RU2245456C2

RU2245456C2 - Vertical-shaft windmill-electric generating plant

Info

Publication number: RU2245456C2
Application number: RU2002113360/06A
Authority: RU
Inventors: тхер В.М. Л (RU); В.М. Лятхер
Original assignee: Лятхер Виктор Михайлович
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2005-01-27

Abstract

FIELD: wind-power engineering; rotary windmill-electric generating plants.

SUBSTANCE: proposed plant has two circular bladed rotors mounted one on top of other, linear generator in-between, and central pylon coupled with rotors. Blades of circular rotors are position so as to provide for opposing rotation of rotors. Upper rotor is coupled with central pylon by means of set of braces secured on outer ring of radial-thrust bearing and lower rotor is coupled with upper one by means of electromagnetic suspension and released wheel supports keeping vertical clearance between linear generator components. Upper rotor is provided with L-shaped brackets that carry brake straps to receive brake flange of lower rotor during disconnection of suspension electromagnets.

EFFECT: enhanced reliability and effectiveness.

5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к роторным энергоагрегатам, и может использоваться для получения энергии из воздушных потоков.The invention relates to wind energy, namely to rotary power units, and can be used to obtain energy from air flows.

Известны ветроустановки с вертикальной осью вращения с опорой в виде центрального неподвижного пилона, на котором с помощью тросовых оттяжек закреплено неподвижное кольцо, несущее статор генератора, вокруг которого движется кольцо, несущее вертикальные лопасти и ротор линейного генератора (Авторское свидетельство СССР №1366686).Known wind turbines with a vertical axis of rotation with a support in the form of a central stationary pylon, on which, using cable ropes, a fixed ring is mounted that carries the generator stator, around which a ring moves that carries vertical blades and the rotor of the linear generator (USSR Author's Certificate No. 1366686).

Недостатком этого решения является необходимость точного изготовления подвижного кольца большого диаметра для передачи боковых усилий на неподвижные опоры. Кроме того, вследствие относительно невысокой скорости подвижного кольца масса линейного генератора относительно большая и соответственно стоимость генератора - высокая.The disadvantage of this solution is the need for accurate manufacture of a movable ring of large diameter to transmit lateral forces to the fixed supports. In addition, due to the relatively low speed of the movable ring, the mass of the linear generator is relatively large and, accordingly, the cost of the generator is high.

Наиболее близким для указанного изобретения является ветроустановка с вертикальной осью вращения, в которой кольцевой лопастной ротор (КЛР) подвешен на системе тросов к центральному пилону через радиально упорный подшипник с помощью попарно расположенных и пересекающих друг друга растяжек, находящихся под напряжением растяжения из-за действия центробежных сил и веса КЛР (Авторское свидетельство СССР №1671953). Недостатком этого технического решения является наличие в центральном пилоне механического мультипликатора, повышающего частоту вращения рабочего вала находящегося там же электрического генератора, что существенно удорожает установку, повышает эксплуатационные затраты и снижает ее надежность.Closest to the specified invention is a wind turbine with a vertical axis of rotation, in which an annular rotor rotor (CLR) is suspended on a cable system to the central pylon through an angular contact bearing using pairwise located and crossing each other stretch marks under tensile stress due to the action of centrifugal forces and weights of the CLR (USSR Author's Certificate No. 1671953). The disadvantage of this technical solution is the presence in the central pylon of a mechanical multiplier that increases the rotational speed of the working shaft of the electric generator located there, which significantly increases the cost of installation, increases operating costs and reduces its reliability.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и, помимо этого, повышение экономической эффективности.The technical result of the invention is to increase reliability and, in addition, increase economic efficiency.

Технический результат достигается тем, что в ветроэнергетической установке с вертикальной осью вращения, содержащей кольцевые лопастные роторы, линейные генераторы и связанный с роторами центральный пилон, кольцевые лопастные роторы установлены один над другим с линейным генератором между ними, лопасти на кольцевых роторах ориентированы противоположным образом с возможностью встречного вращения роторов.The technical result is achieved by the fact that in a wind power installation with a vertical axis of rotation, containing ring-shaped rotor rotors, linear generators and a central pylon connected to the rotors, ring-shaped rotor rotors are mounted one above the other with a linear generator between them, the blades on the ring-shaped rotors are oppositely oriented with the possibility of counter rotation of rotors.

Кроме того, в ветроэнергетической установке верхний ротор связан с центральным пилоном системой растяжек, закрепленных на наружном кольце радиально-упорного подшипника, а нижний ротор связан с верхним ротором системой электромагнитного подвеса и разгруженными колесными опорами, фиксирующими вертикальный зазор между элементами линейного генератора.In addition, in a wind power installation, the upper rotor is connected to the central pylon by a system of braces mounted on the outer ring of the angular contact ball bearing, and the lower rotor is connected to the upper rotor by an electromagnetic suspension system and unloaded wheel supports fixing the vertical clearance between the elements of the linear generator.

Кроме того, в ветроэнергетической установке верхний ротор снабжен Г-образными консолями, несущими тормозные накладки, на которые ложится тормозная полка нижнего ротора при отключении электромагнитного подвеса.In addition, in a wind power installation, the upper rotor is equipped with L-shaped consoles bearing brake linings, on which the brake shelf of the lower rotor rests when the electromagnetic suspension is turned off.

Технический результат достигается также и тем, что роторы, растяжки, прилегающие к ротору, снабжены аэродинамическими обтекателями, причем верхний обтекатель в носовой части имеет спуск, перекрывающий горизонтальную щель между обтекателями, а части обтекателей, примыкающие к роторам, снабжены аэродинамическими тормозными щитками, открывающимися при превышении роторами расчетной скорости движения или по сигналу системы управления, контролирующей работу установки.The technical result is also achieved by the fact that the rotors, braces adjacent to the rotor are equipped with aerodynamic fairings, the upper fairing in the nose part having a descent covering the horizontal gap between the fairings, and the parts of the fairings adjacent to the rotors are equipped with aerodynamic brake flaps that open when the rotors exceed the calculated speed of movement or by the signal of the control system that controls the operation of the installation.

Кроме того, в ветроэнергетической установке индукторы линейного генератора объединены в блоки, имеющие разные номинальные скорости движения якоря и работающие на электрическую сеть в определенном диапазоне изменения скорости ветра.In addition, in a wind power installation, inductors of a linear generator are combined into blocks having different nominal speeds of movement of the armature and working on the electric network in a certain range of changes in wind speed.

Предложенное техническое решение, в отличие от вышеуказанных роторных ветроэнергоагрегатов, несет лопасти, ориентированные противоположным образом, что обеспечивает высокие относительные скорости между индукторами линейного генератора и токопроводящей пластиной, что снижает массу индукторов и повышает экономичность установки.The proposed technical solution, in contrast to the aforementioned rotor wind turbines, carries blades oriented in the opposite way, which ensures high relative speeds between the inductors of the linear generator and the conductive plate, which reduces the mass of the inductors and increases the efficiency of the installation.

Встречное вращение роторов освобождает центральный пилон от крутящего момента, развиваемого лопастями, и обеспечивает взаимную компенсацию поперечных сил, действующих на роторы, что снижает суммарную нагрузку на центральный пилон, уменьшает материалоемкость и повышает надежность ветроэнергоустановки.Counter rotation of the rotors frees the central pylon from the torque developed by the blades and provides mutual compensation of the transverse forces acting on the rotors, which reduces the total load on the central pylon, reduces material consumption and increases the reliability of the wind power installation.

Объединение индукторов в блоки с разными номинальными скоростями якоря позволяет начинать использовать энергию ветра с относительно небольших значений скорости ветра и обеспечивает высокую энергетическую эффективность ветроэнергоустановки во всем значимом диапазоне изменений скорости ветра за счет оптимального выбора скорости вращения роторов для каждого диапазона изменений скорости ветра.The combination of inductors in blocks with different nominal speeds of the armature allows you to start using wind energy with relatively small wind speeds and provides high energy efficiency of the wind power installation in the entire significant range of wind speed changes due to the optimal choice of rotor speed for each range of wind speed changes.

На фиг.1 дан общий вид ветроэнергоустановки.Figure 1 shows a General view of a wind power installation.

На фиг.2 показан в вертикальном разрезе роторный блок ветроэнергоустановки.Figure 2 shows a vertical section of a rotor unit of a wind power installation.

На фиг.3 в вертикальном разрезе показана часть центрального пилона, где расположен механический стояночный тормоз.Figure 3 in a vertical section shows a part of the Central pylon, where the mechanical parking brake.

Ветроэнергоустановка включает в себя один над другим два кольцевых ротора 1 и 2 в форме правильных многоугольников, на которых вертикально закреплены лопасти аэродинамического профиля 3 и 4, ориентированные в противоположных направлениях. Верхний кольцевой ротор 1, несущий индукторы линейного генератора 5, растяжками 6 связан с радиально-упорным подшипником 7, расположенным наверху центрального пилона 8. Нижний кольцевой ротор 2, несущий полосу 9 из электропроводящего материала и магнитопровод 10, подвешен к верхнему кольцевому ротору 1 с помощью электромагнитов вертикального действия 11, обеспечивающих фиксированный зазор между индукторами 5 и полосой 9, контролируемый специальными датчиками и полиамидными колесами 12, оси которых закреплены на роторе 1, а рабочая поверхность катится по дорожке на роторе 2. Кольцевой ротор 2 напряжен под действием горизонтальных растяжек 13, связывающих его с радиальным подшипником 14, закрепленным на центральном пилоне 8.The wind power installation includes one above the other two ring rotors 1 and 2 in the form of regular polygons, on which the blades of the aerodynamic profile 3 and 4 are oriented vertically, oriented in opposite directions. The upper ring rotor 1, carrying the inductors of the linear generator 5, is connected by stretch marks 6 to the angular contact bearing 7 located at the top of the central pylon 8. The lower ring rotor 2, which carries the strip 9 of electrically conductive material and the magnetic circuit 10, is suspended from the upper ring rotor 1 by vertical electromagnets 11, providing a fixed gap between the inductors 5 and the strip 9, controlled by special sensors and polyamide wheels 12, the axes of which are mounted on the rotor 1, and the working surface atitsya the path on the rotor 2. The annular rotor 2 is tense by the action of the horizontal stretch 13 linking it with the radial bearing 14, fixed on the central pylon 8.

Верхний ротор 1 снабжен Г-образными консолями 15, несущими тормозные накладки 16, на которые ложится тормозная полка 17 нижнего ротора 2 при отключении электромагнитов подвеса. Верхний и нижний роторы 1 и 2, а также примыкающие к ним участки растяжек 6 защищены обтекателями аэродинамического профиля 18, причем верхний обтекатель в носовой части имеет вертикальный спуск, перекрывающий горизонтальную щель между обтекателями.The upper rotor 1 is equipped with L-shaped consoles 15, bearing brake linings 16, on which the brake shelf 17 of the lower rotor 2 rests when the suspension electromagnets are turned off. The upper and lower rotors 1 and 2, as well as adjacent stretch sections 6 are protected by aerodynamic profile fairings 18, and the upper fairing in the bow has a vertical descent overlapping the horizontal gap between the fairings.

Части обтекателей, закрывающие роторы, снабжены аэродинамическими тормозными щитками (не показаны), открывающимися при превышении скорости движения роторов расчетных значений или по сигналу системы управления, контролирующей работу ветроэнергоустановки.The parts of the fairings that cover the rotors are equipped with aerodynamic brake flaps (not shown) that open when the rotor speed exceeds the calculated values or by a signal from a control system that controls the operation of the wind power plant.

На центральном пилоне 8 в зоне радиально-упорного подшипника 7 расположен механический стояночный тормоз 19, фиксирующий положение роторов неработающей ветроэнергоустановки и выполняющий также функции аварийного торможения.On the central pylon 8 in the area of the angular contact bearing 7 there is a mechanical parking brake 19, which fixes the position of the rotors of the idle wind turbine and also performs emergency braking functions.

Индукторы линейного генератора 5 объединены в блоки, имеющие разные номинальные скорости движения якоря и работающие на электрическую сеть в определенном диапазоне изменения скорости ветра. Блоки индукторов линейного генератора объединены силовыми электрическими кабелями, которые по оттяжкам выводятся на центральный пилон 8, где располагаются токосъемные кольца, обеспечивающие выдачу электрической мощности в сеть.Inductors of the linear generator 5 are combined into blocks having different nominal speeds of movement of the armature and working on the electric network in a certain range of changes in wind speed. The blocks of the inductors of the linear generator are combined by power electric cables, which are pulled out to the central pylon 8 by guy wires, where the collector rings are located, which ensure the delivery of electric power to the network.

При работе ветроэнергоустановки расположение роторов 1 и 2, каждый из которых несет лопасти 3 и 4, ориентированные в противоположных направлениях, создает встречное вращение роторов 1 и 2 и соответственно удвоенную относительную скорость размещенных на роторах элементов линейного генератора 5. Кроме того, встречное вращение роторов освобождает центральный пилон 8 от крутящего момента, развиваемого лопастями 3 и 4. Вращение этих лопастей передается элементам линейного генератора 5, работающего на электрическую сеть. Торможение осуществляется тормозными накладками 16, расположенными на Г-образных консолях 15 верхнего ротора 1, на которые ложится тормозная полка 17 нижнего ротора 2 при отключении электромагнитов подвеса. Защита роторов 1 и 2, а также примыкающих к ним участков растяжек 6 осуществляется обтекателями аэродинамического профиля 18. Функции аварийного торможения осуществляет стояночный тормоз 19, фиксирующий положение также положение роторов 1 и 2 неработающей установки.When the wind turbine operates, the location of the rotors 1 and 2, each of which carries blades 3 and 4, oriented in opposite directions, creates a counter rotation of the rotors 1 and 2 and, accordingly, doubles the relative speed of the elements of the linear generator 5 located on the rotors. In addition, the counter rotation of the rotors frees the central pylon 8 from the torque developed by the blades 3 and 4. The rotation of these blades is transmitted to the elements of a linear generator 5 operating on an electric network. Braking is carried out by brake linings 16 located on the L-shaped consoles 15 of the upper rotor 1, on which the brake shelf 17 of the lower rotor 2 rests when the suspension electromagnets are turned off. The rotors 1 and 2, as well as the adjacent stretch marks 6 are protected by aerodynamic fairings 18. The emergency braking functions 19 are provided by the parking brake 19, which also fixes the position of the rotors 1 and 2 of the inoperative installation.

Кроме этого, при работе ветроэнергоустановки используется система автоматического управления и контроля, включающая датчики скорости ветра, фазовой мощности, выработки, вибрации, систему анализа данных, выдачи команд управления и механизмы реализации команд.In addition, when operating a wind power installation, an automatic control and monitoring system is used, including wind speed, phase power, generation, vibration sensors, a data analysis system, issuing control commands and mechanisms for implementing commands.

Claims

1. Ветроэнергетическая установка с вертикальной осью вращения, содержащая кольцевые лопастные роторы, линейные генераторы и связанный с роторами центральный пилон, отличающаяся тем, что кольцевые лопастные роторы установлены один над другим с линейным генератором между ними, лопасти на кольцевых роторах ориентированы противоположным образом – с возможностью встречного вращения роторов.1. A wind turbine with a vertical axis of rotation, containing ring vane rotors, linear generators and a central pylon connected to the rotors, characterized in that the ring vane rotors are mounted one above the other with a linear generator between them, the blades on the ring rotors are oriented in the opposite way - with the possibility counter rotation of rotors.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что верхний ротор связан с центральным пилоном системой растяжек, закрепленных на наружном кольце радиально-упорного подшипника, а нижний ротор связан с верхним ротором системой электромагнитного подвеса и разгруженными колесными опорами, фиксирующими вертикальный зазор между элементами линейного генератора.2. The wind power installation according to claim 1, characterized in that the upper rotor is connected to the central pylon by a system of stretch marks mounted on the outer ring of the angular contact bearing, and the lower rotor is connected to the upper rotor by an electromagnetic suspension system and unloaded wheel supports fixing the vertical clearance between elements of a linear generator.

3. Ветроэнергетическая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что верхний ротор снабжен Г-образными консолями, несущими тормозные накладки, на которые ложится тормозная полка нижнего ротора при отключении электромагнитного подвеса.3. Wind power installation according to claim 1 or 2, characterized in that the upper rotor is equipped with L-shaped consoles bearing brake linings, on which the brake shelf of the lower rotor rests when the electromagnetic suspension is turned off.

4. Ветроэнергетическая установка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что роторы, растяжки, прилегающие к ротору, снабжены аэродинамическими обтекателями, причем верхний обтекатель в носовой части имеет спуск, перекрывающий горизонтальную щель между обтекателями, а части обтекателей, примыкающие к роторам, снабжены аэродинамическими тормозными щитками, открывающимися при превышении роторами расчетной скорости движения или по сигналу системы управления, контролирующей работу установки.4. The wind power installation according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the rotors, braces adjacent to the rotor are provided with aerodynamic cowls, the upper cowling in the nose having a descent covering the horizontal gap between the cowls, and the cowling parts, adjacent to the rotors are equipped with aerodynamic brake flaps that open when the rotors exceed the calculated speed or by a signal from a control system that monitors the operation of the installation.

5. Ветроэнергетическая установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что индукторы линейного генератора объединены в блоки, имеющие разные номинальные скорости движения якоря и работающие на электрическую сеть в определенном диапазоне изменения скорости ветра.5. Wind power installation according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the inductors of the linear generator are combined into blocks having different nominal speeds of movement of the armature and working on the electric network in a certain range of changes in wind speed.