RU2157466C1 - Windmill electric generating plant - Google Patents
Windmill electric generating plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2157466C1 RU2157466C1 RU99111519A RU99111519A RU2157466C1 RU 2157466 C1 RU2157466 C1 RU 2157466C1 RU 99111519 A RU99111519 A RU 99111519A RU 99111519 A RU99111519 A RU 99111519A RU 2157466 C1 RU2157466 C1 RU 2157466C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- central shaft
- generator
- shaft
- blades
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к ветроэнергетическим установкам, предназначенным для обеспечения электроэнергией различных потребителей при использовании энергии ветра. The invention relates to electrical engineering, in particular to wind power plants designed to provide electricity to various consumers when using wind energy.
Известна ветроэнергетическая установка, включающая установленный на опорной вышке совмещенный ротор в виде установленного на центральном валу ветроколеса типа "Савониус" и, по крайней мере, двух лопастей с аэродинамическим профилем, установленных шарнирно на верхних и нижних траверсах, соединенных с центральным валом, жесткие соединения нижних траверс с центральным валом, ограничитель частоты вращения совмещенного ротора, установленный на центральном валу генераторный блок с генератором, кинематически последовательно соединенным с мультипликатором, обгонно-центробежной муфтой и центральным валом, на котором установлен тормозной элемент (см. патент РФ N 2000469, кл. F 03 D 3/06, опубл. 1993 г.). A wind power installation is known, including a combined rotor mounted on a support tower in the form of a Savonius type wind wheel mounted on a central shaft and at least two blades with an aerodynamic profile pivotally mounted on the upper and lower traverses connected to the central shaft, rigid lower connections traverse with a central shaft, combined rotor speed limiter, a generator unit mounted on the central shaft with a generator kinematically connected in series with a multiplier, a freewheel-centrifugal clutch and a central shaft on which the brake element is mounted (see RF patent N 2000469, class F 03 D 3/06, publ. 1993).
Недостатком известной установки является низкая надежность работы из-за наличия высокого вертикального вала, утяжеляющего конструкцию и возбуждающего нежелательные аэродинамические возмущения, а также из-за жесткого соединения верхних траверс с центральным валом, в которых создаются повышенные напряжения, могущие привести к поломке траверс и лопастей. Кроме того, надежность работы установки снижается из-за резких толчковых передач ветровых крутящих моментов от обгонно-центробежной муфты на мультипликатор и, соответственно, на генератор, а также ненадежной работы ограничителя частоты вращения совмещенного ротора и отсутствия ограничения снимаемой мощности с генератора. A disadvantage of the known installation is its low reliability due to the presence of a high vertical shaft, which makes the structure heavier and excites undesirable aerodynamic disturbances, as well as due to the rigid connection of the upper traverses with the central shaft, in which increased voltages are created that can damage the traverses and blades. In addition, the reliability of the installation is reduced due to sharp jerky transfers of wind torques from the freewheel-centrifugal clutch to the multiplier and, accordingly, to the generator, as well as unreliable operation of the speed limiter of the combined rotor and the lack of limitation of the removed power from the generator.
Задачей патентуемого изобретения является повышение надежности работы установки. The objective of the patented invention is to increase the reliability of the installation.
Техническим результатом является снижение аэродинамических напряжений, возникающих в совмещенном роторе, обеспечение более плавной передачи крутящих моментов в кинематической цепи генераторного блока и ограничения снимаемой мощности с генератора. The technical result is to reduce aerodynamic stresses arising in a combined rotor, providing a smoother transmission of torques in the kinematic chain of the generator unit and limiting the removed power from the generator.
Указанная задача и технический результат достигаются тем, что в ветроэнергетической установке, включающей установленный на опорной вышке совмещенный ротор в виде установленного на центральном валу ветроколеса типа "Савониус" и, по крайней мере, двух лопастей с аэродинамическим профилем, установленных шарнирно на верхних и нижних траверсах, соединенных с центральным валом, жесткие соединения нижних траверс с центральным валом жесткое, ограничитель частоты вращения совмещенного ротора, установленный на центральном валу генераторный блок с генератором, кинематически последовательно соединенным с мультипликатором, обгонно-центробежной муфтой и центральным валом, на котором установлен тормозной элемент, в отличие от прототипа, верхний конец центрального вала расположен на уровне верхнего торца ветроколеса, соединения верхних траверс с центральным валом выполнены шарнирными, а траверсы установлены под острыми углами к плоскости, перпендикулярной к центральному валу, и с увеличением расстояния между ними по направлению к лопастям, причем ограничитель частоты вращения совмещенного ротора выполнен в виде, по крайней мере, одного щитка с центробежным регулятором, выполненного одинакового с лопастями аэродинамического профиля и установленного на валу, жестко закрепленном в нижней части лопасти. The specified task and the technical result are achieved in that in a wind power installation including a combined rotor mounted on a support tower in the form of a Savonius type wind wheel mounted on a central shaft and at least two blades with an aerodynamic profile pivotally mounted on the upper and lower traverses connected to the central shaft, rigid connections of the lower traverse with the central shaft rigid, speed limiter for the combined rotor mounted on the central shaft ok with a generator kinematically connected in series with a multiplier, an overrunning centrifugal clutch and a central shaft on which the brake element is mounted, unlike the prototype, the upper end of the central shaft is located at the level of the upper end of the wind wheel, the joints of the upper traverses with the central shaft are hinged, and traverses are installed at sharp angles to a plane perpendicular to the central shaft, and with increasing distance between them towards the blades, and the speed limiter the combined rotor is made in the form of at least one shield with a centrifugal regulator, made identical with the aerodynamic profile blades and mounted on a shaft rigidly fixed in the lower part of the blade.
А также тем, что лопасти установлены под острым углом к центральному валу. As well as the fact that the blades are installed at an acute angle to the central shaft.
А также тем, что щиток подпружинен пружиной кручения относительно вала, на котором он установлен. And also the fact that the shield is spring-loaded with a torsion spring relative to the shaft on which it is mounted.
А также тем, что она снабжена механизмом плавного включения, установленным в кинематической цепи генераторного блока и выполненным в виде стакана, жестко связанного с входящим валом мультипликатора и связанного спиральной пластической пружиной с выходящим валом обгонно-центробежной муфты. And also the fact that it is equipped with a soft start mechanism installed in the kinematic chain of the generator unit and made in the form of a cup rigidly connected to the input shaft of the multiplier and connected by a spiral plastic spring with the output shaft of the freewheel-centrifugal clutch.
А также тем, что она снабжена системой ограничения снимаемой мощности с генератора, работающей по зависимости снимаемого с генератора тока от частоты вращения ротора. And also the fact that it is equipped with a system for limiting the removed power from the generator, operating according to the dependence of the current taken from the generator on the rotor speed.
На фиг. 1 изображена ветроэнергетическая установка (вид сбоку);
на фиг. 2 - вид А фиг. 1;
на фиг. 3 - поперечный разрез ветроколеса типа "Савониус";
на фиг. 4 - узел I фиг. 1;
на фиг. 5 - разрез по линии Б-Б фиг. 4;
на фиг. 6 - кинематическая схема генераторного блока;
на фиг. 7 - разрез по линии В-В фиг. 6;
на фиг. 8 - система ограничения снимаемой мощности с генератора;
на фиг. 9 - зависимость снимаемого с генератора тока от частоты его вращения.In FIG. 1 shows a wind power installation (side view);
in FIG. 2 is a view A of FIG. 1;
in FIG. 3 is a cross-sectional view of a Savonius-type wind wheel;
in FIG. 4 - node I of FIG. 1;
in FIG. 5 is a section along the line BB of FIG. 4;
in FIG. 6 is a kinematic diagram of a generator block;
in FIG. 7 is a section along line BB of FIG. 6;
in FIG. 8 - system for limiting the removed power from the generator;
in FIG. 9 - dependence of the current taken from the generator on its rotation frequency.
Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) состоит из опорной вышки 1 и установленного на ней совмещенного ротора 2. Совмещенный ротор 2 состоит из установленного на центральном валу 3 ветроколеса 4 типа "Савониус" и, по "крайней мере, двух лопастей 5 с аэродинамическим профилем. Лопасти 5 установлены с помощью шарниров 6 на верхних 7 и нижних 8 траверсах. Верхний конец 9 центрального вала 3 расположен на уровне верхнего торца 10 ветроколеса 4. Верхние траверсы 7 с помощью шарниров 11 соединены с верхним концом 9 центрального вала, а нижние траверсы 8 жестко соединены с центральным валом 3 через горизонтальную балку 12, т.е. имеют жесткие соединения с центральным валом 3. Верхние 7 и нижние 8 траверсы установлены под острыми углами α и β к плоскости, перпендикулярной к центральному валу 3, причем расстояние между траверсами 7 и 8 увеличивается по направлению к лопастям 5. Ветроэнергетическая установка содержит ограничитель частоты вращения совмещенного ротора 2. Ограничитель частоты вращения совмещенного ротора 2 выполнен в виде, по крайней мере, одного щитка 13 с центробежным регулятором с грузиком 14. Щиток 13 выполнен одинакового с лопастями 5 аэродинамического профиля и установлен на валу 15, жестко закрепленном в нижней части 16 лопасти 5. Щиток 13 подпружинен пружиной кручения 17 относительно вала 15, на котором он установлен. Лопасти 5 могут быть установлены вертикально или под острым углом θ к центральному валу 3. На центральном валу 3 под ветроколесом 4 установлен генераторный блок 18. Генераторный блок 18 содержит генератор 19, который кинематически последовательно соединен с мультипликатором 20, обгонно-центробежной муфтой 21 и центральным валом 3. На центральном валу 3 установлен тормозной элемент 22 в виде тормозного барабана, взаимодействующего с тормозными колодками 23. Генераторный блок 18 подержит механизм плавного включения 24, который установлен в кинематической цепи и выполнен в виде стакана 25, жестко связанного с входящим валом 26 мультипликатора 20 и связанного спиральной пластинчатой пружиной 27 с выходящим валом 28 обгонно-центробежной муфты 21. Ветроэнергетическая установка содержит также систему ограничения снимаемой мощности с генератора (см. фиг. 8). A wind power installation (WEC) consists of a support tower 1 and a combined rotor 2 mounted on it. A combined rotor 2 consists of a Savonius type 4 wind wheel mounted on a central shaft 3 and at least two
Система ограничения снимаемой мощности с генератора 19 включает регулятор напряжения 29, два входа которого связаны с выходными клеммами "+" и "-" генератора, а два других входа через устройство ограничения 30 с датчиком частоты вращения 31, при этом два выхода связаны с обмоткой 32 возбуждения генератора 19. Устройство ограничения 30 содержит блок памяти 33, связанный с узлом "больше-меньше" 34, и блок 35 соотношения частоты и тока (f/i), связанный с узлом 34. Входы блока 35 связаны с датчиком 31 частоты вращения генератора 19 и с датчиком тока 36, установленным в обмотке генератора 19. Генератор 19 соединен с аккумуляторной батареей 37 и с нагрузкой потребителя 38. The system for limiting the removed power from the
Патентуемая ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Patented wind power installation works as follows.
При малых скоростях ветра раскручивание совмещенного ротора 2 осуществляется ветроколесом 4 типа "Савониус", а при достижении ветром большей скорости в работу по раскручиванию ротора 2 вступают лопасти 5 с аэродинамическим профилем. Крутящий момент от лопастей 5 через траверсы 7 и 8 передается на центральный вал 3. По достижении частоты вращения, соответствующей устойчивой работе генератора 19, включается обгонно-центробежная муфта 21 и крутящий момент от нее передается через механизм плавного включения 24 на мультипликатор 20 и далее на генератор 19. At low wind speeds, the spinning of the combined rotor 2 is carried out by a Savonius type 4 wind wheel, and when the wind reaches a higher speed,
При достижении центробежной перегрузки (ускорения) начала регулирования грузик 14, установленный на некотором удалении от оси вращения (вал 15) щитка 13, преодолевает усилие предварительной затяжки пружины 17 и поворачивает щиток 13. Увеличение аэродинамического сопротивления ротора 2 от повернутого щитка 13 уменьшает частоту вращения ротора 2 и, соответственно, центробежную перегрузку, вследствие чего уменьшается угол поворота щитка φ (см. фиг. 5). В итоге, в диапазоне регулирования (на больших частотах вращения) устанавливается "равновесие", соответствующее текущей частоте вращения ротора. В диапазоне частот вращения ротора ниже порога регулирования, поворотный щиток 13 является "продолжением" лопасти (установлен с φ = 0) и тем самым увеличивает сметаемую площадь ротора, повышая эффективность использования ветрового потенциала при малых скоростях ветра. Upon reaching the centrifugal overload (acceleration) of the beginning of regulation, the
Шарнирное соединение траверс 7 и 8 с лопастями 5 и верхним концом 9 центрального вала 3, а также установка траверс 7 и 8 и лопастей 5 под определенными углами α, β и θ c учетом заданной длины лопастей и их массы, среднего радиуса 7 и 8, позволяют исключить изгибающий момент, возникающий при вращении ротора 2 (центробежной перегрузки) в месте соединения нижних траверс 8 с горизонтальной балкой 12, жестко связанной с центральным валом 3. Это предотвращает поломку совмещенного ротора 2 и тем самым повышает надежность работы установки. Swivel traverse 7 and 8 with the
Расположение верхнего конца 9 центрального вала 3 на уровне верхнего торцевого ветроколеса 4 уменьшает консольность вала 3 и тем самым исключает возникновение нежелательных аэродинамических возмущений, при этом длина лопастей 5 остается прежней, не уменьшая ометаемую площадь ротора. Наличие шарнирных соединений лопастей 5 с траверсами 7 и 8, а также траверс 7 с центральным валом 3 позволяет лопастям 5 прогибаться при большой частоте вращения ротора 2, и тем самым происходит уменьшение напряжений в роторе 2 и повышение надежности его работы. The location of the upper end 9 of the Central shaft 3 at the level of the upper end of the wind wheel 4 reduces the cantileverness of the shaft 3 and thereby eliminates the occurrence of unwanted aerodynamic disturbances, while the length of the
Наличие в кинематической цепи генераторного блока 18 между обгонно-центробежной муфтой 21 и мультипликатором 20 механизма плавного включения 24 в виде стакана 25 с пластинчатой пружиной 27 позволяет компенсировать ударное включение обгонно-центробежной муфты 21 и тем самым предотвратить поломку зубьев шестерен мультипликатора 20, поскольку все ударные нагрузки компенсируются пластинчатой пружиной 27. The presence in the kinematic chain of the
Ветроэнергетическая установка содержит систему ограничения снимаемой мощности с генератора 19 в случае, когда ветровой потенциал не может обеспечить номинальную (максимальную) выработку электроэнергии (при малых скоростях ветра) (см. фиг. 8). The wind power installation contains a system for limiting the removed power from the
Принцип ограничения заключается в сопоставлении потребляемой "мощности (по току) к текущей частоте вращения ротора. Для достижения этой цели генератор 19 снабжен регулятором напряжения 29, поддерживающим необходимое значение напряжения в соответствии с частотой вращения ротора генератора и допустимой мощностью, снимаемой с генератора при текущих скоростях ветра. Регулировка выходного тока генератора производится за счет относительно небольшого изменения напряжения на выходе генератора, за счет перераспределения тока нагрузки между генератором 19 и аккумуляторной батареей 37. Принцип ограничения тока заключается в сравнении вырабатываемой генератором мощности (по сигналу датчика тока) с максимально возможной мощностью, соответствующей частоте вращения ротора ВЭУ, обеспечиваемой текущим значением ветрового потенциала. В устройстве ограничения 30 имеется внутренняя память 33, которая позволяет по частоте вращения ротора f (частоте переменного напряжения) выбирать максимальный уровень выходного тока генератора i (в соответствии с графиком, показанным на фиг. 9). Генератор имеет дополнительную цепь, по которой на устройство ограничения 30 подается сигнальное переменное напряжение непосредственно с обмотки статора, где происходит сравнение частоты вращения ротора со значением тока, снимаемого с 19. В случае превышения последним max значения (см. фиг. 9), соответствующего графику, в устройстве вырабатывается сигнал рассогласования, уменьшающий ток возбуждения генератора. При больших скоростях ветра устройство ограничения предотвращает перегрузку генератора по выходному току, исключая перегрев (выход из строя) обмоток статора. Другими словами, текущей частоте вращения ротора ставится в соответствие максимально снимаемая мощность с генератора 19. Эта зависимость определяется теоретически и корректируется в процессе испытаний. The principle of limitation is to compare the consumed power (current) to the current rotor speed. To achieve this, the
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99111519A RU2157466C1 (en) | 1999-06-08 | 1999-06-08 | Windmill electric generating plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99111519A RU2157466C1 (en) | 1999-06-08 | 1999-06-08 | Windmill electric generating plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2157466C1 true RU2157466C1 (en) | 2000-10-10 |
Family
ID=20220632
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99111519A RU2157466C1 (en) | 1999-06-08 | 1999-06-08 | Windmill electric generating plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2157466C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7432608B2 (en) | 2003-06-09 | 2008-10-07 | Shinko Electric Co., Ltd. | Generator and power supply for use therein |
RU2559681C2 (en) * | 2010-01-08 | 2015-08-10 | Мирон НУРИС | Wind generator with vertical axle and speed-limiting blade |
-
1999
- 1999-06-08 RU RU99111519A patent/RU2157466C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7432608B2 (en) | 2003-06-09 | 2008-10-07 | Shinko Electric Co., Ltd. | Generator and power supply for use therein |
RU2559681C2 (en) * | 2010-01-08 | 2015-08-10 | Мирон НУРИС | Wind generator with vertical axle and speed-limiting blade |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102035213B (en) | Multi-use energy storage for renewable sources | |
EP2384540B1 (en) | Power system frequency inertia for power generation system | |
US9450416B2 (en) | Wind turbine generator controller responsive to grid frequency change | |
US7518257B2 (en) | Hybrid power-generating device | |
CN102536662B (en) | Apparatus and method for operation of an off-shore wind turbine | |
EP2918826B1 (en) | Method for operating a power dissipating unit in a wind turbine | |
CN102472249B (en) | Wind turbine generator, control method for wind turbine generator, wind turbine generator system, and control method for wind turbine generator system | |
US20110285130A1 (en) | Power System Frequency Inertia for Wind Turbines | |
EP2573896B1 (en) | Methods of controlling a combined plant including at least one generator and an energy store | |
WO2011127215A1 (en) | A continuous wind power system with auxiliary blades | |
Chekkal et al. | New control strategy of wind generator based on the dual-stator induction generator | |
JP2002285949A (en) | Wind power generation plant using power storing device with improved efficiency | |
RU2157466C1 (en) | Windmill electric generating plant | |
EP2594786A1 (en) | Method of operating a wind turbine | |
RU2468251C1 (en) | Control method of wind-driven power plant, and device for its implementation | |
Zhao et al. | Status of wind power technologies | |
WO2003019005A1 (en) | A wind turbine and rotor assembly | |
US20130341933A1 (en) | System for Generating Electrical Energy from Low Speed Wind Energy by Means of Two Systems of Drive Blades | |
Phyo et al. | Wind turbine generation system implemented with a claw pole alternator | |
RU2742889C1 (en) | Method of electric power supply for autonomous consumers by wind power devices | |
EP4175103A1 (en) | Adaptive gain control for a reactive power regulator of an inverter-based resource | |
RU2358151C2 (en) | Wind-driven power plant | |
Okada et al. | SMOOTHING OF WIND POWER OUTPUT BY INERTIAL ENERGY INTERCHANGE BETWEEN WINDMILLS | |
Tiwari et al. | Study of Wind Energy System with Induction Generators | |
Makhalas et al. | Wind Power |