RU2310091C1 - Vane wind generator - Google Patents

Abstract

FIELD: wind power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to generation of electric energy using wind. In proposed wind generator balancing plate is rigidly secured to wedge vane in direction cross to wind and is arranged at angle to wind. Rear part of plate is curved towards working wheel. Light vane, stabilizers balancing plates are self-aligned forming common rigid assembly with possibility of free rotation relative to fixed mast.

EFFECT: reduced metal usage of structure, increase with utilization factor.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области использования ветра для получения электроэнергии. Оно может быть применено в ветроэлектростанциях средней мощности 10-100 кВт. Ветрогенератор такой мощности может быть установлен в фермерском хозяйстве в качестве дополнительного источника электроэнергии или в местах, удаленных от централизованного энергоснабжения.The invention relates to the use of wind to generate electricity. It can be used in wind farms with an average power of 10-100 kW. A wind generator of such power can be installed in the farm as an additional source of electricity or in places remote from centralized energy supply.

Известны ветрогенераторы флюгерные с вертикальной и горизонтальной осями вращения (см., например, патент РФ №2062352 С1, М. кл. F03D 1/00, оп. 1996) [1], которые концентрируют воздушный поток, направляя его либо на одну сторону рабочего колеса, либо на все колесо.Known wind turbine generators with vertical and horizontal axes of rotation (see, for example, RF patent No. 2062352 C1, M. CL F03D 1/00, op. 1996) [1], which concentrate the air flow, directing it either on one side of the worker wheels, or all-wheel.

Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является флюгерный ветрогенератор (см., например, патент Франции №2286954 А1, F03D 3/04, оп. 1976) [2]. Это устройство имеет вертикальную ось вращения рабочего колеса, которое охватывается флюгером. Здесь флюгер охватывает рабочее колесо в пределах, близких к половине окружности, для чего нет никакой необходимости, ибо одной четверти окружности со стороны клина вполне достаточно для ограждения от ветра встречно движущихся лопаток рабочего колеса. Кроме того, самоустанавливаемый флюгер (см. FIG.1) [2] никак не может располагаться вдоль направления ветра, ибо усилие, действующее на клин, обязательно развернет флюгер вокруг вертикальной оси в направлении, встречном движению колеса, пока усилие на клиновой части не уравновесится усилием ветра, действующим на хвостовую часть флюгера, из-за чего увеличится парусность всего ветряка и создадутся условия для его опрокидывания.The closest analogue of the claimed device is a vane wind generator (see, for example, French patent No. 2286954 A1, F03D 3/04, op. 1976) [2]. This device has a vertical axis of rotation of the impeller, which is covered by a weather vane. Here, the weather vane covers the impeller within close to half the circumference, for which there is no need, because one quarter of the circumference from the side of the wedge is quite enough to protect the opposing moving impeller blades from the wind. In addition, the self-aligning weather vane (see FIG. 1) [2] cannot be located along the wind direction in any way, since the force acting on the wedge will surely turn the weather vane around the vertical axis in the direction counter to the movement of the wheel until the force on the wedge part is balanced the force of the wind acting on the tail of the wind vane, which will increase the windage of the entire wind turbine and create conditions for its tipping.

Также при таком повороте флюгера открывается возможность для воздействия ветра на встречно движущиеся лопатки рабочего колеса, что приведет к снижению эффективности работы всего устройства. Следует заметить, что флюгер насажен на вал рабочего колеса, что делает эти два элемента кинематически зависимыми, из-за чего при определенных условиях может возникнуть аварийная ситуация. Как видно из проведенного анализа, все отмеченные выше устройства обладают высокой металлоемкостью и сложностью кинематики, что не всегда приводит к необходимому уплотнению воздушного потока и к необходимому несимметричному воздействию ветра на рабочее колесо.Also, with such a rotation of the weather vane, the opportunity for the impact of wind on counter-moving blades of the impeller, which will reduce the efficiency of the entire device, opens up. It should be noted that the weather vane is mounted on the impeller shaft, which makes these two elements kinematically dependent, due to which, under certain conditions, an emergency situation can occur. As can be seen from the analysis, all of the above devices have a high metal consumption and complexity of kinematics, which does not always lead to the necessary compaction of the air flow and the necessary asymmetric wind effect on the impeller.

Задачей данного изобретения является упрощение конструкции ветряка, создание условий как для уплотнения воздушного потока, так и для асимметричного воздействия ветра на рабочее колесо.The objective of the invention is to simplify the design of the windmill, creating conditions for both compaction of the air flow and for the asymmetric effect of wind on the impeller.

Техническим результатом решения поставленной задачи является снижение металлоемкости конструкции и повышение коэффициента использования ветра.The technical result of solving the problem is to reduce the metal structure and increase the utilization of wind.

Этот результат достигается тем, что в ветрогенераторе флюгерном, содержащем рабочее колесо с зубчатыми механизмами, флюгер с криволинейным откосом, направленным острым концом навстречу ветру, и два ветровых стабилизатора, согласно изобретению в поперечном к ветру направлении к клиновому флюгеру жестко закреплена уравновешивающая пластина, расположенная под углом к ветру, при этом задняя часть пластины имеет сгиб в сторону рабочего колеса. Кроме того, флюгер охватывает рабочее колесо в пределах четверти окружности, на верхней, нижней и боковых частях клинового флюгера расположены вертикальные и горизонтальные щелевые отверстия, прикрытые козырьками по направлению ветра, а флюгер, ветровые стабилизаторы и уравновешивающая пластина представляют собой единую жесткую конструкцию с возможностью установки на отдельном подшипниковом узле, закрепленном на неподвижной мачте.This result is achieved in that in a weather vane wind turbine containing an impeller with gear mechanisms, a weather vane with a curved slope directed with its sharp end towards the wind, and two wind stabilizers, according to the invention, a balancing plate located under the wind towards the wedge weather vane is fixed angle to the wind, while the back of the plate has a fold towards the impeller. In addition, the weather vane covers the impeller within a quarter of a circle, on the upper, lower and lateral parts of the wedge weather vane there are vertical and horizontal slotted openings covered by visors in the direction of the wind, and the weather vane, wind stabilizers and balancing plate represent a single rigid structure with the possibility of installation on a separate bearing assembly mounted on a fixed mast.

На фиг.1 показана общая схема ветродвигателя; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.2.Figure 1 shows a General diagram of a wind turbine; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a view of B in figure 2.

Ветрогенератор содержит колонну 1 с установленной мачтой 2. На мачте 2 установлено рабочее колесо 3, которое неподвижно сочленено с зубчатой парой 4, вращение от которой через угловой редуктор 5 передается на генератор 6. Флюгер 7 охватывает рабочее колесо 3 в пределах четверти окружности (фиг.2). В клиновой части флюгера 7 имеются щелевые пазы 8, которые прикрыты с наветренной стороны наклонными козырьками 9. Эти пазы 8 и козырьки 9 располагаются на верхней, нижней и боковых частях флюгера 7. Наветренная криволинейная стенка флюгера 7 выполнена гладкой. Флюгер 7 подвешен с помощью растяжек 10 к подпятнику 11, установленному на подшипниках мачты 2. Также к подпятнику 11 с помощью растяжек и подвесов жестко закреплена уравновешивающая пластина 12 (фиг.2), имеющая прямолинейный сгиб по направлению ветра. На внешних сторонах флюгера 7 и уравновешивающей пластины 12 расположены продольные и поперечные тяги 13, на которые с подветренной стороны ветрогенератора закреплены стабилизаторы 14 (фиг.2).The wind generator comprises a column 1 with a mast 2. An impeller 3 is mounted on the mast 2, which is fixedly coupled with a gear pair 4, the rotation of which is transmitted through an angular gear 5 to the generator 6. The weather vane 7 covers the impeller 3 within a quarter of a circle (FIG. 2). In the wedge part of the weather vane 7 there are slotted grooves 8, which are covered on the windward side by inclined visors 9. These grooves 8 and visors 9 are located on the upper, lower and lateral parts of the weather vane 7. The windward curved wall of the weather vane 7 is made smooth. The weather vane 7 is suspended using stretch marks 10 to the thrust bearing 11 mounted on the bearings of the mast 2. Also to the thrust bearing 11 by means of stretch marks and suspensions, a balancing plate 12 is fixed (Fig. 2), having a straight fold in the direction of the wind. On the outer sides of the weather vane 7 and the balancing plate 12 are longitudinal and transverse rods 13, on which stabilizers 14 are fixed on the leeward side of the wind generator (Fig. 2).

В описанной выше конструкции флюгер 7 будет всегда самоустанавливаться острым клиновым концом навстречу ветру, поскольку отклоняющее флюгер 7 реактивное усилие будет уравновешено усилием ветра, действующим на уравновешенную пластину 12. Кроме того, способствовать именно такому самоустановлению флюгера 7 относительно ветра будут стабилизаторы 14, которые при случайных отклонениях флюгера 7 от направления ветра будут возвращать его в нужное положение также под воздействием ветра. В этом положении с наветренной стороны ветрогенератора образуются две зоны сконцентрированного воздушного потока, одна из них будет располагаться в месте кратчайшего расстояния между клиновой частью флюгера 7 и внешним радиусом рабочего колеса 3, другая - в месте кратчайшего расстояния между одной из образующих уравновешивающей пластины 12 и также внешним радиусом рабочего колеса 3. Две эти зоны сконцентрированного воздушного потока и сам воздушный поток (ветер), который благодаря описанной конструкции флюгера 7 может воздействовать только на открытую половину рабочего колеса 3, создадут на рабочем колесе 3 максимально возможный крутящий момент. Также созданию максимально возможного крутящего момента будут способствовать щелевые отверстия 8 с козырьками 9. Через отверстия 8 будет выходить воздух, т.к. давление в ветровом потоке всегда ниже, чем в закрытых частях флюгера 7. За счет этого явления внутри клинового объема флюгера 7 будет создаваться пониженное давление и атмосферный воздух, заходя с задней стороны флюгера 7, будет воздействовать на лопатки рабочего колеса 3 в нужном направлении. Крутящий момент с рабочего колеса 3 посредством зубчатой пары 4 и редуктора 5 (фиг.1) передается на генератор 6, где и преобразуется в электроэнергию. Таким образом эффективность работы ветрогенератора состоит в наличии уравновешивающей пластины, смонтированной на одной раме с клиновым флюгером, а также в щелевых отверстиях, прикрытых козырьками и расположенных с трех сторон флюгера, не подверженных силовому воздействию ветра. Это позволило сконцентрировать воздушный поток на одной половине рабочего колеса и максимально эффективно использовать энергию ветра. Кроме того, удалось снизить металлоемкость конструкции.In the design described above, the vane 7 will always be self-aligning with a sharp wedge end facing the wind, since the reactive force deflecting the vane 7 will be balanced by the force of the wind acting on the balanced plate 12. In addition, stabilizers 14, which with random deviations of the weather vane 7 from the direction of the wind will return it to the desired position also under the influence of the wind. In this position, two zones of concentrated air flow are formed on the windward side of the wind generator, one of them will be located at the shortest distance between the wedge part of the vane 7 and the outer radius of the impeller 3, the other at the shortest distance between one of the generators of the balancing plate 12 and also the outer radius of the impeller 3. These two zones of concentrated air flow and the air flow (wind), which due to the described design of the weather vane 7 can act as a to the open half of the impeller 3, will create on the impeller 3, the maximum possible torque. Also, the creation of the maximum possible torque will be facilitated by slotted openings 8 with visors 9. Air will escape through the openings 8, as the pressure in the wind flow is always lower than in the closed parts of the vane 7. Due to this phenomenon, reduced pressure will be created inside the wedge volume of the vane 7 and atmospheric air entering from the back of the vane 7 will act on the blades of the impeller 3 in the desired direction. The torque from the impeller 3 by means of a gear pair 4 and a gearbox 5 (figure 1) is transmitted to the generator 6, where it is converted into electricity. Thus, the efficiency of the wind generator consists in the presence of a balancing plate mounted on one frame with a wedge weather vane, as well as in slotted openings covered with visors and located on three sides of the weather vane, not subject to the force of the wind. This made it possible to concentrate the air flow on one half of the impeller and use wind energy as efficiently as possible. In addition, it was possible to reduce the metal consumption of the structure.

Claims (4)

1. Ветрогенератор флюгерный, содержащий рабочее колесо с зубчатыми механизмами, флюгер с криволинейным откосом, направленным острым клиновым концом навстречу ветру, и два ветровых стабилизатора, отличающийся тем, что в поперечном к ветру направлении к клиновому флюгеру жестко закреплена уравновешивающая пластина, расположенная под углом к ветру, при этом задняя часть пластины имеет сгиб в сторону рабочего колеса.1. A wind vane generator, comprising an impeller with gear mechanisms, a weather vane with a curved slope directed by a sharp wedge end facing the wind, and two wind stabilizers, characterized in that a balancing plate located at an angle to the transverse to the wind towards the wedge vane wind, while the back of the plate has a fold towards the impeller. 2. Ветрогенератор по п.1, отличающийся тем, что флюгер охватывает рабочее колесо в пределах четверти окружности.2. The wind generator according to claim 1, characterized in that the weather vane covers the impeller within a quarter of a circle. 3. Ветрогенератор по п.1, отличающийся тем, что на верхней, нижней и боковых частях клинового флюгера расположены вертикальные и горизонтальные щелевые отверстия, прикрытые козырьками по направлению ветра.3. The wind generator according to claim 1, characterized in that on the upper, lower and lateral parts of the wedge weather vane there are vertical and horizontal slotted openings covered with visors in the direction of the wind. 4. Ветрогенератор по п.1, отличающийся тем, что флюгер, ветровые стабилизаторы и уравновешивающая пластина представляют собой единую жесткую конструкцию с возможностью установки на отдельном подшипниковом узле, закрепленном на неподвижной мачте.4. The wind generator according to claim 1, characterized in that the weather vane, wind stabilizers and balancing plate are a single rigid structure with the possibility of installation on a separate bearing unit mounted on a fixed mast.

Images