RU2115019C1 - Self-orientable wind-driven unit - Google Patents

Abstract

FIELD: wind-power engineering; wind-driven rotors converting energy of wind into rotation of rotor. SUBSTANCE: self-orientable wind-driven unit includes screw rotor inclined relative to horizontal surface; this rotor consists of hub and helical blades secured on it. Rotor is mounted on swivel structure in order to enhanced efficiency of usage of energy of wind due to raising of screw rotor above ground and simplification of construction. Swivel structure is mounted on mast and is formed by screw rotor, vertical strut for turn about mast and brace. All members of swivel structure are interconnected by means of hinges. EFFECT: enhanced efficiency and simplified construction. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветророторам, преобразующим энергию ветра во вращение ротора. The invention relates to wind energy, namely to wind rotors that convert wind energy into rotor rotation.

Известен ветроагрегат (патент России N 1225912, кл. F 03 D 5/00, автор И. И. Смульский, 1986), включающий наклонный к горизонтальной плоскости шнековый ротор, который состоит из ступицы и закрепленных на ней винтовых лопастей и установленный на верхнюю и нижнюю опоры. Ориентация ветроагрегата на ветер осуществляется автоматически поворотом ротора вокруг верхней опоры, при этом нижняя опора катится по горизонтальной плоскости. Конструкция не позволяет поднять ветроротор над землей в область больших скоростей ветра. Либо необходимо вместе с ветроротором поднимать над землей горизонтальную плоскость, что приводит к существенному утяжелению ветроустановки. A known wind turbine (Russian patent N 1225912, class F 03 D 5/00, author I. I. Smulsky, 1986), including a screw rotor inclined to the horizontal plane, which consists of a hub and screw blades fixed to it and mounted on the upper and lower support. The orientation of the wind unit to the wind is carried out automatically by turning the rotor around the upper support, while the lower support rolls on a horizontal plane. The design does not allow to raise the wind rotor above the ground in the region of high wind speeds. Or it is necessary, together with the wind rotor, to raise a horizontal plane above the ground, which leads to a significant weighting of the wind turbine.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности использования энергии ветра за счет подъема шнекового ротора над землей и упрощения конструкции ветроагрегата. Для решения технической задачи в самоориентируемом ветроагрегате, содержащем наклонный к горизонтальной плоскости шнековый ротор, который состоит из ступицы и закрепленных на ней винтовых лопастей, ротор смонтирован на поворотной конструкции, установленной на мачте. А поворотная конструкция образована шнековым ротором, вертикальной стойкой, с возможностью поворачиваться вокруг мачты, верхней частью и распоркой, которые соединены между собой с помощью шарниров. The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency of the use of wind energy by lifting the screw rotor above the ground and simplifying the design of the wind turbine. To solve the technical problem in a self-orientating wind turbine containing a screw rotor inclined to the horizontal plane, which consists of a hub and screw blades fixed to it, the rotor is mounted on a rotary structure mounted on the mast. And the rotary structure is formed by a screw rotor, a vertical stand, with the ability to rotate around the mast, the upper part and the spacer, which are interconnected by hinges.

На чертеже схематически представлен самоориентируемый ветроагрегат. The drawing schematically shows a self-orientating wind turbine.

Самоориентируемый ветроагрегат содержит наклонный к горизонтальной поверхности шнековый ротор 1, который состоит из ступицы 2 и закрепленных на ней винтовых лопастей 3. Ротор имеет возможность вращаться в нижней подшипниковой опоре 5. Ротор 1, вертикальная стойка 6 и распорка 7 образуют поворотную конструкцию, которая может поворачиваться вокруг мачты в процессе ориентирования ветроагрегата на ветер. С верхней частью стойки 6 шарниром 9 соединена верхняя подшипниковая опора ротора 5. Распорка 7 посредством шарниров 10 и 11 соединена с нижней подшипниковой опорой ротора 4 и стойкой 6. Мачта 8 поддерживается в вертикальном положении четырьмя растяжками 12. Вращение от ротора 1 через карданный вал 13 передается редуктору 14 и электрогенератору 15. The self-orientating wind turbine contains a screw rotor 1 inclined to the horizontal surface, which consists of a hub 2 and screw blades fixed on it 3. The rotor has the ability to rotate in the lower bearing support 5. The rotor 1, the vertical strut 6 and the spacer 7 form a rotatable structure that can rotate around the mast in the process of orienting the wind turbine to the wind. The upper bearing support of the rotor 5 is connected to the upper part of the rack 6 by the hinge 9. The strut 7 is connected by the hinges 10 and 11 to the lower bearing support of the rotor 4 and the rack 6. The mast 8 is supported in an upright position by four braces 12. Rotation from the rotor 1 through the driveshaft 13 transmitted to the gearbox 14 and the electric generator 15.

Самоориентируемый ветроагрегат работает следующим образом. При направлении ветра V (см. чертеж) поток обтекает стойку 6 и воздействует на шнековый ротор 1, установленный наклонно к горизонтальной плоскости. Давление ветра больше воздействует на участки лопастей, расположенные с одной стороны от оси ротора, и он начинает вращаться. Через карданный вал 13 и редуктор 14 ветроротор 1 приводит во вращение электрогенератор 15 и последний вырабатывает электроэнергию. Возможны и другие схемы отбора мощности от ветроротора. Например, с помощью эксцентрикового или кривошипного механизма вращение ротора преобразуется в возвратно-поступательное движение тяги, расположенной внутри мачты. Либо вращающий момент от ветроротора передается вниз расположенным внутри мачты валом. В этих двух случаях устройства для использования мощности могут быть расположены на земле. Self-oriented wind turbine operates as follows. When the wind direction V (see drawing), the flow flows around the rack 6 and acts on the screw rotor 1, mounted obliquely to the horizontal plane. Wind pressure affects more on the sections of the blades located on one side of the axis of the rotor, and it begins to rotate. Through the driveshaft 13 and the gearbox 14, the wind rotor 1 drives the electric generator 15 and the latter generates electricity. Other power take-offs from the wind rotor are also possible. For example, using an eccentric or crank mechanism, the rotation of the rotor is converted into a reciprocating movement of the rod located inside the mast. Or the torque from the wind rotor is transmitted downward by the shaft located inside the mast. In these two cases, devices for using power can be located on the ground.

При смене направления ветра на ротор 1 начинает действовать составляющая силы давления, нормальная к плоскости поворотной конструкции, образованной ротором 1, стойкой 6 и распоркой 7. Под воздействием силы поворотная конструкция поворачивается до тех пор, пока ее плоскость не будет направлена по ветру. When changing the direction of the wind, a component of the pressure force begins to act on the rotor 1, normal to the plane of the rotary structure formed by the rotor 1, the strut 6 and the strut 7. Under the influence of the force, the rotary structure rotates until its plane is directed in the wind.

Был конструктивно проработан проект самоориентируемого ветроагрегата на 2 кВт с диаметром шнекового ротора 2 м и расположенными сверху редуктором и электрогенератором, кинематически связанными с шнековым ротором с помощью карданного вала. A design of a self-orienting 2 kW windmill with a screw diameter of 2 m and a gearbox and an electric generator located on top, kinematically connected to the screw rotor using a driveshaft, was constructively designed.

Было выполнено два варианта самоориентируемого ветроагрегата: один с шнековым ротором диаметром 200 мм, другой с шнековым ротором диаметром 500 мм. Они испытывались на крыше восьмиэтажного здания и на открытой местности. Вращение от роторов преобразовывалось в возвратно-поступательное движение тяги, которая приводила в действие расположенный внизу насос. Устойчивая работа этих ветронасосов в течение длительного времени подтвердила работоспособность и эффективность самоориентируемого ветроагрегата. Такие самоориентируемые ветроагрегаты весьма эффективно использовать на малые мощности (например, до нескольких кВт), когда габариты роторов невелики. Установка их на мачте в области больших скоростей ветра значительно увеличивает их мощность. Two versions of a self-orientating wind turbine were made: one with a screw rotor with a diameter of 200 mm, the other with a screw rotor with a diameter of 500 mm. They were tested on the roof of an eight-story building and in the open. The rotation from the rotors was converted into a reciprocating motion of the rod, which actuated the pump located below. The stable operation of these wind pumps for a long time has confirmed the efficiency and effectiveness of the self-oriented wind turbine. Such self-orientating wind turbines are very efficient to use at low power (for example, up to several kW), when the dimensions of the rotors are small. Installing them on the mast in the area of high wind speeds significantly increases their power.

Claims (1)

Самоориентируемый ветроагрегат, содержащий наклонный к горизонтальной плоскости шнековый ротор, который состоит из ступицы и закрепленных на ней винтовых лопастей, отличающийся тем, что он смонтирован на поворотной конструкции, установленной на мачте, а поворотная конструкция образована шнековым ротором, вертикальной стойкой, имеющей возможность поворачивания вокруг мачты, и распоркой, которые соединены между собой с помощью шарниров. A self-orientating wind turbine containing a screw rotor inclined to the horizontal plane, which consists of a hub and screw blades fixed on it, characterized in that it is mounted on a rotary structure mounted on the mast, and the rotary structure is formed by a screw rotor, a vertical strut that can be rotated around mast, and strut, which are interconnected by hinges.