RU128903U1

RU128903U1 - WIND POWER PLANT

Info

Publication number: RU128903U1
Application number: RU2012114374/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Дмитриевич Пантелеев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Простые решения"
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2013-06-10

Abstract

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая опору, на вершине которой размещены с возможностью вращения вокруг ее оси станина с редуктором, на входном валу которого закреплено многолопастное ветроколесо, а на выходном валу кривошипно-шатунный механизм, который через штанги и шарнир соединен со штоком поршня насоса для подъема жидкости, причем штанга через рычаг соединена с баласниром, а станина через свой шарнир соединена с механизмом поворота ветроколеса на ветер, отличающаяся тем, что лопасти ветроколеса изготовляются из листового материала уменьшенной толщины и усилены ребрами жесткости в виде гофр.2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, то гофры, в зависимости от размеров лопасти, располагаются как в продольном, так и в поперечном направлениях в один или несколько рядов, копируя периметр лопасти.1. A wind power installation containing a support, on the top of which a bed with a reducer is mounted with a possibility of rotation around its axis, on the input shaft of which a multi-blade wind wheel is fixed, and on the output shaft a crank mechanism, which is connected through the rods and hinge to the piston rod of the pump for liquid lifting, and the rod through the lever is connected to the balasnir, and the bed through its hinge is connected to the mechanism for turning the wind wheel into the wind, characterized in that the wind wheel blades are made of sheet metal Therians reduced thickness and enhanced stiffeners in the form gofr.2. Wind power installation according to claim 1, characterized in that the corrugations, depending on the size of the blade, are located both in the longitudinal and transverse directions in one or more rows, copying the perimeter of the blade.

Description

Полезная модель относится к ветроэнергетике, когда используется энергия ветра для механизации подъема воды из скважин, колодцев и водоемов, и может быть использована для водоснабжения фермерских хозяйств и подъема жидкостей на других предприятиях.The utility model relates to wind energy, when wind energy is used to mechanize the rise of water from wells, wells and reservoirs, and can be used to supply water to farms and raise liquids in other enterprises.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая неподвижное основание, установленную на нем с возможностью поворота горизонтальную станину, на которой закреплено ветроколесо, имеющее три лопасти вращения. Вращение ветроколеса через кинематическую передачу преобразуется в возвратно-поступательное движение поршневого насоса. (Фатеев Е.М. Ветроэлектродвигатели и их применение в сельском хозяйстве. 3-е изд. М., 1962, стр.122-123)Known wind power installation containing a fixed base mounted on it with the ability to rotate a horizontal frame, on which is mounted a wind wheel with three blades of rotation. The rotation of the wind wheel through the kinematic transmission is converted into a reciprocating motion of the piston pump. (Fateev E.M. Wind electric motors and their application in agriculture. 3rd ed. M., 1962, pp. 122-123)

Известно, что установки с одним, двумя и тремя лопастями относятся к установкам быстроходного типа, имеющим высокий порог, трогания, т.е. такие ветроустановки начинают работу (вращение) при скоростях ветра более 3 м/с и выходят на номинальную мощность при скоростях ветра 8-12 м/с.It is known that installations with one, two and three blades belong to high-speed installations with a high threshold, starting, i.e. such wind turbines begin work (rotation) at wind speeds of more than 3 m / s and reach their rated power at wind speeds of 8-12 m / s.

Для большинства регионов России среднегодовые скорости ветра находятся в пределах 4-6 м/с. Если учесть то, что мощность ветроустановки находится в кубической зависимости от скорости ветра, то такие установки непригодны для использования при скоростях ветра 4-6 м/с, т.к. при таких скоростях они неспособны выйти на номинальную мощность.For most regions of Russia, the average annual wind speeds are in the range of 4-6 m / s. If we take into account the fact that the power of the wind turbine is in a cubic dependence on the wind speed, then such plants are unsuitable for use at wind speeds of 4-6 m / s, because at these speeds they are unable to reach rated power.

В качестве привода ветроэнергетических установок заслуживают внимания тихоходные установки с многолопастными ветроколесами, имеющими горизонтальную ось вращения. Они обеспечивают эффективную работу при малых скоростях ветра. Начало трогания таких ветроколес находится в пределах 1-1,5 м/с, а номинальная мощность достигается при скоростях ветра 5-6 м/с. (Патент RU №2189493, кл. F03D 1/00, от 10.12.2000)As a drive for wind energy installations, low-speed installations with multi-blade wind wheels with a horizontal axis of rotation deserve attention. They provide efficient operation at low wind speeds. The start of moving such wind wheels is in the range of 1-1.5 m / s, and the rated power is achieved at wind speeds of 5-6 m / s. (Patent RU No. 2189493, class F03D 1/00, dated 10.12.2000)

Такие установки с многолопастными ветроколесами нашли широкое применение для механизации подъема воды из скважин и колодцев еще и потому, что частота вращения ветроколеса близка к частоте возвратно-поступательных движений поршня насоса. Это позволяет упростить конструкцию передаточных механизмов установки.Such installations with multi-blade wind wheels have found wide application for the mechanization of lifting water from wells and wells because the rotational speed of the wind wheel is close to the frequency of the reciprocating movements of the pump piston. This allows you to simplify the design of the transmission gears of the installation.

В качестве прототипа выбрана установка, которая имеет вертикальную опору, на вершине которой размещен с возможностью вращения вокруг ее оси редуктор, на входном валу которого закреплено многолопастное ветроколесо, а на выходном кривошипно-шатунный механизм, который через штанги и шарнир соединен со штоком поршня насоса для подъема жидкости. Штанга через рычаг соединена с балансиром, а корпус редуктора через свой шарнир соединен с механизмом поворота ветроколеса на ветер. (Фатеев Е.М. Ветродвигатели и их применение в сельском хозяйстве. 3-е изд. М. 1962, с.104-106).As a prototype, a unit was selected that has a vertical support, on top of which a gearbox is mounted with a possibility of rotation around its axis, on the input shaft of which a multi-blade wind wheel is fixed, and on the output shaft a crank mechanism, which is connected through the rods and hinge to the pump piston rod for lifting fluid. The rod through the lever is connected to the balancer, and the gear housing through its hinge is connected to the mechanism for turning the wind wheel into the wind. (Fateev E.M. Wind turbines and their use in agriculture. 3rd ed. M. 1962, p.104-106).

Однако такая установка имеет значительный вес ветроколеса из-за большого количества лопастей. Вес лопастей определяется их площадью и толщиной листового материала, из которого они изготовлены. Площадь лопастей влияет на силовые характеристики ветродвигателя, а толщина на их прочность.However, such an installation has a significant weight of the wind wheel due to the large number of blades. The weight of the blades is determined by their area and the thickness of the sheet material from which they are made. The area of the blades affects the power characteristics of the wind turbine, and the thickness on their strength.

С увеличением мощности установки растут как площадь, так и толщина лопастей.With an increase in plant capacity, both the area and the thickness of the blades increase.

Оба эти параметра направлены на увеличение веса ветроколеса и металлоемкости установки в целом.Both of these parameters are aimed at increasing the weight of the wind wheel and the metal consumption of the installation as a whole.

Кроме этого лопасти ветроколеса испытывают при вращении постоянные изменяющиеся нагрузки в радиальном направлении от сильных порывов ветра. Последние силы заставляют колебаться лопасти в поперечном направлении и приводят к их поломкам.In addition, the blades of a windwheel under test during rotation are constantly changing loads in the radial direction from strong gusts of wind. Recent forces cause the blades to oscillate in the transverse direction and lead to their breakdowns.

Задачей полезной модели является увеличение работоспособности и надежности установки, снижение ее металлоемкости и исключения поломок лопастей при значительных скоростях ветра.The objective of the utility model is to increase the operability and reliability of the installation, reduce its metal consumption and eliminate damage to the blades at significant wind speeds.

Техническим результатом является создание ветроколеса облегченного типа с увеличенной прочностью лопастей, способных выдерживать как рабочие, так и буревые порывы ветра.The technical result is the creation of a lightweight wind wheel with increased strength of the blades that can withstand both working and gusty wind gusts.

Это достигается посредством того, что ветроэнергетическая установка, содержащая вертикальную опору, на вершине которой размещены с возможностью вращения вокруг ее оси станину с редуктором на входном валу которого закреплено многолопастное ветроколесо, а на выходном валу кривошипно-шатунный механизм, который через штанги и шарнир соединен со штоком поршня насоса для подъема жидкости, причем штанга через рычаг соединена с балансиром, а станина через свой шарнир соединена с механизмом поворота ветроколеса на ветер.This is achieved by the fact that a wind power installation containing a vertical support, on top of which a frame with a reducer is mounted with a possibility of rotation around its axis, has a multi-blade wind wheel mounted on its input shaft, and a crank mechanism is connected to the output shaft, which is connected to the output shaft via a rod and a hinge the piston rod of the pump for lifting liquid, and the rod through the lever is connected to the balancer, and the frame through its hinge is connected to the mechanism for turning the wind wheel into the wind.

Лопасти ветроколеса изготавливаются из листового материала уменьшенной толщины и усилены ребрами жесткости в виде гофр.The blades of the wind wheel are made of sheet material of reduced thickness and reinforced with stiffeners in the form of corrugations.

Гофры, в зависимости от размеров лопасти, располагаются, как в продольном, так и в поперечном направлениях в один или несколько рядов, копируя периметр лопасти.Corrugations, depending on the size of the blade, are located both in the longitudinal and transverse directions in one or more rows, copying the perimeter of the blade.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан схематически общий вид ветроэнергетической установки. На фиг.2 показан вид А спереди многолопастного ветроколеса с гофрами (увеличено). На этой фигуре (на лопастях справа от оси) гофры условно не показаны. На фиг.3 изображен разрез Б-Б ветроколеса с гофрами (увеличено).The utility model is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a schematic general view of a wind power installation. Figure 2 shows a front view A of a multi-blade wind wheel with corrugations (enlarged). In this figure (on the blades to the right of the axis), the corrugations are conditionally not shown. Figure 3 shows a section BB of the wind wheel with corrugations (enlarged).

Установка имеет вертикальную опору 1, на вершине которой размещена станина 2 с возможностью вращения вокруг опоры 1. На станине 2 укреплен редуктор 3, на входном валу которого закреплено ветроколесо 4, а на выходном валу установлен кривошипно-шатунный механизм 5. На станине 2 неподвижно укреплена лопата 6, а через шарнир 7 рама 8 соединена с рулем 9. Рама 8 через пружину возврата 10 связана со станиной 2. Кривошипно-шатунный механизм 5 через штангу 11, шарнир 12 и шток 13 связан с поршнем 14 насоса. Поршень 14 помещен в гильзу 15 насоса. Насос имеет верхний клапан 16, установленный в поршне 14 и нижний клапан 17, расположенный в днище гильзы 15. Гильза 15 плотно соединена с отводной трубой 18, которая над поверхностью имеет отвод 19. На опоре 1 шарнирно закреплен двуплечий рычаг 2, одна сторона которого подвижно соединена со штоком 13, а на второй стороне укреплен балансир 21. Труба 18 вместе с насосом помещена в обсадную трубу 22. Трубы 18 и 22 в верхней части связаны с площадкой 23, на которой крепится опора 1.The installation has a vertical support 1, on the top of which a frame 2 is mounted with the possibility of rotation around the support 1. A gearbox 3 is mounted on the frame 2, a wind wheel 4 is mounted on its input shaft, and a crank mechanism 5 is mounted on the output shaft 5. The frame 2 is fixedly mounted a shovel 6, and through the hinge 7, the frame 8 is connected to the steering wheel 9. The frame 8 is connected through the return spring 10 to the bed 2. The crank mechanism 5 through the rod 11, the hinge 12 and the rod 13 is connected to the piston 14 of the pump. The piston 14 is placed in the sleeve 15 of the pump. The pump has an upper valve 16 mounted in the piston 14 and a lower valve 17 located at the bottom of the sleeve 15. The sleeve 15 is tightly connected to the outlet pipe 18, which has an outlet 19 above the surface. A two-arm lever 2, one side of which is movable, is pivotally mounted on the support 1. connected to the rod 13, and on the second side the balancer 21 is strengthened. The pipe 18 together with the pump is placed in the casing 22. The pipes 18 and 22 in the upper part are connected to the platform 23, on which the support 1 is mounted.

Ветроколесо 4 имеет лопасти 24, изготовленные из листового материала уменьшенной толщины S, которые усилены ребрами жесткости в виде продольных гофр 26.The wind wheel 4 has blades 24 made of sheet material of reduced thickness S, which are reinforced with stiffeners in the form of longitudinal corrugations 26.

Лопасти 24 соединены между собой посредством бандажных колец:The blades 24 are interconnected by means of retaining rings:

- внутреннего бандажного кольца 27,- inner retaining ring 27,

- наружного бандажного кольца 28.- outer retaining ring 28.

Бандажные кольца 27 и 28 через лонжероны 29 соединены со ступицей 30.The retaining rings 27 and 28 through the side members 29 are connected to the hub 30.

Количество продольных гофр 25 и поперечных гофр 26 зависит от размеров лопасти 24 и ее толщины.The number of longitudinal corrugations 25 and transverse corrugations 26 depends on the size of the blade 24 and its thickness.

Сечение профиля гофр 25 и 26, а также толщина S листового материала, из которого изготовлена лопасть 24, показаны на фиг.3.The cross section of the profile of the corrugations 25 and 26, as well as the thickness S of the sheet material from which the blade 24 is made, are shown in FIG. 3.

Работает установка следующим образом.The installation works as follows.

При отсутствии ветра ось ветроколеса 4 и плоскость руля 9 параллельны, что обеспечивается пружиной возврата 10. Ветроколесо 4 неподвижно, поршень 14 насоса неподвижен. Подачи воды нет.In the absence of wind, the axis of the wind wheel 4 and the plane of the steering wheel 9 are parallel, which is provided by the return spring 10. The wind wheel 4 is stationary, the piston 14 of the pump is stationary. There is no water supply.

При появлении ветра выше порога трогания руль 9 устанавливается параллельно потоку ветра и через раму 8 разворачивает станину 2 с установленными на ней элементами таким образом, что плоскость вращения ветроколеса 4 становится обращенной навстречу ветру. Начинается вращение ветроколеса.When the wind appears above the threshold, the rudder 9 is installed parallel to the wind flow and, through the frame 8, unfolds the frame 2 with the elements mounted on it so that the plane of rotation of the wind wheel 4 becomes facing the wind. The rotation of the wind wheel begins.

Это вращение через кривошипно-шатунный механизм 5, штангу 11, шарнир 12, шатун 13, передается поршню 14. Поршень 14 начинает осуществлять возвратно-поступательные движения. При этом при движении поршня 14 вниз нижний клапан 17 закрывается, а верхний клапан 16 открывается. Поршень 14, опускаясь к нижней мертвой точке, пропускает через себя жидкость, находящуюся под ним, которая соединяется со столбом жидкости в трубе 18.This rotation through the crank mechanism 5, the rod 11, the hinge 12, the connecting rod 13, is transmitted to the piston 14. The piston 14 starts to reciprocate. In this case, when the piston 14 moves down, the lower valve 17 closes, and the upper valve 16 opens. The piston 14, descending to the bottom dead center, passes through itself the liquid below it, which is connected to the liquid column in the pipe 18.

При подъеме поршня 11 вверх клапан 16 закрывается, а клапан 17 открывается. Столб жидкости, находящийся над поршнем, поднимается вверх по трубе 18 и сливается через отвод 19, а за счет вакуума под поршнем 14 жидкость через открытый клапан 17 поднимается, заполняя гильзу 15. Процесс повторяется. Осуществляется подъем воды.When the piston 11 rises, the valve 16 closes, and the valve 17 opens. The liquid column located above the piston rises up the pipe 18 and drains through the outlet 19, and due to the vacuum under the piston 14, the liquid rises through the open valve 17, filling the sleeve 15. The process is repeated. Water is being lifted.

При изменении направления ветра руль 9 разворачивает ветроколесо 4 навстречу ветровому потоку и работа установки происходит в порядке, описанном выше, до достижения скорости ветра, принятой за номинальное значение. Это достигается за счет регулировки пружины возврата 10. Если значения скорости ветра превысят номинальные, и сила, действующая на ветроколесо 4, возрастает выше настроенного значения, произойдет растяжение пружины 10 и поворот ветроколеса 4 относительно оси опоры 1. Этот поворот осуществляется за счет сил, действующих на лопату 6, которые растягивают пружину 10 и разворачивают плоскость ветроколеса 4 под углом к направлению потока ветра, выводя ветроколесо 4 из-под ветра.When changing the direction of the wind, the steering wheel 9 turns the wind wheel 4 towards the wind flow and the installation works in the manner described above, until the wind speed, taken as the nominal value, is reached. This is achieved by adjusting the return spring 10. If the wind speed exceeds the nominal value, and the force acting on the wind wheel 4 increases above the set value, the spring 10 will stretch and the wind wheel 4 will rotate relative to the axis of the support 1. This rotation is carried out due to the forces acting on a shovel 6, which stretch the spring 10 and turn the plane of the wind wheel 4 at an angle to the direction of the wind flow, removing the wind wheel 4 from the wind.

Частота вращения ветроколеса 4 становится меньше, и производительность насоса приближается к номинальной.The rotational speed of the wind wheel 4 becomes less, and the pump performance is approaching the nominal.

Многолопастные ветроколеса 4, лопасти 24 которых изготавливаются из листового материала и имеют большую парусность, воспринимают на лопасти значительные нагрузки при скоростях ветра, близким к номинальным.The multi-blade wind wheels 4, the blades 24 of which are made of sheet material and have a large windage, perceive significant loads on the blades at wind speeds close to nominal.

Эти нагрузки можно разделить на две основные группы:These loads can be divided into two main groups:

- нагрузки от возникающих центробежных сил, которые возрастают с увеличением веса и частоты вращения лопастей 24;- loads from the emerging centrifugal forces, which increase with increasing weight and rotational speed of the blades 24;

- нагрузки от сил ветра, действующих на лопасти 24 в поперечном направлении, заставляя их изгибаться и вибрировать.- loads from wind forces acting on the blades 24 in the transverse direction, causing them to bend and vibrate.

Это приводит к поломке лопастей 24.This leads to breakage of the blades 24.

Из сказанного следует, что для обеспечения работоспособности и надежности установки ее лопасти 24 должны иметь запас прочности.From the foregoing it follows that to ensure the operability and reliability of the installation of its blades 24 must have a margin of safety.

Однако этого достичь за счет увеличения толщины листового материала не представляется возможным. При увеличении толщины возрастают центробежные силы и увеличивается вес лопастей 24, а значит ветроколеса 4 и установки в целом, т.е. возрастает металлоемкость установки.However, this is not possible by increasing the thickness of the sheet material. With an increase in thickness, centrifugal forces increase and the weight of the blades 24 increases, which means that the wind wheel 4 and the installation as a whole, i.e. increases the intensity of the installation.

Предложенное в полезной модели решение позволяет за счет изготовления лопастей 24 с ребрами жесткости 25 и 26 в виде гофр уменьшить толщину листового материала, а значит и их вес.The solution proposed in the utility model allows, due to the manufacture of blades 24 with stiffeners 25 and 26 in the form of corrugations, to reduce the thickness of the sheet material, and hence their weight.

Прочность лопастей 24 возрастает за счет того, что гофры можно расположить, как в продольном, так в поперечном направлении и в несколько рядов, копируя периметр лопасти.The strength of the blades 24 increases due to the fact that the corrugations can be arranged both in the longitudinal and in the transverse direction and in several rows, copying the perimeter of the blade.

Таким образом предложенная модель позволяет уменьшить металлоемкость устройства и увеличить его работоспособность и надежность, а так же позволяет уберечь лопасти 24 от поломок при значительных скоростях ветра.Thus, the proposed model allows to reduce the metal consumption of the device and increase its performance and reliability, and also allows you to protect the blades 24 from breakdowns at significant wind speeds.

Claims

1. A wind power installation containing a support, on the top of which a bed with a reducer is mounted with a possibility of rotation around its axis, on the input shaft of which a multi-blade wind wheel is fixed, and on the output shaft a crank mechanism, which is connected through the rods and hinge to the piston rod of the pump for liquid lifting, and the rod through the lever is connected to the balasnir, and the bed through its hinge is connected to the mechanism for turning the wind wheel into the wind, characterized in that the wind wheel blades are made of sheet metal Therians reduced thickness and enhanced stiffeners in the form of corrugations.

2. Wind power installation according to claim 1, characterized in that the corrugations, depending on the size of the blade, are located both in the longitudinal and transverse directions in one or more rows, copying the perimeter of the blade.