MD1126Z

MD1126Z - Wind turbine (embodiments)

Info

Publication number: MD1126Z
Application number: MDS20160101A
Authority: MD
Inventors: Виорел БОСТАН; Ион БОСТАН; Валериу ДУЛГЕРУ; Олег ЧОБАНУ; Раду ЧОБАНУ; Валериу ОДАЙНЫЙ
Original assignee: Технический университет Молдовы
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2017-09-30
Also published as: MD1126Y

Abstract

The invention relates to wind-power engineering and can be used in the renewable energy conversion systems, namely for conversion of wind energy.The wind turbine includes a rotor with blades (1) with an aerodynamic profile, fixed on a hub (2) with a flange, installed on a spline shaft (3) with a flange (4), in a nacelle (8), with the possibility of axial advance, a permanent magnet generator ( 11), the rotor of which is rigidly connected to the spline shaft (3), flanges (7) rigidly fixed to the nacelle (8), kinematically connected to a tower (9), wherein between the flange of the hub (2) and the flange (4) of the spline shaft (3) is placed a resilient member (5), and on the outer parts of the hub (2) flange and the flange (7) are fixed brake members (6) and (10) respectively.Wind turbine, wherein inside the hub (2) is rigidly installed a disk (12), wherein are made at least two radial grooves (13), inside which are placed inertial elements (14), which communicate with the hub (2) by means of resilient members (15), with the possibility of displacement along the grooves (13), and on the outer surface of the inertial elements (14) and the inner cylindrical surface of the nacelle (8) are fixed brake members (16) and (18) respectively.

Description

Invenţia se referă la energia eoliană şi poate fi utilizată în sistemele de conversie a energiei regenerabile, şi anume pentru conversia energiei eoliene. The invention relates to wind energy and can be used in renewable energy conversion systems, namely for wind energy conversion.

Este cunoscută turbina eoliană, care include un turn, pe care este instalat un rotor cu pale, amplasat pe un butuc, cu posibilitatea rotirii în jurul axelor lor longitudinale şi legat cu un mecanism centrifugal de reglare a turaţiilor rotorului, amplasaţi într-o nacelă, instalată cu posibilitatea rotirii in jurul axei turnului, în care mai este amplasat un generator electric, arborele căruia este legat direct cu arborele rotorului cu pale [1]. A wind turbine is known, which includes a tower, on which a rotor with blades is installed, located on a hub, with the possibility of rotation around their longitudinal axes and connected to a centrifugal mechanism for regulating the rotor speed, placed in a nacelle, installed with the possibility of rotation around the axis of the tower, in which an electric generator is also located, the shaft of which is directly connected to the shaft of the rotor with blades [1].

Dezavantajele acestei turbine constau în aceea că la depăşirea valorii nominale a vitezei vântului are loc schimbarea automată a unghiului de atac al palelor, micşorându-se turaţiile rotorului, şi construcţia complicată a acesteia. The disadvantages of this turbine are that when the nominal wind speed is exceeded, the angle of attack of the blades automatically changes, decreasing the rotor speed, and its complicated construction.

Cea mai apropiată soluţie este turbina eoliană, care include un turn, un generator eolian montat pe o coloană, un rotor cu pale montat pe un ax orizontal, un sistem rotativ de orientare în direcţia vântului, precum şi un generator electric [2]. The closest solution is the wind turbine, which includes a tower, a wind generator mounted on a column, a rotor with blades mounted on a horizontal shaft, a rotating system for orientation in the wind direction, and an electric generator [2].

Dezavantajele acestei turbine constau în construcţia ei complicată, principiul complicat de scoatere a rotoarelor de sub acţiunea vântului, ceea ce reduce esenţial fiabilitatea, randamentul mecanic şi eficienţa economică. The disadvantages of this turbine consist in its complicated construction, the complicated principle of removing the rotors from the wind, which essentially reduces reliability, mechanical efficiency and economic efficiency.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în simplificarea construcţiei turbinei eoliene. The problem that the present invention solves consists in simplifying the construction of the wind turbine.

Turbina eoliană, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include un rotor cu pale cu profil aerodinamic, fixate pe un butuc cu flanşă, instalat pe un arbore canelat cu flanşă, într-o nacelă, cu posibilitatea deplasării axiale, un generator cu magneţi permanenţi, rotorul căruia este legat rigid cu arborele canelat, nişte flanşe fixate rigid de nacelă, legată cinematic cu un turn, totodată între flanşa butucului şi flanşa arborelui este amplasat un element elastic, iar pe părţile exterioare ale flanşei butucului şi flanşei fixate rigid de nacelă sunt fixate nişte elemente de frânare. The wind turbine, according to the invention, eliminates the disadvantages mentioned above by including a rotor with aerodynamic profile blades, fixed on a flanged hub, installed on a splined shaft with a flange, in a nacelle, with the possibility of axial movement, a generator with permanent magnets, the rotor of which is rigidly connected to the splined shaft, some flanges rigidly fixed to the nacelle, kinematically connected to a tower, at the same time between the hub flange and the shaft flange an elastic element is placed, and on the outer parts of the hub flange and the flange rigidly fixed to the nacelle are fixed some braking elements.

Turbina eoliană, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include un rotor cu pale cu profil aerodinamic, fixate pe un butuc al rotorului, instalat pe un arbore canelat, cu posibilitatea deplasării axiale, într-o nacelă, legată cinematic cu un turn, un generator cu magneţi permanenţi, rotorul căruia este legat rigid cu arborele canelat, totodată în interiorul butucului este instalat rigid un disc, în care sunt executate cel puţin două caneluri radiale, în interiorul cărora sunt amplasate nişte elemente inerţionale, care comunică cu butucul prin intermediul unor elemente elastice, cu posibilitatea deplasării de-a lungul canelurilor, iar pe suprafeţele exterioară a elementelor inerţionale şi cea cilindrică interioară a nacelei sunt fixate nişte elemente de frânare. The wind turbine, according to the invention, eliminates the disadvantages mentioned above by including a rotor with blades with an aerodynamic profile, fixed on a rotor hub, installed on a splined shaft, with the possibility of axial movement, in a nacelle, kinematically connected to a tower, a generator with permanent magnets, the rotor of which is rigidly connected to the splined shaft, at the same time a disk is rigidly installed inside the hub, in which at least two radial grooves are made, inside which some inertial elements are placed, which communicate with the hub by means of elastic elements, with the possibility of movement along the grooves, and some braking elements are fixed on the outer surfaces of the inertial elements and the inner cylindrical surface of the nacelle.

Instalarea butucului rotorului eolian pe un arbore canelat cu posibilitatea deplasării axiale asigură frânarea rotorului eolian cu o soluţie constructivă simplă. Installing the wind turbine hub on a splined shaft with the possibility of axial movement ensures braking of the wind turbine with a simple constructive solution.

Instalarea în butucul rotorului eolian a unui mecanism inerţional radial asigură frânarea rotorului eolian la viteze mari ale vântului. The installation of a radial inertial mechanism in the wind turbine hub ensures braking of the wind turbine at high wind speeds.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-3, care reprezintă: The invention is explained by the drawings in Fig. 1-3, which represent:

- fig. 1, vederea generală a rotorului turbinei eoliene cu butucul deplasabil în direcţie axială; - Fig. 1, general view of the wind turbine rotor with the hub movable in the axial direction;

- fig. 2, vederea generală a rotorului eolian cu mecanism cu inerţie de frânare; - Fig. 2, general view of the wind turbine with inertia braking mechanism;

- fig. 3, secţiunea A-A din fig. 3. - fig. 3, section A-A of fig. 3.

Turbina eoliană (fig. 1) include un rotor cu pale 1 cu profil aerodinamic, fixate pe un butuc 2 cu flanşă, instalat pe un arbore canelat 3 cu flanşă 4, într-o nacelă 8, cu posibilitatea deplasării axiale, un generator cu magneţi permanenţi 11, rotorul căruia este legat rigid cu arborele canelat 3, nişte flanşe 7 fixate rigid de nacela 8, legată cinematic cu un turn 9, totodată între flanşa butucului 2 şi flanşa 4 a arborelui 3 este amplasat un element elastic 5, iar pe părţile exterioare ale flanşei butucului 2 şi flanşei 7 sunt fixate nişte elemente de frânare 6 şi, respectiv, 10. The wind turbine (fig. 1) includes a rotor with blades 1 with an aerodynamic profile, fixed on a hub 2 with a flange, installed on a splined shaft 3 with a flange 4, in a nacelle 8, with the possibility of axial movement, a generator with permanent magnets 11, the rotor of which is rigidly connected to the splined shaft 3, some flanges 7 rigidly fixed to the nacelle 8, kinematically connected to a tower 9, at the same time between the flange of the hub 2 and the flange 4 of the shaft 3 an elastic element 5 is placed, and on the outer parts of the flange of the hub 2 and the flange 7 some braking elements 6 and, respectively, 10 are fixed.

Turbina eoliană (fig. 2, 3) include un rotor cu pale 1 cu profil aerodinamic, fixate pe un butuc 2 al rotorului, instalat pe un arbore canelat 3, cu posibilitatea deplasării axiale, într-o nacelă 8 legată cinematic cu un turn 9, un generator cu magneţi permanenţi 11, rotorul căruia este legat rigid cu arborele canelat 3, totodată în interiorul butucului 2 este instalat rigid un disc 12, în care sunt executate cel puţin două caneluri radiale 13, în interiorul cărora sunt amplasate nişte elemente inerţionale 14, care comunică cu butucul 2 prin intermediul unor elemente elastice 15, cu posibilitatea deplasării de-a lungul canelurilor 13, iar pe suprafeţele exterioară a elementelor inerţionale 14 şi cea cilindrică interioară a nacelei 8 sunt fixate nişte elemente de frânare 16 şi, respectiv, 18. The wind turbine (fig. 2, 3) includes a rotor with blades 1 with an aerodynamic profile, fixed on a hub 2 of the rotor, installed on a splined shaft 3, with the possibility of axial movement, in a nacelle 8 kinematically connected with a tower 9, a permanent magnet generator 11, the rotor of which is rigidly connected to the splined shaft 3, at the same time inside the hub 2 a disk 12 is rigidly installed, in which at least two radial grooves 13 are made, inside which some inertial elements 14 are placed, which communicate with the hub 2 by means of elastic elements 15, with the possibility of movement along the grooves 13, and on the outer surfaces of the inertial elements 14 and the inner cylindrical surface of the nacelle 8 some braking elements 16 and, respectively, 18 are fixed.

Turbina eoliană (fig. 1) funcţionează în modul următor. The wind turbine (fig. 1) operates in the following way.

La rotirea rotorului eolian cu viteza ce depăşeşte viteza nominală, componenta axială a forţelor aerodinamice şi forţa de presiune a aerului asupra palelor 1 acţionează asupra elementului elastic 5, deformându-l. La deplasarea axială a butucului 2 al rotorului eolian, elementele de frânare 6 apasă asupra elementelor de frânare 10 imobile, realizând frânarea rotorului eolian. La reducerea vitezei de rotaţie a rotorului eolian forţa axială devine mai mică decât forţa elastică de comprimare a elementului elastic 5, fapt ce conduce la deplasarea axială a butucului rotorului 2, deconectând elementele de frânare 6 şi 10. When the wind turbine rotates at a speed exceeding the nominal speed, the axial component of the aerodynamic forces and the air pressure force on the blades 1 act on the elastic element 5, deforming it. When the hub 2 of the wind turbine moves axially, the braking elements 6 press on the stationary braking elements 10, braking the wind turbine. When the rotation speed of the wind turbine decreases, the axial force becomes less than the elastic compressive force of the elastic element 5, which leads to the axial movement of the hub 2 of the rotor, disconnecting the braking elements 6 and 10.

Turbina eoliană (fig. 2, 3) funcţionează în modul următor. The wind turbine (fig. 2, 3) operates in the following way.

La rotirea rotorului eolian cu o viteză mai mare decât cea nominală, elementele inerţionale 14, datorită forţelor centrifuge, se vor deplasa în canalele radiale 13, spre exterior, acţionând cu o forţă de apăsare, egală cu forţa centrifugă, asupra elementelor de frânare 18. Datorită forţelor de frecare, care apar între elementele de frânare 16 şi 18, are loc frânarea rotorului. La micşorarea vitezei vântului se reduc forţele centrifuge ale elementelor inerţionale 14. Atunci când forţele centrifuge vor fi mai mici decât forţele de elasticitate ale elementelor elastice 15 Fc < Fe, elementele inerţionale vor reveni la poziţia iniţială. When the wind turbine rotates at a speed higher than the nominal speed, the inertial elements 14, due to centrifugal forces, will move in the radial channels 13, outwards, acting with a pressing force, equal to the centrifugal force, on the braking elements 18. Due to the friction forces, which appear between the braking elements 16 and 18, the rotor is braked. When the wind speed decreases, the centrifugal forces of the inertial elements 14 are reduced. When the centrifugal forces are lower than the elastic forces of the elastic elements 15 Fc < Fe, the inertial elements will return to their initial position.

Execuţia butucului 2 al rotorului eolian cu posibilitatea deplasării axiale sub acţiunea forţelor vântului, care acţionează asupra palelor, asigură o soluţie constructivă simplă de reglare a puterii generate. The execution of the hub 2 of the wind rotor with the possibility of axial movement under the action of wind forces acting on the blades, ensures a simple constructive solution for regulating the generated power.

Executarea mecanismului de reglare a puterii convertite la viteze mari ale vântului cu elemente inerţionale asigură o soluţie constructivă simplă de evitare a suprasolicitării turbinei. Implementing the mechanism for regulating the converted power at high wind speeds with inertial elements provides a simple constructive solution to avoid turbine overload.

1. RU 2235902 C1 2004.09.10 1. RU 2235902 C1 2004.09.10

2. RU 2075641 C1 1997.03.20 2. RU 2075641 C1 1997.03.20

Claims

1. Wind turbine, which includes a rotor with blades (1) with an aerodynamic profile, fixed on a hub (2) with a flange, installed on a splined shaft (3) with a flange (4), in a nacelle (8), with the possibility of axial movement, a generator with permanent magnets (11), the rotor of which is rigidly connected to the splined shaft (3), some flanges (7) rigidly fixed to the nacelle (8), kinematically connected to a tower (9), at the same time between the flange of the hub (2) and the flange (4) of the shaft (3) an elastic element (5) is placed, and on the outer parts of the flange of the hub (2) and the flange (7) some braking elements (6) and, respectively, (10) are fixed.

2. Wind turbine, which includes a rotor with blades (1) with an aerodynamic profile, fixed on a hub (2) of the rotor, installed on a splined shaft (3), with the possibility of axial movement, in a nacelle (8) kinematically connected with a tower (9), a generator with permanent magnets (11), the rotor of which is rigidly connected with the splined shaft (3), at the same time inside the hub (2) a disk (12) is rigidly installed, in which at least two radial grooves (13) are made, inside which some inertial elements (14) are placed, which communicate with the hub (2) by means of elastic elements (15), with the possibility of movement along the grooves (13), and on the outer surfaces of the inertial elements (14) and the inner cylindrical surface of the nacelle (8) some braking elements (16) and, respectively, (18) are fixed.