RU2522271C2 - Wind-driven plant - Google Patents

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: invention relates to wind power engineering. A wind-driven plant includes an air intake with a windwheel with blades, which is located inside it; the above blades are attached to upper and lower rings supported from centring rollers installed on shafts of rotors of energy converters, and flow rarefaction devices that are located from above and from below. Flow rarefaction devices are installed so that they can be rotated relative to the air intake and the windwheel to transfer torque moment to an energy convertor stator. On the inner side of flow rarefaction devices there installed are blades with an aerodynamic profile providing opposite rotation of flow rarefaction devices in relation to the windwheel.

EFFECT: invention improves operating efficiency of a wind-driven plant.

2 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения энергии.The invention relates to wind energy and can be used to generate energy.

Известен роторный вертикально-осевой ветродвижитель [патент РФ N 2096259, кл. B63H 9/00, 20.11.1997], содержащий вертикальную ось вращения и вертикальные крылообразные лопасти, которые снабжены механизмом их поворота для изменения угла установки, содержащим тяги, связанные с лопастями, при этом ветродвижитель выполнен с нижней и верхней дисковыми шайбами, ось которых совпадает с вертикальной осью вращения ротора, на нижних торцах лопастей установлены фиксаторы их положения с возможностью их взаимодействия с отверстиями, которые выполнены в этих шайбах, а упомянутый механизм поворота лопастей выполнен с установленным на нижней шайбе элементом по форме усеченного конуса, закрепленным на оси ротора, при этом каждая из вышеуказанных тяг подпружинена на одном концевом участке и выполнена со сферическим элементом, касающимся поверхности вышеуказанного конусного элемента, а на другом посредством штанги шарнирно связана с передней кромкой этой лопасти.Known rotary vertical-axis wind turbine [RF patent N 2096259, class. B63H 9/00, 11/20/1997], containing a vertical axis of rotation and vertical wing-shaped blades, which are equipped with a rotation mechanism for changing the installation angle, containing traction associated with the blades, while the wind turbine is made with the lower and upper disk washers, the axis of which coincides with the vertical axis of rotation of the rotor, at the lower ends of the blades mounted clamps of their position with the possibility of their interaction with the holes that are made in these washers, and the said mechanism of rotation of the blades is made with mounted on the lower washer with a truncated cone-shaped element mounted on the axis of the rotor, each of the above rods being spring-loaded at one end section and made with a spherical element touching the surface of the above conical element, and pivotally connected to the leading edge of this blade on the other.

Недостатком является сложность конструкции и ненадежность при низкой эффективности.The disadvantage is the design complexity and unreliability at low efficiency.

Известен также роторно-вертикально-осевой ветродвижитель [заявка РФ N 93051920, М.кл. B63H 13/00, 27.03.1997], содержащий несколько крылообразных лопастей на вертикальной оси соединенных дисковыми шайбами, в которых выполнены отверстия для вхождения фиксаторов положения лопастей, имеется механизм поворота лопастей, включающий усеченный конус, закрепленный на оси в нижней части ротора и тяги, скользящие по поверхности конуса на шарах, при этом тяги снабжены пружинами, лопасти могут посредством механизма поворота устанавливаться под разными углами атаки.Also known rotary-vertical-axial wind turbine [RF application N 93051920, M.cl. B63H 13/00, 03/27/1997], containing several wing-shaped blades on the vertical axis connected by disk washers, in which holes are made for the entry of the position of the blades, there is a rotation mechanism of the blades, including a truncated cone, mounted on an axis in the lower part of the rotor and thrust, sliding on the surface of the cone on the balls, while the rods are equipped with springs, the blades can be set at different angles of attack through the rotation mechanism.

Недостатком является невысокий коэффициент полезного действия установки.The disadvantage is the low efficiency of the installation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является ветроустановка [патент РФ N 2168060, М.кл. F03D 03/04, 27.05.2001], содержащая воздухозаборник с регулируемыми вертикальными лопатками, ветроколесо с лопастями, расположенное внутри воздухозаборника, а его лопатки в сечении выполнены в виде полуокружности, концы которых прикреплены к верхнему и нижнему кольцам, нижнее из которых опирается на центрирующие ролики, выполненные с возможностью вращения со скоростью, большей скорости вращения ветрового колеса, и к осям которых подключены преобразователи энергии, а сверху и снизу ветроколеса расположены разрежители.The closest in technical essence and the achieved effect is a wind turbine [RF patent N 2168060, M.cl. F03D 03/04, 05.27.2001], containing an air intake with adjustable vertical vanes, a wind wheel with vanes located inside the air intake, and its vanes in cross section are made in the form of a semicircle, the ends of which are attached to the upper and lower rings, the lower of which rests on the centering rollers made with the possibility of rotation at a speed greater than the speed of rotation of the wind wheel, and energy converters are connected to the axes thereof, and rarefiers are located above and below the wind wheel.

Недостатком устройства является невысокий коэффициент полезного действия (КПД).The disadvantage of this device is the low coefficient of performance (COP).

Задача изобретения - повышение эффективности работы устройства и увеличение коэффициента полезного действия. The objective of the invention is to increase the efficiency of the device and increase the efficiency.

Поставленная задача решается ветроустановкой, содержащей воздухозаборник с расположенным внутри него ветроколесом с лопастями, прикрепленными к верхнему и нижнему кольцам, опирающимся на центрирующие ролики, установленные на валах роторов преобразователей энергии, расположенные сверху и снизу разрежители потока, в которой согласно изобретению разрежители потока установлены с возможностью вращения относительно воздухозаборника и ветроколеса для передачи вращающего момента на статор преобразователя энергии и на внутренней стороне разрежителей установлены лопатки с аэродинамическим профилем, обеспечивающим встречное вращение разрежителей потока по отношению к ветроколесу. The problem is solved by a wind turbine containing an air intake with a wind wheel inside it with blades attached to the upper and lower rings, supported by centering rollers mounted on the shafts of the rotors of the energy converters, upper and lower flow reducers, in which according to the invention the flow rarefiers are installed with the possibility rotation relative to the air intake and wind wheel to transmit torque to the stator of the energy converter and on the inside razrezhiteli installed blades with an aerodynamic profile, providing counter-rotation of the razrezhiteli flow relative to the wind wheel.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображена предлагаемая ветроустановка; на фиг.2 - сечение Б-Б.The invention is illustrated by drawings: figure 1 shows the proposed wind turbine; figure 2 is a section bB.

Ветроустановка состоит из ветроколеса 1, расположенного внутри воздухозаборника 2 с регулируемыми вертикальными плоскостями 3 (фиг.2), верхнего и нижнего разрежителей потока 4, трех роликов 5 и опорных стоек 6. Ветроколесо 1 имеет цилиндрическую форму с вертикальной осью вращения и собрано из лопастей 7. Лопасти могут быть расположены вертикально или с наклоном в направлении, встречном воздушному потоку, под углом к вертикали. Концы лопастей 7 прикреплены к верхнему 8 и нижнему 9 кольцам. Верхняя центральная ось 10 служит для подвески на подшипнике 11 и центровки ветроколеса 1. Верхнее 8 и нижнее 9 кольца установлены с возможностью вращения на трех роликах 5,каждый из которых имеет передачу вращения на ротор преобразователя энергии 12 с передаточным отношением значительно больше единицы(i>>1), то есть, представляет собой съемник энергии. Скорость вращения роликов 5 больше скорости вращения ветрового колеса 1. Ролики 5 установлены на валах преобразователей энергии 12.The wind turbine consists of a wind wheel 1, located inside the air intake 2 with adjustable vertical planes 3 (Fig. 2), upper and lower flow cutters 4, three rollers 5 and support posts 6. The wind wheel 1 has a cylindrical shape with a vertical axis of rotation and is assembled from blades 7 The blades can be located vertically or with an inclination in the direction opposite to the air flow, at an angle to the vertical. The ends of the blades 7 are attached to the upper 8 and lower 9 rings. The upper central axis 10 is used for suspension on the bearing 11 and alignment of the wind wheel 1. The upper 8 and lower 9 rings are mounted for rotation on three rollers 5, each of which has a rotation transmission to the rotor of the energy converter 12 with a gear ratio much larger than unity (i> > 1), that is, it is an energy remover. The speed of rotation of the rollers 5 is greater than the speed of rotation of the wind wheel 1. The rollers 5 are mounted on the shafts of the energy converters 12.

Воздухозаборник 2 предназначен для направления потока ветра только на вогнутую сторону лопастей 7, исключая сопротивление потока на лопасти, идущие против потока ветра. Замедление или остановка ротора осуществляется регулированием угла установки регулируемых вертикальных плоскостей 3 воздухозаборника 2.The air intake 2 is designed to direct the wind flow only to the concave side of the blades 7, excluding the flow resistance to the blades going against the wind flow. Slowing or stopping the rotor is done by adjusting the angle of installation of the adjustable vertical planes 3 of the air intake 2.

Разрежители потока 4 расположены с нижнего и верхнего торца ветроколеса 1 и смонтированы на круговой (кольцевой) направляющей 13, закрепленной с возможностью вращения на трех роликах 14 с каждого торца, закрепленных к корпусу преобразователей энергии 12, установленных с возможностью вращения относительно неподвижной кольцевой платформы 15 в шариковых опорах 16.The flow cutters 4 are located on the lower and upper ends of the wind wheel 1 and are mounted on a circular (annular) guide 13, rotatably mounted on three rollers 14 from each end, fixed to the housing of the energy converters 12, mounted for rotation relative to the stationary ring platform 15 in ball bearings 16.

Наиболее эффективной будет работа установки в случае, когда лопасти ветроколеса будут расположены в направлении, встречном воздушному потоку, под углом к вертикали. На кольцевой платформе закреплены токосъемные устройства 17 преобразователей энергии 12. Электрическим кабелем 18 преобразователи энергии 12 подключены к потребителю энергии. Кольцевые платформы установлены на неподвижных относительно воздухозаборника опорных стойках 6 с верхнего и нижнего торцов ветроколеса и с возможностью передачи вращающего момента на корпус преобразователя энергии в направлении, противоположном роликам 5. Ролики 5 и 14 приводов съемника энергии на вал и корпус преобразователя энергии 12 позволяют исключить использование в ветроустановке мультипликатор. The installation will be most effective when the blades of the wind wheel are located in the direction opposite to the air flow at an angle to the vertical. Current collecting devices 17 of the energy converters 12 are fixed on the ring platform. The energy converters 12 are connected to the energy consumer with an electric cable 18. The ring platforms are mounted on support racks 6, which are stationary relative to the air intake, from the upper and lower ends of the wind wheel and with the possibility of transmitting torque to the energy converter housing in the opposite direction to the rollers 5. The rollers 5 and 14 of the energy stripper drives on the shaft and the energy converter housing 12 make it possible to exclude the use of in a wind turbine multiplier.

На внутренней стороне разрежителей установлены лопатки 19 с аэродинамическим профилем, преобразующим энергию воздушного потока проходящим через разрежитель таким образом, что разрежители приходят во вращение в направлении, обратном движению ветроколеса.Blades 19 with an aerodynamic profile are installed on the inner side of the rarefiers, which converts the energy of the air flow passing through the rarefaction in such a way that the rarefiers come into rotation in the direction opposite to the movement of the wind wheel.

Подъемная сила подбирается исходя из необходимой разгрузки опор, обеспечивающей существенное снижение потерь на трение роликов 5 с верхним 8 и нижним 9 кольцами.The lifting force is selected based on the necessary unloading of the supports, which provides a significant reduction in friction losses of the rollers 5 with the upper 8 and lower 9 rings.

Устройство работает следующим образом. Поток воздуха поступает внутрь установки, проходя между плоскостями 3 воздухозаборника 2, и попадает на лопасти 7 ветроколеса 1. В результате взаимодействия лопастей 7 с потоком воздуха возникают аэродинамические силы, действующие на лопасти 7, направленные по касательной к окружности (сила F) ветроколеса 1 и по вертикали вверх (сила Q), компенсируя силу тяжести ветроколеса и уменьшая потери на трение в его опорах. Под действием силы F ветроколесо 1 приводится во вращение, а силы Q разгружается от собственного веса. Посредством нижнего 8 и верхнего 9 колец ветроколеса 1 и роликов 5 роторы всех преобразователей энергии 12 будут вращаться в направлении обратном вращению ветроколеса. The device operates as follows. The air flow enters the installation, passing between the planes 3 of the air intake 2, and enters the blades 7 of the wind wheel 1. As a result of the interaction of the blades 7 with the air flow, aerodynamic forces act on the blades 7 directed tangentially to the circumference (force F) of the wind wheel 1 and vertically upward (force Q), compensating for the gravity of the wind wheel and reducing friction losses in its bearings. Under the action of the force F, the wind wheel 1 is driven into rotation, and the force Q is unloaded from its own weight. By means of the lower 8 and upper 9 rings of the wind wheel 1 and the rollers 5, the rotors of all energy converters 12 will rotate in the direction opposite to the rotation of the wind wheel.

Посредством вращающейся круговой направляющей 13 и роликов 14 корпуса всех преобразователей энергии 12 будут вращаться в направлении, противоположном вращению их роторов. Встречное вращение статора и ротора преобразователя энергии увеличивает его эффективность в 1,59 раз. Поступивший вовнутрь ветроколеса 1 воздушный поток направляется наружу через верхний и нижний разрежители потока 4, воздействуя на лопатки 19 на их внутренних поверхностях, и приводит верхний и нижний разрежители потока во вращение в направлении, обратном движению ветроколеса. By means of a rotating circular guide 13 and rollers 14, the housings of all energy converters 12 will rotate in the opposite direction to the rotation of their rotors. The counter rotation of the stator and rotor of the energy converter increases its efficiency by 1.59 times. The air flow received inside the wind wheel 1 is directed outward through the upper and lower flow rarefiers 4, acting on the blades 19 on their inner surfaces, and causes the upper and lower flow rarefiers to rotate in the opposite direction to the wind wheel.

Таким образом кинетическая энергия потока воздуха преобразуется в механическую энергию вращающегося ветроколеса 1 и разрежителей потока 4.Thus, the kinetic energy of the air flow is converted into the mechanical energy of the rotating wind wheel 1 and the flow diluents 4.

Заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность работы устройства и увеличить коэффициент полезного действия за счет того, что разрежители потока имеют лопасти на внутренней поверхности, аэродинамический профиль которых обеспечивает встречное вращение разрежителей по отношению к ветроколесу, что позволяет разгрузить опоры и соответственно снизить потери на трение, повысив тем самым коэффициент полезного действия установки.The claimed invention allows to increase the efficiency of the device and increase the efficiency due to the fact that the flow diluents have blades on the inner surface, the aerodynamic profile of which provides counter rotation of the rarefiers with respect to the wind wheel, which allows to unload the bearings and, accordingly, reduce friction losses, thereby increasing the most efficient installation.

Claims (1)

Ветроустановка, содержащая воздухозаборник с расположенным внутри него ветроколесом с лопастями, прикрепленными к верхнему и нижнему кольцам, опирающимся на центрирующие ролики, установленные на валах роторов преобразователей энергии, расположенные сверху и снизу разрежители потока, отличающаяся тем, что разрежители потока установлены с возможностью вращения относительно воздухозаборника и ветроколеса для передачи вращающего момента на статор преобразователя энергии и на внутренней стороне разрежителей потока установлены лопатки с аэродинамическим профилем, обеспечивающим встречное вращение разрежителей потока по отношению к ветроколесу.  Wind turbine containing an air intake with a wind wheel located inside it with blades attached to the upper and lower rings, supported by centering rollers mounted on the shafts of the energy converters rotors, flow cutters located on the top and bottom, characterized in that the flow cutters are mounted for rotation relative to the air intake and a wind wheel for transmitting torque to the stator of the energy converter and on the inner side of the flow diluents installed vanes with an aerodynamic profile that provides rotation razrezhiteley counter flow with respect to the wind wheel.

Images