RU2095623C1

RU2095623C1 - Windmill

Info

Publication number: RU2095623C1
Application number: RU95110239/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Чередниченко
Original assignee: Сергей Васильевич Чередниченко
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 1997-11-10
Also published as: RU95110239A

Abstract

FIELD: wind-power engineering. SUBSTANCE: windmill is provided, in addition, with cylindrical shell built up of top and bottom parts with slits and shield hinged to each of parts that opens, if necessary. Shell accommodates windwheel with curved blades mounted on horizontal shaft. One end of shaft carries electric generator and other end, brake mechanism and coupling. Windmill is driven by electric motor or internal-combustion engine connected via pulley and belt transmission to coupling. The latter has pulley with internal cylindrical drum that has bushing and ports receiving coupling shoes. Drum bushing enters hole of bearings mounted in pulley seat; internal wall is attached to windwheel shaft. Coupling is provided with sealing cap. EFFECT: provision for automatic and nonautomatic control affording desired speed of windwheel rotation. 3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии в качестве привода для насоса. The invention relates to wind energy and can be used to generate electricity as a drive for a pump.

Известно, что был предложен ветродвигатель (патент N 2013644, G 03 D 1/04), в котором барабанное ветроколесо с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу, помещено в цилиндрический кожух, содержащий верхнюю и нижнюю части с прорезями, при этом в каждой части укреплен шарнирно раскрывающийся при необходимости щит. С одной стороны, кожуха расположено тормозное устройство и шкив, а с другой, электрогенератор, вырабатывающий электрическую энергию. Данный ветродвигатель располагает устройствами для автоматического регулирования воздушного потока, направленного к лопастям ветроколеса. Кроме того, предложен ветродвигатель (авт. св. СССР N 44852, кл. F 03 D, 1/0 1995), содержащий ветряное колесо с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу, при этом ветроколесо расположено в кожухе с управляемыми щитами, которые укреплены при помощи шарниров. Управление ветряным потоком производится при помощи флюгера. Несмотря на многие сходные технические признаки ветродвигателя, предложенные в описании патента, а также по авторскому свидетельству 1935 г. такие ветродвигатели не могут создать необходимую скорость вращения при малой силе ветряного потока. It is known that a wind turbine was proposed (patent N 2013644, G 03 D 1/04), in which a drum wind turbine with curved blades mounted on a horizontal shaft is placed in a cylindrical casing containing upper and lower parts with slots, with each part reinforced hinged shield if necessary. On the one hand, the casing is a brake device and a pulley, and on the other hand, an electric generator that generates electrical energy. This wind turbine has devices for automatically controlling the air flow directed to the blades of the wind wheel. In addition, a wind turbine has been proposed (ed. St. USSR N 44852, class F 03 D, 1/0 1995) containing a wind wheel with curved blades mounted on a horizontal shaft, while the wind wheel is located in a casing with guided shields that are strengthened using hinges. The wind flow is controlled by a weather vane. Despite many similar technical features of the wind turbine, proposed in the patent description, as well as according to the copyright certificate of 1935, such wind turbines cannot create the necessary rotation speed with a small force of the wind flow.

В настоящее время есть необходимость в изменении конструкции ветродвигателя, способствующей наиболее полному использованию ветровой энергии, в частности при малой силе ветряных потоков. Currently, there is a need to change the design of the wind turbine, contributing to the most complete use of wind energy, in particular with a small force of wind flows.

Осуществление такого технического результата может достигнуто при условии изготовления ветродвигателя с устройствами, способствующими такой режим работы ветродвигателя, при котором стало бы возможным одинаковая скорость вращения лопастей ветроколеса, при различной скорости ветра, в том числе и при малой скорости ветра. Такой режим работы ветродвигателя может быть выполним не только в условиях работы мощных ветростанций, с аварийной подачей электроэнергии, но и на передвижных ветростанциях, например, при геологоразведочных работах или для переработки молока на горных пастбищах. The implementation of this technical result can be achieved if the manufacture of a wind turbine with devices that contribute to such a mode of operation of the wind turbine at which it would be possible to have the same speed of rotation of the blades of the wind wheel at different wind speeds, including at low wind speeds. This mode of operation of the wind turbine can be performed not only in the conditions of powerful wind farms, with emergency power supply, but also in mobile wind farms, for example, during exploration work or for milk processing in mountain pastures.

Сущность данного предложения в том, что ветроколесо с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу, расположено в кожухе, состоящим из двух частей верхней и нижней, с прорезями и торцевыми стенками, при этом к каждой части цилиндрического кожуха укреплен шарнирно раскрывающийся при необходимости щит. Кроме того, с одной стороны, к горизонтальному валу укреплен электрогенератор, а с другой соединительная муфта (гидромуфта). Соединительная муфта состоит из шкива с канавками для ременной передачи и гнездом для подшипников, а также из цилиндрического барабана с окнами, в которых свободно расположены соединительные колодки, при этом к торцевой стенке барабана укреплена втулка, входящая в отверстия подшипников. Внутренняя стенка втулки укреплена на валу ветроколеса, а сам цилиндрический барабан входит в прорезь шкива. Кроме того, к корпусу шкива прикреплена крышка, закрывающая подшипники. Ветродвигатель снабжен электродвигателем со шкивом на валу, который соединен при помощи ременной передачи с соединительной муфтой. Вместо электродвигателя может использоваться для этой цели и двигатель внутреннего сгорания. Ветродвигатель располагает автоматическим и ручным управлением, с помощью которого можно создавать необходимую для ветродвигателя скорость вращения. The essence of this proposal is that a wind wheel with curved blades mounted on a horizontal shaft is located in a casing consisting of two parts of the upper and lower, with slots and end walls, while a shield hinged if necessary is fixed to each part of the cylindrical casing. In addition, on the one hand, an electric generator is attached to the horizontal shaft, and on the other hand, a coupling (hydraulic coupling). The coupling consists of a pulley with grooves for belt transmission and a bearing seat, as well as a cylindrical drum with windows in which the connecting blocks are freely located, while a sleeve is inserted into the end walls of the drum, which enters the holes in the bearings. The inner wall of the sleeve is mounted on the shaft of the wind wheel, and the cylindrical drum itself enters the slot of the pulley. In addition, a bearing cover is attached to the pulley housing. The wind turbine is equipped with an electric motor with a pulley on the shaft, which is connected by a belt drive to a coupling. Instead of an electric motor, an internal combustion engine can be used for this purpose. The wind turbine has automatic and manual control, with which you can create the speed required for the wind turbine.

На фиг. 1 изображен ветродвигатель, вид сбоку, на фиг. 2 то же, вид спереди, на фиг. 3 шкив с укрепленными в гнезде подшипниками и уплотнительной крышкой, разрез; на фиг. 4 цилиндрический барабан с окнами, укрепленный на валу ветроколеса, вид сбоку; на фиг. 5 соединительная колодка, вид спереди, на фиг. 6 электрическая схема автоматического и ручного управления электродвигателем. In FIG. 1 shows a wind turbine, side view, in FIG. 2 is the same, front view, in FIG. 3 pulley with bearings mounted in the seat and a sealing cover, cut; in FIG. 4 cylindrical drum with windows, mounted on the shaft of a wind wheel, side view; in FIG. 5 connecting block, front view, in FIG. 6 electric circuit of automatic and manual motor control.

Устройство ветряного двигателя содержит в себе барабанное ветроколесо 1 с изогнутыми лопастями 2, закрепленными на горизонтальном валу 3, установленное на подшипниках 4 к несущим опорам 5. Барабанное ветроколесо помещено в цилиндрический кожух 6, состоящий из верхней и нижней частей, соединенных между собой при помощи шарниров 7, а с другой при помощи крепежных деталей 8. Верхняя и нижняя часть кожуха имеет прорези и торцевые стенки. В верхней части расположен, раскрывающийся при необходимости щит 9, а в нижней его части щит 10. Щиты 9, 10 прикреплены к цилиндрическому кожуху 6 при помощи шарнирного устройства 11, которое соединено с электродвигателем и редуктором 12. Электродвигатель с редуктором 12 прикреплен к несущим опорам 5 и к торцевой стенке кожуха 6. Кроме того, вал 3 одним своим концом соединен с помощью муфты 13 с электрогенератором 14. На другом конце горизонтального вала 3 установлена соединительная муфта (гидромуфта) 15. Для проведения ремонтных работ и регламентных работ с ветроколесом там же установлено тормозное устройство 16. Соединительная муфта 15 состоит из шкива 17, с канавками 18, а также гнезда 19 для подшипников 20, прикрепленного к торцевой стенке кожуха 6. Кроме того, соединительная муфта содержит цилиндрический барабан 21, с окнами 22, где свободно расположена соединительные колодки 23. Вместе с тем втулка 24, прикрепленная к торцевой стенке барабана 21, соединена с подшипниками 20, при этом внутренняя ее стенка прикреплена к валу ветроколеса 3. Сам же цилиндрический барабан расположен в прорези 25 шкива 17. К корпусу шкива 17 прикреплена уплотнительная крышка 26. Ветродвигатель снабжен электродвигателем 27 с укрепленными на валу шкивом 28. Соединительная муфта 15 и шкив 28 объединены ременной передачей 29. Полость между шариками подшипников 20 заполнена вязким смазывающим материалом, например нигролом. The wind turbine device comprises a drum wind turbine 1 with curved blades 2 mounted on a horizontal shaft 3, mounted on bearings 4 to the bearing supports 5. The drum wind wheel is placed in a cylindrical casing 6, consisting of upper and lower parts interconnected by hinges 7, and on the other with the help of fasteners 8. The upper and lower part of the casing has slots and end walls. In the upper part, a shield 9 is opened if necessary, and in the lower part of it is a shield 10. The shields 9, 10 are attached to the cylindrical casing 6 by means of a hinge device 11, which is connected to the electric motor and gear 12. The electric motor with gear 12 is attached to the bearing supports 5 and to the end wall of the casing 6. In addition, the shaft 3 is connected at one end by means of a coupling 13 to an electric generator 14. At the other end of the horizontal shaft 3, a connecting coupling (hydraulic coupling) 15 is installed. For repair work and routine maintenance a bot with a wind wheel, a brake device 16 is also installed there. The coupling 15 consists of a pulley 17, with grooves 18, as well as a bearing seat 19 attached to the end wall of the casing 6. In addition, the coupling includes a cylindrical drum 21, with windows 22 where the connecting pads 23 are freely located. However, the sleeve 24 attached to the end wall of the drum 21 is connected to the bearings 20, while its inner wall is attached to the shaft of the wind wheel 3. The cylindrical drum itself is located in the slot 25 of the pulley 17 A sealing cover 26 is attached to the pulley body 17. The wind turbine is equipped with an electric motor 27 with a pulley 28 mounted on the shaft. The coupling 15 and the pulley 28 are connected by a belt drive 29. The cavity between the balls of the bearings 20 is filled with a viscous lubricant, for example nigrol.

В качестве привода для соединительной муфты 15 на ветродвигателях, предназначенных для передвижных работ, вместо электродвигателя 27 установлен двигатель внутреннего сгорания. Для автоматического и неавтоматического регулирования скоростью вращения ветроколеса 1 ветродвигатель снабжен нереверсивными магнитными пускателями, кнопочными станциями, реле напряжения 30, разъединителями 31. As a drive for the coupling 15 on wind turbines designed for mobile work, instead of an electric motor 27, an internal combustion engine is installed. For automatic and non-automatic regulation of the speed of rotation of the wind wheel 1, the wind motor is equipped with non-reversible magnetic starters, push-button stations, voltage relay 30, disconnectors 31.

Ветродвигатель используется следующим образом. Определив место установки, ветродвигатель устанавливается таким образом, чтобы верхняя и нижняя части цилиндрического кожуха 6, были бы ориентированы в сторону преимущественного направления ветра. 0после включения электроэнергии (аварийного освещения), с помощью электродвигателей 12 открывается щит 9 или щит 10, при этом открывается путь воздушному потоку, направленному к лопастям ветроколеса. В это время, воздушный поток, попадая на лопасти ветроколеса 1 в цилиндрическом кожухе 6 вызывает вращение ветроколеса, которое передает усилия ветра на горизонтальный вал 3, связанный с электрогенератором 14, вырабатывающим электрическую энергию. При работе ветродвигателя, в случае недостаточной скорости ветра, необходимо для нормальной производительности электрогенератора, включается в работу вспомогательный электродвигатель 27. Для этого с помощью разъединителя 1 (выключателя) 31 включается автоматическая система управления электродвигателем 27. В связи с этим электрический ток фазного провода Л₁, проходит через клеммы данного разъединителя, через катушку пускателя 1К, где, встречаясь с другим фазным проводом Л₃, создает магнитное поле в катушке, которое притягивает сердечник магнитного пускателя с подвижными контактами 1К, включая электродвигатель 27. Электродвигатель 27, создавая свои усилия через шкив 28, ременную передачу 29 на шкив 17 соединительной муфты 15, вращает его вокруг горизонтального вала 3. При вращении шкива 17 заполненные вязким смазывающим материалом подшипники 20 с помощью втулки 24 создают вращательное движение горизонтального вала 3 с постепенным его ускорением. В то время свободно расположенные в окнах 22 соединительные колодки 23 за счет центробежных усилий, создаваемых при вращении, выдвигаются из окон и соединяются одной из своих стенок со стенкой прорези 25, усиливая при этом дополнительное мягкое соединение муфты 15 с валом ветроколеса, в результате чего ускоряется вращательное движение до необходимых оборотов генератора 27. В случае ускоренного вращения ветроколеса, превышающего необходимые начения, электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию, усиливает свое напряжение. В этот момент, реле напряжения 30 подключенное к зажимам электрогенератора, реагирует на повышенное напряжение тем, что создается катушкой усиленное магнитное поле в сердечнике, которое поворачивает якорь, а тот, связанный с механическими устройствами, отключает нормально закрытый контакт фазного провода Л₃. При этом размыкается цепь катушки магнитного пускателя, в результате чего главные силовые контакты 1К размыкаются и электродвигатель останавливается. Если же напряжение, вырабатываемое электрогенератором, падает, магнитное поле в сердечнике реле напряжения 30 ослабевает и разомкнутый контакт фазного провода Л₃ замыкается, при этом катушка 1К пускателя притягивает главные силовые контакты 1К и электродвигатель 27 автоматический выключается, раскручивая ветроколесо 1 до необходимых оборотов. При сильных ветровых потоках, направленных к лопастям ветроколеса 1, щит 9 или 10 закрывается с помощью электродвигателей с редуктором 12 полностью или частично, а автоматическое регулирование скоростью вращения ветроколеса отключается и включается при необходимости с помощью разъединителя P₂ неавтоматическое (ручное) управление. При включении электродвигателя 27 с помощью неавтоматического управления нажимается кнопка "Пуск" и электрическая энергия фазного провода Л₁ проходит через температурное реле РТ, через катушку 2К, через замкнутые контакты (в этот момент) кнопки "Пуск", где встречаясь с электроэнергией фазного провода Л₃, создается в катушке 2К магнитное поле, под действием которого притягивается сердечник вместе с подвижными силовыми контактами 2К, в результате чего эти контакты замыкаются вместе с блокирующими контактами БК, включая при этом электродвигатель 27. При необходимости отключения электродвигателя нажимается кнопка "Стоп", при этом размыкается электроэнергия фазных проводов Л₁ и Л₃. Размыкаются силовые контакт 2К и блокирующие контакты БК. Электродвигатель останавливается.The wind turbine is used as follows. Having determined the installation location, the wind turbine is installed in such a way that the upper and lower parts of the cylindrical casing 6 are oriented towards the preferred direction of the wind. 0After turning on the electric power (emergency lighting), with the help of electric motors 12, shield 9 or shield 10 opens, and the air flow directed to the blades of the wind wheel opens. At this time, the air flow falling on the blades of a wind wheel 1 in a cylindrical casing 6 causes the rotation of the wind wheel, which transfers wind forces to a horizontal shaft 3 connected to an electric generator 14 that generates electrical energy. During the operation of the wind turbine, in case of insufficient wind speed, it is necessary for the normal performance of the electric generator, the auxiliary electric motor 27 is turned on. For this, the automatic control system of the electric motor 27 is turned on using the disconnector 1 (switch) 31. In this regard, the electric current of the phase wire L ₁ It flows through the terminals of the disconnector through the coil starter 1K where meeting with the other phase conductor L ₃ generates a magnetic field in the coil, which attracts the core an agitational starter with movable contacts 1K, including the electric motor 27. The electric motor 27, creating its efforts through the pulley 28, the belt drive 29 to the pulley 17 of the coupling 15, rotates it around the horizontal shaft 3. When the pulley 17 rotates, bearings 20 filled with viscous lubricating material using the bushings 24 create a rotational movement of the horizontal shaft 3 with its gradual acceleration. At that time, the connecting pads 23 freely located in the windows 22 due to the centrifugal forces created by rotation are pulled out of the windows and connected to one of their walls with the wall of the slot 25, thereby reinforcing the additional soft connection of the coupling 15 with the wind wheel shaft, as a result of which it accelerates rotational movement to the required generator speed 27. In the case of accelerated rotation of the wind wheel exceeding the required values, the electric generator that generates electricity increases its voltage. At this moment, the voltage relay 30 connected to the terminals of the generator responds to the increased voltage by creating a reinforced magnetic field in the core by the coil, which rotates the armature, and the one connected with mechanical devices disconnects the normally closed contact of the phase wire L ₃ . At the same time, the circuit of the coil of the magnetic starter opens, as a result of which the main power contacts 1K open and the motor stops. If the voltage generated by the electric generator drops, the magnetic field in the core of the voltage relay 30 weakens and the open contact of the phase wire L ₃ closes, while the starter coil 1K attracts the main power contacts 1K and the electric motor 27 automatically turns off, spinning the wind wheel 1 to the required speed. With strong wind flows directed to the blades of the wind wheel 1, the shield 9 or 10 is closed using electric motors with a gearbox 12 in whole or in part, and the automatic control of the speed of rotation of the wind wheel is turned off and turned on if necessary using the P ₂ disconnector non-automatic (manual) control. When the electric motor 27 is turned on with the help of non-automatic control, the “Start” button is pressed and the electric energy of the phase wire L ₁ passes through the temperature relay PT, through the coil 2K, through the closed contacts (at this moment) of the “Start” button, where it encounters the electric power of the phase wire L ₃ , a magnetic field is created in the 2K coil, under the action of which the core is attracted together with the 2K moving power contacts, as a result of which these contacts are closed together with the blocking contacts of the BK, including the electric motor body 27. If it is necessary to turn off the electric motor, the "Stop" button is pressed, while the electric power of the phase conductors L ₁ and L ₃ is opened. The power contact 2K and the blocking contacts of the BC open. The electric motor stops.

При автоматическом регулировании скоростью вращения ветроколеса возможна замена реле напряжения на реле тока, тепловое реле или другое включающее и отключающее устройство. With automatic control of the rotational speed of the wind wheel, it is possible to replace the voltage relay with a current relay, a thermal relay or other switching device.

Claims

1. A wind turbine containing a wind wheel with curved blades mounted on a horizontal shaft, located in a cylindrical casing, composed of two parts of the upper and lower with slots and, if necessary, shields, hingedly connected to parts of the casing, characterized in that at one end of the horizontal the shaft is strengthened by a coupling (hydraulic coupling) containing a pulley with grooves for belts attached to the end wall of the socket, inside of which are bearings, a sealing cover, and also an cylindrical drum located in the slot with windows in which the connecting blocks are freely located, while the drum sleeve attached to its end wall is connected to the bearings from the outside and attached to the wind wheel shaft from the inside.

2. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the coupling and the electric motor with a pulley on the shaft are combined by a belt drive.

3. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the control system is equipped with disconnectors (switches), voltage relays, magnetic starters and a push-button station.