RU2006669C1

RU2006669C1 - Windwheel

Info

Publication number: RU2006669C1
Authority: RU
Inventors: Борис Семенович Коков
Original assignee: Борис Семенович Коков
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: wind-electric power engineering. SUBSTANCE: windwheel has semi-cylindrical blades joined with vertical shaft by means of horizontal top and bottom crosspieces with vertical supports inbetween. Blades are built up of several sections each hinged on vertical support, provided with adjusting weight with lock and guide bar; weight is mounted for displacement over guide bar. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ветровым двигателям парусного действия карусельного типа с вертикальным валом. Преимущественной областью использования является применение надежной ветровой турбины для работы в блоке с электрическим генератором постоянного или переменного тока, образуя экологически чистые стационарные или передвижные ветровые электростанции (ВЭС), для которых не требуется ориентации на ветер, сооружения высотных мачт, применения дополнительных устройств по ограничению мощности при усилении ветра выше допустимого режима работы генератора и т. п. The invention relates to wind turbines of sailing action of a carousel type with a vertical shaft. An advantageous area of use is the use of a reliable wind turbine for operation in a unit with an electric generator of direct or alternating current, forming environmentally friendly stationary or mobile wind power stations (wind farms), which do not require orientation to the wind, construction of high-mast, the use of additional devices to limit power with wind amplification above the permissible mode of operation of the generator, etc.

Эти ветровые турбины повышенной надежности и заданной (фиксированной) мощности могут найти применение для привода ветровых насосных и компрессорных станций, циркуляционных пил и пилорам, мельниц, маслобоен и т. п. с использованием экологически чистой ветровой энергии. These wind turbines of increased reliability and predetermined (fixed) power can be used for driving wind pump and compressor stations, circulation saws and sawmills, mills, creameries, etc. using environmentally friendly wind energy.

Известны различные ветродвигатели и ветроколеса как винтового, так и парусного действия. Various wind engines and wind wheels of both helical and sailing action are known.

Однако для ветродвигателей и ветроколес винтового действия требуется сооружение высотных мачт, дополнительных устройств по ориентации на ветер, кроме того, они имеют ограниченный диапазон от начала работы и др. Поэтому более предпочтительным является использование ветровых турбин (ветроколес) парусного действия карусельного типа с вертикальным валом, при использовании которых устраняются указанные недостатки. Турбины парусного действия сравнительно с винтовыми могут быть большей мощности. However, for wind turbines and helical wind wheels, the construction of high-mast, additional devices for orientation to the wind is required, in addition, they have a limited range from the beginning of work, etc. Therefore, it is more preferable to use wind turbines (wind wheels) of sailing carousel type with a vertical shaft, when used, these disadvantages are eliminated. Sailing turbines can be more powerful than screw turbines.

Наиболее близким к предлагаемому является ветровая турбина парусного действия, содержащая полуцилиндрические лопасти и вертикальный вал. Closest to the proposed is a sailing wind turbine containing semi-cylindrical blades and a vertical shaft.

Недостатками прототипа являются то, что в его конструкции не предусмотрена защита от ураганных и штормовых ветров и не предусмотрена автоматическая регуляция мощности на валу ветровой турбины в зависимости от скорости (мощности) ветра. The disadvantages of the prototype are that its design does not provide protection against hurricane and gale-force winds and does not provide automatic regulation of power on the shaft of a wind turbine depending on the speed (power) of the wind.

Целью изобретения является повышение надежности (предупреждение аварийности) и техники безопасности при ее обслуживании. Даже кратковременный поры ветра штормового или ураганного уровня может вызвать разрушение как самой парусной ветровой турбины, так и оборудования, работающего в блоке с ней (генераторов, компрессоров и т. п. ), которые также могут "пойти в разнос". The aim of the invention is to increase reliability (prevention of accidents) and safety during its maintenance. Even short-term pores of wind of a storm or hurricane level can cause destruction of both the sailing wind turbine itself and the equipment operating in the unit with it (generators, compressors, etc.), which can also "go into the distance."

Усовершенствование прототипа исключает эти нежелательные возможные явления. Кроме того, возможно поддерживать автоматические на валу ветровой турбины постоянную мощность независимо от изменения мощности (скорости) ветра. Improvement of the prototype eliminates these undesirable potential phenomena. In addition, it is possible to maintain constant power automatically on the shaft of the wind turbine, regardless of changes in wind power (speed).

Настоящее изобретение представляет собой конструкцию, состоящую из неподвижной и вращающейся частей ротора с вертикальным валом. Вертикальный вал по концам установлен в подшипниках, укрепленных в неподвижной части ветровой турбины. На вертикальном валу ротора имеются радиально расположенные плечи. Каждое плечо содержит две горизонтально расположенные траверсы, жестко укрепленные на вертикальном валу в верхней и нижней частях, на которых выполнены криволинейные в форме полуцилиндра лопасти. За счет разности давлений на вогнутую и выпуклую поверхности лопастей в плечах на валу создается результирующий вращающий момент. Чтобы избежать разрушения как самой ветровой турбины, так и оборудования, работающего в блоке с ней, при возникновении штормовых и ураганных ветров и для стабилизации мощности на валу ветровой турбины, каждое плечо ротора разделено на равные секции, содержащие на стойках между горизонтальными траверсами секции, состоящие из нескольких горизонтальных осей между стойками, на которых шарнирно укреплены полуцилиндрические лопасти с возможностью поворота в сторону выпуклой части полуцилиндрической лопасти. Это конструктивное изменение позволяет "стравливать" избыточное давление на вогнутую поверхность лопасти, т. е. чем больше давление ветра или нагрузка на валу турбины, тем больше будет автоматическое "стравливание" избыточного давления, т. е. на больший угол будет приоткрываться каждая секция плеча. The present invention is a structure consisting of fixed and rotating parts of a rotor with a vertical shaft. The vertical shaft at the ends is mounted in bearings mounted in the stationary part of the wind turbine. On the vertical shaft of the rotor there are radially spaced shoulders. Each shoulder contains two horizontally located traverses, rigidly mounted on a vertical shaft in the upper and lower parts, on which the blades are curved in the form of a half cylinder. Due to the pressure difference on the concave and convex surfaces of the blades in the shoulders on the shaft, the resulting torque is created. In order to avoid the destruction of both the wind turbine itself and the equipment operating in the unit with it, in the event of storm and hurricane winds and to stabilize the power on the shaft of the wind turbine, each rotor arm is divided into equal sections, containing sections on the racks between the horizontal traverses from several horizontal axes between the uprights on which the semi-cylindrical blades are pivotally mounted with the possibility of rotation towards the convex part of the semi-cylindrical blade. This design change allows you to "bleed" the excess pressure on the concave surface of the blade, that is, the greater the wind pressure or the load on the turbine shaft, the greater the automatic "bleed" of the excess pressure, that is, each section of the shoulder will open slightly .

Способ автоматического поддержания стабильной мощности на валу ветровой турбины вышеназванными конструктивными изменениями и есть "новизна" данного изобретения. С уменьшением силы ветра при той же нагрузке под действием собственного веса поворотной лопасти или дополнительных устройств эти секции вертикально-поворотных лопастей возвращаются в исходное положение, т. е. закрываются. The method of automatically maintaining stable power on the wind turbine shaft by the above-mentioned structural changes is the "novelty" of this invention. With a decrease in wind force at the same load under the influence of the dead weight of the rotary blade or additional devices, these sections of vertically rotary blades return to their original position, i.e., they are closed.

Каждая отдельная вертикально-поворотная секционная лопасть содержит направляющую рейку с размещением на ней подвижного регулировочного груза со стопорным устройством-фиксатором. Это позволяет регулировать и фиксировать центр тяжести отдельной (каждой) секционной парусной лопасти, т. е. позволяет регулировать в целом ветровую турбину на заданную мощность и фиксировать на эту заданную мощность. Each individual vertically-rotatable sectional blade contains a guide rail with the placement of a movable adjusting weight with a locking device. This allows you to adjust and fix the center of gravity of a separate (each) sectional sailing blade, that is, it allows you to adjust the whole wind turbine at a given power and fix it at this given power.

На чертеже показана ветровая турбина фиксированной мощности, содержащая вертикальный вал 1 ротора, горизонтальные траверсы плеч 2-5, шарнир 6 секционной полуцилиндрической лопасти, горизонтальную ось 7, направляющую рейку 8, подвижный регулируемый груз 9, фиксатор 10 груза (стопор), подшипник 11 вертикального вала ротора, вертикальные стойки 12. The drawing shows a fixed-power wind turbine containing a vertical rotor shaft 1, horizontal shoulder traverses 2-5, a hinge 6 of a sectional semi-cylindrical blade, a horizontal axis 7, a guide rail 8, a movable adjustable load 9, a load lock 10 (stop), a bearing 11 vertical rotor shaft, vertical posts 12.

При возникновении ветрового потока давление на вогнутых поверхностях плеч (траверс) 2 и 3 намного больше, чем на плечах 4 и 5. Результирующий вращающий момент равен М_р = М_а - М_п, где М_а - момент активной пары плеч; М_п - противодействующий момент. Этот результирующий момент, как и в прототипе, используется для передачи на привод энергии ветра. При возникновении ураганного или штормового ветра в прототипе не предусмотрена защита от разрушения как самих парусных лопастей, так и оборудования, работающего в блоке с ветровой турбиной. Эта защита - повышение надежности - предусмотрена указанными конструктивными изменениями, работающими следующим образом.When a wind flow occurs, the pressure on the concave surfaces of the shoulders (traverses) 2 and 3 is much greater than on the shoulders 4 and 5. The resulting torque is M _p = M _a - M _p , where M _a is the moment of an active pair of shoulders; M _p - opposing moment. This resulting moment, as in the prototype, is used to transmit wind energy to the drive. When a hurricane or gale wind occurs, the prototype does not provide protection against destruction of both the sailing blades themselves and the equipment operating in a unit with a wind turbine. This protection - improving reliability - is provided for by the indicated design changes, which work as follows.

При превышении ветрового давления выше заданной мощности или при отдельных резких порывах секции вертикально-поворотных лопастей приоткрывается, "стравливая" избыточное давление на них. В целом ветровая турбина продолжает работать не превышая скорости, т. е. не изменяя режим работы оборудования выше номинального значения, т. е. ветровая турбина такой конструкции имеет фиксированную (заданную) мощность. When the wind pressure exceeds a predetermined power or with individual sharp gusts, sections of vertically-turning blades open slightly, "bleeding" excess pressure on them. In general, the wind turbine continues to operate without exceeding speed, i.e., without changing the operating mode of the equipment above the nominal value, i.e., the wind turbine of this design has a fixed (predetermined) power.

Регулирование заданной мощности производится перемещением груза 9 по направляющей рейке 8. Изменяя центр тяжести поворотной лопасти и зафиксировав его фиксатором 10, подбираем необходимую мощность в ветровой турбине. Это устройство позволяет в широких пределах регулировать ветровую турбину на определенную заданную мощность, на любой ветровой режим. Турбина вне зависимости от скорости (мощности) ветра на валу автоматически поддерживает заданную зафиксированную мощность, т. е. оборудование, работающее в блоке с ней, работает в определенном заданном режиме. Это свойство и повышение надежности и являются целью данного изобретения. The specified power is regulated by moving the load 9 along the guide rail 8. By changing the center of gravity of the rotary blade and fixing it with a latch 10, we select the required power in the wind turbine. This device allows you to widely control the wind turbine for a specific set power, for any wind mode. The turbine, regardless of the speed (power) of the wind on the shaft, automatically maintains a given fixed power, i.e., the equipment operating in the unit with it works in a certain specified mode. This property and increased reliability are the purpose of this invention.

Предлагаемая ветровая турбина фиксированной мощности - надежная, экологически чистая, простая в изготовлении, имеет практическое предназначение и может быть массово использована в любых климатических условиях с любыми энергопотребляющими механизмами (эл. генераторами, насосами, компрессорами, мельницами, циркульными пилами и т. п. ) с использованием экологически чистого вида энергии - ветровой, не затрачивая горючего, топлива и т. п. и не затрачивая средств на его доставку. The proposed fixed-power wind turbine is reliable, environmentally friendly, easy to manufacture, has a practical purpose and can be massively used in any climatic conditions with any energy-consuming mechanisms (electric generators, pumps, compressors, mills, circular saws, etc.) using an environmentally friendly type of energy - wind, without spending fuel, fuel, etc., and without spending money on its delivery.

Экономия будет зависеть от массовости внедрения. (56) Патент США N 4037989, кл. F 03 D 3/06, опубл. 1977. Savings will depend on the mass implementation. (56) U.S. Patent No. 4,037,989, cl. F 03 D 3/06, publ. 1977.

Claims

WINDWIDE containing semi-cylindrical blades remote from the vertical shaft and connected with it by upper and lower horizontal traverses, characterized in that, in order to increase the reliability and accuracy of regulation for a given power, it is equipped with vertical racks located between the upper and lower traverses, the blades are located on racks using pivotally mounted horizontal axes and made in the form of several sections, each of which is equipped with an adjusting weight with a latch and a guide rail Coy, wherein the cargo is mounted movably on the rod.