RU2076946C1 - Wind-electric power plant - Google Patents

Abstract

FIELD: wind-power engineering. SUBSTANCE: plant has tower 1 with wind-vane stabilizer 3 and casing 4 housing windwheels 5, 6 rigidly coupled with rotor 7 and concentrator 8 of electric generator, respectively, and mounted in bearings 9, 10, each joined with casing 4 by three streamlined spokes 11. Current collector placed on housing of bearing 10 is not shown. Vortex concentrator 13 mounted upstream of contraction in casing 4 on brackets 12 is built up of two flat isosceles triangle pieces joined together and free to rotate in bushes 14 at ends of brackets 12; spiral springs arranged concentrically to bushes 14 have their outer ends attached to brackets 12 and inner ends, to trunnions of vortex concentrator 13 rotating depending on wind stream head on vortex concentrator proper and on pendent tail ends 16 fixed to it. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно, к ветроустановкам, имеющим генератор с ротором и контрротором. Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, а также в любой отрасли народного хозяйства или исследовательской деятельности, где доступно использование энергии ветра. The invention relates to wind energy, namely, wind turbines having a generator with a rotor and a counter-rotor. The invention can be used in agriculture, as well as in any branch of the national economy or research, where the use of wind energy is available.

К настоящему времени известно значительное число ветроэлектрогенераторов или ветроэлектрических установок, имеющих два ветровых колеса (ВК) противоположного по отношению друг к другу направления вращения (см. а.с. СССР N 1402706, кл. F 03 D 1/02, 1988 г.). To date, a significant number of wind power generators or wind power plants having two wind wheels (VK) of the opposite direction of rotation relative to each other is known (see AS USSR N 1402706, class F 03 D 1/02, 1988) .

Недостатками их являются недостаточная компактность, отсутствие какой-либо степени саморегулирования скорости вращения ветроколес, чрезмерно большой момент инерции вращающихся масс (как в приведенном выше примере), тихоходность используемых ветроколес. Their disadvantages are insufficient compactness, the absence of any degree of self-regulation of the speed of rotation of the wind wheels, an excessively large moment of inertia of the rotating masses (as in the above example), the low-speed speed of the used wind wheels.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство для преобразования энергии ветра, содержащее несущий горизонтальный корпус и размещенный в этом корпусе электрогенератор, имеющий внутренний и наружный роторы, а также два ветровых колеса (ВК), соединенных непосредственно каждое с одним из роторов генератора, и опирающихся на передний и задний концы упомянутого выше корпуса (см. патент США N 4213057, кл. F 03 D 1/02, опублик. 1980 г.). The prototype of the invention is a device for converting wind energy, containing a horizontal bearing housing and placed in this housing an electric generator having internal and external rotors, as well as two wind wheels (VK), connected directly to each of one of the generator rotors, and resting on the front and the rear ends of the aforementioned body (see US patent N 4213057, CL F 03 D 1/02, published. 1980).

Недостатками прототипа являются недостаточная его комплектность и неприспособленность к какой-либо степени саморегулирования скорости вращения ВК в зависимости от изменения силы ветра, что приводит к снижению КПД устройства. The disadvantages of the prototype are its insufficient completeness and inability to any degree of self-regulation of the speed of rotation of the VC depending on changes in wind power, which leads to a decrease in the efficiency of the device.

Целью предлагаемого изобретения является повышение КПД ветроэлектрической установки (ВЗУ). The aim of the invention is to increase the efficiency of a wind power installation (VZU).

Поставленная цель достигается помещением ВК внутрь корпуса диффузорных поясов и использованием вихреконцентратора (ВИК). This goal is achieved by placing the VC inside the body of the diffuser belts and using a vortex concentrator (VIC).

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез установки по оси генератора; на фиг.2 вид установки в плане. In FIG. 1 shows a vertical section of the installation along the axis of the generator; figure 2 view of the installation in plan.

Предлагаемая ветроэлектрическая установка содержит башню 1 (см.фиг.1), несущую поворотную площадку 2, имеющую флюгерный стабилизатор 3 и корпус 4, внутри которого размещены ветроколеса 5 и 6, жестко соединенные соответственно с ротором 7 и контрротором 8 электрогенератора, и вращающиеся в подшипниках 9 и 10, которые соединены с корпусом 4 тремя обтекаемыми спицами 11 каждый. Токосъемное приспособление, расположенное на корпусе подшипника 10, не изображено. The proposed wind power installation includes a tower 1 (see figure 1), bearing a rotary platform 2, having a vane stabilizer 3 and a housing 4, inside of which wind wheels 5 and 6 are placed, rigidly connected respectively to the rotor 7 and the counter-rotor 8 of the electric generator, and rotating in bearings 9 and 10, which are connected to the housing 4 by three streamlined spokes 11 each. A current collector located on the bearing housing 10 is not shown.

Перед конфузором корпуса 4 на кронштейнах 12 расположен вихреконцентратор 13, состоящий из двух плоских равнобедренных треугольников, скрепленных вместе и имеющих возможность вращения во втулках 14, которыми заканчиваются кронштейны 12, причем концентрично втулкам 14 расположены спиральные пружины 15, укрепленные наружными концами на кронштейнах 12, а внутренними концами на цапфах вихреконцентратора 13, вращение которого зависит от напора ветрового потока на сам вихреконцентратор 13 и на жестко скрепленные с ним парусные хвостовики 16. In front of the confuser of the housing 4 on the brackets 12 there is a vortex concentrator 13, consisting of two flat isosceles triangles, fastened together and capable of rotation in the bushings 14, which end the brackets 12, and the springs 15 are arranged concentrically to the bushings 14, strengthened by the outer ends on the brackets 12, and the inner ends on the pins of the vortex concentrator 13, the rotation of which depends on the pressure of the wind flow on the vortex concentrator 13 itself and on the sail shanks 16 rigidly attached to it.

ВК 5 и ВК 6 являются трехлопастными быстроходными ветроколесами, лопасти которых способны под аварийным напором ветрового потока изменять угол своего положения, снижая тем самым скорость вращения и свой вращающий момент, причем расположение лопастей обеспечивает противоположное направление вращения ВК 5 и ВК 6 друг по отношению к другу. VK 5 and VK 6 are three-bladed high-speed wind wheels, the blades of which are capable of changing the angle of their position under the emergency pressure of the wind flow, thereby reducing the speed of rotation and their own torque, and the location of the blades provides the opposite direction of rotation of the VK 5 and VK 6 with respect to each other .

Предлагаемая ветроэлектрическая установка (ВЭУ) работает следующим образом. При номинальной скорости ветрового потока Вихреконцентратор (ВИК) 13 располагается так, что образуемый им вихрь частично отсекается верхней частью кромки конфузора корпуса 4, а ВК 5 с ротором 7 и ВК 6 с контрротором 8 имеют номинальную скорость вращения. The proposed wind power installation (wind turbine) works as follows. At the nominal speed of the wind flow, the Vortex Concentrator (VIC) 13 is located so that the vortex formed by it is partially cut off by the upper part of the edge of the confuser of the housing 4, and VK 5 with rotor 7 and VK 6 with counter-rotor 8 have a nominal rotation speed.

При уменьшении скорости ветра пружины 15, пересиливая давление ветрового потока на ВИК 13 и его парусные хвостовики 16, заставляют ВИК 13 развернуться так, что, одновременно с увеличением угла атаки ВИК 13, создаваемый им вихрь приблизится к центру входного конфузора корпуса 4, что приведет к компенсации уменьшения скорости ветра и к поддержанию скорости вращения ветроколес и роторов в прежнем режиме. When the wind speed decreases, the springs 15, overpowering the pressure of the wind flow on the VIK 13 and its sail shanks 16, force the VIK 13 to turn so that, simultaneously with an increase in the angle of attack of the VIK 13, the vortex created by it will approach the center of the input confuser of the housing 4, which will lead to compensation for reducing wind speed and maintaining the speed of rotation of wind wheels and rotors in the same mode.

При усилении ветра, наоборот, под воздействием ветрового потока на ВИК 13 и парусные хвостовики 16 ВИК 13 уменьшает угол атаки, ослабляя тем самым вихрь и его центровку в конфузоре корпуса 4, что способствует сохранению величины скорости вращения ветроколес и роторов. При аварийной силе ветра ВИК 13 достигает флюгерного положения, а создаваемый им вихрь направляется мимо конфузора корпуса 4. И тогда регулирование скорости вращения ВК 5, ВК 6, ротора 7 и концентратора 8 происходит за счет упругого поворота лопастей ВК 5,6. When the wind is amplified, on the contrary, under the influence of the wind flow on the VIK 13 and the sail shanks 16, the VIK 13 reduces the angle of attack, thereby weakening the vortex and its centering in the confuser of the hull 4, which helps to maintain the speed of rotation of the wind wheels and rotors. In case of emergency wind force, the VIK 13 reaches the vane position, and the vortex created by it is sent past the confuser of the housing 4. And then the rotation speed of VK 5, VK 6, rotor 7 and hub 8 are controlled by elastic rotation of the VK 5.6 blades.

Вихревой концентратор (ВИК) в 2^oC7 раз повышает мощность ВЭУ (см. "Ветроэнергетика" под ред.Д. де Рензо, М. 1982, стр.146). Применение диффузоров повышает мощность ВЭУ в 1,5^oC2 раза (см.там же, стр.137), а также обеспечивает демпфирование порывов ветра.A vortex concentrator (VIC) increases the power of a wind turbine by a factor of 2 ^° C (see "Wind Energy", edited by D. de Renzo, M. 1982, p. 146). The use of diffusers increases the power of wind turbines by 1.5 ^o C2 times (see ibid., P. 137), and also provides damping of wind gusts.

В отличие от прототипа предлагаемая ветроэлектрическая установка имеет компактные ветроколеса, расположенные внутри корпуса, имеющего диффузорные пояса в местах расположения ветроколес, а перед входным конфузором корпуса расположен сравнительно компактный крыловой саморегулируемый вихреконцентратор. In contrast to the prototype, the proposed wind electric installation has compact wind wheels located inside the body having diffuser belts in the locations of the wind wheels, and a relatively compact wing self-regulating vortex concentrator is located in front of the inlet confuser.

Применение данного изобретения позволит значительно увеличить КПД ветроэлектрической установки, так как при тех же диаметрах ветроколес мощность, развиваемая ее роторами увеличится не менее, чем в три раза (по данным испытаний, см."Ветроэнергетика" под ред.Д. де Рензо). The application of this invention will significantly increase the efficiency of the wind power installation, since at the same diameters of the wind wheel the power developed by its rotors will increase by at least three times (according to the test data, see "Wind Power" edited by D. de Renzo).

Claims (1)

Ветроэлектрическая установка, содержащая расположенную на башне поворотную площадку с флюгерным стабилизатором, корпус, два ветроколеса с возможностью их вращения в противоположные стороны, ротор и контрротор, жестко связанные каждый со своим ветроколесом, отличающаяся тем, что ветроколеса расположены внутри корпуса, имеющего диффузорное расширение для каждого из ветроколес, а перед входным конфузором корпуса на кронштейнах площадки расположен двукрылый вихреконцентратор с парусными хвостовиками, имеющий возможность вращения во втулках кронштейнов площадки и удерживаемый упругими элементами, закрепленными на кронштейнах площадки. A wind turbine installation comprising a turntable located on the tower with a weather vane stabilizer, a body, two wind wheels with the possibility of rotation in opposite directions, a rotor and a counter rotor rigidly connected each to its own wind wheel, characterized in that the wind wheels are located inside the body having a diffuser extension for each from windwheels, and in front of the body inlet confuser on the platform brackets there is a two-winged vortex concentrator with sail shanks, which can be rotated in watts the streets of the platform brackets and held by elastic elements attached to the platform brackets.

Images