RU2008517C1

RU2008517C1 - Wind-electric unit

Info

Publication number: RU2008517C1
Authority: RU
Inventors: Чеслав-Константин Альбинович Будревич
Original assignee: Чеслав-Константин Альбинович Будревич
Priority date: 1990-12-25
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: wind-electric power engineering. SUBSTANCE: wind-electric unit has support, generator geared with hollow vertical shaft free to rotate about support and provided with top and bottom spiders with vertical pins of turning blades secured inbetween and displaced in respect to their longitudinal axes of symmetry. Blades have operating and positioning mechanisms. Positioning mechanism has current-collecting brushes on top spider coming in contact with contact quadrants of wind-bane mechanism mounted on support and provided with windwheel with horizontal axle which is coupled with wind-to-electric energy converter. Blade operating mechanism has spring-loaded turning clutches coupled with electromagnet rod and mounted on ends of blade pins at the bottom. Electromagnet coils are connected in parallel with converter via first relay; brushes and contact quadrants are spaced 90 deg. apart. Coil of first relay is connected to contacts of second relay connected to generator. Surfaces of running blades on one side of support are placed into wind at right or acute angle, their jaw clutches are engaged and electromagnets are disconnected from converter. Idle blades placed on other side of support with turned-on electromagnets and disengaged clutches are positioned with their surfaces downwind. When wind speed exceeds rated value, generator voltage increases, second relay opens contacts of first relay and idle blades, with their clutches engages, start running under effect of wind and brake shaft until generator voltage drops to normal value. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для выработки электроэнергии. The invention relates to wind energy and is intended to generate electricity.

Наиболее близким к изобретению является ветроагрегат, который содержит установленный на опоре и кинематически связанный с генератором полый вертикальный вал с закрепленными на нем нижней и верхней крестовинами, расположенные между последними на вертикальных осях поворотные лопасти, механизм ориентации лопастей с флюгерным устройством, связанным токосъемными щетками с преобразователем электрической энергии и с контактными секторами, закрепленными со сдвигом относительно друг друга на 90^о и электрически связанными с первым и вторым реле.Closest to the invention is a wind turbine, which comprises a hollow vertical shaft mounted on a support and kinematically connected to the generator with lower and upper crosses fixed to it, rotary blades located between the latter on the vertical axes, the blade orientation mechanism with a vane device connected by current collector brushes to the converter electrical energy and with contact sectors, fixed with a shift with respect to each other at ^about 90 and electrically connected to the first and second barely.

К недостатку прототипа относится сравнительно низкий КПД. The disadvantage of the prototype is the relatively low efficiency.

Цель изобретения - увеличение КПД. The purpose of the invention is an increase in efficiency.

Цель достигается тем, что в ветроагрегате, содержащем установленный на опоре и кинематически связанный с генератором полый вертикальный вал с закрепленными на нем нижней и верхней крестовинами, расположенные между последними на вертикальных осях поворотные лопасти, механизм ориентации лопастей с флюгерным устройством, связанным токосъемными щетками с преобразователем электрической энергии и с контактными секторами, закрепленными со сдвигом относительно друг друга на 90^о и электрически связанными с первым и вторым реле, оси лопастей установлены со смещением относительно продольных осей симметрии лопастей, флюгерное устройство выполнено в виде ветроколеса с горизонтальной осью вращения, кинематически связанного с преобразователем электрический энергии, устройство поворота лопастей - в виде установленных на вертикальных осях лопастей подпружиненных кулачковых муфт и электромагнитов, штоки которых контактируют с муфтами, а обмотки параллельно подключены к контактам первого реле, электрически связанным через токосъемные щетки и контактные секторы с преобразователем электрической энергии, при этом катушка первого реле связана с контактами второго реле, подключенными к генератору при помощи переменного резистора.The goal is achieved in that in a wind turbine containing a hollow vertical shaft mounted on a support and kinematically connected with the generator with lower and upper crosses fixed on it, rotary blades located between the latter on the vertical axes, the blade orientation mechanism with a vane device connected by current collector brushes with a converter electrical energy and with contact sectors, fixed with a shift with respect to each other at ^about 90 and electrically connected to the first and second relay blades axis are mounted with an offset relative to the longitudinal axis of symmetry of the blades, the vane device is made in the form of a wind wheel with a horizontal axis of rotation kinematically connected with the electric energy converter, the device for turning the blades is in the form of spring-loaded cam couplings and electromagnets mounted on the vertical axes of the blades, the rods of which are in contact with the couplings and the windings are connected in parallel to the contacts of the first relay, electrically connected through the collector brushes and contact sectors with the converter electric energy, while the coil of the first relay is connected to the contacts of the second relay connected to the generator using a variable resistor.

На чертеже показан ветроаграгет (вид спереди) и его флюгерное устройство, условно повернутое в горизонтальной плоскости на 90^о.The drawing shows a wind turbine (front view) and its weathervane device, conditionally rotated in a horizontal plane by 90 ^about .

Ветроагрегат содержит установленный на опоре 1 и кинематически связанный с генератором 2 полый вертикальный вал 3 с закрепленными на нем нижней и верхней крестовинами 4, расположенные между последними на вертикальных осях поворотные лопасти 5, механизм ориентации лопастей с флюгерным устройством 6, связанным токосъемными щетками 7 с преобразователем 8 электрической энергии и с контактными секторами 9, закрепленными со сдвигом относительно друг друга на 90^о и электрически связанными с первым 10 и вторым 11 реле. Вертикальные оси лопастей 5 установлены со смещением относительно продольных осей симметрии лопастей 5. Флюгерное устройство 6 выполнено в виде ветроколеса 12 с горизонтальной осью 13, кинематически связанного с преобразователем 8 электрической энергии. Устройство поворота лопастей 5 выполнено в виде установленных на вертикальных осях лопастей 5 подпружиненных кулачковых муфт 14 и электромагнитов 15, штоки 16 которых контактируют с муфтами 14, а обмотки параллельно подключены к контактам первого реле 10, электрически связанным через токосъемные щетки 7 и контактные секторы 9 с преобразователем 8 электрической энергии. При этом катушка первого реле 10 связана с контактами второго реле 11, подключенными к генератору 2 при помощи переменного резистора 17.The windmill includes a hollow vertical shaft 3 mounted on a support 1 and kinematically connected with the generator 2 with lower and upper crosspieces 4 fixed thereon, rotary blades 5 located between the latter on the vertical axes, a blade orientation mechanism with a vane device 6 connected by current collection brushes 7 to the converter 8 of electrical energy and with contact sectors 9, fixed with a shift relative to each other by 90 ^° and electrically connected to the first 10 and second 11 relays. The vertical axis of the blades 5 are installed with an offset relative to the longitudinal axis of symmetry of the blades 5. The vane device 6 is made in the form of a wind wheel 12 with a horizontal axis 13 kinematically connected to the electric energy converter 8. The rotation device of the blades 5 is made in the form of spring-loaded cam couplings 14 and electromagnets 15 mounted on the vertical axes of the blades 5, the rods 16 of which are in contact with the couplings 14, and the windings are connected in parallel to the contacts of the first relay 10, electrically connected through current collection brushes 7 and contact sectors 9 s converter 8 of electrical energy. In this case, the coil of the first relay 10 is connected to the contacts of the second relay 11 connected to the generator 2 by means of a variable resistor 17.

Ветроагрегат работает следующим образом. Windmill operates as follows.

Ветер, действующий сбоку на ветроколесо 12, поворачивает его со всем флюгерным устройством 6 вокруг вертикальной оси на опоре 1, пока горизонтальная ось 13 ветроколеса не установится по направлению ветра. После этого колесо 12, вращаемое ветром, приводит в действие кинематически связанный с ним преобразователь 8 электрической энергии. Выработанный им ток поступает через контактные секторы 9, токосъемные щетки 7 и нормально замкнутые контакты первого реле 10 на верхней крестовине 4 в обмотки электромагнитов 15, которые посредством штока 16 выключают подпружиненные кулачковые муфты 14 на осях лопастей 5, находящихся с одной стороны полого вертикального вала 3 и опоры 1. Вследствие того, что оси лопастей 5 смещены от их продольных осей симметрии, лопасти 5 после выключения муфт 14 устанавливаются плоскостью в направлении действующего на них ветра. В то же время лопасти 5, находящиеся с противоположной стороны опоры 1, обращены к ветру плоскостью под прямым или острым углом, так как их оси зафиксированы в неподвижном положении включенными муфтами 14, а электромагниты последних отключены от преобразователя 8. Под действием разности давления ветра на рабочие лопасти, обращенные к нему под прямым или острым углом, и на холостые лопасти, обращенные к ветру ребром плоскости, крестовины 4 вместе с полым вертикальным валом 3 вращаются вокруг опоры 1, вал 3 приводит в действие кинематически связанный с ним генератор 2. Включение и выключение муфт 14 электромагнитами 15 происходит автоматически вследствие взаимодействия токосъемных щеток 7, вращающихся с крестовинами 4, с относительно неподвижными секторами 9 флюгерного устройства 6. Когда ветер не превышает расчетной скорости, выключение муфт 14 происходит в момент перехода лопастей 5 за опорой 1 с одной ее стороны на другую, а включение муфт 14 - при движении лопастей в обратном направлении впереди опоры 1. Если скорость ветра становится выше расчетной или снижается электрическая нагрузка на генератор 2, то на короткое время повышается частота вращения вала 3 и напряжение генератора 2. При этом второе реле 11, подключенное через переменный резистор 17 к генератору 2, замыкает свои нормально разомкнутые контакты и подает ток в катушку первого реле 10, последнее размыкает свои контакты и прекращает подачу тока от преобразователя 8 в обмотки электромагнитов 15 холостых лопастей 5. Включаются их кулачковые муфты 14 и холостые лопасти, потерявшие возможность свободного поворота вокруг своих осей, тормозят вращение крестовин 4 с валом 3 до тех пор, пока напряжение генератора 2 снова не станет нормальным. Таким образом ветроагрегат имеет возможность работать при сильных ветрах, поддерживая постоянное напряжение генератора. The wind, acting sideways on the wind wheel 12, rotates it with the whole weather vane device 6 around the vertical axis on the support 1, until the horizontal axis 13 of the wind wheel is established in the direction of the wind. After that, the wheel 12, rotated by the wind, drives a kinematically connected electric energy converter 8. The current generated by it flows through the contact sectors 9, the collector brushes 7 and the normally closed contacts of the first relay 10 on the upper crosspiece 4 to the windings of the electromagnets 15, which, through the rod 16, turn off the spring-loaded cam clutches 14 on the axes of the blades 5 located on one side of the hollow vertical shaft 3 and supports 1. Due to the fact that the axis of the blades 5 are offset from their longitudinal axes of symmetry, the blades 5 after turning off the clutches 14 are installed in a plane in the direction of the wind acting on them. At the same time, the blades 5, located on the opposite side of the support 1, face the wind with a plane at a right or acute angle, since their axes are fixed in a fixed position by the included clutches 14, and the electromagnets of the latter are disconnected from the transducer 8. Under the influence of the difference in wind pressure working blades facing him at a right or acute angle, and on idle blades facing the wind with an edge of a plane, crosses 4 together with a hollow vertical shaft 3 rotate around a support 1, shaft 3 drives kinematically connected generator 2. Switching on and off the clutches 14 by electromagnets 15 occurs automatically due to the interaction of the collector brushes 7, rotating with the crosspieces 4, with the relatively stationary sectors 9 of the vane device 6. When the wind does not exceed the calculated speed, the clutches 14 are turned off at the moment of the transition of the blades 5 behind the support 1 from one side to the other, and the inclusion of the couplings 14 - when the blades move in the opposite direction in front of the support 1. If the wind speed becomes higher than the calculated one or the electric load decreases As for generator 2, then the rotational speed of shaft 3 and the voltage of generator 2 increase for a short time. In this case, the second relay 11, connected through alternating resistor 17 to the generator 2, closes its normally open contacts and supplies current to the coil of the first relay 10, the latter opens their contacts and stops supplying current from the converter 8 to the windings of the electromagnets 15 of the idle blades 5. Their cam clutches 14 and idler blades, which have lost the possibility of free rotation around their axes, turn on the rotation of the crosses 4 with a shaft 3 as long as the voltage of the generator 2 again becomes normal. Thus, the wind turbine is able to work in strong winds, maintaining a constant voltage of the generator.

Предложенный ветроагрегат не расходует свою мощность на работу механизмов ориентации и поворота лопастей, поэтому имеет увеличенный КПД. The proposed wind turbine does not spend its power on the operation of the mechanisms of orientation and rotation of the blades, therefore, has an increased efficiency.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1020621, кл. F 03 D 5/02, 1981. (56) Copyright certificate of the USSR N 1020621, cl. F 03 D 5/02, 1981.

Claims

A WIND UNIT containing a hollow vertical shaft mounted on a support and kinematically connected with the generator with lower and upper crosspieces fixed thereon, rotary blades located between the latter on the vertical axes, the blade rotation device, the blade orientation mechanism with the vane device connected by current collection brushes with an electric energy converter and with contact sectors fixed with a 90 ^° offset relative to each other and electrically connected to the first and second relays, I mean that, in order to increase the efficiency, the vertical axes of the blades are installed with an offset relative to the longitudinal axis of symmetry of the blades, the vane device is made in the form of a wind wheel with a horizontal axis of rotation kinematically connected with the electric energy converter, the device for turning the blades is in the form of blades mounted on the vertical axes spring-loaded cam couplings and electromagnets, the rods of which are in contact with the couplings, and the windings are connected in parallel to the contacts of the first relay, electrically connected to Through current collector brushes and contact sectors with an electric energy converter, the coil of the first relay is connected to the contacts of the second relay connected to the generator using a variable resistor.