RU170842U1

RU170842U1 - WIND INSTALLATION

Info

Publication number: RU170842U1
Application number: RU2016121514U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Стрелецкий
Original assignee: Александр Николаевич Стрелецкий
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2017-05-11

Abstract

(57) Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам для преобразования энергии ветра в полезную механическую энергию, в частности к конструкциям ветряных двигателей с осью вращения ротора, перпендикулярной воздушному потоку, входящему в ротор, и может быть использована для выработки электроэнергии в отдаленной от электрических сетей местности или в качестве привода к различным механическим устройствам. Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности и долговечности ветроустановки, а также повышение мощности. Ветроустановка, состоящая из вертикальной опоры со смонтированным на ней, по крайней мере, одним средством, воспринимающим поток ветра, выполненным в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°, имеет так же второе и третье средства, воспринимающие поток ветра, смонтированные относительно первого средства под углом 55°-65° и 115°-125°, соответственно, на одном уровне с первым средством, воспринимающим поток ветра, с которым образуют секцию, причем каждая последующая секция смонтирована на вертикальной опоре под углом в 25°-35° по отношению к предыдущей секции.(57) The utility model relates to wind energy installations for converting wind energy into useful mechanical energy, in particular, to designs of wind engines with an axis of rotation of the rotor perpendicular to the air flow entering the rotor, and can be used to generate electricity in a place remote from electric networks or as a drive to various mechanical devices. The technical result of the claimed utility model is to increase the reliability and durability of a wind turbine, as well as to increase power. A wind turbine consisting of a vertical support with at least one means for receiving the wind flow mounted on it, made in the form of two blades rigidly connected to each other and mounted on one horizontally located rotary axis on opposite sides of the vertical support of the wind installation the blades of one tool are mounted relative to each other at an angle of 85 ° -95 °, it also has a second and third tool that senses the wind flow, mounted relative to the first tool at an angle of 55 ° -65 ° and 115 ° -125 °, respectively, at the same level with the first means of perceiving the wind flow, which form a section, each subsequent section mounted on a vertical support at an angle of 25 ° -35 ° with respect to the previous section.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель.The technical field to which the utility model belongs.

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам для преобразования энергии ветра в полезную механическую энергию, в частности к конструкциям ветряных двигателей с осью вращения ротора, перпендикулярной воздушному потоку, входящему в ротор, и может быть использовано для выработки электроэнергии в отдаленной от электрических сетей местности или в качестве привода к различным механическим устройствам.The utility model relates to wind energy installations for converting wind energy into useful mechanical energy, in particular, to wind turbine designs with an axis of rotation of the rotor perpendicular to the air flow entering the rotor, and can be used to generate electricity in an area remote from electric networks or as drive to various mechanical devices.

Уровень техники.The level of technology.

Известен ветродвигатель, описанный в патенте на изобретение Российской Федерации №2119094, опубликованном 20.09.1998 г. Ветродвигатель содержит рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на котором установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенного с осью поворота лопасти. Признаком, совпадающим с заявляемой полезной моделью, является наличие рабочего колеса с вертикальной осью вращения, на котором установлены лопасти.Known wind turbine described in the patent for the invention of the Russian Federation No. 2119094, published September 20, 1998. The wind turbine contains an impeller with a vertical axis of rotation, on which are mounted rotatably around the vertical axes of the blade, having an individual rotation mechanism made in the form of a weather vane, kinematically connected to the axis of rotation of the blade. A sign coinciding with the claimed utility model is the presence of an impeller with a vertical axis of rotation on which the blades are mounted.

Указанная конструкция является достаточно сложной, а связь между флюгером и механизмом поворота лопасти постоянно нагружена, что можно отнести к недостаткам известной конструкции.The specified design is quite complex, and the connection between the wind vane and the rotation mechanism of the blade is constantly loaded, which can be attributed to the disadvantages of the known design.

Известен ветроагрегат, описанный в патенте на изобретение Российской Федерации №2193688, опубликованном 27.11.2002 г. Ветроагрегат содержит рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на которой установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенного с осью поворота лопасти, причем верхний конец каждой лопасти выполнен с возможностью отклонения в плоскости лопасти симметрично относительно вертикальной оси на расстояние не более B/5, 27, где B - максимальное значение ширины лопасти. Каждый флюгер кинематически соединен с осью поворота лопасти посредством механизма разгрузки, который выполнен в виде предохранительной муфты. Признаком, совпадающим с заявляемой полезной моделью, является наличие рабочего колеса с вертикальной осью вращения, на котором установлены лопасти.Known wind turbine described in the patent for the invention of the Russian Federation No. 2193688, published on 11.27.2002. The wind turbine contains an impeller with a vertical axis of rotation, on which are mounted rotatably around the vertical axis of the blade, having an individual rotation mechanism, made in the form of a weather vane, kinematically connected to the axis of rotation of the blade, and the upper end of each blade is configured to deflect in the plane of the blade symmetrically relative to the vertical axis by a distance of not more than B / 5, 27, where B is the maximum value of the width of the blade. Each weather vane is kinematically connected to the axis of rotation of the blade by means of an unloading mechanism, which is made in the form of a safety clutch. A sign coinciding with the claimed utility model is the presence of an impeller with a vertical axis of rotation on which the blades are mounted.

Известная конструкция ветроагрегата является достаточно сложной, а связь между флюгером и механизмом поворота лопасти постоянно нагружена, что можно отнести к недостаткам известной конструкции.The known design of the wind turbine is quite complex, and the connection between the wind vane and the rotation mechanism of the blade is constantly loaded, which can be attributed to the disadvantages of the known design.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является ветроустановка, описанная в патенте на изобретение Российской Федерации №2295649, опубликованном 20.03.2007 г. Ветроустановка состоит из вертикальной опоры со смонтированным на ней, по крайней мере, одним средством, воспринимающим поток ветра, редуктора и генератора, средство, воспринимающее поток ветра, выполнено в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85-95°, а каждое последующее средство смонтировано на вертикальной опоре под углом в 90° по отношению к другому, при этом каждое средство, воспринимающее поток ветра, снабжено ограничителем поворота, выполненным в виде жестко смонтированного на горизонтальной оси каждого средства рычага, контактно связанного с вертикальной опорой ветроустановки. Признаком, совпадающим с заявляемой полезной моделью, является наличие вертикальной опоры со смонтированным на ней, по крайней мере, одним средством, воспринимающим поток ветра, редуктора и генератора, средство, воспринимающее поток ветра, выполнено в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85-95°.The closest analogue, selected as a prototype, is a wind turbine described in the patent for the invention of the Russian Federation No. 2295649, published March 20, 2007. The wind turbine consists of a vertical support with at least one means that receives wind flow, a gearbox mounted on it and a generator, a means for sensing a wind flow is made in the form of two blades rigidly connected to each other and mounted on one horizontally located rotary axis on different sides of the vertical support installation, moreover, the blades of one tool are mounted relative to each other at an angle of 85-95 °, and each subsequent tool is mounted on a vertical support at an angle of 90 ° to the other, with each tool that receives wind flow is equipped with a rotation limiter made in the form of a lever rigidly mounted on the horizontal axis of each means, which is in contact with the vertical support of the wind turbine. A sign coinciding with the claimed utility model is the presence of a vertical support with at least one means perceiving the wind flow, a reducer and a generator mounted on it, the means perceiving the wind flow are made in the form of two blades rigidly connected to each other and mounted on one horizontally located rotary axis on opposite sides of the vertical support of the wind turbine, and the blades of one tool are mounted relative to each other at an angle of 85-95 °.

Недостатком данного устройства является резко возрастающая, цикличная, не сбалансированная нагрузка. Восприятие ветровой нагрузки лопастями за один оборот устройства осуществляется четырьмя циклами, т.е. одномоментно рабочими является 25% лопастей ветроустановки, далее после рабочего периода следует длительная пуза в

оборота. Такая работа устройства вызывает сильные вибрации, что снижает надежность и долговечность работы устройства.The disadvantage of this device is a sharply increasing, cyclical, unbalanced load. The perception of the wind load by the blades for one revolution of the device is carried out in four cycles, i.e. at the same time, 25% of the blades of the wind turbine are working, then after a working period a long belly in

turnover. This operation of the device causes strong vibrations, which reduces the reliability and durability of the device.

Задачей заявляемого технического решения является оптимизация, совершенствование и улучшение показателей ветроустановкиThe objective of the proposed technical solution is to optimize, improve and improve wind turbine performance

Раскрытие сущности полезной модели.Disclosure of the essence of the utility model.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности и долговечности ветроустановки за счет обеспечения плавного и равномерного вращения вертикальной опоры ветроустановки, также техническим результатом является увеличение мощности устройства.The technical result of the claimed utility model is to increase the reliability and durability of the wind turbine by ensuring smooth and uniform rotation of the vertical support of the wind turbine, also the technical result is to increase the power of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что ветроустановка состоит из вертикальной опоры со смонтированным на ней, по крайней мере, одним средством, воспринимающим поток ветра, выполненным в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°, ветроустановка имеет второе и третье средства, воспринимающие поток ветра, смонтированные относительно первого средства под углом 55°-65° и 115°-125°, соответственно, на одном уровне с первым средством, воспринимающим поток ветра, с которым образуют секцию, причем каждая последующая секция смонтирована на вертикальной опоре под углом в 25°-35° по отношению к предыдущей секции и/или проекция внешних торцов горизонтально ориентированных лопастей одной секции на горизонтальную плоскость образует окружность, и/или лопасть смонтирована на поворотной оси таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти площадь лопасти над поворотной осью составляет 20-40% от общей площади лопасти, и/или оси средств в зоне пересечения имеют радиусный изгиб по форме секции окружности.The specified technical result is achieved in that the wind turbine consists of a vertical support with at least one means for receiving the wind flow mounted on it, made in the form of two blades rigidly connected to each other and mounted on one horizontally located rotary axis on different sides from the vertical support of the wind turbine, and the blades of one tool are mounted relative to each other at an angle of 85 ° -95 °, the wind turbine has a second and third means of perceiving the wind flow, mounted relative to the first means at an angle of 55 ° -65 ° and 115 ° -125 °, respectively, at the same level with the first means that perceives the wind flow, with which they form a section, and each subsequent section is mounted on a vertical support at an angle of 25 ° - 35 ° with respect to the previous section and / or the projection of the outer ends of the horizontally oriented blades of one section on a horizontal plane forms a circle, and / or the blade is mounted on a rotary axis so that when the blade is vertically oriented, the area of the danger The tee above the rotary axis is 20-40% of the total blade area, and / or the tool axes in the intersection zone have a radius bend in the shape of a circle section.

Заявляемая ветроустановка обладает новизной, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.The inventive wind turbine has novelty, differing from the prototype of the above characteristics, and ensures the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Заявляемая полезная модель может найти широкое применение во многих отраслях промышленности и народного хозяйства для выработки электроэнергии в отдаленной от линий электропередач местности.The inventive utility model can be widely used in many industries and the national economy to generate electricity in areas remote from power lines.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых представлено:The inventive utility model is illustrated by drawings, which show:

- Фиг. 1 - Вид ветроустановки;- FIG. 1 - Type of wind turbine;

- Фиг. 2 - Вид сверху на секцию ветроустановки;- FIG. 2 - Top view of the wind turbine section;

- Фиг. 3 - Узел пересечения осей.- FIG. 3 - Axis intersection node.

Ветроустановка в примере исполнения состоит из сборной поворотной опоры 1 и основания 2. Ветроустановка имеет средства 3, воспринимающие поток ветра. Каждое из средств 3 выполнено в виде двух лопастей 4, 5, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси 6 по разные стороны от вертикальной поворотной опоры 1 ветроустановки, причем лопасти 4, 5 одного средства 3 смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°. Каждая лопасть 4, 5 может быть снабжена упором 7. Проекция внешних торцов горизонтально ориентированных лопастей 4, 5 одной секции 8 на горизонтальную плоскость образует окружность, это снижает сопротивление лопасти 4, 5 при ее движении в горизонтальном положении.The wind turbine in the example execution consists of a prefabricated rotary support 1 and the base 2. The wind turbine has means 3, perceiving the wind flow. Each of the means 3 is made in the form of two blades 4, 5, rigidly connected to each other and mounted on one horizontally located rotary axis 6 on different sides of the vertical rotary support 1 of the wind turbine, and the blades 4, 5 of one means 3 are mounted relative to each other to a friend at an angle of 85 ° -95 °. Each blade 4, 5 can be equipped with a stop 7. The projection of the outer ends of the horizontally oriented blades 4, 5 of one section 8 onto a horizontal plane forms a circle, this reduces the resistance of the blade 4, 5 when it moves in a horizontal position.

На Фиг. 2 представлен вид сверху на секцию установки, где три лопасти находятся в горизонтальном положении, а три противоположные - в вертикальном (образы вертикально расположенных лопастей изображены штриховыми линиями). Лопасть 4, 5 смонтирована на поворотной оси 6 таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти площадь лопасти над поворотной осью 6 составляет 20-40% от общей площади лопасти, таким образом достигается стабилизация и балансировка лопасти.In FIG. Figure 2 shows a top view of the installation section, where the three blades are in a horizontal position, and the three opposite blades are in a vertical position (images of vertically arranged blades are shown by dashed lines). The blade 4, 5 is mounted on the rotary axis 6 in such a way that, with the vertical orientation of the blade, the blade area above the rotary axis 6 is 20-40% of the total blade area, thus stabilizing and balancing the blade is achieved.

Каждая секция 8 состоит из трех средств 3, воспринимающих поток ветра и расположенных под углом 55°-65° друг к другу, т.е. относительно первого средства 3 второе средство 9 расположено под углом 55°-65°, а третье средство 10 под углом 115°-125°. Такое расположение обеспечивается узлом (фиг. 3), где одна ось 6 прямая, а остальные оси (валы) 6 средств в зоне пересечения имеют радиусный изгиб по форме секции окружности, радиусы изгибов отличаются для обеспечения возможности вращения, а центры радиусных изгибов осей одной секции совмещены.Each section 8 consists of three means 3, perceiving a wind stream and located at an angle of 55 ° -65 ° to each other, i.e. relative to the first means 3, the second means 9 is located at an angle of 55 ° -65 °, and the third means 10 at an angle of 115 ° -125 °. Such an arrangement is ensured by the assembly (Fig. 3), where one axis 6 is straight, and the remaining axes (shafts) 6 of the means in the intersection zone have a radius bend in the shape of a circle section, the bend radii differ to allow rotation, and the centers of the radius bends of the axes of one section combined.

По высоте опоры смонтированы три секции 8, воспринимающие поток ветра. Каждая последующая секция 8 смонтирована на вертикальной опоре 1 под углом в 25°-35° по отношению к предыдущей секции. Каждая секция имеет опору, являющуюся частью сборной поворотной опоры и фланец 11, на фланце 11 по окружности выполнено 12 крепежных отверстий 12, позволяющих устанавливать секции 8 под заданными углами.The height of the support mounted three sections 8, perceiving the flow of wind. Each subsequent section 8 is mounted on a vertical support 1 at an angle of 25 ° -35 ° with respect to the previous section. Each section has a support, which is part of a prefabricated swivel support and a flange 11, 12 mounting holes 12 are made around the circumference of the flange 11, allowing the sections 8 to be installed at predetermined angles.

В нижней части поворотной опоры может быть смонтирован привод с мультипликатором и генератором. Так же привод с мультипликатором может обеспечивать работоспособность аэродинамической сушильной камеры. В центре опорного подшипника поворотной опоры может быть установлен вал, связанный при помощи фланца с опорой. На валу может быть закреплена кулиса для снятия механических усилий и их передачи различным устройствам, например водяному насосу.In the lower part of the rotary support, a drive with a multiplier and a generator can be mounted. Also, a drive with a multiplier can ensure the operability of an aerodynamic drying chamber. A shaft connected to the support by means of a flange can be mounted in the center of the support bearing of the pivot bearing. A rocker can be fixed on the shaft to relieve mechanical forces and transfer them to various devices, such as a water pump.

Предлагаемая ветроустановка работает следующим образом.The proposed wind turbine operates as follows.

В исходном положении при отсутствии ветра лопасти каждого средства, воспринимающего поток ветра, со спаренными лопастями по отношению к вертикальной опоре находятся под углом примерно в 45 градусов.In the initial position, in the absence of wind, the blades of each tool that receives wind flow, with paired blades with respect to the vertical support, are at an angle of about 45 degrees.

При напоре ветра и его воздействии на поверхности лопастей средства, воспринимающего поток, каждая из лопастей стремится отклониться под напором ветра по направлению потока ветра. При этом одна, например левая, лопасть, поворачиваясь относительно горизонтальной оси, воспринимает поток ветра с увеличением поверхности восприятия потока, а правая лопасть за это же время под напором ветра устанавливается в горизонтальное положение, не воспринимает поток ветра и не оказывает сопротивления повороту опоры ветроустановки. При установившемся напоре потока ветра на лопасти средства, воспринимающего поток, каждый раз левая лопасть устанавливается во фронтальной плоскости и максимально воспринимает поток ветра, а правая лопасть отклоняется назад и устанавливается в горизонтальной плоскости. Напор ветра, воздействуя на левую лопасть средства, начинает ее поворачивать относительно вертикальной оси вращения. Как только правая лопасть установится напротив вертикальной оси опоры, ее плоскость из горизонтального положения по мере поворота последовательно переходит по отношению к поворотной опоре ветроустановки сначала под углом в 45 градусов и далее, постепенно поворачиваясь, переходит на левую сторону ветроустановки и начинает воспринимать поток с увеличением поверхности восприятия ветрового потока, а плоскость, которая была с левой стороны опоры, также постепенно по мере поворота вертикальной опоры ветроустановки поворачивается на другую сторону опоры и переходит в горизонтальное положение в горизонтальную плоскость с минимальным сопротивлением вращению опоры и потоку ветра.When the pressure of the wind and its impact on the surface of the blades of the means receiving the flow, each of the blades tends to deviate under the pressure of the wind in the direction of wind flow. At the same time, one, for example, the left blade, turning relative to the horizontal axis, perceives the wind flow with an increase in the surface of the flow perception, and the right blade during this time is set under the pressure of the wind in a horizontal position, does not perceive the wind flow and does not resist the rotation of the support of the wind turbine. With the steady pressure of the wind flow on the blades of the means receiving the flow, each time the left blade is installed in the frontal plane and maximally perceives the wind flow, and the right blade deviates back and is installed in the horizontal plane. The pressure of the wind, acting on the left blade of the product, begins to turn it about the vertical axis of rotation. As soon as the right blade is installed opposite the vertical axis of the support, its plane from a horizontal position as it turns rotates in sequence with respect to the rotary support of the wind turbine, first at an angle of 45 degrees and then, gradually turning, moves to the left side of the wind turbine and begins to perceive the flow with increasing surface the perception of the wind flow, and the plane that was on the left side of the support also gradually turns as the vertical support of the wind turbine rotates side of the support and goes into a horizontal position in a horizontal plane with minimal resistance to rotation of the support and wind flow.

Так как одна секция содержит три средства, воспринимающих поток ветра, то каждая из лопастей последовательно проходит весь цикл отклонения с вращением. В то время как воспринимающая лопасть первого средства находится в рабочем положении, следующая лопасть следующего средства (располагающаяся под указанным углом) уже начинает частично воспринимать ветровой поток и нагрузка на действующую лопасть снижается пропорционально возрастанию нагрузки на последующую лопасть. При этом так же работают лопасти соседних секций, сдвинутых относительно друг друга, таким образом чтобы моменты максимального восприятия ветра лопастями двух соседних секций не совпадали по времени. Такая конструкция обеспечивает равномерность работы, отсутствие скачков скорости вращения, скачков мощности из-за того, что одномоментно в вертикальном положении находится только примерно 8,3% лопастей, но при этом за каждый оборот ветровой поток воспринимает большее количество лопастей, что приводит к увеличению мощности ветроустановки.Since one section contains three means that perceive the wind flow, each of the blades sequentially goes through the entire deflection cycle with rotation. While the receiving blade of the first tool is in the working position, the next blade of the next tool (located at the indicated angle) already begins to partially perceive the wind flow and the load on the active blade decreases in proportion to the increase in the load on the subsequent blade. At the same time, the blades of neighboring sections, shifted relative to each other, also work in such a way that the moments of maximum perception of wind by the blades of two neighboring sections do not coincide in time. This design ensures uniform operation, no jumps in rotation speed, power surges due to the fact that at the same time only about 8.3% of the blades are in a vertical position, but at the same time, for each revolution, the wind flow perceives a larger number of blades, which leads to an increase in power wind turbines.

Claims

1. A wind turbine, consisting of a vertical support with at least one means for receiving the wind flow mounted on it, made in the form of two blades rigidly connected to each other and mounted on one horizontally located rotary axis on different sides of the vertical support of the wind turbine moreover, the blades of one tool are mounted relative to each other at an angle of 85 ° -95 °, characterized in that it has a second and third tool that receives wind flow, mounted relative to the first tool and at an angle of 55 ° -65 ° and 115 ° -125 °, respectively, at the same level with the first means of perceiving the wind flow, with which they form a section, with each subsequent section mounted on a vertical support at an angle of 25 ° -35 ° in relation to the previous section.

2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the projection of the outer ends of the horizontally oriented blades of one section onto a horizontal plane forms a circle.

3. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the blade is mounted on the rotary axis in such a way that, with the vertical orientation of the blade, the area of the blade above the rotary axis is 20-40% of the total area of the blade.

4. Wind turbine according to claim 1, characterized in that in the section the axis of one means is straight, and the other two axes of other means in the intersection zone have a radius bend in the shape of a circle section.