RU2105190C1

RU2105190C1 - Windwheel

Info

Publication number: RU2105190C1
Application number: RU96101068A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Петров
Original assignee: Северо-Кавказский государственный технологический университет
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 1998-02-20

Abstract

FIELD: stationary and mobile systems using wind energy. SUBSTANCE: windwheel includes blades and fixed axle; it is additionally provided with movable axles secured on fixed axle and retainers rigidly mounted on each blade and movable axle for turn of blade through angle (0-90)^° relative to this axle. Retainers of diametrically opposite blades are directed to opposite sides. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к конструкции ветроколеса, и может быть использовано при разработке ветрогенераторов или ветродвигателей. The invention relates to wind energy, in particular to the design of a wind wheel, and can be used in the development of wind generators or wind turbines.

Известно ветроколесо [1], содержащее вертикальную стойку с траверсами, закрепленные на них вертикальные профилированные лопасти и фиксирующее устройство. Known wind wheel [1], containing a vertical rack with traverses, mounted on them vertical profiled blades and a locking device.

Недостатком этого ветроколеса является то, что его конструкция не позволяет изменять параметры колеса для увеличения КПД непрерывно в процессе его вращения, а также не дает возможности выбора и реализации оптимального режима энергоустановки в соответствии с непрерывно меняющимися внешними факторами (скорость ветра, его направление и др.). The disadvantage of this wind wheel is that its design does not allow changing the wheel parameters to increase efficiency continuously during its rotation, and also does not allow the selection and implementation of the optimal power plant mode in accordance with continuously changing external factors (wind speed, its direction, etc. )

Наиболее близкой к заявляемому ветроколесу является конструкция ветроколеса ВБЛ-3, содержащего три лопасти из листовой стали, укрепленные в ступице с помощью шариковых подшипников. Положение лопастей может регулироваться поворотом относительно продольной оси от 7 до 2^o. При регулировании лопасти жестко закрепляют в том или ином положении. Регулирование осуществляют с целью создания оптимальных условий работы ветроколеса, увеличения его КПД.Closest to the claimed wind wheel is the design of the wind turbine VBL-3, containing three blades of sheet steel, mounted in the hub with ball bearings. The position of the blades can be adjusted by rotation relative to the longitudinal axis from 7 to 2 ^o . When adjusting the blades are rigidly fixed in one position or another. Regulation is carried out with the aim of creating optimal conditions for the operation of the wind wheel, increasing its efficiency.

Недостатком такого технического решения является то, что регулирование осуществляют в узких пределах; оно соответствует какому-то одному режиму установки, определенному комплексу аэродинамических факторов. При изменении этих факторов параметры регулирования входят с ними в противоречие и не обеспечивают оптимальной работы энергоустановки. The disadvantage of this technical solution is that the regulation is carried out within narrow limits; it corresponds to any one installation mode, a certain complex of aerodynamic factors. When these factors change, the control parameters conflict with them and do not provide optimal operation of the power plant.

Задачей технического решения является повышение КПД ветроколеса за счет наиболее полного использования энергии ветра, а также повышения эксплуатационных свойств ветроустановки и надежности ее работы. The objective of the technical solution is to increase the efficiency of the wind wheel due to the most complete use of wind energy, as well as to increase the operational properties of the wind turbine and the reliability of its operation.

Технический результат заключается в создании дополнительной степени свободы, за счет возможности поворота лопасти относительно собственной оси в процессе вращения колеса. The technical result consists in creating an additional degree of freedom, due to the possibility of rotation of the blade relative to its own axis during the rotation of the wheel.

Этот технический результат достигается тем, что известное ветроколесо, включающее лопасти и неподвижную ось, дополнительно снабжено подвижными осями, закрепленными на неподвижной оси, и фиксаторами, жестко установленными на каждой лопасти и подвижной оси с возможностью поворота лопасти на угол (0-90)^o относительно этой оси, причем на диаметрально расположенных относительно неподвижной оси лопастях фиксаторы направлены в противоположные стороны.This technical result is achieved by the fact that the known wind wheel, including the blades and the fixed axis, is additionally equipped with movable axes mounted on the fixed axis, and clamps, rigidly mounted on each blade and the movable axis with the possibility of rotation of the blade at an angle (0-90) ^o relative this axis, and on the blades diametrically located relative to the fixed axis, the latches are directed in opposite directions.

За счет такого расположения фиксаторов поворот лопастей возможен в противоположных направлениях, на одной половине оси - по часовой стрелке, а на другой- против. Осей может быть две или более, что определяется, в частности, размером лопастей. При любом направлении ветра колесо вращается в одну и ту же сторону, определяемую направлением фиксаторов. Due to this arrangement of clamps, the rotation of the blades is possible in opposite directions, on one half of the axis - clockwise, and on the other - against. The axes can be two or more, which is determined, in particular, by the size of the blades. For any wind direction, the wheel rotates in the same direction, determined by the direction of the clips.

Такая конструкция позволяет повысить КПД, наиболее полно использовать энергию ветра, повысить безопасность и надежность ветроустановки. This design allows you to increase efficiency, make the most of wind energy, increase the safety and reliability of the wind turbine.

Сущность установки поясняется чертежом, на котором схематически изображена ветроустановка, которая состоит из неподвижной оси 1, закрепленной у основания 2 с помощью тросов 3. У вершины неподвижной оси 1 закреплены с возможностью вращения вокруг нее подвижные оси 4, 5, на которых попарно размещены лопасти 6, 7, 8, 9 с жестко закрепленными фиксаторами 10, 11, 12, 13. The essence of the installation is illustrated by the drawing, which schematically shows a wind turbine, which consists of a fixed axis 1, fixed at the base 2 with cables 3. At the top of the fixed axis 1 are mounted rotatably around it movable axes 4, 5, on which the blades 6 are placed in pairs , 7, 8, 9 with rigidly fixed latches 10, 11, 12, 13.

Лопасти 6, 7, 8, 9 закреплены таким образом, что могут поворачиваться вокруг своей оси на угол до 90^o.The blades 6, 7, 8, 9 are fixed in such a way that they can rotate around their axis by an angle of up to 90 ^o .

Ветровое колесо работает следующим образом. The wind wheel works as follows.

При направлении ветра по стрелке F (см. чертеж), он дует параллельно оси 5, и на лопасти 12, 13 не действуют силы, которые могли бы создать вращающий момент. Вращающий момент создают силы ветра, действующие на лопасти 6, 7, причем на лопасть 6 действует сила F, стремящаяся повернуть ось 4 по часовой стрелке, а на лопасть 7 будет действовать сила f (указана на чертеже стрелкой), стремящаяся повернуть ось 4 против часовой стрелки. Сопротивление ветру будет оказывать вся поверхность лопасти 6, т.к. она расположена перпендикулярно ветру и не может повернуться в сторону движения воздуха, т.к. удерживается от поворота в эту сторону фиксаторами 10, жестко закрепленными на подвижной оси 4. When the direction of the wind is in the direction of arrow F (see drawing), it blows parallel to axis 5, and no forces act on the blades 12, 13 that could create a torque. The wind is generated by the forces acting on the blades 6, 7, and the force F acting on the blade 6, tending to rotate the axis 4 clockwise, and the force f will act on the blade 7 (indicated by the arrow in the drawing), tending to rotate the 4 axis counterclockwise arrows. Resistance to wind will be exerted by the entire surface of the blade 6, because it is located perpendicular to the wind and cannot turn in the direction of air movement, because kept from turning in this direction by the latches 10, rigidly fixed on the movable axis 4.

Лопасть 7, первоначально также расположенная перпендикулярно ветру, повернется под его действием относительно собственной оси на угол 90^o, т.к. фиксаторы 11 направлены по направлению ветра и не оказывают сопротивления повороту лопасти. Поворот лопасти по направлению ветра уменьшит ее сопротивление движущемуся потоку воздуха. Лопасть 7 повернется на такой угол, чтобы вращающий момент, создаваемый ее весом, уравновешивался вращающим моментом, создаваемым движущимся потоком воздуха. Лопасти выполнены из легкого материала, например, парусины, фильтроткани и др.The blade 7, also originally located perpendicular to the wind, will rotate under its action relative to its own axis by an angle of 90 ^o , because the clamps 11 are directed in the direction of the wind and do not resist the rotation of the blade. Turning the blade in the direction of the wind will reduce its resistance to a moving air stream. The blade 7 will rotate at such an angle that the torque created by its weight is balanced by the torque created by the moving air stream. The blades are made of light material, for example, canvas, filter cloth, etc.

Когда лопасть 7 отклоняется на угол, близкий к 90^o, то будет оказывать очень малое (при 90^o оно сойдет на ноль) сопротивление вращению оси 4. Вращающий момент, создаваемый лопастью 6, будет значительно превышать момент противодействия, создаваемого лопастью, что приведет к повороту всей системы на определенный угол, и когда вся система повернется на угол 90^o, то положение лопасти 6 займет лопасть 8, а положение лопасти 7 - лопасть 9. Далее лопасти 8 и 9 повторят действия лопастей 6, 7.When the blade 7 deviates by an angle close to 90 ^o , it will have a very small (at 90 ^o it will go to zero) resistance to rotation of the axis 4. The torque created by the blade 6 will significantly exceed the moment of reaction created by the blade, which will lead to turning the entire system by a certain angle, and when the whole system rotates at an angle of 90 ^o , then the position of the blade 6 will take the blade 8, and the position of the blade 7 - the blade 9. Next, the blades 8 and 9 will repeat the actions of the blades 6, 7.

В случае, если ветер изменит направление на обратное (по отношению к рассмотренному выше примеру), то сопротивление ветру и, следовательно, вращающий момент будет создавать лопасть 7, фиксаторы 11 которой не дадут ей возможности повернуться против часовой стрелки. Лопасть 6 отклонится на какой-то угол и создаст незначительный противодействующий момент. If the wind changes direction in the opposite direction (with respect to the example considered above), then the wind resistance and, therefore, the torque will create a blade 7, the clamps 11 of which will not allow it to turn counterclockwise. The blade 6 will deviate at some angle and create a slight opposing moment.

Система лопастей продолжит вращение подвижных осей 4, 5 в прежнем направлении (по часовой стрелке). Таким образом, с изменением направления ветра на обратное система будет продолжать вращаться без изменения направления. The blade system will continue to rotate the movable axes 4, 5 in the same direction (clockwise). Thus, as the wind direction reverses, the system will continue to rotate without changing direction.

Этот фактор сохранения направления вращения ветроколеса независимо от направления ветра является очень важным, т.к. создает условия для максимального отбора энергии ветра независимо от изменения его направления. This factor of maintaining the direction of rotation of the wind wheel regardless of the direction of the wind is very important, because creates conditions for maximum selection of wind energy regardless of changes in its direction.

При вращении лопастей каждая из них поочередно (на промежутке 180^o) становится рабочей на всей площади лопасти, и каждая поочередно становится тормозной, но на незначительной части площади лопасти, за счет чего и создается вращающий момент.When the blades rotate, each of them alternately (at an interval of 180 ^o ) becomes working over the entire area of the blade, and each one becomes braking, but on an insignificant part of the area of the blade, due to which torque is created.

Предложенная конструкция ветроколеса существенно отличается от известных ветроколес тем, что лопасти имеют дополнительную степень свободы, т.е. имеют возможность поворачиваться вокруг собственной оси в процессе вращения колеса. The proposed design of the wind wheel differs significantly from the known wind wheels in that the blades have an additional degree of freedom, i.e. have the ability to rotate around its own axis during the rotation of the wheel.

Диапазон генерируемой мощности может быть очень широким в зависимости от площади лопастей и скорости ветра. Энергоустановка может быть рассчитана на различную заданную мощность. The range of generated power can be very wide depending on the area of the blades and wind speed. An energy installation can be designed for a different set power.

Предложенная конструкция может найти применение как в стационарных установках, так и в передвижных и движущихся, например, в лодках с приводом от ветроколеса (вместо паруса). The proposed design can be used both in stationary installations and in mobile and moving ones, for example, in boats driven by a wind wheel (instead of a sail).

Использование предложенной конструкции позволит по сравнению с прототипом повысить КПД ветроколеса, эксплуатационные свойства ветроустановки; безопасность и надежность ее работы. Using the proposed design will allow, in comparison with the prototype, to increase the efficiency of the wind wheel, the operational properties of the wind turbine; safety and reliability of its work.

Claims

A wind wheel including blades and a fixed axis, characterized in that it is additionally equipped with movable axes mounted on a fixed axis and clamps rigidly mounted on each blade and a movable axis with the possibility of rotation of the blade at an angle of 0 90 ^o relative to this axis, and diametrically located blades, the latches are directed in opposite directions.