RU2046997C1

RU2046997C1 - Autonomous vertical axial wind power plant

Info

Publication number: RU2046997C1
Application number: SU925046959A
Authority: RU
Inventors: Е.Н. Платонов; Б.М. Фридман
Original assignee: Машиностроительное конструкторское бюро "Радуга"
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: wind power engineering. SUBSTANCE: plant has wind wheel 1 made up as pipe 2 having blades 3 fixed to the pipe. The wind wheel is set in rotation supports 4 on base 5 and connected with generator 7 through mechanism 6 for transmitting rotation. Base 5 is made up as two parts 8 and 9 interconnected through pivot 10. Part 8 is made up as rod 11. The top part of the rod is coaxially mounted inside pipe 2 of the wind wheel. The bottom part is provided with float 12 which encloses rod 11 and is positioned above the pivot. Second part 9 of the base has tank 14 filled with fluid. Float 12 is positioned inside the tank. Generator 7 is secured to the float. EFFECT: enhanced efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэнергетических установок, работающих в автономных системах. The invention relates to wind energy and can be used to create wind power plants operating in autonomous systems.

Известны вертикально-осевые ветроустановки, например типа Дарье (патент США N 1835018). Known vertical-axis wind turbines, for example of the Darier type (US patent N 1835018).

Наиболее близкое к изобретению является ветроустановка (патент США N 4630996), содержащая ветроколесо, выполненное в виде трубы с неподвижно закрепленными на ней лопастями, установленное в опорах вращения на основании и соединенное через механизм передачи вращения с генератором, и основание, выполненное из двух частей. Closest to the invention is a wind turbine (US Pat. No. 4,630,996), comprising a wind wheel made in the form of a tube with blades fixed on it, mounted in rotation supports on a base and connected through a rotation transmission mechanism to a generator, and a base made of two parts.

Недостатками прототипа при его использовании в автономных системах являются сложность согласования параметров ветроустановки и потребителя, для чего требуется применение генератора, мощность которого может во много раз превышать мощность потребителя энергии, и использование специальных устройств для рассеивания избыточной энергии. The disadvantages of the prototype when used in autonomous systems are the difficulty of matching the parameters of the wind turbine and the consumer, which requires the use of a generator whose power can be many times the power of an energy consumer, and the use of special devices for dissipating excess energy.

Целью изобретения является улучшение технико-экономических показателей установки путем согласования ее параметров с параметрами потребителя. The aim of the invention is to improve the technical and economic indicators of the installation by matching its parameters with the parameters of the consumer.

Для этого в автономной вертикально-осевой ветроустановке, содержащей ветроколесо, выполненное в виде трубы с неподвижно установленными на ней лопастями, закрепленное в опорах вращения на основании и соединенное через механизм передачи вращения с генератором, и основание, выполненное из двух частей, части основания соединены между собой двухстепенным шарниром, причем одна часть выполнена в виде стержня, верхняя часть которого коаксиально размещена внутри трубы ветроколеса, а нижняя снабжена поплавком, охватывающим стержень и размещенным выше шарнира, при этом вторая часть основания снабжена корытом, заполненным жидкостью, в котором размещен поплавок, а генератор закреплен на поплавке. For this, in an autonomous vertical-axial wind turbine containing a wind wheel, made in the form of a pipe with blades fixed on it, fixed in rotation supports on the base and connected through a rotation transmission mechanism to the generator, and a base made of two parts, parts of the base are connected between a two-stage hinge, and one part is made in the form of a rod, the upper part of which is coaxially placed inside the wind wheel pipe, and the lower one is equipped with a float covering the rod and placed above the hinge, while the second part of the base is equipped with a trough filled with liquid, in which the float is placed, and the generator is mounted on the float.

На фиг.1 изображена предлагаемая установка; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 сечение А-А на фиг.2. Figure 1 shows the proposed installation; in Fig.2 node I in Fig.1; figure 3 section aa in figure 2.

Автономная вертикально-осевая ветроустановка состоит из ветроколеса 1, выполненного в виде трубы 2 с неподвижно установленными на ней лопастями 3. Ветроколесо 1 закреплено в опорах 4 вращения на основании 5 и соединено через механизм 6 передачи вращения с генератором 7. Основание 5 выполнено из двух частей 8 и 9, соединенных между собой двухстепенным шарниром 10. Часть 8 основания выполнена в виде стержня 11, верхняя часть которого коаксиально размещена внутри трубы 2 ветроколеса, а нижняя снабжена расположенным выше шарнира поплавком 12 с крышкой 13, охватывающим стержень 11. Вторая часть 9 основания снабжена корытом 14, заполненным жидкостью 15, в котором размещен поплавок 12. Генератор 7 закреплен на крышке 13 поплавка 12. На поплавке 12 установлены гидродинамические поверхности 16, а корыто 14 снабжено меридиональными ребрами 17 и уплотнением 18. Для заполнения корыта жидкостью и слива ее имеется специальная система 19, включающая резервуар 20, насос 21 и кран 22. Для остановки и удержания от вращения ветроколеса 1 установка снабжена тормозным устройством 23. Autonomous vertical-axial wind turbine consists of a wind wheel 1, made in the form of a pipe 2 with blades fixedly mounted on it 3. The wind wheel 1 is fixed in the rotation supports 4 on the base 5 and connected via a rotation transmission mechanism 6 to the generator 7. The base 5 is made of two parts 8 and 9, interconnected by a two-stage hinge 10. Part 8 of the base is made in the form of a rod 11, the upper part of which is coaxially placed inside the wind wheel pipe 2, and the lower one is equipped with a float 12 with a cover located above the hinge 13, covering the rod 11. The second base part 9 is provided with a trough 14 filled with liquid 15, in which the float 12 is placed. The generator 7 is mounted on the cover 13 of the float 12. Hydrodynamic surfaces 16 are installed on the float 12, and the trough 14 is equipped with meridional ribs 17 and a seal 18. To fill the trough with liquid and drain it there is a special system 19, including a reservoir 20, a pump 21 and a crane 22. To stop and prevent the wind wheel from rotating 1, the unit is equipped with a brake device 23.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

При взаимодействии воздушного потока с предварительно раскрученным, например, генератором ветроколесом 1 аэродинамические силы, возникающие на его лопастях 3, создают крутящий момент, который через механизм 6 передачи вращения передается на вал генератора 7, вырабатывающего электрическую энергию. Аэродинамические силы одновременно создают кренящий момент, приводящий к появлению угла нутации оси ветроколеса 1. Действие кренящего момента на вращающееся ветроколесо 1 вызывает одновременно прецессию оси последнего. Степени свободы, соответствующие углам нутации и прецессии, обеспечиваются шарниром 10. Появление угла нутации оси ветроколеса в плоскости ветра ведет к уменьшению вырабатываемой мощности. Кренящий момент уравновешивается моментом гидростатической силы, приложенной к поплавку 12. Величина момента гидростатической силы определяется размерами и формой поплавка, уровнем и удельным весом жидкости и изменяется в функции угла нутации. Демпфирование колебаний при переходных процессах происходит за счет изменения силы аэродинамического сопротивления ветроколеса 1 при изменении угла прецессии и за счет дросселирования жидкости через зазоры между стенками корыта 14 с ребрами 17 и гидродинамическими поверхностями 16. Вытеснению жидкости из корыта препятствует уплотнение 18. In the interaction of the air flow with a pre-untwisted, for example, generator of the wind wheel 1, the aerodynamic forces arising on its blades 3 create a torque that is transmitted through the rotation transmission mechanism 6 to the shaft of the generator 7 that generates electrical energy. Aerodynamic forces at the same time create a heeling moment, leading to the appearance of a nutation angle of the axis of the wind wheel 1. The effect of the heeling moment on the rotating wind wheel 1 simultaneously causes a precession of the axis of the latter. The degrees of freedom corresponding to the angles of nutation and precession are provided by the hinge 10. The appearance of the angle of nutation of the axis of the wind wheel in the wind plane leads to a decrease in the generated power. The heeling moment is balanced by the moment of hydrostatic force applied to the float 12. The moment of hydrostatic force is determined by the size and shape of the float, the level and specific gravity of the liquid and varies as a function of the angle of nutation. Damping of vibrations during transients occurs due to a change in the aerodynamic drag of the wind wheel 1 when the precession angle changes and due to the throttling of the fluid through the gaps between the walls of the trough 14 with the ribs 17 and the hydrodynamic surfaces 16. The seal 18 prevents the liquid from being displaced from the trough.

Claims

AUTONOMOUS VERTICAL-AXIAL WIND PLANT containing a wind wheel made in the form of a pipe with blades fixed on it, fixed in rotation supports on the base and connected through a rotation transmission mechanism to the generator, the base being made of two parts, characterized in that the base parts are connected between each other by a two-stage hinge, with one part made in the form of a rod, the upper part of which is coaxially placed in the wind wheel tube, and the lower one is equipped with a float covering the rod and azmeschennym above the hinge, the second base part provided with a trough filled with liquid, wherein a float is situated, and the generator is mounted on the float.