RU2351798C1

RU2351798C1 - Wind-driver power plant

Info

Publication number: RU2351798C1
Application number: RU2007128789/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Евгеньевич Варламов (RU); Сергей Евгеньевич Варламов; Юлия Маратовна Дурнева (RU); Юлия Маратовна Дурнева; Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Сергей Евгеньевич Варламов; Юлия Маратовна Дурнева; Николай Борисович Болотин
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-04-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to the plants converting wind power into electric power. The proposed plant incorporates a generator and aerodynamic drive representing two coaxial propellers running in opposite directions and connected to aforesaid generator via an appliance converting the rotary motion of two shafts into rotary motion of one shaft. The said drive represents a differential planetary booster. The said generator and booster are arranged in the housing furnished with a hinge located in vertical plane passing through the center of masses and fixed on the post to allow rotation in vertical and horizontal planes. Aforesaid hinge is provided with a vertical rotation stop to protect the propellers from hitting against the port. Horizontal and vertical position stabilisers are mounted on the generator housing side opposite the propellers. The said stabilisers have a balance weight.

EFFECT: higher efficiency and power output, smaller sizes.

7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего воздушного потока в электрическую энергию.The invention relates to structures of installations for converting the energy of the incident air flow into electrical energy.

Известна ветровая энергетическая установка по патенту РФ на изобретение №226973, содержащая диффузор ветроколесо и генератор, при этом диффузор имеет форму флюгер-балки.Known wind power installation according to the patent of the Russian Federation for invention No. 226973, containing a wind-wheel diffuser and a generator, while the diffuser has the shape of a vane beam.

Недостатки: очень большие габариты и металлоемкость конструкции.Disadvantages: very large dimensions and metal structure.

Известен ветрогенератор по патенту РФ на изобретение по авт. св. СССР №1553757, прототип. Этот ветрогенератор содержит генератор и аэродинамический привод, выполненный в виде нескольких воздушных винтов, соединенных с ротором генератора.Known wind generator according to the patent of the Russian Federation for the invention by ed. St. USSR No. 1553757, prototype. This wind generator contains a generator and an aerodynamic drive made in the form of several propellers connected to the rotor of the generator.

Недостатками изобретения являются ограниченная мощность, небольшой КПД преобразования энергии, большие габариты винтов и значительный уровень шума, создаваемого винтами при вращении.The disadvantages of the invention are limited power, low efficiency of energy conversion, large dimensions of the screws and a significant level of noise created by the screws during rotation.

Это является большим недостатком, т.к. статор необходимо разместить в неподвижном корпусе, предназначенном для крепления к опоре и вывода электрических проводов. Кроме того, ротор, статор и винты вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Если спроектировать высокоскоростной генератор, имеющий частоту вращения, например 3000…10000 об/мин, то спроектировать винт диаметром более 1 м не удастся по соображениям прочности из-за больших центробежных нагрузок.This is a big disadvantage because the stator must be placed in a fixed housing designed for mounting to a support and the output of electrical wires. In addition, the rotor, stator and screws rotate at the same angular speeds. If you design a high-speed generator having a rotation frequency of, for example, 3000 ... 10000 rpm, then you will not be able to design a screw with a diameter of more than 1 m due to strength considerations due to high centrifugal loads.

Например, при n=10000 об/мин и диаметре воздушного винта D=1 м,For example, with n = 10,000 rpm and a propeller diameter D = 1 m,

Скорость вращения винта по периферии будетThe speed of rotation of the screw on the periphery will be

,

т.е. почти в 2 раза превышает скорость звука и не допустима по условиям прочности.those. almost 2 times the speed of sound and is not permissible under conditions of strength.

Для промышленных ветрогенераторов для получения максимальной мощности необходимо иметь винты диаметром 50…100 м и более. В этом случае скорость вращения винтов не должна превышать 500 об/мин, т.е. необходима установка мультипликатора, повышающего частоту вращения роторов в 100…200 раз. Кроме того, предпочтительно статор генератора выполнить невращающимся.For industrial wind generators, to obtain maximum power, it is necessary to have screws with a diameter of 50 ... 100 m or more. In this case, the speed of rotation of the screws should not exceed 500 rpm, i.e. it is necessary to install a multiplier that increases the rotor speed by 100 ... 200 times. In addition, it is preferable to make the stator of the generator non-rotating.

Задача создания изобретения - увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности.The objective of the invention is to increase the efficiency of the installation while reducing its size and at the same time increasing the power.

Решение указанных задач достигнуто в ветровой энергетической установке, содержащей генератор и аэродинамический привод, тем, что аэродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных воздушных винтов, выполненных с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, выполненное в виде дифференциального планетарного мультипликатора. Генератор и средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала размещены в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим воздушные винты от повреждения о стойку. К корпусу генератора со стороны, противоположной винтам, установлены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения. На стабилизаторе закреплен балансировочный груз. Воздушные винты выполнены с изменяемым шагом. Ветровая энергетическая установка может быть оборудована тормозом внутреннего и внешнего валов.The solution of these problems was achieved in a wind power installation containing a generator and an aerodynamic drive, in that the aerodynamic drive is made in the form of two coaxially located propellers, made with the possibility of rotation in opposite directions and connected to the generator through means for converting the rotational motion of two shafts into rotational motion one shaft, made in the form of a differential planetary multiplier. The generator and the means for converting the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft are housed in a housing having a hinge located in a vertical plane passing through the center of mass, mounted on a rack and allowing rotation in horizontal and vertical planes. The hinge is made with a vertical rotation limiter that protects the propellers from damage to the rack. On the side of the generator opposite the screws, horizontal and vertical stabilizers are installed. A balancing weight is fixed on the stabilizer. Propellers are made with variable pitch. The wind power plant can be equipped with a brake of the internal and external shafts.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, i.e. all the criteria of the invention.

Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями, изобретательский уровень: достижением нового технического эффекта - обеспечение платформы очень дешевой электроэнергией в течение длительного времени. Промышленная применимость обусловлена тем, что для реализации изобретения требуются известные материалы и технологии.The novelty is confirmed by the patent research, inventive step: the achievement of a new technical effect - providing the platform with very cheap electricity for a long time. Industrial applicability is due to the fact that the implementation of the invention requires known materials and technologies.

На фиг.1 приведена ветровая энергетическая установка,Figure 1 shows the wind power installation,

на фиг.2 - кинематическая схема ветровой энергетической установки.figure 2 is a kinematic diagram of a wind power plant.

Установка (фиг.1) содержит генератор 1 и присоединенный к нему аэродинамический привод 2, работающий от энергии ветра.The installation (Fig. 1) contains a generator 1 and an attached aerodynamic drive 2 operating from wind energy.

Аэродинамический привод 2 (фиг.1) состоит из установленных соответственно на внутреннем 3 и внешнем 4 валах соосно установленных воздушных винтов: переднего 5 и заднего 6, и подключенных к средству преобразования 7 вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, а именно вала генератора 8. Воздушные винты 5 и 6 при работе вращаются в разные стороны.The aerodynamic drive 2 (Fig. 1) consists of coaxially mounted propellers mounted respectively on the inner 3 and outer 4 shafts: front 5 and rear 6, and connected to the means of conversion 7 of the rotational movement of the two shafts into the rotational motion of one shaft, namely the generator shaft 8. Propellers 5 and 6 during operation rotate in different directions.

Средство преобразования 7 вращательного движения двух валов 3 и 4 во вращательное движение одного вала 8 (фиг.2) выполнено в виде эпициклического зубчатого механизма 9, например дифференциального мультипликатора, который, в свою очередь, содержит (фиг.1) центральное колесо 10, солнечное колесо 11, сателлиты 12, установленные на водиле 13. Центральное колесо 10 установлено на валу генератора 8, на котором закреплены постоянные магниты 14. Обмотка возбуждения 15 и опоры 16 установлены внутри корпуса 17.The means of converting 7 the rotational motion of two shafts 3 and 4 into the rotational motion of one shaft 8 (Fig. 2) is made in the form of an epicyclic gear mechanism 9, for example a differential multiplier, which, in turn, contains (Fig. 1) a central wheel 10, the sun the wheel 11, the satellites 12 mounted on the carrier 13. The central wheel 10 is mounted on the shaft of the generator 8, on which the permanent magnets are fixed 14. The field winding 15 and the supports 16 are installed inside the housing 17.

Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты воздушных винтов 5 и 6, увеличить их КПД, уменьшить диаметр установки почти в 1,5 раза и уменьшить уровень шума, создаваемого воздушными винтами 5 и 6.The use of such a scheme will reduce the diametrical dimensions of propellers 5 and 6, increase their efficiency, reduce the diameter of the installation by almost 1.5 times and reduce the noise level created by propellers 5 and 6.

К корпусу 17 каждого генератора 1 (фиг.2) в плоскости центра масс ЦТ прикреплен шарнир 18, другой конец которого закреплен на опоре 19. Шарнир 18 допускает вращение генератора 1 в горизонтальной плоскости и поворот на угол α - в вертикальной плоскости. Шарнир 18 имеет ограничитель вертикального поворота 20. Применение ограничителя вертикального поворота 20 предотвращает повреждение воздушных винтов 5 и 6 об опору 19.A hinge 18 is attached to the housing 17 of each generator 1 (Fig. 2) in the center of mass center of the central heating center, the other end of which is fixed to the support 19. The hinge 18 allows the rotation of the generator 1 in the horizontal plane and rotation through the angle α in the vertical plane. The hinge 18 has a vertical rotation limiter 20. The use of a vertical rotation limiter 20 prevents damage to the propellers 5 and 6 about the support 19.

К корпусу 17 прикреплены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения, соответственно 21 и 22. Стабилизаторы горизонтального и вертикального положения 21 и 22 позволяют генератору 1 ориентироваться строго против направления воздушного потока, что повышает его КПД. На стабилизаторе 21 или 22 закреплен балансировочный груз 23 для совмещения центра масс ЦТ с вертикальной плоскостью, проходящей через шарнир 18. Установка оборудована тормозом 24 для торможения внутреннего и внешнего валов 3 и 4 (фиг.1). Воздушные винты 5 и 6 содержат каждый не менее двух лопастей 25 и выполнены с изменяемым шагом.The horizontal and vertical stabilizers 21 and 22 are attached to the housing 17. The horizontal and vertical stabilizers 21 and 22 allow the generator 1 to orient itself strictly against the direction of the air flow, which increases its efficiency. A balancing weight 23 is fixed on the stabilizer 21 or 22 to align the center of mass of the central heating unit with a vertical plane passing through the hinge 18. The unit is equipped with a brake 24 for braking the internal and external shafts 3 and 4 (Fig. 1). Propellers 5 and 6 each contain at least two blades 25 and are made with variable pitch.

При эксплуатации установки практически всегда дует ветер. Воздушный поток приводит в действие аэродинамический привод 2 (фиг.1), т.е. воздушные винты 5 и 6 через средство преобразования 7 вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала - вала генератора 8 - приводят в действие генератор 1. Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам к потребителям энергии. При изменении направления ветра стабилизаторы 21 и 22 автоматически корректируют установку оси генератора 1 в нужном направлении, что дополнительно увеличивает КПД установки и ее мощность.During operation, the wind almost always blows. The air flow drives the aerodynamic drive 2 (FIG. 1), i.e. propellers 5 and 6 through the means of converting 7 the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft — the shaft of the generator 8 — drive the generator 1. The generated electrical energy is supplied through electric wires to the energy consumers. When changing the direction of the wind, the stabilizers 21 and 22 automatically correct the installation of the axis of the generator 1 in the desired direction, which further increases the efficiency of the installation and its power.

Применение изобретения позволит обеспечить высокий КПД установки, большую мощность, минимальные габариты и минимальный уровень шума воздушных винтов.The application of the invention will ensure a high efficiency of the installation, high power, minimum dimensions and minimum noise level of propellers.

Claims

1. Ветровая энергетическая установка, содержащая генератор и аэродинамический привод, выполненный в виде двух соосно расположенных воздушных винтов, выполненных с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, отличающаяся тем, что средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала выполнено в виде дифференциального планетарного мультипликатора.1. Wind power installation containing a generator and an aerodynamic drive made in the form of two coaxially arranged propellers, made with the possibility of rotation in opposite directions and connected to the generator through means for converting the rotational motion of two shafts into rotational motion of one shaft, characterized in that the means transforming the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft is made in the form of a differential planetary multiplier.

2. Ветровая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что генератор и средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала размещены в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях.2. The wind power installation according to claim 1, characterized in that the generator and means for converting the rotational movement of two shafts into rotational motion of one shaft are placed in a housing having a hinge located in a vertical plane passing through the center of mass, mounted on a rack and providing the opportunity turning in horizontal and vertical planes.

3. Ветровая энергетическая установка по п.2, отличающаяся тем, что шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим воздушные винты от повреждения о стойку.3. Wind power installation according to claim 2, characterized in that the hinge is made with a vertical rotation limiter that protects the propellers from damage to the rack.

4. Ветровая энергетическая установка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что к корпусу генератора со стороны, противоположной винтам, прикреплены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения.4. Wind power installation according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the horizontal and vertical stabilizers are attached to the generator housing from the side opposite to the screws.

5. Ветровая энергетическая установка по п.4, отличающаяся тем, что на стабилизаторе закреплен балансировочный груз.5. Wind power installation according to claim 4, characterized in that a balancing load is fixed on the stabilizer.

6. Ветровая энергетическая установка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что воздушные винты выполнены с изменяемым шагом.6. Wind power installation according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the propellers are made with variable pitch.

7. Ветровая энергетическая установка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что она оборудована тормозом внутреннего и внешнего валов. 7. The wind power installation according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that it is equipped with a brake of the internal and external shafts.