RU163007U1

RU163007U1 - MODULAR WIND ENGINE WITH HORIZONTAL BLADES AND A CENTRIFUGAL SPEED CONTROLLER

Info

Publication number: RU163007U1
Application number: RU2015128484/06U
Authority: RU
Inventors: Юрий Арсентьевич Чашков; Роман Юрьевич Чашков
Original assignee: Юрий Арсентьевич Чашков; Роман Юрьевич Чашков
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2016-07-10

Abstract

1. Модульный ветродвигатель, состоящий из центробежного регулятора оборотов и соединенных по вертикали шестигранных ступиц с лопастями, отличающийся тем, что каждая ступица имеет пару поворотных лопастей с формой равнобедренного треугольника, при этом лопасти установлены взаимно перпендикулярно и соосно закреплены на концах горизонтальной оси, проходящей через две грани ступицы, а ступицы закреплены так, что вертикальные плоскости осей сдвинуты относительно друг друга в зависимости от числа ступиц, чтобы не затенять от ветра соседние лопасти.2. Модульный ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что скорость вращения поддерживается центробежным регулятором с упором, ограничивающим горизонтальный угол поворота лопасти к направлению набегающего на нее ветра.1. A modular wind turbine, consisting of a centrifugal speed controller and vertically connected hexagonal hubs with blades, characterized in that each hub has a pair of rotary blades with the shape of an isosceles triangle, while the blades are mounted mutually perpendicular and coaxially fixed at the ends of the horizontal axis passing through two faces of the hub, and the hubs are fixed so that the vertical planes of the axes are shifted relative to each other, depending on the number of hubs, so as not to obscure neighboring ones from the wind blades. 2. The modular wind turbine according to claim 1, characterized in that the rotation speed is supported by a centrifugal regulator with an emphasis restricting the horizontal angle of rotation of the blade to the direction of the incident wind.

Description

Полезная модель «модульный ветродвигатель с горизонтальными лопастями и центробежным регулятором оборотов» относится к ветроэнергетике и предназначен для преобразования энергии ветра в механическую энергию за счет вращения, соединенных по вертикали модулей в виде шестигранных ступиц с парой поворотных соосных лопастей каждая, связанных горизонтальной осью, проходящей через две грани. Соосные лопасти имеют форму равнобедренного треугольника, установлены взаимно перпендикулярно, и закреплены ассиметрично относительно оси. При вращении устройства лопасти разворачиваются с осью поочередно в рабочее положение, при котором давления ветра действует перпендикулярно на плоскость одной лопасти и действует параллельно плоскости другой лопасти, движущейся навстречу ветру, что обеспечивает повышенную мощность в отличие от ветродвигателя системы Савониуса, использующего эффект крыла. Центробежный регулятор оборотов сохраняет скорость вращения. Горизонтальное расположение лопастей делает высоту всего устройства значительно ниже, чем при вертикальном вращении, требует меньше материала на изготовление мачты или вышки, меньший запас прочности от опрокидывания при сильных порывах ветра.The utility model “modular wind turbine with horizontal blades and a centrifugal speed regulator” refers to wind energy and is intended to convert wind energy into mechanical energy due to rotation, vertically connected modules in the form of hexagonal hubs with a pair of rotary coaxial blades each, connected by a horizontal axis passing through two sides. The coaxial blades have the shape of an isosceles triangle, are installed mutually perpendicular, and are fixed asymmetrically with respect to the axis. When the device rotates, the blades rotate with the axis alternately in the working position, in which the wind pressure acts perpendicular to the plane of one blade and acts parallel to the plane of the other blade moving towards the wind, which provides increased power in contrast to the Savonius system wind turbine using the wing effect. The centrifugal speed controller maintains rotation speed. The horizontal arrangement of the blades makes the height of the entire device significantly lower than with vertical rotation, requires less material for the manufacture of the mast or tower, less margin of safety from tipping over in strong gusts of wind.

Известен ветродвигатель, F03D 3/06 Патент 2289722, 2005 год, для преобразования энергии ветра в механическую энергию, состоящий из ступицы, трех пар соосных поворотных лопастей, имеющих секторную форму и связанных валами, расположенными в горизонтальной плоскости, два из которых имеют изгиб в центре. Лопасти могут само устанавливаться при контакте в горизонтальном положении с упорами, размещенными на ступице.Known wind turbine, F03D 3/06 Patent 2289722, 2005, for converting wind energy into mechanical energy, consisting of a hub, three pairs of coaxial rotary blades having a sector shape and connected by shafts located in a horizontal plane, two of which have a bend in the center . The blades can be installed by contact in horizontal position with stops placed on the hub.

У этой модели есть недостатки: каждое устройство может быть собрано только на одну мощность; лопасти расположены на одной высоте и частично взаимно перекрывают поток набегающего ветра, что снижает общую мощность; момент вращения (произведение силы давления на участок плоскости на расстояние этого участка до оси вращения), приложенный к наружному краю секторной плоскости больше чем у ступицы из-за разности площадей и расстояния от оси, лопасть испытывает изгибающие усилия и требует дополнительной прочности; два из трех валов изгиб гнуты в центре ступицы, это приводит к усложнению изготовления и сборки ступицы; нет механизма регулирования скорости вращения.This model has disadvantages: each device can be assembled only for one power; the blades are located at the same height and partially overlap the flow of the incoming wind, which reduces the total power; the moment of rotation (the product of the pressure force on the section of the plane by the distance of this section to the axis of rotation) applied to the outer edge of the sector plane is greater than the hub because of the difference in area and distance from the axis, the blade experiences bending forces and requires additional strength; two of the three shafts are bent in the center of the hub, this complicates the manufacture and assembly of the hub; There is no mechanism for controlling the speed of rotation.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в получении требуемой мощности ветродвигателя за счет сборки необходимого количества простых по конструкции отдельных модулей и автоматическом регулировании скорости вращения.The technical result obtained by using the proposed utility model is to obtain the required wind turbine power by assembling the required number of individual modules that are simple in design and automatically control the rotation speed.

Указанный технический результат достигается тем, что простые по конструкции модули, состоящие из пары взаимно перпендикулярно закрепленных лопастей на оси, проходящей через две грани шестигранной ступицы, соединяются вертикально, а центробежный регулятор оборотов поддерживает постоянную скорость вращения ветродвигателя.The specified technical result is achieved by the fact that the modules are simple in construction, consisting of a pair of mutually perpendicularly fixed blades on an axis passing through two faces of the hexagonal hub, are connected vertically, and the centrifugal speed controller maintains a constant speed of rotation of the wind turbine.

На Фиг. 1 изображен модуль ветрогенератора: полая шестигранная ступица - 1, в ее две противоположные грани установлены подшипники - 2 и ось - 3, на концах оси закреплены перпендикулярно друг другу лопасти - 4 со смещением оси симметрии, что позволяет лопастям в нерабочем состоянии занимать положение под углом около 45 град, к горизонту. Ветродвигатель собирается из отдельных модулей, каждый из которых входит нижней цилиндрической частью внутрь граненой части. Они скрепляются винтами, закрученными через специальные отверстия - 6 в углубления - 5. Минимальное количество - две ступицы, они устанавливаются одна на другую, оси с лопастями находятся на разной высоте и угол между ними составляет 90 град. При трех ступицах угол между осями - 60 град., при четырех ступицах - 45 град., при шести - 30 град, и т.д., в зависимости от необходимой мощности. При таком расположении лопастей, одна над другой и сдвигом по горизонту соседние лопасти не перекрывают поток воздуха друг другу, что позволяет полностью использовать энергию ветра по всей высоте устройства.In FIG. 1 shows a wind generator module: a hollow hexagonal hub - 1, bearings 2 and an axis - 3 are installed in its two opposite faces, the blades - 4 are fixed at the ends of the axis with an offset of the axis of symmetry, which allows the blades in the idle state to occupy an angle about 45 degrees to the horizon. The wind turbine is assembled from separate modules, each of which enters the lower cylindrical part inside the faceted part. They are fastened with screws screwed through special holes - 6 into recesses - 5. The minimum number is two hubs, they are installed one on top of the other, the axes with blades are at different heights and the angle between them is 90 degrees. With three hubs, the angle between the axles is 60 degrees, with four hubs - 45 degrees, with six - 30 degrees, etc., depending on the required power. With this arrangement of the blades, one above the other and a horizontal shift, adjacent blades do not block the air flow to each other, which allows full use of wind energy over the entire height of the device.

На Фиг. 2 изображен общий вид ветрогенератора из трех модулей в сборе - нижняя ступица - 12 без лопастей служит для крепления в подшипнике и соединения с генератором или насосом на платформе вышки или автомобиля (не показаны на рисунке) и для установки кольца - 13 центробежного регулятора оборотов;In FIG. 2 shows a general view of a wind generator of three modules in the assembly — the lower hub — 12 without blades — is used for mounting in a bearing and connecting to a generator or pump on a platform of a tower or a vehicle (not shown in the figure) and for installing a ring — 13 of a centrifugal speed controller;

на ступице выше нижней, на противоположных гранях закреплены свободно висящие рычаги - 7 (на схеме не показан второй рычаг с креплениями) центробежного регулятора оборотов с грузами - 8 на концах и тягами - 9, соединенными с кольцом - 13. При вращении ветродвигателя грузы с рычагами расходятся за счет центробежной силы в стороны, тяги - 9 поднимают кольцо - 13 регулятора, которое вдоль граней ступицы поднимает упоры - 10 с ограничителями - 11 поворота лопастей. Поднимаясь выше оси лопастей, упоры не позволяют лопасти устанавливаться в горизонтальное положение при движении навстречу ветру. Это приводит к замедлению вращения всего ветродвигателя, т.к. лопасть, опираясь на упор, имеет наклон при движении навстречу ветру, и испытывает большее сопротивление, чем в горизонтальном положении. Для двух - трех ступиц достаточно воздействовать только на лопасти одной.on the hub above the lower one, on the opposite sides are fixed free-hanging levers - 7 (the diagram does not show the second lever with fasteners) of a centrifugal speed controller with loads - 8 at the ends and rods - 9 connected to the ring - 13. When the wind turbine rotates, loads with levers diverge due to centrifugal force to the sides, traction - 9 lifts the ring - 13 of the regulator, which raises stops along the faces of the hub - 10 with stops - 11 rotate the blades. Rising above the axis of the blades, the stops do not allow the blades to be installed in a horizontal position when moving towards the wind. This leads to a slowdown in the rotation of the entire wind turbine, as the blade, resting on a stop, has a slope when moving towards the wind, and experiences greater resistance than in a horizontal position. For two to three hubs, it is enough to act only on the blades of one.

Ветродвигатель работает следующим образом. В исходном состоянии, без ветра, все лопасти находятся под углом около 45 градусов к горизонту, причем большей частью поверхности вниз за счет веса. При ветре с любой стороны лопасти поворачиваются на 45 град, и становятся (справа по рисунку горизонтально) параллельно силе действия ветра, а слева вертикально, т.е. перпендикулярно силе ветра и устройство начинает вращение. При усилении ветра число оборотов увеличивается, грузы - 8 регулятора расходятся в стороны и поднимают кольцо - 13 регулятора оборотов, которое поднимет штоки - 10 с упорами - 11. Лопасть, при движении против ветра, не сможет стать горизонтально, а упрется в упор и займет наклонное положение, сила сопротивления наклонной лопасти при движении против ветра будет больше, чем при горизонтальном положении, а сила давления ветра на наклонную поверхность противоположной лопасти по ветру будет меньше, чем при вертикальном положении, что приведет к уменьшению оборотов. Вал нижнего модуля - 12 крепят в подшипнике и соединяют с генератором для получения электроэнергии или насосом для перекачки воды. Устройство можно собирать вручную из отдельных компонентов стационарной платформы и модулей ветродвигателя. Модули в разобранном виде перевозятся автомобилем для быстрой доставки и монтажа в месте использования, при этом установку можно выполнить на кузове-платформе, ее устойчивость при работе обеспечат гидроподъемники автомобиля или прицепа. Установка ветродвигателя наверху вертикальной цистерны с водой около водоема позволит закачивать воду до необходимого уровня для полива полей или для нужд скотоводческих ферм.The wind turbine operates as follows. In the initial state, without wind, all the blades are at an angle of about 45 degrees to the horizon, with most of the surface down due to weight. When the wind from either side, the blades rotate 45 degrees, and become (horizontally on the right in the figure) parallel to the force of the wind, and vertically on the left, i.e. perpendicular to the force of the wind and the device begins to rotate. With increasing wind, the number of revolutions increases, loads - 8 regulators diverge to the sides and raise the ring - 13 revolutions regulator, which will raise the rods - 10 with stops - 11. The blade, when moving against the wind, will not be able to stand horizontally, but will rest against the stop and take the inclined position, the drag force of the inclined blade when moving against the wind will be greater than when horizontal, and the force of wind pressure on the inclined surface of the opposite blade in the wind will be less than when the vertical position, which will lead to rotation speed. The shaft of the lower module - 12 is mounted in a bearing and connected to a generator to produce electricity or a pump for pumping water. The device can be assembled manually from the individual components of a stationary platform and wind turbine modules. Unassembled modules are transported by car for quick delivery and installation at the place of use, while the installation can be performed on a platform body, its stability during operation will be provided by the hydraulic lifts of the car or trailer. Installing a wind turbine at the top of a vertical water tank near a reservoir will allow water to be pumped to the required level for irrigation of fields or for the needs of livestock farms.

Claims

1. A modular wind turbine, consisting of a centrifugal speed controller and vertically connected hexagonal hubs with blades, characterized in that each hub has a pair of rotary blades with the shape of an isosceles triangle, while the blades are mounted mutually perpendicular and coaxially fixed at the ends of the horizontal axis passing through two faces of the hub, and the hubs are fixed so that the vertical planes of the axes are shifted relative to each other, depending on the number of hubs, so as not to obscure neighboring ones from the wind the blades.

2. The modular wind turbine according to claim 1, characterized in that the rotation speed is supported by a centrifugal regulator with an emphasis limiting the horizontal angle of rotation of the blade to the direction of the incident wind.