CS258391B1

CS258391B1 - Propeller head for wind power plant

Info

Publication number: CS258391B1
Application number: CS862629A
Authority: CS
Inventors: Ladislav Strakos; Zdenko Stanicek
Original assignee: Ladislav Strakos; Zdenko Stanicek
Priority date: 1986-04-10
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1988-08-16
Also published as: CS262986A1

Abstract

Řešení se týká vrtulové hlavy pro větrnou elektrárnu, nasazené na hřídeli generátoru elektrického proudu a opatřené regulačním ústrojím úhlu nastavení listů vrtule, vybaveným tlačnými šroubovitými pružinami jako zdrojem direktivní síly, uspořádanými mezi podložkou, pevně spojenou s hřídelem generátoru, a natáčecím ústrojím listů vrtule. Očelem řešení je zlepšení regulace podle větru a zvýšení výkonu elektrárny. Uvedeného účelu se dosáhne zařízením, které sestává z rozběhové první pružiny, druhých pružin o počtu, rovném počtu mezilehlých regulačních stupňů, a třetí pružiny, vytvořenými s navzájem rozdílnými průměry závitů a uspořádanými v sobě a souose s hřídelem generátoru, přičemž první konec první pružiny je opřen o křižák, posuvně uložený na hřídeli generátoru a spojený převody s natáčecím ústrojím listů vrtule, první konec třetí pružiny je opřen o podložku, druhé konce první a třetí pružiny a první a druhé konce druhých pružin jsou opřeny o hlavní a vedlejší vodicí pouzdra, posuvně uložená na hřídeli generátoru.The solution relates to a propeller head for a wind power plant, mounted on the shaft of an electric generator and provided with a propeller blade angle adjustment device, equipped with compression helical springs as a source of directive force, arranged between a washer, firmly connected to the generator shaft, and a propeller blade turning device. The purpose of the solution is to improve wind-dependent regulation and increase the power output of the power plant. The above purpose is achieved by a device consisting of a starting first spring, second springs of a number equal to the number of intermediate control stages, and a third spring, formed with mutually different thread diameters and arranged in each other and coaxially with the generator shaft, wherein the first end of the first spring is supported by a crosspiece, slidably mounted on the generator shaft and connected by gears to the propeller blade turning device, the first end of the third spring is supported by a washer, the second ends of the first and third springs and the first and second ends of the second springs are supported by the main and secondary guide sleeves, slidably mounted on the generator shaft.

Description

Vynález se týká vrtulové hlavy pro větrnou elektrárnu, nasazené na hřídeli generátoru proudu a opatřené na hřídeli generátoru elektrického proudu a opatřené regulačním ústrojím úhlu nastavení listů vrtule, vybaveným tlačnými šroubovitými pružinami jako zdrojem direktivní síly, uspořádanými mezi podložkou, pevně spojenou s hřídelem generátoru, a natáčeeím ústrojím listů vrtule.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a propeller for a wind turbine mounted on a power generator shaft and provided with a power generator shaft and provided with a propeller blade angle adjuster equipped with compression helical springs as a directive force disposed between a washer fixedly connected to the generator shaft. propeller blades.

Okolem vrtulové hlavy je regulovat úhel nastavení listů vrtule v závislosti na rychlosti větru, aby účinnost vrtule byla optimální v každém rozsahu rychlosti otáčeni.Around the propeller head is to regulate the pitch of the propeller blades in dependence on the wind speed, so that the efficiency of the propeller is optimal in each speed range.

U stávajících provedení vrtulové hlavy pro větrnou elektrárnu uvažovaného typu je regulační ústroji úhlu nastavení listů vrtule opatřeno dvěma tlačnými šroubovitými pružinami jako zdrojem direktivní síly, uspořádanými mezi podložkou, pevně spojenou s hřídelem generátoru elektrického proudu, a natáčeeím ústrojím listů vrtule, kteréžto tlačné pružiny jsou zařazeny v sérii, z nich první pružina, méně tuhá, slouží pro rozběh vrtule, a druhá slouží pro omezení otáček při vysokých rychlostech větru.In existing wind turbine propeller designs of the type considered, the propeller blade pitch control device is provided with two helical compression springs as a direct force source arranged between a washer fixedly coupled to the power generator shaft and a propeller blade pivoting mechanism, which compression springs are engaged. in series, the first spring, less rigid, serves to start the propeller, and the second serves to limit the speed at high wind speeds.

Tímto řešením, které se jinak výhodně uplatňuje v poměrně širokém rozmezí rychlostí větru, však není dosahováno optimálního nastavení listů vrtule v rozsahu menších rychlostí větru, takže výkon větrné elektrárny není optimální. Prostor, zabíraný pružinami, umístěnými v jedné řadě za sebou, je značný a není možno přidávat další pružiny, potřebné pro jemnější regulaci.However, this solution, which is otherwise advantageously applied over a relatively wide range of wind speeds, does not achieve optimal propeller blades in the range of lower wind speeds, so that the power of the wind power plant is not optimal. The space occupied by springs placed in a row in a row is considerable and it is not possible to add other springs required for finer regulation.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u vrtulové hlavy pro větrnou elektrárnu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z rozběhové první pružiny, druhých pružin o počtu, rovném počtu mezilehlých regulačních stupňů, a třetí pružiny, kde první pružina, druhé pružiny a třetí pružina mají rozdílné průměry závitů a jsou uspořádány v sobě a souose s hřídelem generátoru, přičemž první konec první pružiny je opřen o křižák, posuvně uložený na hřídeli generátoru a spojený převody s natáčeeím ústrojím listů vrtule, první konec třetí pružiny je opřen o podložku, druhé konce první pružiny a třetí pružiny a první konce a druhé konce druhých pružin jsou opřeny o hlavní vodicí pouzdro a vedlejší vodicí pouzdro, posuvně uložená na hřídeli generátoru.The aforementioned drawbacks are eliminated in the propeller head for a wind power plant according to the invention, which consists of a start-up first spring, second springs of a number equal to the number of intermediate control stages, and a third spring, wherein the first spring, second springs and third the spring has different coil diameters and is coaxial with the generator shaft, the first end of the first spring being supported by a crosshead, slidably mounted on the generator shaft and coupled to the propeller blades, the first end of the third spring being supported by a washer; the ends of the first spring and the third spring and the first ends and the second ends of the second springs are supported on the main guide bush and the secondary guide bush slidably mounted on the generator shaft.

Výhodou vrtulové hlavy pro větrnou elektrárnu podle vynálezu je, že celková délka pružin je značně zkrácena, například u tří pružin na třetinu proti jejich případnému umístění v řadě za sebou. Tím je i délka vrtulové hlavy samotné krátká. Možnost použití více pružin umožňuje volit pružiny tak, aby každá z nich vyhovovala příslušnému stupni rychlosti větru.An advantage of the propeller head for the wind power plant according to the invention is that the overall length of the springs is considerably shortened, for example in the case of three springs to one third compared to their possible position in a row. Thus the length of the propeller head itself is short. The possibility of using multiple springs allows the springs to be selected so that each one meets the appropriate degree of wind speed.

Tím se docílí zvýšeného výkonu větrné elektrárny při všech rychlostech větru.This results in increased wind power at all wind speeds.

Při výkyvném a pruživém uložení listů vrtule je dosaženo klidného chodu větrné elektrárny a při nárazech větru mávacím pohybem listů vrtule je potlačen účinek gyroskopických momentů. Řeše ním vrtulové hlavy podle vynálezu se dosáhne nejen malých rozměrů, ale i nízké hmotnosti a tichého chodu větrné elektrárny.When the propeller blades are swiveling and resilient, the wind turbine runs smoothly and gyro moments are suppressed in the event of wind shocks. The solution of the propeller head according to the invention achieves not only small dimensions but also low weight and quiet operation of the wind power plant.

Příklady provedení vrtulové hlavy pro větrnou elektrárnu podle vynálezu jsou znázorněny na připojených výkresech, přičemž na obr. 1 je zobrazen osových řez horní polovinou hlavy, obr. 2 ukazuje vrtulovou hlavu v náryse a v částečném řezu rovinou kolmou na osu vrtulové hlavy, obr. 3 představuje spojení tělesa listu vrtule s vidlici rychloupínkou a na obr. 4 je vyznačeno spojení rychloupinky v jejich dělicích rovinách.Examples of an embodiment of a propeller head for a wind power plant according to the invention are shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows an axial section of the upper half of the head; Fig. 2 shows the propeller head in front and partial section plane perpendicular to the axis of the propeller. 4 shows the connection of the propeller blade body to the plug with a quick-release clamp and FIG.

U provedení vrtulové hlavy podle obr. 1 a 2 na hřídeli J3 generátoru elektrického proudu, který není zakreslen, axiálně uložen křižák _1, v němž je vytvořena dutina 2, ve které jsou navzájem souose s hřídelem jí generátoru uloženy válcové tlačné šroubovité pružiny Α» 5., j>, přičemž jejich počet odpovídá počtu regulačních stupňů a úhlům nastavení listů 7 vrtule. Je to zde první pružina 4^ pro rozběh vrtule, alespoň jedna druhá pružina 5 pro regulaci při malých a středních rychlostech větru a třetí pružina jí pro regulaci pří velkých rychlostech větru.In the embodiment of the propeller head according to FIGS. 1 and 2, a crusher 1 is axially mounted on a shaft 3 of an electric generator, not shown, in which a cavity 2 is formed in which cylindrical coil compression springs Α »5 are aligned. , j>, the number of which corresponds to the number of control stages and the pitch angles of the propeller blades 7. It is here the first propeller spring 41, at least one second propeller spring 5 for controlling at low and medium wind speeds, and a third spring for regulating it at high wind speeds.

Rozběhová první pružina 2 je uložena mezi osazením křižáku 2 a hlavním vodicím pouzdrem 31, uloženým kluzně na hřídeli 2 generátoru, druhá pružina 5 je uložena mezi vedlejším vodicím pouzdrem 30.» uloženým kluzně na hřídeli 2 generátoru, a hlavním vodicím pouzdrem 31. V klidovém stavu je hlavní vodicí pouzdro 31 u prvního osazení 34 hřídele 3. generátoru a vedlejší vodicí pouzdro 30 u druhého osazení 35 hřídele 3. generátoru.The starting spring 2 is mounted between the shoulder of the crosshead 2 and the main guide sleeve 31 slidably mounted on the generator shaft 2, the second spring 5 is located between the secondary guide sleeve 30 »slidably mounted on the generator shaft 2 and the main guide sleeve 31. In the state of the art, the main guide bush 31 at the first shoulder 34 of the generator shaft 3 and the secondary guide bush 30 at the second shoulder 35 of the generator shaft 3.

Třetí pružina 8 je uložena mezi hlavním vodicím pouzdrem 31 a podložkou 32, axiálně nastavitelnou pomocí matice 36, o kterou je opřena, umístěnou na závitech hřídele 2 generátoru elektrického proudu souose s jeho osou, za účelem nastaveni tlaku třetí pružiny 2·A third spring 8 is disposed between the main guide sleeve 31 and the washer 32 axially adjustable by the nut 36 on which it is supported, located on the threads of the generator shaft 2 coaxially with its axis to adjust the pressure of the third spring 2.

S hřídelem 2 generátoru je pevně spojen unášeč 23, na jehož dvou čtvrtých čepech 2£ jsou pomocí kuličkového ložiska 25 s kosoúhlým stykem otočně uložena otáčivá tělesa 2 listů 7 vrtule. Kuličkové ložisko 25 je zajištěno ve své poloze děleným zajištovacím kroužkem 26 a pojistným kroužkem 27 Pro vymezení vůle v kuličkovém ložisku 25 slouží kulička 28, nastavitelná třetím šroubem 29, uloženým ve vidlici 9.A carrier 23 is fixedly connected to the generator shaft 2, on whose two fourth journals 26 the rotary bodies 2 of the propeller blades 7 are rotatably mounted by means of a angular contact ball bearing 25. The ball bearing 25 is locked in position by a split retaining ring 26 and a retaining ring 27. A ball 28, adjustable by a third screw 29 housed in the fork 9, serves to limit the play in the ball bearing 25.

S otáčivým tělesem 8 je prvními šrouby 20 pevně spojena vidlice 9., opatřená prvním čepem 10, procházejícím závěsným okem 19 listu 7 vrtule. Závěsné oko 19 je na svém konci opatřeno rovinnou plochou 22, která přiléhá k tlumicí pružině 16, například z ploché pryže, která slouží pro tlumení mávacího pohybu listu 7 vrtule. Tlumicí pružina je opřena o dno 17 vidlice 9.A fork 9, provided with a first pin 10, extending through the lifting eye 19 of the propeller blade 7, is fixedly connected to the rotary body 8 by first screws 20. The lifting eye 19 is provided at its end with a planar surface 22 which abuts the damping spring 16, for example of flat rubber, which serves to damp the wagging movement of the propeller blade 7. The damping spring is supported on the bottom 17 of the fork 9.

V prvním čepu 10 je pevně uchycena regulační tyč 11 pro posuv křižáku 2 P° hřídeli 3 generátoru.In the first pin 10, the regulating rod 11 is fixedly fixed to move the crosshead 2 P ° of the generator shaft 3.

Na otáčivém tělese 2 j^e synchronizační vychylovaoí rameno 12, spojené ojnicí 22» nasazenou na třetím čepu 22» ^s druhým čepem 14 křižáku 2·On the rotary body 2 ^e j vychylovaoí synchronizing arm 12, connecting rod 22 »attached to the third pin 22» ^{with the} second pin 14 of the crosshead 2 ·

Dutina 2 křižáku 2 ^a první pružina 4, druhá pružina 2 ^a třetí pružina 8 jsou zakryty krytem 22» a to na ochranu proti působení povětrnostních vlivů. Ojnice 12 a ostatní dílce mohou zůstat bez krytí, je ale možné opatřit celou vrtulovou hlavu dalším krytem, z něhož by vyčnívaly jen ojnice 13 a regulační tyče 22· Tento další kryt je pak upevněn na plechové základně za unášečem 23The cavity 2 of the crusher 2 ^{and the} first spring 4, the second spring 2 ^{and the} third spring 8 are covered by a cover 22 'for protection against the effects of weather. The connecting rod 12 and other parts may remain uncoated, but it is possible to provide the entire propeller head with an additional cover from which only the connecting rods 13 and the control rods 22 protrude. This additional cover is then fixed to the metal base behind the carrier 23

U provedeni podle obr. 3 a 4 je pro spojení otáčivého tělesa 2 ^a vidlice 9 rychloupinky 21, na které je též uspořádána regulační tyč 11 a která je stažena druhými šrouby, pro něž jsou v ryohloupínce 21 vytvořeny závitové otvory 22.In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, for the connection of the rotating body 2 ^{and the} fork 9 of the quick-release 21, on which the control rod 11 is also arranged and which is tightened by second screws for which threaded holes 22 are formed.

Funkce vrtulové hlavy podle vynálezu je následující.The function of the propeller head according to the invention is as follows.

V klidovém stavu mají listy 7_ vrtule největší úhel nastavení, regulační tyče 11 jsou rovnoběžné s osou rotace hřídele 2 generátoru, synchronizační vychylovací ramena 12 jsou v rovině kolmé k této ose, předpjatá druhá pružina 2 ^a třetí pružina 2 přitlačují hlavní vodicí pouzdro 31 k prvnímu osazení 34 a vedlejší vodicí pouzdro 30 ke druhému osazeníAt rest the propeller blades 7 have the greatest angle of adjustment, the control rods 11 are parallel to the axis of rotation of the generator shaft 2, the synchronizing deflection arms 12 are in a plane perpendicular to this axis, the biased second spring 2 ^{and the} third spring 2 a shoulder 34 and a secondary guide bush 30 for the second shoulder

35. První pružina 4_ přitom přitlačuje křižák 2 ^na třetí osazení 37 na hřídeli 3 generátoru.35. The first spring 4 presses the cross piece 2 ^{against the} third shoulder 37 on the generator shaft 3.

Působením větru se listy 2 vrtule otáčí, regulační tyče 11 se rozevírají a natáčejí vidlice 9 a synchronizační vychylovaoí ramena 22» která prostřednictvím ojnic 13 vysunují křižák 2 směrem dopředu.As a result of the wind, the blades 2 of the propeller rotate, the control rods 11 open and pivot the forks 9 and the synchronizing deflection arms 22 'which, via the connecting rods 13, push the crosshead 2 forward.

Podle síly větru se stlačuje nejdříve první pružina 4, následně druhá pružina 2 ^anakonec třetí pružina 8. Synchronizační vychylovací ramena 12 postupně zmenšují úhel nastavení listů 2 vrtule, takže při překročení volené mezní rychlosti větru a tím i otáček vrtule se listy 2 vrtule přestaví na úhel náběhu, při kterém dochází k brzdění vrtule a rýchlost otáček vrtule klesá. Při poklesu rychlosti vrtule se regulační tyče J.1 začnou svírat, to znamená, že se obě vracejí do polohy rovnoběžné s osou rotace hřídele 2 generátoru, a úhel nastavení listů 2 vrtule se zvětšuje, čímž dochází k regulaci otáček vrtule.Depending on the wind force, the first spring 4, then the second spring 2 ^and finally the third spring 8 are compressed. Synchronizing deflection arms 12 gradually reduce the angle of pitch of the propeller blades 2 so that the propeller blades 2 move to the propeller speed limit. the angle of attack at which the propeller brakes and the propeller speed decreases. As the speed of the propeller decreases, the control rods 1 begin to clamp, i.e. both return to a position parallel to the axis of rotation of the generator shaft 2, and the pitch angle of the propeller blades 2 increases, thereby controlling the propeller speed.

U popsaného provedení synchronizační vychylovací ramena 12 pohybují pomocí ojnic 13 křižákem 2· Synchronizační vychylovací ramena 12 mohou také působit na kulisu, která zastane tutéž funkci jako křižák 2/ ^al^e použití kulisy k tomuto účelu jě s ohledem na velké síly, působící ve třetích čepech 15 méně výhodné.In the described embodiment the synchronizing deflection arm 12 moved by connecting rods 13 of the crosshead 2 · synchronizing the deflection arm 12 can also act on the wings which advocacy same function as the crosshead 2 / ^A l ^e use backdrop for this purpose with respect to a force acting in third pins 15 less preferred.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A propeller for a wind turbine mounted on a power generator shaft and having a propeller blade angle adjuster, provided with helical compression springs as a directive force disposed between a washer fixedly coupled to the generator shaft and a propeller blade pivot mechanism, characterized by: characterized in that it consists of a start-up first spring (4), second springs (5) of a number equal to the number of intermediate control stages, and a third spring (6), wherein the first spring (4), second spring (5) and third spring (5) 6) have different thread diameters and are arranged coaxially with the generator shaft (3), the first end of the first spring (4) being supported by a crosshead (1) slidably mounted on the generator shaft (3) and coupled to the pivot mechanism the first end of the third spring (6) is supported on a washer (32), the second end of the first spring (4), and the third springs (6) and the first ends and second ends of the second springs (5) are supported on the main guide bush (31) and the secondary guide bush (30), which are slidably mounted on the generator shaft (3).

Propeller head according to Claim 1, characterized in that the washer (32) is supported on a nut (36) disposed on the threads of the generator shaft (3) in alignment with its axis.

Propeller head according to Claims 1 and 2, characterized in that the crosshead (1) is provided with a cavity (2) in which the first spring (4), the second spring (5) and the third spring (6) extend and in which a main guide bushing (31), the path of which is defined by a first shoulder (34) on the generator shaft (3) and in the cavity of which a first spring (4) and a second spring (5) is arranged; is longer than the second spring (5) and is supported on the bottom of the main guide bush (31) and the crosshead (1), while the second spring (5) is supported on the bottom of the main guide bush (31) and the secondary guide bush (30), the path of movement is defined by a second shoulder (35) on the generator shaft (3) and arranged in the path of the crosshead (1), and a third spring (6) is supported on the washer (32) and flange (38) on the outside of the main guide bushing 31) disposed at an end thereof facing away from the support (32).

Propeller head according to Claims 1 to 3, characterized in that the second springs (5) have a greater stiffness than the first spring (4) and the third spring (6) has a greater stiffness than the second springs (5).

Propeller head according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the crosshead (1) is provided with second pins (14) with connecting rods (13) attached, connected by synchronizing deflection arms (12) to rotatable bodies (8) rotatably mounted on a carrier (23) mounted on the generator shaft (3), each propeller blade (8) having a propeller blade (7) in a plane perpendicular to the generator shaft (3) and a control rod (11) in a plane parallel to the shaft (3) ) generator.

Propeller head according to claim 5, characterized in that the rotary body (8) is provided with a fork (9) in which the propeller blade (7) is rotatably mounted on the first pivot (10).

Propeller head according to claim 6, characterized in that a damping spring (16) is mounted on the bottom (17) of the fork recess (9) and bears a flat surface (18), which terminates the suspension eye (19) of the blade (9). 7) Propeller.

Propeller head according to Claim 6 and 7, characterized in that the fork (9) is fixed to the rotating body (8) by first screws (20).

Propeller head according to claim 6 or 7, characterized in that the fork (9) is fastened to the rotary body (8) by a quick-release clamp (21) surrounding the flanges formed at the edges of the fork (9) and the rotary body (8). two halves contracted in the separation planes by at least two second screws housed in the threaded holes (22).

Propeller head according to one of Claims 6 to 9, characterized in that a control rod (11) arranged outside the rotation plane of the propeller blades (7) is mounted on the first pin (10).

Propeller head according to Claim 9, characterized in that a control bar (11) is mounted on the quick-release device (21).

Propeller head according to Claims 3 to 11, characterized in that the cavity (2) of the crosshead (1) with the first spring (4), the second springs (5) and the third spring (6) is closed by a cover (33).