушного крыла изнутри.
- 21. Способ аэродинамического торможения ветровой турбины с вертикальной осью по пп.1-20, включающий этапы, на которых отсоединяют второй компонент (4) от третьего компонента (7);выдвигают наружу спойлеры (22) в положение, по существу, с прямым углом к направлению вращения сегмента (6) воздушного крыла путем перемещения второго компонента (4) посредством центробежной силы;тем самым изменяют аэродинамические характеристики сегмента (6) воздушного крыла так, чтобы прерывать, по меньшей мере частично, набегающий поток ветровой турбины (14) с вертикальной осью, что приводит к торможению ветровой турбины.
- 22. Способ по п.21, в котором отсоединение инициируют отказом третьего компонента (7).
- 23. Способ по п.21 или 22, в котором отсоединение инициируют разрывом электрического тока в соединительном устройстве.
- 24. Способ по любому из пп.21-23, отличающийся тем, что осуществляют частичное торможение или полное торможение ветровой турбины (14) с вертикальной осью.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP08001625A EP2085610B1 (de) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Vertikalachsen-Windturbine mit Steuerungsvorrichtung sowie Verfahren zum aerodynamischen Bremsen |
| PCT/EP2009/000385 WO2009095181A1 (en) | 2008-01-29 | 2009-01-22 | Control device and method for an aerodynamic brake of a wind energy converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201001218A1 EA201001218A1 (ru) | 2011-02-28 |
| EA019262B1 true EA019262B1 (ru) | 2014-02-28 |
Family
ID=39768621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201001218A EA019262B1 (ru) | 2008-01-29 | 2009-01-22 | Ветряная турбина с вертикальной осью вращения и способ аэродинамического торможения такой турбины |
Country Status (15)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8734104B2 (ru) |
| EP (2) | EP2085610B1 (ru) |
| CN (1) | CN102105683B (ru) |
| AT (1) | ATE484672T1 (ru) |
| CY (2) | CY1111090T1 (ru) |
| DE (2) | DE202008017917U1 (ru) |
| DK (2) | DK2085610T3 (ru) |
| EA (1) | EA019262B1 (ru) |
| ES (2) | ES2354484T3 (ru) |
| HK (2) | HK1146101A1 (ru) |
| HR (1) | HRP20100722T1 (ru) |
| PL (2) | PL2085610T3 (ru) |
| PT (2) | PT2258944E (ru) |
| SI (2) | SI2258944T1 (ru) |
| WO (1) | WO2009095181A1 (ru) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7944067B2 (en) * | 2008-04-01 | 2011-05-17 | General Electric Company | System and method for reducing rotor loads in a wind turbine upon detection of blade-pitch failure and loss of counter-torque |
| US8491262B2 (en) | 2011-10-27 | 2013-07-23 | General Electric Company | Method for shut down of a wind turbine having rotor blades with fail-safe air brakes |
| DE102012010452B3 (de) * | 2012-05-26 | 2013-10-10 | Envento Windenergie GmbH | Aerodynamische Bremse |
| DE102012213213B4 (de) | 2012-07-26 | 2014-07-10 | Philipp Mengelkamp | Schwimmplattform für Windkraftturbinen |
| US20140110947A1 (en) * | 2012-10-24 | 2014-04-24 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine generator having an eddy current brake, wind turbine having such a generator, and associated methods |
| US9388791B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-07-12 | Frontier Wind, Llc | Mounting arrangement for load compensating device |
| US9267491B2 (en) | 2013-07-02 | 2016-02-23 | General Electric Company | Wind turbine rotor blade having a spoiler |
| CN103527409B (zh) * | 2013-08-23 | 2017-08-29 | 上海乐普能源科技发展有限公司 | 一种用于在紧急情况下制动风力机的方法和装置 |
| US10655603B2 (en) * | 2017-11-13 | 2020-05-19 | Noel Richard Potter | Vane pitch control of a wind turbine assembly |
| CN109869272B (zh) * | 2019-04-22 | 2020-11-10 | 青岛百恒新能源技术有限公司 | 一种风力发电机制动设备 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4111601A (en) * | 1977-02-02 | 1978-09-05 | Richard Joseph G | Adjustable windmill |
| US4355955A (en) * | 1981-04-06 | 1982-10-26 | The Boeing Company | Wind turbine rotor speed control system |
| US4565929A (en) * | 1983-09-29 | 1986-01-21 | The Boeing Company | Wind powered system for generating electricity |
| US4692095A (en) * | 1984-04-26 | 1987-09-08 | Sir Henry Lawson-Tancred, Sons & Co. Ltd. | Wind turbine blades |
| GB2227286A (en) * | 1989-01-17 | 1990-07-25 | Howden Wind Turbines Limited | Control of a wind turbine and adjustable blade therefor |
| US5269652A (en) * | 1988-12-23 | 1993-12-14 | Helge Petersen | Aerodynamic brake on a wind rotor for a windmill |
| US5456579A (en) * | 1994-05-31 | 1995-10-10 | Olson; Timothy G. | Wind turbine blade with governor for maintaining optimum rotational speeds |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB193827A (en) * | 1922-02-23 | 1924-03-20 | Anton Flettner | Improvements relating to propellers, turbines and the like |
| US2058500A (en) * | 1936-04-06 | 1936-10-27 | Frederic C Plucker | Wind propelled electric generator |
| US2148921A (en) * | 1938-04-12 | 1939-02-28 | Walter J Allen | Governor mechanism |
| GB578676A (en) * | 1943-07-14 | 1946-07-08 | Nicholas Redmond | Improvements in means of speed control of wind driven engines |
| US2480687A (en) * | 1944-12-06 | 1949-08-30 | Wincharger Corp | Governor for wind-driven propellers |
| FR1006698A (fr) * | 1948-02-11 | 1952-04-25 | Scient Et Tech Bureau Et | Procédé de limitation du couple moteur des roues éoliennes et roue éolienne en comportant application |
| FR990595A (fr) * | 1949-07-13 | 1951-09-24 | Des Procedes Chevreau Et Devil | Dispositif régulateur aérodynamique à commande automatique pour pales d'aéromoteur et autres applications |
| US2688285A (en) * | 1952-03-13 | 1954-09-07 | Stockett | Variable stroke control windmill |
| US4180372A (en) * | 1977-03-02 | 1979-12-25 | Grumman Corporation | Wind rotor automatic air brake |
| GB1588694A (en) * | 1978-05-30 | 1981-04-29 | British Aerospace | Bladed rotor control systems |
| US5375324A (en) * | 1993-07-12 | 1994-12-27 | Flowind Corporation | Vertical axis wind turbine with pultruded blades |
| US5487645A (en) * | 1994-11-18 | 1996-01-30 | Alliedsignal Inc. | Ram air turbine with secondary governor |
| US7217091B2 (en) * | 2004-07-20 | 2007-05-15 | General Electric Company | Methods and apparatus for deicing airfoils or rotor blades |
| JPWO2006095396A1 (ja) * | 2005-03-07 | 2008-08-14 | 株式会社アイ・ピー・ビー | 垂直軸風車用ブレードとそれを備えた揚力型垂直軸風車 |
| PL1839492T3 (pl) * | 2006-03-27 | 2012-02-29 | Nestec Sa | Micele białka serwatkowego |
-
2008
- 2008-01-29 DE DE202008017917U patent/DE202008017917U1/de not_active Expired - Lifetime
- 2008-01-29 PL PL08001625T patent/PL2085610T3/pl unknown
- 2008-01-29 PT PT101745024T patent/PT2258944E/pt unknown
- 2008-01-29 PL PL10174502T patent/PL2258944T3/pl unknown
- 2008-01-29 PT PT08001625T patent/PT2085610E/pt unknown
- 2008-01-29 ES ES08001625T patent/ES2354484T3/es active Active
- 2008-01-29 DK DK08001625.6T patent/DK2085610T3/da active
- 2008-01-29 DE DE502008001518T patent/DE502008001518D1/de active Active
- 2008-01-29 SI SI200831252T patent/SI2258944T1/sl unknown
- 2008-01-29 EP EP08001625A patent/EP2085610B1/de active Active
- 2008-01-29 EP EP10174502.4A patent/EP2258944B1/de active Active
- 2008-01-29 SI SI200830130T patent/SI2085610T1/sl unknown
- 2008-01-29 AT AT08001625T patent/ATE484672T1/de active
- 2008-01-29 DK DK10174502.4T patent/DK2258944T3/da active
- 2008-01-29 ES ES10174502.4T patent/ES2490242T3/es active Active
-
2009
- 2009-01-22 EA EA201001218A patent/EA019262B1/ru unknown
- 2009-01-22 US US12/865,278 patent/US8734104B2/en active Active
- 2009-01-22 CN CN200980103412.5A patent/CN102105683B/zh active Active
- 2009-01-22 WO PCT/EP2009/000385 patent/WO2009095181A1/en active Application Filing
-
2010
- 2010-12-27 HR HR20100722T patent/HRP20100722T1/hr unknown
-
2011
- 2011-01-05 CY CY20111100024T patent/CY1111090T1/el unknown
- 2011-01-13 HK HK11100300.2A patent/HK1146101A1/xx unknown
- 2011-12-07 HK HK11113230.0A patent/HK1159209A1/xx unknown
-
2014
- 2014-08-04 CY CY20141100597T patent/CY1115434T1/el unknown
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4111601A (en) * | 1977-02-02 | 1978-09-05 | Richard Joseph G | Adjustable windmill |
| US4355955A (en) * | 1981-04-06 | 1982-10-26 | The Boeing Company | Wind turbine rotor speed control system |
| US4565929A (en) * | 1983-09-29 | 1986-01-21 | The Boeing Company | Wind powered system for generating electricity |
| US4692095A (en) * | 1984-04-26 | 1987-09-08 | Sir Henry Lawson-Tancred, Sons & Co. Ltd. | Wind turbine blades |
| US5269652A (en) * | 1988-12-23 | 1993-12-14 | Helge Petersen | Aerodynamic brake on a wind rotor for a windmill |
| GB2227286A (en) * | 1989-01-17 | 1990-07-25 | Howden Wind Turbines Limited | Control of a wind turbine and adjustable blade therefor |
| US5456579A (en) * | 1994-05-31 | 1995-10-10 | Olson; Timothy G. | Wind turbine blade with governor for maintaining optimum rotational speeds |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2085610B1 (de) | 2010-10-13 |
| PL2258944T3 (pl) | 2014-10-31 |
| EA201001218A1 (ru) | 2011-02-28 |
| WO2009095181A1 (en) | 2009-08-06 |
| CN102105683B (zh) | 2015-06-03 |
| CN102105683A (zh) | 2011-06-22 |
| DK2085610T3 (da) | 2011-01-24 |
| PT2085610E (pt) | 2010-12-27 |
| HRP20100722T1 (hr) | 2011-02-28 |
| SI2085610T1 (sl) | 2011-02-28 |
| US8734104B2 (en) | 2014-05-27 |
| PL2085610T3 (pl) | 2011-04-29 |
| DE202008017917U1 (de) | 2010-11-04 |
| DE502008001518D1 (de) | 2010-11-25 |
| EP2085610A1 (de) | 2009-08-05 |
| HK1146101A1 (en) | 2011-05-13 |
| HK1159209A1 (en) | 2012-07-27 |
| EP2258944A1 (de) | 2010-12-08 |
| CY1111090T1 (el) | 2015-06-11 |
| ES2354484T3 (es) | 2011-03-15 |
| PT2258944E (pt) | 2014-08-25 |
| DK2258944T3 (da) | 2014-08-04 |
| ATE484672T1 (de) | 2010-10-15 |
| ES2490242T3 (es) | 2014-09-03 |
| US20110002772A1 (en) | 2011-01-06 |
| SI2258944T1 (sl) | 2014-09-30 |
| CY1115434T1 (el) | 2017-01-04 |
| EP2258944B1 (de) | 2014-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA019262B1 (ru) | Ветряная турбина с вертикальной осью вращения и способ аэродинамического торможения такой турбины | |
| DK178156B1 (en) | Method for shut down of a wind turbine having rotor blades with fail-safe air brakes | |
| JP6803490B2 (ja) | 反トルクシステムを備えたヘリコプタ | |
| US20120134814A1 (en) | Wind turbine rotor blade with fail-safe air brake flaps | |
| US10184455B2 (en) | Wind turbine of low wind speeds | |
| EP2764238B1 (en) | Wind turbine having flow-aligned blades | |
| AU2009208761A1 (en) | Retractable blade structure with a split trailing edge | |
| JP4982733B2 (ja) | 空力的調速機構を備える縦軸型直線翼風車 | |
| CN103256181B (zh) | 离心调速折尾偏航式风力发电机 | |
| CN102322394A (zh) | 一种风机变桨*** | |
| KR20200091207A (ko) | 풍력발전기용 브레이크 | |
| EP2836705A1 (en) | Shrouded fluid turbine with hybrid active and passive yaw system having torque limiting mechanism | |
| JP2014181711A (ja) | 負荷補償デバイスのためのフェールセーフデバイス | |
| US20120134830A1 (en) | Safety System for Wind Turbines and Related Wind Turbine | |
| US4443155A (en) | Wind rotor thrust-actuated brake | |
| GB2459453A (en) | Aerodynamic overspeed limitation for wind turbine rotor(s) | |
| KR100924003B1 (ko) | 다단 블레이드 풍력 발전 시스템 | |
| WO2012111022A1 (en) | Speed control of wind turbine by implying drag using centrifugal control | |
| CN204344378U (zh) | 具有大风保护功能的微风启动发电机 | |
| KR20130046871A (ko) | 풍력 터빈 블레이드 가변 피치 제어 장치 | |
| CN204738908U (zh) | 小型风力发电机组自主偏航式尾翼偏航力矩控制机构 | |
| KR101502884B1 (ko) | 풍력 터빈의 비상제동 장치 | |
| EP2836701A1 (en) | Shrouded fluid turbine with active and passive yaw control | |
| CN104500345A (zh) | 具有大风保护功能的微风启动发电机 | |
| CN201386619Y (zh) | 风力发电机组叶片 |