RU2409762C2

RU2409762C2 - Wind-driven power device

Info

Publication number: RU2409762C2
Application number: RU2007111464/06A
Authority: RU
Inventors: Абдулла Сиражутдинович Алиев (RU); Абдулла Сиражутдинович АЛИЕВ; Рахметулла Абдуллаевич Алиев (RU); Рахметулла Абдуллаевич Алиев; Адиль Абукович Саидов (RU); Адиль Абукович Саидов; Михаил Александрович Талалай (RU); Михаил Александрович Талалай
Original assignee: Абдулла Сиражутдинович АЛИЕВ; Рахметулла Абдуллаевич Алиев; Адиль Абукович Саидов; Михаил Александрович Талалай
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2011-01-20
Also published as: RU2007111464A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: device includes vertical fixed post on which with possibility of free rotation there installed is central shaft interacting through a pair of conical gear wheels to electric generator, and two tiers of evenly spaced in pairs symmetrical horizontal levers rigidly attached to central shaft, the ends of which are hinged to flat blades which are non-symmetrical relative to rotation axes. Blades interact with single-sided stops installed on the appropriate horizontal levers. Device also includes rotation speed changing points interacting with central shaft, which are made in the form of centrifugal slide having the shape of cylinder and put on lever. Centrifugal slides are connected to central shaft by means of tension spring and can be installed on horizontal levers of upper tier. On vertical shaft there installed is cylindrical slide interacting through ropes to the above centrifugal slides. One-sided stops can be made in the form of spring-loaded retractable latches the tongues of which have the shape of wedge, or in the form of spring-loaded hinges some halves of which are connected to blades, and the other interact with the appropriate levers.

EFFECT: improving synchronisation of rotation of outlet shaft at simplifying the design.

6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, а именно к ветроэнергетическим устройствам.The invention relates to the field of energy, namely to wind energy devices.

Известен ветродвигатель с вертикальным валом и плоскими лопастями, ориентация которых меняется в зависимости от направления ветра [1].Known wind turbine with a vertical shaft and flat blades, the orientation of which varies depending on the direction of the wind [1].

Для изменения ориентации лопастей используется диск с профильной поверхностью, кинематически связанный с флюгером. Лопасти имеют горизонтальные оси вращения, в корневой части которых установлены катки, которые взаимодействуют с профильной поверхностью диска и изменяют ориентацию лопастей. Лопасти, которые создают положительный момент вращения на вертикальном выходном валу, ориентируются перпендикулярно ветру. Остальные лопасти принимают горизонтальное положение и не препятствуют вращению ветроколеса.To change the orientation of the blades, a disk with a profile surface kinematically connected with a weather vane is used. The blades have horizontal axes of rotation, in the root part of which there are rollers that interact with the profile surface of the disk and change the orientation of the blades. The blades, which create a positive moment of rotation on the vertical output shaft, are oriented perpendicular to the wind. The remaining blades take a horizontal position and do not interfere with the rotation of the wind wheel.

Известный ветродвигатель имеет сложную конструкцию и в нем не предусмотрена синхронизация скорости вращения выходного вала при изменении скорости ветра.The known wind turbine has a complex structure and it does not provide for synchronization of the speed of rotation of the output shaft when the wind speed changes.

Известен также ветродвигатель, в котором предусмотрена синхронизация скорости вращения выходного вала [2], и который может быть указан в качестве прототипа данного технического решения.Also known is a wind turbine, which provides for the synchronization of the speed of rotation of the output shaft [2], and which can be specified as a prototype of this technical solution.

В прототипе высота профильного диска меняется в зависимости от скорости ветра и регулирует эффективную площадь. Чем больше скорость ветра, тем меньше эффективная площадь лопастей. При этом лопасти устанавливаются под углом к горизонтальной плоскости.In the prototype, the height of the profile disk varies depending on the wind speed and regulates the effective area. The higher the wind speed, the smaller the effective area of the blades. In this case, the blades are installed at an angle to the horizontal plane.

Недостатком прототипа является сложность конструкции ветродвигателя, связанная со сложностью конструкции узла взаимодействия флюгера с профильным диском и изменения эффективной площади лопастей.The disadvantage of the prototype is the complexity of the design of the wind turbine associated with the complexity of the design of the site of interaction of the wind vane with the profile disk and changes in the effective area of the blades.

Технической задачей данного изобретения является упрощение конструкции ветродвигателя и повышение синхронности вращения выходного вала.The technical task of this invention is to simplify the design of the wind turbine and increase the synchronization of rotation of the output shaft.

Данная техническая задача решается следующим путем.This technical problem is solved in the following way.

Ветроэнергетическое устройство содержит вертикальную неподвижную стойку, на которой с возможностью свободного вращения установлен центральный вал, который взаимодействует через пару конических шестерен с электрогенератором, неподвижно связанные с центральным валом два яруса эквидистантно установленных попарно-симметричных горизонтальных рычагов, концы которых шарнирно связаны с не симметричными относительно осей вращения плоскими лопастями, взаимодействующими с односторонними упорами, установленными на соответствующих горизонтальных рычагах, при этом устройство содержит взаимодействующие с центральным валом узлы изменения скорости вращения, выполненные в виде центробежного ползуна, имеющего форму цилиндра и надетого на рычаг с возможностью свободного продольного движения вдоль него.The wind power device contains a vertical stationary stand, on which the central shaft is mounted with free rotation, which interacts through a pair of bevel gears with an electric generator, two tiers of equidistant pairwise-symmetrical horizontal levers fixed to the central shaft, the ends of which are pivotally connected to the axes not symmetrical rotation of flat blades interacting with one-way stops mounted on the corresponding horizontal for Basic levers, wherein the interacting device comprises a central shaft rotating speed change units, made in the form of a centrifugal slider having a cylinder shape and worn on the lever with the possibility of free longitudinal movement therealong.

Центробежный ползун связан с центральным валом пружиной растяжения.A centrifugal slider is connected to the central shaft by a tension spring.

Центробежные ползуны установлены на горизонтальных рычагах верхнего яруса, а на вертикальном валу с возможностью свободного перемещения дополнительно установлен цилиндрический ползун, взаимодействующий через тросы с указанными центробежными ползунами, причем тросы перекинуты через блочки, шарнирно закрепленные с помощью кронштейнов в корневой части соответствующих горизонтальных рычагов.Centrifugal sliders are mounted on the horizontal levers of the upper tier, and on the vertical shaft with the possibility of free movement, a cylindrical slider is additionally installed, interacting through the cables with the indicated centrifugal sliders, the cables being thrown over the blocks hinged with brackets in the root of the corresponding horizontal levers.

Односторонние упоры могут быть выполнены в виде подпружиненных выдвижных защелок, язычки которых имеют клиновидную форму.One-way stops can be made in the form of spring-loaded retractable latches, the tongues of which are wedge-shaped.

Односторонние упоры могут быть также выполнены в виде подпружиненных петель, одни половины которых связаны с лопастями, а другие взаимодействуют с соответствующими рычагами.One-way stops can also be made in the form of spring-loaded hinges, some of which are connected with the blades, while others interact with the corresponding levers.

Односторонние упоры могут быть выполнены в виде подпружиненных петель, установлены на боковых ребрах каждой лопасти, увеличенных по ширине, и взаимодействуют с плоскими пластинами, неподвижно закрепленными на центральном валу между соответствующими верхним и нижним рычагами.One-way stops can be made in the form of spring-loaded hinges, mounted on the side ribs of each blade, increased in width, and interact with flat plates fixedly mounted on the central shaft between the corresponding upper and lower levers.

Второй вариант ветроэнергетического устройства содержит взаимодействующие друг с другом вертикальную стойку, центральный вал, ведущую и ведомую конические шестерни и электрогенератор, а также не менее трех ярусов эквидистантных ярусов веерообразных горизонтальных радиальных рычагов, симметрично установленных через равные промежутки, внутренние концы которых неподвижно связаны с центральным валом, а внешние - с вертикальными ребрами жесткости.The second version of the wind power device contains a vertical strut interacting with each other, a central shaft, a drive and driven bevel gears and an electric generator, as well as at least three tiers of equidistant tiers of fan-shaped horizontal radial levers symmetrically mounted at regular intervals, the inner ends of which are fixedly connected to the central shaft and external ones with vertical stiffeners.

При этом, начиная со второго яруса снизу, на всех радиальных рычагах шарнирно установлены с возможностью поворота на 90° плоские лопасти, нижние ребра которых перекрывают частично нижние рычаги. Кроме того, горизонтальные рычаги выполнены полыми, герметичными и наполовину наполнены текучим наполнителем, например жидкостью.Moreover, starting from the second tier from the bottom, flat blades are pivotally mounted on all radial levers with the possibility of rotation by 90 °, whose lower ribs partially overlap the lower levers. In addition, the horizontal arms are hollow, airtight and half filled with a fluid filler, such as a liquid.

При этом вертикальные ребра жесткости также выполнены полыми и разделены на отдельные камеры, сообщающиеся с соответствующими горизонтальными полыми рычагами, полости которых наполовину заполнены текучим наполнителем.In this case, the vertical stiffening ribs are also hollow and divided into separate chambers, communicating with the corresponding horizontal hollow levers, the cavities of which are half filled with a fluid filler.

При этом нижние радиальные рычаги имеют дугообразную форму, радиус кривизны которых определяется зависимостью момента инерции наполнителя от скорости вращения центрального вала.In this case, the lower radial levers have an arcuate shape, the radius of curvature of which is determined by the dependence of the moment of inertia of the filler on the rotation speed of the central shaft.

На фиг.1 представлена конструкция первого варианта ветродвигателя, вид В-В по фиг.2, где:Figure 1 shows the design of the first variant of the wind turbine, view BB in figure 2, where:

1 - стойка вертикальная;1 - stand vertical;

2 - опорное кольцо;2 - a basic ring;

3 - радиально-упорный подшипник;3 - angular contact bearing;

4 - крышка подшипника;4 - bearing cover;

5 - центральный вал;5 - the central shaft;

6 - верхний и нижний горизонтальные рычаги;6 - upper and lower horizontal levers;

7 - лопасть плоская (активная);7 - the blade is flat (active);

8 - оси вращения лопастей;8 - axis of rotation of the blades;

9 - упоры односторонние;9 - one-way stops;

10 - ползуны центробежные;10 - centrifugal sliders;

11 - первые пружины;11 - the first springs;

12, 13 - ведущая и ведомая конические шестерни;12, 13 - leading and driven bevel gears;

14 - электрогенератор с мультипликатором;14 - an electric generator with a multiplier;

15 - подпорка;15 - backup;

16 - подставка;16 - stand;

17 - лопасть пассивная.17 - the blade is passive.

На фиг.2 представлен вид сверху на ветроэнергетическое устройство, вид по А-А на фиг.1, где позиции 1-11 те же, что на фиг.1.Figure 2 presents a top view of a wind power device, a view along aa in figure 1, where positions 1-11 are the same as in figure 1.

На фиг.3 представлена кинематическая схема взаимодействия лопасти с односторонними упорами 9 (фиг.5), установленными на центральном валу.Figure 3 presents the kinematic diagram of the interaction of the blades with one-way stops 9 (figure 5) mounted on the central shaft.

На фиг.4 представлена конструкция одностороннего упора 9, где:Figure 4 presents the design of the one-way stop 9, where:

18 - защелка выдвижная;18 - sliding latch;

19 - язычок;19 - tongue;

20 - пружина вторая;20 - second spring;

21 - пластина ограничительная.21 - restrictive plate.

На фиг.5 представлена конструкция второго варианта одностороннего упора 9 где:Figure 5 presents the design of the second variant of the one-way stop 9 where:

22 - петля;22 - loop;

23 - отклоняющая и не отклоняющая половины петли;23 - deflecting and non-deflecting half of the loop;

24 - пружина третья.24 - the third spring.

На фиг.6 представлена конструкция второго варианта выполнения узла синхронизации скорости вращения центрального вала, где:Figure 6 shows the design of the second embodiment of the synchronization speed of the Central shaft, where:

позиции 1-10 те же, что на фиг.1 и фиг.3;positions 1-10 are the same as in figure 1 and figure 3;

25 - ползун вертикальный;25 - vertical slider;

26 - тросы;26 - cables;

27 - блочки;27 - blocks;

28 - кронштейны.28 - brackets.

На фиг.7 представлена конструкция третьего варианта выполнения узла синхронизации скорости вращения центрального вала, где:Figure 7 presents the design of the third embodiment of the node synchronization speed of rotation of the Central shaft, where:

позиции 1-2 те же, что на фиг.1;positions 1-2 are the same as in figure 1;

29 - упоры односторонние;29 - one-way stops;

30, 31 - нижние и верхние полые горизонтальные рычаги;30, 31 - lower and upper hollow horizontal levers;

32 - текучий наполнитель (жидкость);32 - fluid filler (liquid);

33 - шарнирные соединения лопастей33 - swivel blades

На фиг.8 представлена конструкция второго варианта ветроэнергетического устройства, где:On Fig presents the design of the second variant of the wind power device, where:

позиции 1-5 те же, что на фиг.1;positions 1-5 are the same as in figure 1;

34 - нижний полый рычаг;34 - lower hollow lever;

35 - текучий наполнитель;35 - fluid filler;

36, 37, 38 - второй, третий и четвертый полые горизонтальные рычаги;36, 37, 38 - second, third and fourth hollow horizontal levers;

39 - вертикальные ребра жесткости;39 - vertical stiffeners;

40 - лопасти висячие;40 - hanging blades;

41 - шарниры.41 - hinges.

Принцип работы первого варианта ветроэнергетического устройства, конструкция которого представлена на фиг.1 - 3, заключается в следующем.The principle of operation of the first version of the wind energy device, the design of which is presented in figures 1 to 3, is as follows.

Вертикальная стойка 1 неподвижно устанавливается в месте с максимальной скоростью ветра. На стойке неподвижно устанавливается опорное кольцо 2. Над кольцом установлен радиально-упорный подшипник 3. Над крышкой 4 подшипника 3 установлен центральный вал 5 с возможностью свободного вращения вокруг стойки 1. К центральному валу 5 в два яруса эквидистантно и неподвижно прикреплены горизонтальные рычаги 6. Рычаги установлены попарно симметрично относительно центрального вала, через равные промежутки. Угол α между соседними радиальными горизонтальными рычагами равен 360/N, где N - число рычагов в одном ярусе. Рычаги 6 первого и второго ярусов установлены по одной вертикали, и внешние концы их шарнирно соединены с осями вращения 8 плоских лопастей 7. Относительно оси вращения 8 площадь лопасти 7 не симметрична. Разность давления ветра на две несимметричные половины плоской лопасти приводит к его ориентации вдоль направления ветра. Каждая лопасть работает при этом как флюгер. На пассивном участке траектории вращения ветродвигателя лопасти ориентируются, как флюгеры, вдоль направления ветра.The vertical post 1 is fixedly installed in place with maximum wind speed. A support ring 2 is fixedly mounted on the rack. An angular contact bearing 3 is mounted above the ring 3. A central shaft 5 is mounted above the cover 4 of the bearing 3 with the possibility of free rotation around the rack 1. Horizontal levers are equidistantly and motionlessly attached to the central shaft 5 in two tiers 6. Levers mounted in pairs symmetrically with respect to the central shaft, at regular intervals. The angle α between adjacent radial horizontal levers is 360 / N, where N is the number of levers in one tier. The levers 6 of the first and second tiers are installed in one vertical direction, and their outer ends are pivotally connected to the axis of rotation of 8 flat blades 7. Relative to the axis of rotation 8, the area of the blade 7 is not symmetrical. The difference in wind pressure on two asymmetric halves of a flat blade leads to its orientation along the wind direction. Each blade works like a weather vane. On the passive section of the trajectory of rotation of the wind turbine, the blades are oriented, like weathercocks, along the direction of the wind.

На активном участке вращения лопастей вокруг центрального вала 5, лопасти прижаты к соответствующим верхним и нижним горизонтальным рычагам 6. Причем для обеспечения постоянного направления вращения центрального вала при внезапном изменении направления ветра упоры 9 должны быть односторонними.In the active section of the rotation of the blades around the central shaft 5, the blades are pressed against the corresponding upper and lower horizontal levers 6. Moreover, to ensure a constant direction of rotation of the central shaft with a sudden change in the direction of the wind, the stops 9 should be one-sided.

Односторонние упоры 9 фиксируют положение лопасти относительно горизонтальных рычагов, когда лопасти находятся относительно рычагов с правой стороны. При этом центральный вал вращается против часовой стрелки (см. фиг.3).One-way stops 9 fix the position of the blade relative to the horizontal levers when the blades are relative to the levers on the right side. In this case, the central shaft rotates counterclockwise (see figure 3).

В случае резкого изменения направления ветра лопасть 7 может подходить к рычагам с левой стороны. В этом случае односторонние упоры 9 свободно пропускают лопасти на правую сторону рычагов 6. Положительный момент вращения создают только те лопасти, которые находятся с правой стороны соответствующих рычагов (см. фиг.3).In the case of a sharp change in the direction of the wind, the blade 7 can approach the levers on the left side. In this case, the one-way stops 9 freely pass the blades to the right side of the levers 6. A positive moment of rotation is created only by the blades that are on the right side of the corresponding levers (see Fig. 3).

Односторонние упоры 9 установлены на верхних и нижних горизонтальных рычагах 6 на таком расстоянии от шарнирных соединений лопастей так, чтобы взаимодействовали только с большей половиной несимметричной лопасти. Меньшая половина лопасти предназначена для увеличения общей площади лопасти и она может быть равна нулю. В этом случае одно из боковых ребер прямоугольной лопасти может служить осью его вращения.One-way stops 9 are mounted on the upper and lower horizontal levers 6 at such a distance from the articulated joints of the blades so that they interact with only a larger half of the asymmetrical blade. The smaller half of the blade is designed to increase the total area of the blade and it can be zero. In this case, one of the side ribs of the rectangular blade can serve as the axis of its rotation.

Односторонние упоры могут быть установлены на центральном валу 5 (см. фиг.2). В этом случае существенно увеличивается ширина лопасти. За счет уменьшения высоты лопасти возможно увеличить радиус смещения центробежных ползунов и момент инерции J=mr².One-way stops can be installed on the Central shaft 5 (see figure 2). In this case, the width of the blade increases significantly. By reducing the height of the blade, it is possible to increase the radius of displacement of the centrifugal sliders and the moment of inertia J = mr ² .

Верхние и нижние односторонние упоры 9 имеют одинаковую конструкцию и устанавливаются по одной вертикали на соответствующих горизонтальных рычагах (см. фиг.4).The upper and lower one-way stops 9 have the same design and are installed one at a time on the corresponding horizontal levers (see figure 4).

Первая конструкция одностороннего упора 9 состоит из выдвижной защелки 18, язычка 19, которой имеет клиновидную форму и прямоугольное сечение. Цилиндрическая часть защелки 18 имеет осевую цилиндрическую выточку, в которой установлена вторая пружина 20. Под воздействием данной пружины защелка прижимается к ограничительной пластине 21, неподвижно прикрепленной к соответствующему горизонтальному рычагу 6. Ограничительная пластина имеет прямоугольное отверстие, в котором язычок 19 защелки одностороннего упора 9 перемещается вверх-вниз.The first design of the one-way stop 9 consists of a sliding latch 18, a tongue 19, which has a wedge-shaped shape and a rectangular section. The cylindrical part of the latch 18 has an axial cylindrical groove in which the second spring 20 is installed. Under the influence of this spring, the latch is pressed against the restriction plate 21, which is fixedly attached to the corresponding horizontal lever 6. The restriction plate has a rectangular hole in which the latch tab 19 of the one-way stop 9 moves up down.

Под воздействием нижнего ребра лопасти, который подходит к клиновидному концу язычка 19 с левой стороны, подпружиненная защелка 18 опускается вниз и пропускает лопасть в правую сторону от рычага.Under the influence of the lower edge of the blade, which approaches the wedge-shaped end of the tongue 19 on the left side, the spring-loaded latch 18 lowers and passes the blade to the right side of the lever.

Второй вариант одностороннего упора 9, представленный на фиг.5, выполнен в виде петли 22, состоящей из двух половин, взаимодействующих друг с другом через третью пружину 24. Одна, не отклоняющаяся, половина петли, неподвижно закреплена на верхнем и нижнем краях плоской лопасти 7. Вторая отклоняющая половина петли взаимодействует при его вращении вокруг центрального вала 5 с соответствующим горизонтальным рычагом 6. Третья пружина 24 в свободном состоянии устанавливает обе половины петли 23 в одной плоскости. При взаимодействии отклоняющейся половины петли с горизонтальным рычагом 6 с правой стороны, петля работает как жесткий упор. Лопасть 7 при этом создает положительный момент вращения. Ветроколесо вращается против часовой стрелки. Когда лопасть 7 со связанным с ним односторонним упором, выполненным в виде петли (см. фиг.5), подходит с левой стороны горизонтального рычага 6, петля 22 складывается. Лопасть 7 при этом свободно проходит на левую сторону горизонтального рычага 6.The second version of the one-way stop 9, shown in FIG. 5, is made in the form of a loop 22, consisting of two halves interacting with each other through the third spring 24. One, not deviating, half of the loop is fixedly fixed on the upper and lower edges of the flat blade 7 The second deflecting half of the loop interacts when it rotates around the central shaft 5 with the corresponding horizontal lever 6. The third spring 24 in the free state sets both halves of the loop 23 in the same plane. When interacting deviating half of the loop with a horizontal lever 6 on the right side, the loop works as a hard stop. The blade 7 creates a positive moment of rotation. The wind wheel rotates counterclockwise. When the blade 7 with the associated one-way stop, made in the form of a loop (see figure 5), fits on the left side of the horizontal lever 6, the loop 22 is folded. The blade 7 thus freely passes to the left side of the horizontal arm 6.

Таким образом, применение одностороннего упора обеспечивает одностороннее вращение центрального вала ветродвигателя независимо от резких изменений направления ветра.Thus, the use of a one-way stop provides one-way rotation of the central shaft of the wind turbine, regardless of sudden changes in wind direction.

На нижнем конце центрального вала соосно закреплена ведущая коническая шестерня 12, входящая в зацепление с ведомой конической шестерней 13. Ведомая шестерня установлена на общем выходном валу с мультипликатором, на выходе которого установлен электрогенератор 14 (мультипликатор на фиг.1 не указан).A leading bevel gear 12 coaxially mounted at the lower end of the central shaft is meshed with a driven bevel gear 13. The driven gear is mounted on a common output shaft with a multiplier, the output of which has an electric generator 14 (the multiplier in figure 1 is not indicated).

Для синхронизации скорости вращения центрального вала 5, следовательно, и электрогенератора 14 используется узел синхронизации скорости вращения. Этот узел включает в себя ползуны центробежные 10, имеющие форму цилиндра. По оси цилиндры проточены и надеты на горизонтальные рычаги с возможностью свободного продольного смещения. Первые пружины 11, работающие на растяжение, связывают центральный вал 5 с центробежными ползунами 10.To synchronize the rotation speed of the Central shaft 5, and therefore, the generator 14 is used node synchronization of rotation speed. This assembly includes centrifugal sliders 10 having the shape of a cylinder. The cylinders are machined along the axis and worn on horizontal levers with the possibility of free longitudinal displacement. The first tensile springs 11 connect the central shaft 5 to the centrifugal sliders 10.

При малых скоростях вращения центрального вала ползуны находятся на минимальном расстоянии от него. С повышением скорости вращения вала при увеличении скорости ветра из-за центробежных сил ползуны расходятся по горизонтальным рычагам, растягивая пружины 11. Чем меньше жесткость пружины, тем больше радиус смещения ползунов.At low speeds of rotation of the central shaft, the sliders are at a minimum distance from it. With increasing shaft rotation speed with increasing wind speed due to centrifugal forces, the sliders diverge along the horizontal levers, stretching the springs 11. The lower the spring stiffness, the greater the radius of the shift of the sliders.

Момент количества движения L ползуна 10 относительно оси вращения равен произведению момента инерции J на угловую скорость ωL=Jω=ωmr².The moment of momentum L of the slider 10 relative to the axis of rotation is equal to the product of the moment of inertia J and the angular velocity ωL = Jω = ωmr ² .

Согласно закону сохранения момента количества движения относительно оси вращения, если результирующий момент вращения ползунов 10 относительно оси вращения равен нулю, то момент количества движения ползунов относительно оси вращения остается неизменным L=JW=ωmr²=const.According to the law of conservation of angular momentum relative to the axis of rotation, if the resulting angular momentum of the sliders 10 relative to the axis of rotation is zero, then the angular momentum of the sliders relative to the axis of rotation remains unchanged L = JW = ωmr ² = const.

С увеличением радиуса вращения грузов r, угловая скорость вращения ω уменьшается (см. К.А.Путилов. Курс физики, том 1, г.Москва, «Физматиздат», 1962 г., с.150-154).With increasing radius of rotation of goods r, the angular velocity of rotation ω decreases (see K.A. Putilov. Physics course, Volume 1, Moscow, Fizmatizdat, 1962, pp. 150-154).

Таким образом, синхронизируется скорость вращения центрального вала ветродвигателя, а следовательно, и скорость вращения электрогенератора 14.Thus, the rotation speed of the Central shaft of the wind turbine, and therefore the rotation speed of the generator 14 is synchronized.

На фиг.6 представлен второй вариант конструкции узла синхронизирующего скорости вращения. В данной конструкции на рычагах 6 верхнего яруса устанавливаются одинаковые по весу и габаритам цилиндрические ползуны 10. В корневой части рычагов с помощью кронштейнов 28 шарнирно установлены блочки 27. На вертикальном центральном валу 5 установлен более массивный вертикальный ползун цилиндрической формы 25 с возможностью свободного поступательного движения (вверх-вниз). С помощью тросов 26, перекинутых через блочки 27, центробежные ползуны 10 связаны с вертикальным ползуном 25. Вес вертикального ползуна 25 и центробежных ползунов подбирается так, чтобы момент инерции J ползунов 10 менялся в широких пределах и синхронизировал угловую скорость ω вращения центрального вала. В данном случае применяется второй вариант конструкции одностороннего упора 9 (фиг.5), чтобы обеспечить наибольший радиус горизонтального перемещения (r) центробежных ползунов. При этом существенно упрощается конструкция узла синхронизации скорости. Отпадает необходимость в подборе пружин одинаковой жесткости и симметричной их установки относительно оси вращения.Figure 6 presents the second embodiment of the node synchronizing rotation speed. In this design, levers 6 of the upper tier are equipped with cylindrical sliders of the same weight and size 10. Blocks 27 are pivotally mounted on the levers using the brackets 28. A more massive vertical cylindrical slider 25 is mounted on the vertical central shaft 5 with the possibility of free translational movement ( up down). Using ropes 26 thrown over the blocks 27, the centrifugal sliders 10 are connected to the vertical slider 25. The weight of the vertical slider 25 and centrifugal sliders is selected so that the moment of inertia J of the sliders 10 varies widely and synchronizes the angular velocity ω of rotation of the central shaft. In this case, the second design option of the one-way stop 9 is used (Fig. 5) in order to provide the greatest horizontal radius (r) of centrifugal sliders. This greatly simplifies the design of the speed synchronization unit. There is no need for the selection of springs of the same stiffness and their symmetrical installation relative to the axis of rotation.

На фиг.7 представлен третий вариант выполнения узла синхронизации скорости вращения. В данном варианте конструкции горизонтальные рычаги выполнены полыми и концы их герметично закрыты. Герметичную полость верхних и нижних рычагов заливается текучей средой, например, саморастекающейся жидкостью или металлическими шариками. При этом объем, занимаемый заполняющей средой (жидкостью или шариками), должен быть менее половины объема внутренних полостей горизонтальных рычагов.7 shows a third embodiment of a rotational speed synchronization assembly. In this embodiment, the horizontal arms are hollow and their ends are hermetically closed. The sealed cavity of the upper and lower levers is filled with a fluid, for example, self-flowing liquid or metal balls. The volume occupied by the filling medium (liquid or balls) should be less than half the volume of the internal cavities of the horizontal levers.

Под воздействием центробежных сил жидкость (или шарики) вытесняются к периферии. При этом момент инерции J возрастает, а угловая скорость вращения ω уменьшается. При этом варианте узла синхронизации скорости вращения может быть использован любой из двух вариантов конструкции одностороннего упора 9 (см. фиг.4 и 5).Under the influence of centrifugal forces, the liquid (or balls) are displaced to the periphery. In this case, the moment of inertia J increases, and the angular velocity of rotation ω decreases. With this version of the rotation speed synchronization unit, either of the two design options of the one-way stop 9 can be used (see FIGS. 4 and 5).

На фиг.8 представлен второй вариант конструкции ветроэнергетического устройства. Данный вариант в части установки центрального вала 5, связи его через конические шестерни с электрогенератором полностью повторяет конструкцию первого варианта. По этой причине приводим описание только отличительных признаков конструкции второго варианта.On Fig presents a second design variant of the wind power device. This option in terms of installing the central shaft 5, connecting it through bevel gears with an electric generator completely repeats the design of the first option. For this reason, we describe only the distinguishing features of the design of the second embodiment.

Центральный вал 5, как и в первом варианте ветроэнергетического устройства, установлен на вертикальной неподвижной стойке 1 с возможностью свободного вращения. С центральным вертикальным валом 5 неподвижно связано N-e количество ярусов горизонтальных рычагов. На фиг.8 представлены четыре яруса 34, 36, 37, 38. Они закреплены на одинаковом расстоянии друг от друга. В каждом ярусе М-е количество пар симметричных горизонтальных рычагов, сдвинутых относительно друг друга на угол α=360°/М. На фиг.2 три пары рычагов сдвинуты относительно друг друга на 120°.The Central shaft 5, as in the first embodiment of the wind power device, is mounted on a vertical stationary rack 1 with the possibility of free rotation. The N-e number of tiers of horizontal levers is fixedly connected to the central vertical shaft 5. On Fig presents four tiers 34, 36, 37, 38. They are fixed at the same distance from each other. In each tier, the Мth number of pairs of symmetrical horizontal levers shifted relative to each other by an angle α = 360 ° / M. In figure 2, three pairs of levers are shifted relative to each other by 120 °.

Горизонтальные рычаги всех ярусов находятся по одной вертикали один под другим. Внешние наконечники рычагов связаны друг с другом ребрами жесткости и могут быть выполнены полыми. Внутренние полости их разделены на отдельные секции. Каждая секция сообщается с внутренней полостью соответствующего горизонтального рычага. В верхней части каждой секции должно быть предусмотрено отверстие для прохода воздуха. В этом случае под действием центробежных сил жидкость или шары при вращении выталкиваются в вертикальные накопители, увеличивая инерционность накопителя, и тем самым уменьшают скорость вращения ветроколеса.The horizontal levers of all tiers are one vertical, one below the other. The external tips of the levers are connected to each other by stiffeners and can be made hollow. Their internal cavities are divided into separate sections. Each section communicates with the internal cavity of the corresponding horizontal lever. An opening for air passage should be provided at the top of each section. In this case, under the action of centrifugal forces, the liquid or balls during rotation are pushed into the vertical drives, increasing the inertia of the drive, and thereby reduce the speed of rotation of the wind wheel.

Каркас из горизонтальных рычагов и вертикальных ребер жесткости образует конструкцию, подобную «беличьему колесу».The frame of horizontal levers and vertical stiffeners forms a structure similar to the “squirrel wheel”.

На каждом горизонтальном рычаге, начиная со второго 36, с помощью шарниров 41 устанавливаются (подвешиваются) плоские лопасти, с возможностью свободного поворота на 90°. Нижними концами лопасти частично перекрывают нижние рычаги. Лопасти должны быть легкими. В этом случае правая половина подвешенных лопастей создает положительный момент вращения на центральном валу 5, который крутится против часовой стрелки. Лопасти, подвешенные с левой стороны, встречным потоком ветра поднимаются вверх на 90° и не препятствуют вращению ветроколеса.On each horizontal lever, starting from the second 36, with the help of hinges 41, flat blades are installed (suspended), with the possibility of free rotation by 90 °. The lower ends of the blades partially overlap the lower levers. The blades should be light. In this case, the right half of the suspended blades creates a positive moment of rotation on the central shaft 5, which rotates counterclockwise. The blades, suspended from the left side, with an oncoming wind flow rise upward by 90 ° and do not impede the rotation of the wind wheel.

Оба варианта ветроэнергетической установки имеют следующие преимущества по сравнению с прототипом:Both versions of the wind power installation have the following advantages compared to the prototype:

а) нет необходимости во флюгере;a) there is no need for a weather vane;

б) предусмотрена автоматическая синхронизация скорости вращения электрогенератора;b) automatic synchronization of the rotation speed of the generator is provided;

г) существенно упрощается конструкция;d) the design is greatly simplified;

д) снижается вес и себестоимость, сокращается срок окупаемости ветроэнергетического устройства.d) the weight and cost are reduced, the payback period of the wind power device is reduced.

Ветроэнергетическое устройство может быть использовано также для преобразования энергии реки. В этом случае генератор должен быть установлен на верхнем конце стойки, установленной неподвижно на понтоне, обеспечивающем положительную плавучесть всему устройству в целом. Понтон, в свою очередь, устанавливается на неподвижной стойке с возможностью подъема и опускания при изменении уровня реки.A wind power device can also be used to convert river energy. In this case, the generator should be installed on the upper end of the rack, mounted motionless on the pontoon, providing positive buoyancy to the entire device as a whole. The pontoon, in turn, is mounted on a fixed rack with the possibility of raising and lowering when the river level changes.

Речной вариант устройства может быть использован для привода водяного насоса при подъеме воды для орошения.The river version of the device can be used to drive a water pump when lifting water for irrigation.

Ветроэнергетическое устройство может быть использовано фермерами, пограничниками, охотниками там, где нет централизованного электроснабжения.The wind energy device can be used by farmers, border guards, and hunters where there is no centralized power supply.

Источники информацииInformation sources

1. Алиев А.С., Челябов И.М., Чумаков С.А. Устройство для преобразования энергии текучей среды. Патент RU 4897566, F03L 3/00, 1990.1. Aliev A.S., Chelyabov I.M., Chumakov S.A. Device for converting fluid energy. Patent RU 4897566, F03L 3/00, 1990.

2. Алиев А.С. Ветродвигатель. Патент RU 4915384, F03D 3/00, 1993.2. Aliev A.S. Wind turbine. Patent RU 4915384, F03D 3/00, 1993.

Claims

1. Ветроэнергетическое устройство, содержащее вертикальную неподвижную стойку, на которой с возможностью свободного вращения установлен центральный вал, который взаимодействует через пару конических шестерен с электрогенератором, неподвижно связанные с центральным валом два яруса эквидистантно установленных попарно-симметричных горизонтальных рычагов, концы которых шарнирно связаны с несимметричными относительно осей вращения плоскими лопастями, взаимодействующими с односторонними упорами, установленными на соответствующих горизонтальных рычагах, при этом устройство содержит взаимодействующие с центральным валом узлы изменения скорости вращения, выполненные в виде центробежного ползуна, имеющего форму цилиндра и надетого на рычаг с возможностью свободного продольного движения вдоль него.1. A wind power device comprising a vertical stationary strut, on which the central shaft is mounted with free rotation, which interacts through a pair of bevel gears with an electric generator, two tiers of equidistant pairwise-symmetrical horizontal levers, the ends of which are pivotally connected to asymmetrical, fixedly connected to the central shaft relative to the axis of rotation of the flat blades interacting with one-way stops mounted on the respective mountains isontal levers, while the device contains interacting with the Central shaft nodes of the change in speed, made in the form of a centrifugal slider having the shape of a cylinder and worn on the lever with the possibility of free longitudinal movement along it.

2. Ветроэнергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что центробежный ползун связан с центральным валом пружиной растяжения.2. The wind energy device according to claim 1, characterized in that the centrifugal slider is connected to the central shaft by a tension spring.

3. Ветроэнергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что центробежные ползуны установлены на горизонтальных рычагах верхнего яруса, а на вертикальном валу с возможностью свободного перемещения дополнительно установлен цилиндрический ползун, взаимодействующий через тросы с указанными центробежными ползунами, причем тросы перекинуты через блочки, шарнирно закрепленные с помощью кронштейнов в корневой части соответствующих горизонтальных рычагов.3. The wind energy device according to claim 1, characterized in that the centrifugal sliders are mounted on horizontal levers of the upper tier, and on the vertical shaft with the possibility of free movement, an additional cylindrical slider is installed that interacts through the cables with the indicated centrifugal sliders, the cables being thrown through the blocks, articulated fixed with brackets in the root of the corresponding horizontal levers.

4. Ветроэнергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что односторонние упоры выполнены в виде подпружиненных выдвижных защелок, язычки которых имеют клиновидную форму.4. The wind energy device according to claim 1, characterized in that the one-way stops are made in the form of spring-loaded retractable latches, the tongues of which are wedge-shaped.

5. Ветроэнергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что односторонние упоры выполнены в виде подпружиненных петель, одни половины которых связаны с лопастями, а другие взаимодействуют с соответствующими рычагами.5. The wind energy device according to claim 1, characterized in that the one-way stops are made in the form of spring-loaded loops, one half of which are connected with the blades, and the other interact with the corresponding levers.

6. Ветроэнергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что односторонние упоры выполнены в виде подпружиненных петель, установлены на боковых ребрах каждой лопасти, увеличенных по ширине, и взаимодействуют с плоскими пластинами, неподвижно закрепленными на центральном валу между соответствующими верхним и нижним рычагами. 6. The wind energy device according to claim 1, characterized in that the one-way stops are made in the form of spring-loaded hinges, mounted on the side ribs of each blade, increased in width, and interact with flat plates fixedly mounted on the central shaft between the corresponding upper and lower levers.