RU2210001C1 - Windmill-electric power unit - Google Patents

Windmill-electric power unit Download PDF

Info

Publication number
RU2210001C1
RU2210001C1 RU2001132196/06A RU2001132196A RU2210001C1 RU 2210001 C1 RU2210001 C1 RU 2210001C1 RU 2001132196/06 A RU2001132196/06 A RU 2001132196/06A RU 2001132196 A RU2001132196 A RU 2001132196A RU 2210001 C1 RU2210001 C1 RU 2210001C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
blades
rim
wind turbine
rotation
Prior art date
Application number
RU2001132196/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001132196A (en
Inventor
Е.В. Плешанов
В.А. Майоров
В.П. Шишкин
Original Assignee
Плешанов Евгений Васильевич
Майоров Владимир Александрович
Шишкин Валерий Павлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Плешанов Евгений Васильевич, Майоров Владимир Александрович, Шишкин Валерий Павлович filed Critical Плешанов Евгений Васильевич
Priority to RU2001132196/06A priority Critical patent/RU2210001C1/en
Publication of RU2001132196A publication Critical patent/RU2001132196A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2210001C1 publication Critical patent/RU2210001C1/en

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
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: wind-power engineering; windmill-electric power units. SUBSTANCE: windmill-electric power unit that incorporates provision for simple automatic control of windwheel speed within comprehensive range of air flow velocities and for easy adjustment to desired wind load has tower that mounts revolving head with reduction unit coupled with power generator shaft and horizontal shaft that carries two windwheels unequally spaced from axis of head revolution and provided with radial blades secured on spindles; windwheel spaced at greater distance functions to set device against wind apart from performing power function; tower also mounts speed governor. Novelty is that windwheels have center boss and rim perforated over circumference which are joined together by means of spokes; blade spindles secured in boss and in thrust bearings are passed through bushings mounted in perforation holes; windwheel speed governor is, essentially, set of flexible members in the form of cylindrical springs fastened on one end to blades and on other, to rim symmetrically relative to axis of revolution of each blade; in addition blade turn limiters in the form of pin-type stops are installed in rim holes. EFFECT: enhanced efficiency, simplified design, facilitated installation, reduced metal input, enhanced reliability, and low cost. 10 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для использования в ветроэнергетических установках (ВЭУ). The invention relates to wind energy and is intended for use in wind energy installations (wind turbines).

Известен ветряной двигатель [1] с поворотной головкой, размещенной на башне, с лопастным колесом, установленным на горизонтальном валу, соединенном с электрическим генератором (ЭГ) посредством редуктора. Known wind turbine [1] with a rotary head located on the tower, with a paddle wheel mounted on a horizontal shaft connected to an electric generator (EG) by means of a gearbox.

Недостатками такого двигателя являются низкий КПД и зависимость выходных параметров энергоустановки от скорости ветра. The disadvantages of such an engine are low efficiency and the dependence of the output parameters of the power plant on wind speed.

Известен ветродвигатель [2], содержащий размещенную на башне поворотную головку с редуктором, связанную с валом ЭГ, и горизонтально расположенными валами, на которых закреплены ветроколеса на неравных расстояниях относительно оси вращения поворотной головки и имеющие радиальные лопасти, а также устройство стабилизации частоты вращения. Known wind turbine [2], containing a rotary head located on the tower with a reducer, connected with the EG shaft, and horizontally located shafts, on which the wind wheels are mounted at unequal distances relative to the axis of rotation of the rotary head and having radial blades, as well as a speed stabilization device.

Такой двигатель представляет собой сложную конструкцию, в том числе и в отношении обеспечения стабилизации частоты вращения ветроколес, и, как следствие, обладает низкой надежностью и КПД. Such an engine is a complex design, including with regard to ensuring stabilization of the rotational speed of the wind wheels, and, as a result, has low reliability and efficiency.

Преимущества предлагаемой конструкции ветроагрегата (ВА) заключаются в простоте автоматического регулирования частоты вращения ветроколеса в широком диапазоне скоростей потока воздуха, простоте перестройки диапазонов ветровых нагрузок, высоком КПД, упрощении конструкции, мобильности монтажа, малой металлоемкости, повышении надежности и низкой стоимости. The advantages of the proposed design of the wind turbine (VA) are the simplicity of automatic control of the rotational speed of the wind wheel in a wide range of air flow rates, the simplicity of tuning the wind load ranges, high efficiency, simplifying the design, mobility of installation, low metal consumption, increasing reliability and low cost.

Для достижения этих преимуществ в ветроагрегате, содержащем размещенную на башне поворотную головку с редуктором, связанным с валом электрического генератора, и горизонтальным валом, на котором на неравных расстояниях от оси вращения поворотной головки установлены два ветроколеса, имеющие закрепленные на осях радиальные лопасти. Ветроколесо, установленное на большем расстоянии, кроме силовой функции, выполняет также и функцию устройства ориентации на ветер. ВА имеет устройство стабилизации частоты вращения. Отличительной особенностью ветроагрегата является то, что ветроколеса имеют ступицу и перфорированный по окружности обод, связанные между собой спицами, а в ступице и в подпятниках установлены оси вращения лопастей, пропущенные через втулки, закрепленные в отверстиях перфорации. Устройство стабилизации частоты вращения ветроколес представляет собой систему упругих элементов в виде цилиндрических пружин, одни концы которых закреплены на лопастях, а другие - на ободе асимметрично относительно оси вращения каждой лопасти, кроме того, на ободе в отверстиях установлены штыревые упоры, ограничивающие поворот лопастей в определенных пределах. To achieve these advantages, in a wind turbine containing a rotary head located on the tower with a gearbox connected to the shaft of the electric generator, and a horizontal shaft on which two wind wheels are installed at unequal distances from the axis of rotation of the rotary head, with radial blades fixed to the axes. A wind wheel installed at a greater distance, in addition to the power function, also performs the function of a device for orienting to the wind. VA has a speed stabilization device. A distinctive feature of the wind turbine is that the wind wheels have a hub and a rim perforated around the circumference, interconnected by knitting needles, and in the hub and in the thrust bearings there are installed axis of rotation of the blades, passed through the bushings, fixed in the perforation holes. The device for stabilization of the frequency of rotation of wind wheels is a system of elastic elements in the form of cylindrical springs, some ends of which are fixed on the blades, and others are asymmetrically on the rim relative to the axis of rotation of each blade, in addition, pin stops are installed on the rim in the holes, restricting the rotation of the blades in certain limits.

Выполнение ВА в виде оголовка, устанавливаемого на башне, позволяет повысить мобильность монтажа ветроэнергетической установки. The implementation of the VA in the form of a head mounted on the tower, allows to increase the mobility of the installation of a wind power installation.

Применение в поворотной головке редуктора-мультипликатора дает возможность использовать в ВЭУ быстроходный электрогенератор, что снижает металлоемкость конструкции. The use of a reducer-multiplier in the rotary head makes it possible to use a high-speed electric generator in a wind turbine, which reduces the metal consumption of the structure.

Применение многолопастного ветроколеса в сочетании с предлагаемой конструкцией устройства стабилизации частоты вращения ветроколеса, элементы которого автономно воздействуют на каждую отдельную лопасть, обеспечивает сокращение времени на перестройку ВЭУ на различные ветровые нагрузки. The use of a multi-blade wind wheel in combination with the proposed design of a device for stabilizing the frequency of rotation of the wind wheel, the elements of which autonomously act on each individual blade, reduces the time it takes to rebuild a wind turbine for various wind loads.

Установка ветроколес производится таким образом, чтобы их лопасти находились в прозоре (просвете) одни относительно других. Это позволяет повысить аэродинамические показатели ВЭУ, а следовательно, и ее КПД. Installation of wind wheels is carried out in such a way that their blades are in the gap (lumen) one relative to the other. This allows you to increase the aerodynamic performance of wind turbines, and therefore its efficiency.

Вращение ветроколес в одну сторону позволяет применить более простой, а следовательно, более надежный и дешевый редуктор. Rotating the wind wheels in one direction allows you to use a simpler, and therefore more reliable and cheaper gearbox.

Применение перфорации на лопастях по их ширине, приближенных к ободу ветроколеса, и перфорации на самом ветроколесе позволяет упростить и ускорить перенастройку ветроколес на ветровую нагрузку. The use of perforation on the blades along their width, close to the rim of the wind wheel, and perforation on the wind wheel itself allows us to simplify and speed up the reconfiguration of the wind wheels to the wind load.

Лопасти ветроколес закреплены на осях со смещением на 1/3 их ширины, что позволяет повысить чувствительность ветроколеса к малым скоростям ветра с одновременным повышением плавности регулирования частоты вращения. The blades of the wind wheel are fixed on the axes with an offset of 1/3 of their width, which makes it possible to increase the sensitivity of the wind wheel to low wind speeds with a simultaneous increase in the smoothness of speed control.

На фиг.1 изображен ветряной электрический генератор. Figure 1 shows a wind electric generator.

На фиг.2 изображено ветроколесо. Figure 2 shows a wind wheel.

На фиг. 3 изображено устройство стабилизации частоты вращения ветроколеса. In FIG. 3 shows a device for stabilizing a rotational speed of a wind wheel.

Ветроагрегат (фиг. 1) содержит основание 1, электрический генератор 2, поворотную головку 3 с редуктором-мультипликатором, ветроколеса 4 и 5, установленные на горизонтальном валу 6 и закрепленные на нем на неравных расстояниях относительно оси вращения поворотной головки (L4<L5), где:
L4 - расстояние одного ветроколеса 4 от оси головки;
L5 - расстояние второго ветроколеса 5 от оси головки.The wind generator (Fig. 1) contains a base 1, an electric generator 2, a rotary head 3 with a reduction gear, wind wheels 4 and 5 mounted on a horizontal shaft 6 and fixed on it at unequal distances relative to the axis of rotation of the rotary head (L 4 <L 5 ), where:
L 4 - the distance of one wind wheel 4 from the axis of the head;
L 5 - the distance of the second wind wheel 5 from the axis of the head.

Горизонтальный вал 6 посредством редуктора-мультипликатора связан с валом ЭГ 2. The horizontal shaft 6 by means of a gear-multiplier is connected with the shaft of the EG 2.

Ветроколесо 5 конструктивно выполнено аналогично ветроколесу 4. The wind wheel 5 is structurally similar to the wind wheel 4.

Ветроколеса 4 и 5 (фиг.2) имеют ступицу 7 и перфорированный по окружности обод 8, связанные между собой спицами 10, а в ступице 7 и в подпятниках 9 установлены оси 11 поворота лопастей 12, пропущенные через втулки 13, закрепленные в отверстиях перфорации 14. Windwheels 4 and 5 (FIG. 2) have a hub 7 and a perforated rim 8, interconnected by spokes 10, and in the hub 7 and in the thrust bearings 9 are installed the axis 11 of rotation of the blades 12, passed through the bushings 13, fixed in the holes of the perforation 14 .

Устройство стабилизации частоты вращения ветроколес (фиг.3) представляет собой систему упругих элементов, например цилиндрических пружин 15, одни концы которых закреплены на лопастях 12, а другие - на ободе 8 асимметрично относительно оси 11 поворота каждой лопасти 12. На ободе 8 в отверстиях 14 перфорации установлены ограничители поворота лопастей 12 в виде штыревых упоров 16. The device for stabilizing the frequency of rotation of the wind wheels (Fig. 3) is a system of elastic elements, for example, cylindrical springs 15, some ends of which are fixed to the blades 12, and others - on the rim 8 asymmetrically relative to the axis of rotation of each blade 12. On the rim 8 in the holes 14 perforations installed rotation limiters of the blades 12 in the form of pin stops 16.

Концы пружин 15 закреплены: одни - на ободе 8 в отверстиях 14 перфорации обода, другие - в отверстиях 17 перфорации лопастей, выполненных по их ширине на краях, приближенных к ободу ветроколеса. The ends of the springs 15 are fixed: some on the rim 8 in the holes 14 of the perforation of the rim, others in the holes 17 of the perforation of the blades made along their width at the edges close to the rim of the wind wheel.

Ветроагрегат работает следующим образом. Windmill operates as follows.

Набегающий поток воздуха вращает ветроколеса 4 и 5, приводя через редуктор во вращение ротор электрического генератора 2, который вырабатывает напряжение, поставляемое потребителю. The incoming air stream rotates the windwheels 4 and 5, leading through the gearbox to rotate the rotor of the electric generator 2, which generates the voltage supplied to the consumer.

Отличительной особенностью работы ветроагрегата является то, что при изменении скорости воздуха в диапазоне, обусловленном настройкой ветроколеса, происходит следующее: в результате давления воздушного потока на лопасти 12 ветроколес 4 и 5 возникает неуравновешенный момент, который растягивает пружины 15 и поворачивает плоскость лопасти по направлению воздушного потока до "правого" упора 16, изображенного на фиг.3. При этом давление на лопасть резко уменьшается, а скорость вращения стремится к нулю, что оказывает стабилизирующее действие при резких и внезапных порывах ветра. A distinctive feature of the operation of the wind turbine is that when the air speed changes in the range due to the setting of the wind wheel, the following occurs: as a result of the air flow pressure on the blades 12 of the wind wheels 4 and 5, an unbalanced moment arises, which stretches the springs 15 and rotates the plane of the blade in the direction of the air flow to the "right" stop 16, shown in figure 3. In this case, the pressure on the blade decreases sharply, and the rotation speed tends to zero, which has a stabilizing effect in case of sharp and sudden gusts of wind.

При ослаблении напора воздушного потока пружины 15 возвращают плоскость лопасти в исходное положение до "левого" упора 16 (фиг.3). Угол поворота лопасти регулируется изменением расстояния между упорами 16. Усилие, поворачивающее лопасти при максимальной скорости воздушного потока, устанавливается натяжением пружин 15 путем закрепления их концов в отверстиях перфорированного обода 8. When weakening the pressure of the air flow, the springs 15 return the plane of the blade to its original position until the "left" stop 16 (Fig.3). The angle of rotation of the blades is regulated by changing the distance between the stops 16. The force that rotates the blades at the maximum speed of the air flow is set by tensioning the springs 15 by fixing their ends in the holes of the perforated rim 8.

Таким образом, при работе ветроагрегата происходит автоматическое регулирование частоты вращения ветроколеса в зависимости от скорости потока воздуха. При этом обеспечивается возможность расширения диапазона регулирования оборотов ветроколеса, а в конечном счете - расширение диапазона ветровых нагрузок, при которых возможна эффективная эксплуатация предлагаемого ветроагрегата. Простота конструкции и переналадки на воспринимаемую ветроколесом ветровую нагрузку, стабильность работы и малая металлоемкость конструкции являются преимуществами изобретения. Thus, when the wind turbine is operating, automatic control of the rotational speed of the wind wheel occurs depending on the air flow rate. This provides the possibility of expanding the range of regulation of the speed of the wind wheel, and ultimately, expanding the range of wind loads at which the effective operation of the proposed wind turbine is possible. The simplicity of the design and readjustment to the wind load perceived by the windwheel, stability of work and low metal consumption of the structure are advantages of the invention.

Источники информации
1. "Ветроэнергетика", под редакцией Д. де Рензо, перевод с английского Я.И. Шафтера, Москва, "Энергоиздат", 1982 г.Sources of information
1. "Wind Energy", edited by D. de Renzo, translated from English by Ya.I. Shaftera, Moscow, Energoizdat, 1982

2.Патент РФ 2018030, кл. 5 F 03 D 7/02. 2. RF patent 2018030, cl. 5 F 03 D 7/02.

Claims (10)

1. Ветроагрегат, содержащий размещенную на башне поворотную головку с редуктором, связанным с валом электрического генератора и горизонтальным валом, на котором на неравных расстояниях от оси вращения поворотной головки установлены два ветроколеса, имеющие закрепленные на осях радиальные лопасти, при этом ветроколесо, установленное на большем расстоянии, кроме силовой функции, выполняет и функцию устройства ориентации на ветер, а также содержащий устройство стабилизации частоты вращения, отличающийся тем, что ветроколеса имеют ступицу и перфорированный по окружности обод, связанные между собой спицами, а в ступице и в подпятниках закреплены оси вращения лопастей, пропущенные через втулки, установленные в отверстиях перфорации, устройство стабилизации частоты вращения ветроколес представляет собой систему упругих элементов в виде цилиндрических пружин, одни концы которых закреплены на лопастях, а другие - на ободе, асимметрично относительно оси вращения каждой лопасти, кроме того, на ободе в отверстиях установлены ограничители поворота лопастей в виде штыревых упоров. 1. A wind turbine unit comprising a rotary head located on a tower with a reducer connected to the shaft of an electric generator and a horizontal shaft, on which two wind wheels are installed at unequal distances from the axis of rotation of the rotary head, having radial blades fixed to the axes, and the wind wheel mounted on a larger the distance, in addition to the power function, performs the function of a device for orientation to the wind, as well as containing a device for stabilizing the speed of rotation, characterized in that the wind wheels have hubs and a rim perforated around the circumference, interconnected by knitting needles, and in the hub and in the thrust bearings the axes of rotation of the blades are fixed, passed through the bushings installed in the perforation holes, the device for stabilizing the speed of the wind wheels is a system of elastic elements in the form of cylindrical springs, one ends of which are fixed on the blades, and others on the rim, asymmetrically relative to the axis of rotation of each blade, in addition, on the rim in the holes there are mounted limiters for turning the blades in the form of pin stops in. 2. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде оголовка, установленного на башне. 2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a head mounted on a tower. 3. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что в поворотной головке в качестве редуктора использован редуктор-мультипликатор. 3. The wind turbine according to claim 1, characterized in that in the rotary head, a reducer-multiplier is used as a reducer. 4. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что ветроколеса выполнены многолопастными (более двух). 4. The wind turbine under item 1, characterized in that the wind wheels are made of multi-blade (more than two). 5. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что ветроколеса установлены на валу таким образом, что их лопасти находятся в прозоре (просвете) одни относительно других. 5. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the wind wheels are mounted on the shaft in such a way that their blades are in the gap (lumen) one relative to the other. 6. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что ветроколеса вращаются в одном направлении. 6. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the wind wheels rotate in one direction. 7. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что лопасти по ширине на краях приближенных к ободу ветроколеса имеют перфорацию. 7. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the blades in width at the edges of the wind wheel close to the rim have perforation. 8. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что лопасти закреплены на осях со смещением по ширине на 1/3. 8. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the blades are fixed on the axes with a shift in width by 1/3. 9. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что в устройстве стабилизации частоты вращения ветроколеса концы пружины закреплены в отверстиях перфорации обода и лопасти. 9. The wind generator according to claim 1, characterized in that in the device for stabilizing the frequency of rotation of the wind wheel, the ends of the spring are fixed in the holes of the perforation of the rim and the blade. 10. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что устройством стабилизации частоты вращения оснащены оба ветроколеса. 10. The wind turbine according to claim 1, characterized in that both wind wheels are equipped with a speed stabilization device.
RU2001132196/06A 2001-11-28 2001-11-28 Windmill-electric power unit RU2210001C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001132196/06A RU2210001C1 (en) 2001-11-28 2001-11-28 Windmill-electric power unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001132196/06A RU2210001C1 (en) 2001-11-28 2001-11-28 Windmill-electric power unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001132196A RU2001132196A (en) 2003-06-27
RU2210001C1 true RU2210001C1 (en) 2003-08-10

Family

ID=29246075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001132196/06A RU2210001C1 (en) 2001-11-28 2001-11-28 Windmill-electric power unit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2210001C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463475C2 (en) * 2010-04-08 2012-10-10 Ренат Кайдарович Абинаев Wind-driven power plant
CN103147926A (en) * 2013-04-01 2013-06-12 戚永维 Full-blade-tip wind driven generator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463475C2 (en) * 2010-04-08 2012-10-10 Ренат Кайдарович Абинаев Wind-driven power plant
CN103147926A (en) * 2013-04-01 2013-06-12 戚永维 Full-blade-tip wind driven generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7911076B2 (en) Wind driven power generator with moveable cam
US5553996A (en) Wind powered turbine
US5599168A (en) Wind turbine adaptable to wind direction and velocity
NZ203146A (en) Wind-generator with horizontal rotor axis and auxiliary vanes to control pitch/speed
US20140322013A1 (en) Independent variable blade pitch and geometry wind turbine control
JP2010522847A (en) Multistage wind turbine with variable blade displacement
US10502183B2 (en) Wind turbine
WO2007103270A2 (en) Methods and devices for improving efficiency of wind turbines in low speed sites
EP2232064A1 (en) Pitch control arrangement for wind turbine
EP2769089A1 (en) Vertical axis wind turbine with variable pitch mechanism
CN201739081U (en) Torsion spring pitch-regulating mechanism for miniature wind generator
AU2008222708B2 (en) Hubless windmill
US20200132044A1 (en) Wind turbine
US5083901A (en) Electricity generating wind turbine
RU2210001C1 (en) Windmill-electric power unit
KR101525553B1 (en) Wind power generator with vertical rotor
EA016423B1 (en) Wind wheel
US20150322919A1 (en) Electricity Generating Wind Turbine
RU2267647C1 (en) Wind motor with &#34;banana&#34; blades and method of control of rotational frequency of wind-power turbine
CN112703314B (en) Wind turbine with aerodynamic blade carrying structure
RU2065991C1 (en) Method and device for obtaining wind-generated energy
RU2001132196A (en) Windmill
RU2461733C1 (en) Wind-driven unit
RU2066396C1 (en) Windmill
RU2768140C1 (en) Wind generator control method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051129