RU2166665C1

RU2166665C1 - Windmill

Info

Publication number: RU2166665C1
Application number: RU2000104129A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Толмачев; С.Н. Боровиков; А.Д. Савчук; Л.Л. Лесина
Original assignee: Военный инженерно-технический университет
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2001-05-10

Abstract

FIELD: wind-power engineering; vertical-shaft windmills. SUBSTANCE: windmill has structural frame with vertical shaft mounted in journal bearing assemblies and kinematically coupled with mechanical energy users, wind wheel rigidly fixed on shaft, hollow guide-vane mechanism mounted around wind wheel on shaft for rotating and setting against wind whose vertical walls form confusion-diffusion channel with one of walls bent down inside mechanism; air flow control device. Novelty is that wind wheel is hollow structure made of top and bottom horizontal disks rigidly fixed on shaft with blades uniformly fixed over their periphery and between these disks at angle of 0 to 180 deg. relative to wind wheel radius; hollow guide-vane mechanism has vertical internal partition forming additional confusion-diffusion channel between inlet and outlet of air stream; in center its sector having aperture angle of 180 deg. and radius greater than and comparable with wind wheel radius embraces wind wheel; external vertical wall abutting against inner longitudinal partition is arched outside; regulating device is, essentially, centrifugal governor engageable with hollow guide-vane mechanism to respond to inadmissible angular velocity of wind wheel. EFFECT: improved efficiency and reliability of windmill. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к экологически чистой ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям, имеющим вертикальную ось вращения, и может быть использовано для выработки электроэнергии или выполнения механической работы, например, для создания электростанций, в местах, где отсутствует электроэнергия и преобладают постоянные ветры. The invention relates to environmentally friendly wind energy, in particular to wind turbines having a vertical axis of rotation, and can be used to generate electricity or perform mechanical work, for example, to create power plants in places where there is no electricity and constant winds prevail.

Известен ветродвигатель [1], содержащий вертикальный вал с кронштейнами и прикрепленные к ним поворотные лопасти, контактирующие с упорами, выполненными в виде установленных вокруг вала плоских панелей, которые своими краями соединены между собой и кронштейнами, причем каждая из вершин углов, образованных соединениями панелей, расположена на оси симметрии соответствующего кронштейна. Known wind turbine [1], containing a vertical shaft with brackets and rotary blades attached to them, in contact with stops made in the form of flat panels mounted around the shaft, which are connected by their edges to each other and to the brackets, each of the vertex angles formed by the connections of the panels, located on the axis of symmetry of the corresponding bracket.

Известен ротор ветродвигателя [2] , содержащий вертикальную ось с укрепленной на ней рамой, связанную со стойками, на которых расположены лопасти, установленные на горизонтальных осях с возможностью ограниченного поворота, скрепленные под углом одна к другой и имеющие длину, увеличивающуюся от центра к периферии. Ротор дополнительно снабжен поворотными криволинейными лопастями, шарнирно закрепленными в местах соединений горизонтальных осей и стоек. Known rotor of a wind turbine [2], containing a vertical axis with a frame mounted on it, connected with uprights on which there are blades mounted on the horizontal axes with the possibility of limited rotation, fastened at an angle to one another and having a length increasing from the center to the periphery. The rotor is additionally equipped with rotary curved blades pivotally mounted at the joints of the horizontal axes and racks.

Недостатками известных устройств по [1] и [2], являются:
- неуравновешенность ротора ветродвигателя, в связи с использованием поворотных лопаток (и, как следствие, меняющийся центр тяжести всего ротора ветродвигателя), которая приводит к биению ротора, особенно, на больших скоростях вращения (при сильном ветре);
- как следствие, биение ротора приводит к большим динамическим нагрузкам на подшипники оси вращения и на каркас ветроустановок в целом, что, в конечном итоге, ведет к снижению надежности и увеличению удельной материалоемкости ветроустановок;
- механические удары поворотных лопастей об упоры (под воздействием ветра, особенно, сильного) приводят к быстрому выходу из строя сопрягаемых деталей, а также создают повышенный шум (стук), что неблагоприятно сказывается на экологической (шумовой) обстановке района установки ветродвигателей и, особенно, на обслуживающем персонале;
- наличие множества поворотных узлов усложняет конструкцию, снижает ее надежность и увеличивает стоимость установок, их обслуживания и ремонта.The disadvantages of the known devices according to [1] and [2] are:
- imbalance of the rotor of the wind turbine due to the use of rotary blades (and, as a consequence, the changing center of gravity of the entire rotor of the wind turbine), which leads to runout of the rotor, especially at high speeds of rotation (in strong winds);
- as a result, the runout of the rotor leads to large dynamic loads on the bearings of the axis of rotation and on the frame of wind turbines in general, which, ultimately, leads to a decrease in reliability and an increase in the specific material consumption of wind turbines;
- mechanical blows of the rotary blades against the stops (under the influence of wind, especially strong) lead to a quick failure of the mating parts, and also create increased noise (knocking), which adversely affects the environmental (noise) situation of the installation area of wind turbines and, especially, on the staff;
- the presence of many rotary nodes complicates the design, reduces its reliability and increases the cost of installations, their maintenance and repair.

Известен ветродвигатель [3] , содержащий установленное на вертикальном валу ветроколесо с махами, на периферии которых размещены раскладные прямоугольные лопасти, снабженные "Т"-образные стойками, с ограничителями в виде гибких связей, одни концы которых связаны со стойками, а другие - с соответствующими вершинами лопастей, а также генератор, кинематически связанный с ветроколесом. Known wind turbine [3], containing a wind wheel mounted on a vertical shaft with flails, on the periphery of which are folding rectangular blades equipped with "T" -shaped racks, with limiters in the form of flexible links, some ends of which are connected with the racks, and others with the corresponding the tops of the blades, as well as a generator kinematically connected with a wind wheel.

Недостатками известного устройства [3] являются: - неуравновешенность ротора, что требует усиления конструкции и увеличивает его материалоемкость и стоимость;
- механические удары (хлопки) лопастей (особенно, при сильном ветре), которые могут привести к быстрому выходу лопастей из строя и создают повышенные шумы (вредную акустическую обстановку) для обслуживающего персонала ветродвигателя и в районе его установки в целом.The disadvantages of the known device [3] are: - imbalance of the rotor, which requires strengthening the design and increases its material consumption and cost;
- mechanical shocks (claps) of the blades (especially in strong winds), which can lead to a quick failure of the blades and create increased noise (harmful acoustic conditions) for the staff of the wind turbine and in the area of its installation as a whole.

Известна ветроэлектроустановка [4], содержащая расположенный на фундаменте вертикальный вал с траверсами с установленными на них лопастями со звездочками, которые связаны соотношением 1:2 цепной передачей с блоком звездочек, соосно размещенным на валу, и электрогенератор, причем вертикальный вал с жестко и соосно закрепленным на нем статором электрогенератора и двумя звездочками установлен с возможностью поворота, а траверсы с лопастями и ротором электрогенератора установлены с возможностью вращения на верхнем конце вала, при этом каждая из звездочек вала связана цепью с одной из половин звездочек лопастей. A known wind turbine [4], comprising a vertical shaft located on the foundation with traverses with blades with sprockets mounted on them, which are connected by a 1: 2 chain transmission with a sprocket block coaxially placed on the shaft, and an electric generator, the vertical shaft being rigidly and coaxially fixed on it, the stator of the electric generator and two sprockets are mounted with the possibility of rotation, and the traverses with blades and the rotor of the electric generator are mounted with rotation on the upper end of the shaft, with The first of the shaft sprockets is connected by a chain with one of the half sprocket blades.

Недостатком известного устройства [4] являются:
- динамическая неуравновешенность ротора в результате аэродинамических нагрузок, сложность конструкции и, как следствие, ее низкая надежность и высокая стоимость;
- необходимость частой смазки звездочек с цепными передачами;
- необходимость установки целой системы слежения за направлением ветра и управления поворотом ветроэнергоустановки, что дополнительно снижает ее надежность, и приводит к неудобствам при ручном управлении и требует постоянного обслуживающего персонала.A disadvantage of the known device [4] are:
- dynamic rotor imbalance as a result of aerodynamic loads, design complexity and, as a result, its low reliability and high cost;
- the need for frequent lubrication of chain wheel sprockets;
- the need to install a whole system for monitoring the direction of the wind and controlling the rotation of the wind power installation, which further reduces its reliability, and leads to inconvenience during manual control and requires constant maintenance personnel.

Известен ветряной ротор [5], содержащий центральную ось с установленными на ней верхней и нижними крышками, верхний и нижний пояса, укрепленные на центральной оси стенки-лопасти, образующие равнообъемные сектора, образованные дугой радиуса пояса, с центром на окружности пояса, при этом стенки лопасти выходят за окружность поясов и загнуты под углом к окружности поясов. Known wind rotor [5], containing a central axis with upper and lower covers installed on it, upper and lower belts, mounted on the central axis of the blade wall, forming equally-sized sectors, formed by an arc of the radius of the belt, centered on the circumference of the belt, while the walls the blades extend beyond the circumference of the belts and are bent at an angle to the circumference of the belts.

Недостатком известного ветряного ротора [5] является его большое гидравлическое сопротивление, так как ротор со стенками-лопастями представляют собой в проекции на перпендикулярную потоку воздуха плоскость сплошной прямоугольник, не пропускающий сквозь себя поток воздуха, что делает проблематичным его установку на судне в качестве движителя (как указано в патенте [5]). A disadvantage of the known wind rotor [5] is its high hydraulic resistance, since the rotor with the walls of the blades is a continuous rectangle in the projection onto the plane perpendicular to the air flow, which does not allow air flow through itself, which makes it difficult to install it on the vessel as a propulsion unit ( as indicated in the patent [5]).

Прототипом предлагаемого изобретения является ветродвигатель [6], содержащий конструкционный каркас с опорными подшипниками вертикального вала, на котором с возможностью вращения установлен полый направляющий аппарат с боковыми стенками, образующими конфузорно-диффузорный канал и, расположенное внутри полого направляющего аппарата, жестко установленное на валу ветроколесо с лопастями. A prototype of the invention is a wind turbine [6], comprising a structural frame with thrust bearings of a vertical shaft, on which a hollow guide apparatus with side walls forming a confuser-diffuser channel and located inside the hollow guide apparatus, rigidly mounted on the shaft of a wind wheel with blades.

Недостатками прототипа являются:
- большое аэродинамическое сопротивление ветроколеса;
- низкий эффект флюгирования полого направляющего аппарата с одной вогнутой стенкой;
- невозможность автоматического регулирования мощности ветродвигателя и его защиты от перегрузок при порывах ветра, ураганах и т.д.The disadvantages of the prototype are:
- large aerodynamic drag of the wind wheel;
- low feathering effect of a hollow guide vane with one concave wall;
- the inability to automatically control the power of the wind turbine and its protection against overloads when gusts of wind, hurricanes, etc.

Указанные недостатки ставят задачу повышения эффективности и надежности ветродвигателя. These shortcomings set the task of increasing the efficiency and reliability of the wind turbine.

Указанная задача достигается ниже описываемым ветродвигателем, содержащим конструкционный каркас с опорными подшипниковыми узлами вертикального вала, кинематически связанного с потребителем механической энергии, ветроколесо, жестко установленное на валу, полый корпус - направляющий аппарат, охватывающий ветроколесо и установленный на валу с возможностью вращения и флюгирования, и образующими конфузорно-диффузорный канал вертикальными стенками, одна из которых вогнута во внутрь аппарата, регулировочное устройство ограничения потока воздуха,
ветроколесо выполнено полым и состоит из жестко закрепленных на валу верхнего и нижнего горизонтальных дисков, по периферии которых и между ними неподвижно и равномерно установлены лопасти, установленные под углом к направлению радиуса ветроколеса от 0^o до 180^o,
полый направляющий аппарат имеет внутреннюю профильную перегородку, дополнительно образующую конфузорно-диффузорный канал соответственно со входа и выхода потока воздуха, и в центре охватывает ветроколесо своим сектором с углом раскрытия 180^o и радиусом, большим и сравнимым с радиусом ветроколеса, а наружная стенка, примыкающая к внутренней продольной перегородке выполнена выпуклостью наружу,
регулировочное устройство ограничения потока воздуха выполнено в виде автоматического самодействующего центробежного регулятора, установленного на ветроколесе и взаимодействующего при превышении допустимой угловой скорости с полым направляющим аппаратом,
полый направляющий аппарат в проекции на горизонтальную плоскость вписан в окружность, имеющую единый центр с ветроколесом, конфузорная часть полого направляющего аппарата выполнена более короткой и широкой, чем соответственно его диффузорная часть,
регулировочное устройство ограничения потока воздуха выполнено в виде установленного на верхнем горизонтальном диске ветроколеса с возможностью вращения на оси "Г"-образного коромысла, на вертикальном плече которого расположен груз, а на горизонтальном плече - жестко укреплена фрикционная накладка, взаимодействующая при превышении допустимой угловой скорости ветроколеса с внутренней поверхностью полого направляющего аппарата.This task is achieved below by a wind turbine containing a structural frame with support bearings of a vertical shaft kinematically connected to a consumer of mechanical energy, a wind wheel rigidly mounted on the shaft, a hollow body - a guide apparatus that covers the wind wheel and mounted on the shaft with rotation and feathering, and vertical walls forming a confuser-diffuser channel, one of which is concave into the inside of the apparatus, an adjusting device for limiting sweat and the air,
the wind wheel is hollow and consists of upper and lower horizontal disks rigidly fixed to the shaft, on the periphery of which the blades are fixed and evenly mounted between them, mounted at an angle to the direction of the radius of the wind wheel from 0 ^o to 180 ^o ,
the hollow guiding apparatus has an internal profile partition, additionally forming a confuser-diffuser channel, respectively, from the air inlet and outlet, and in the center covers the windwheel with its sector with an opening angle of 180 ^o and a radius large and comparable to the radius of the windwheel, and the outer wall adjacent to the inner longitudinal septum is convex outward,
an adjusting device for restricting air flow is made in the form of an automatic self-acting centrifugal regulator mounted on a wind wheel and interacting when the permissible angular speed is exceeded with a hollow guide device,
the hollow guide vane is projected onto the horizontal plane inscribed in a circle having a single center with a wind wheel, the confuser part of the hollow guide vane is made shorter and wider than its diffuser part, respectively
the adjusting device for restricting air flow is made in the form of a wind wheel mounted on the upper horizontal disk with the possibility of rotation on the "G" -shaped rocker arm, on the vertical arm of which the load is located, and on the horizontal shoulder - a friction pad that interacts when the permissible angular speed of the wind wheel is exceeded with the inner surface of the hollow guide vane.

Введение полого ветроколеса, жестко установленного на валу и состоящего из жестко закрепленных на валу верхнего и нижнего горизонтальных дисков, по периферии которых и между ними неподвижно и равномерно установлены лопасти, необходимо для уменьшения гидравлического сопротивления ветроколеса и повышения его эффективности. The introduction of a hollow wind wheel, rigidly mounted on the shaft and consisting of upper and lower horizontal disks rigidly fixed to the shaft, along the periphery of which the blades are fixedly and evenly mounted between them, is necessary to reduce the hydraulic resistance of the wind wheel and increase its efficiency.

Введение угла установки лопастей к его радиусу в диапазоне от 0^o до 180^o, необходимо для выбора оптимального угла установки, который зависит от конфигурации и размеров конфузорно-диффузорного канала полого направляющего аппарата, а также типа и формы лопаток, которые могут быть самых различных видов.The introduction of the angle of installation of the blades to its radius in the range from 0 ^o to 180 ^o , is necessary to select the optimal installation angle, which depends on the configuration and size of the confuser-diffuser channel of the hollow guide apparatus, as well as the type and shape of the blades, which can be of various types .

Введение в корпус полого направляющего аппарата внутренней профильной перегородки, дополнительно образующей конфузорно-диффузорный канал соответственно со входа и выхода потока воздуха, и в центре охватывающей ветроколесо своим сектором с углом раскрытия 180^o и радиусом, большим и сравнимым с радиусом ветроколеса, необходимо для повышения эффективности направляющего аппарата с ветроколесом в целом, то есть КПД ветродвигателя.The introduction into the body of the hollow guiding apparatus of the internal profile partition, additionally forming a confuser-diffuser channel, respectively, from the air inlet and outlet, and in the center covering the wind wheel with its sector with an opening angle of 180 ^o and a radius large and comparable to the radius of the wind wheel, is necessary to increase efficiency a guide vane with a wind wheel as a whole, that is, the efficiency of a wind turbine.

Введение наружной вертикальной стенки, которая примыкает к внутренней профильной вертикальной перегородке полого направляющего аппарата, выполненной выпуклостью наружу, необходимо для повышения способности флюгирования корпуса полого направляющего аппарата в целом. The introduction of the outer vertical wall, which is adjacent to the inner vertical profile of the hollow guide vane made convex to the outside, is necessary to increase the feathering ability of the hollow guide vane body as a whole.

Выполнение по форме корпуса полого направляющего аппарата так, что он в проекции на горизонтальную плоскость вписан в окружность (по крайней мере тремя, из своих четырех углов, - а четвертый угол находится внутри данной окружности), с одним центром с ветроколесом, необходимо для определения зоны вращения полого направляющего аппарата, которая определяет размеры конструкционного каркаса ветродвигателя и возможную зону сквозного (для ветра) ограждения с целью обеспечения безопасности. The execution of a hollow guide vane in the shape of the body so that it is inscribed in a projection onto a horizontal plane in a circle (at least three of its four corners - and the fourth corner is inside this circle), with one center with a wind wheel, it is necessary to determine the zone rotation of the hollow guide vane, which determines the dimensions of the structural frame of the wind turbine and the possible zone of the through (for wind) fencing in order to ensure safety.

Выполнение конфузорной части полого направляющего аппарата более короткой и широкой, чем соответственно его диффузорная часть, необходимо для повышения способности флюгирования корпуса полого направляющего аппарата в целом. The implementation of the confuser part of the hollow guide apparatus shorter and wider than its diffuser part, respectively, is necessary to increase the feathering ability of the hollow guide apparatus as a whole.

Введение регулировочного устройства ограничения потока воздуха, выполненного в виде самодействующего центробежного регулятора, установленного на ветроколесе и взаимодействующего при превышении допустимой угловой скорости с полым направляющим аппаратом и отклоняющего последний в сторону вращения ветроколеса пропорционально силе ветра (то есть угловой скорости вращения ветроколеса, при ее превышении), необходимо для уменьшения потока воздуха на ветроколесо и его предохранения от перегрузок и поломок. The introduction of an air flow restriction control device made in the form of a self-acting centrifugal regulator mounted on a wind wheel and interacting when the permissible angular speed is exceeded with a hollow guide apparatus and deflecting the latter to the side of the wind wheel rotation is proportional to the wind force (i.e. the angular speed of the wind wheel when it is exceeded) , It is necessary to reduce the air flow on the wind wheel and protect it from overloads and breakdowns.

Выполнение самодействующего центробежного регулятора, установленного на верхнем горизонтальном диске ветроколеса с возможностью вращения на оси "Г"-образного коромысла, на вертикальном плече которого расположен груз, а на горизонтальном плече - жестко укреплена фрикционная накладка, взаимодействующая при превышении допустимой угловой скорости ветроколеса с внутренней поверхностью полого направляющего аппарата, представляет собой один из возможных вариантов (один из простых и надежных вариантов) выполнения регулятора-устройства ограничения потока воздуха. Implementation of a self-acting centrifugal regulator mounted on the upper horizontal disk of the wind wheel with the possibility of rotation on the axis of the "G" -shaped rocker, on the vertical shoulder of which the load is located, and on the horizontal shoulder - a friction lining that interacts when the permissible angular speed of the wind wheel is exceeded with the inner surface hollow guide vane, is one of the possible options (one of the simple and reliable options) to perform the controller-device og anicheniya airflow.

Выполнение ветродвигателя в совокупности с вышеизложенными признаками (отличительными признаками формулы изобретения) является новым для ветродвигателей, и, следовательно, соответствует критерию "новизна". The implementation of the wind turbine in combination with the foregoing features (distinguishing features of the claims) is new to wind turbines, and therefore meets the criterion of "novelty."

Вышеприведенная совокупность отличительных признаков не известна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных правил конструирования ветродвигателей и их вспомогательного оборудования, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень". The above set of distinctive features is not known at this level of technology and does not follow from the well-known rules for the design of wind turbines and their auxiliary equipment, which proves compliance with the criterion of "inventive step".

Конструктивная реализация ветродвигателя с указанной совокупностью существенных признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость". The constructive implementation of a wind turbine with the indicated set of essential features does not present any structural, technical and technological difficulties, from which the compliance with the criterion of "industrial applicability" follows.

На фиг. 1 представлен вид ветродвигателя спереди с разрезами подшипниковых узлов и разборного кожуха кинематического соединения по Б-Б. In FIG. 1 shows a front view of a wind turbine with sections of bearing assemblies and a collapsible casing of the kinematic connection according to BB.

На фиг. 2 представлен схематический разрез ветродвигателя по А-А (вид сверху). In FIG. 2 is a schematic sectional view of a wind turbine along AA (top view).

На фиг. 3a) представлена выноска I в разрезе по фронтальной плоскости и (на фиг. 3б)) по линии В-В (регулировочного устройства ограничения потока воздуха в виде автоматического самодействующего центробежного регулятора). In FIG. 3a) shows a leader I in a section along the frontal plane and (in Fig. 3b)) along line B-B (an adjusting device for restricting air flow in the form of an automatic self-acting centrifugal regulator).

Ветродвигатель содержит (фиг. 1) конструкционный каркас, расположенный на основании 1 (бетонной плите, грунте и так далее), и состоит из вертикальных стоек 2, верхней перекладины 3, растяжек 4 и опорных подшипниковых узлов, соответственно, нижнего 5, расположенного на основании 1, и верхнего 6 - в центре перекладины 3. В опорных подшипниковых узлах 5 и 6 установлен вертикальный вал 7, кинематически связанный ременной 8, цепной или другой передачей с потребителем механической энергии 9, например, электрогенератором с редуктором. На валу 7 установлено ветроколесо 10 (фиг. 1 и 2), состоящее из жестко закрепленных на валу 7 соответственно верхнего 11 и нижнего 12 горизонтальных дисков, по периферии которых и между ними неподвижно и равномерно установлены лопасти 13. Полый направляющий аппарат 14, охватывающий ветроколесо 10 установлен на валу 7 (с возможностью вращения и флюгирования), соответственно, на нижнем 15 и верхнем 16 подшипниках. Вертикальные стенки (фиг. 2 и 1) образуют конфузорный канал 19 на входе в ветроколесо 10 и диффузорный канал 20 на выходе воздуха из ветроколеса 10. Вертикальная внутренняя стена (перегородка) 18 охватывает ветроколесо 10 своим сектором с углом раскрытия 180^o. Стенку 18 с внешней стороны полого направляющего аппарата 14 закрывает вертикальная стенка 21, которая выпукла наружу и образует внутри аппарата 14 между собой и стенкой 18 замкнутую полость 22. Кинематическое соединение 8 вала 7 с потребителем механической энергии 9 (электрогенератором с редуктором) снабжено разборным чехлом 23, необходимым для защиты последних и нижнего подшипникового узла 5 от внешних воздействий. Верхний подшипниковый узел 6 закрыт крышкой 24. Регулировочное устройство ограничения потока воздуха (фиг. 1 выноска I и фиг. 3a) и фиг. 3б)) содержит установленную в вырезе 25 верхнего диска 11 ветроколеса 10 с возможностью вращения на оси 26, "Г"-образное коромысло 27, на вертикальном плече которого расположен груз 28, а на горизонтальном плече коромысла 27 жестко укреплена фрикционная накладка 29. Для удобства монтажа и регламента ось 26 укреплена пластинами 30 с разъемными соединениями, например винтовыми. Мощность электрогенератора ветродвигателя может составлять от 5 до 100 кВт, в зависимости от размеров электродвигателя. Установка ветроколеса ветродвигателя предпочтительна на высотах, не менее 10-12 метров.The wind turbine contains (Fig. 1) a structural frame located on the base 1 (concrete slab, soil, and so on), and consists of vertical posts 2, the upper crossbar 3, braces 4 and bearing bearings, respectively, lower 5, located on the base 1, and the top 6 - in the center of the crossbar 3. In the support bearing units 5 and 6 there is a vertical shaft 7 kinematically connected by a belt 8, chain or other transmission with a consumer of mechanical energy 9, for example, an electric generator with a reducer. A wind wheel 10 is installed on the shaft 7 (Figs. 1 and 2), consisting of upper 11 and lower 12 horizontal disks rigidly fixed on the shaft 7, along the periphery of which the blades 13 are motionlessly and evenly mounted between them. The hollow guide device 14, covering the wind wheel 10 is mounted on the shaft 7 (with the possibility of rotation and feathering), respectively, on the lower 15 and upper 16 bearings. The vertical walls (Fig. 2 and 1) form a confuser channel 19 at the inlet of the wind wheel 10 and a diffuser channel 20 at the air outlet of the wind wheel 10. The vertical inner wall (partition) 18 covers the wind wheel 10 with its sector with an opening angle of 180 ^o . The wall 18 on the outside of the hollow guide vane 14 is closed by a vertical wall 21, which is convex outward and forms a closed cavity 22 between itself and the wall 18. The kinematic connection 8 of the shaft 7 with the consumer of mechanical energy 9 (an electric generator with a reducer) is provided with a collapsible cover 23 necessary to protect the last and lower bearing assembly 5 from external influences. The upper bearing assembly 6 is closed by a cover 24. An adjusting device for restricting air flow (Fig. 1 callout I and Fig. 3a) and FIG. 3b)) contains a “G” -shaped rocker 27 mounted in a cutout 25 of the upper disk 11 of the wind wheel 10 with a possibility of rotation on the axis 26, on the vertical arm of which the load 28 is located, and on the horizontal arm of the rocker arm 27 the friction lining 29 is rigidly fixed. mounting and regulation axis 26 is strengthened by plates 30 with detachable joints, for example screw. The power of the wind turbine electric generator can be from 5 to 100 kW, depending on the size of the electric motor. Installation of a wind turbine of a wind turbine is preferable at heights of at least 10-12 meters.

Ветродвигатель работает следующим образом. Поток движущегося воздуха (фиг. 2 и 1), набегая на полый направляющий аппарата 14, благодаря вогнуто-выпуклому (соответственно стенки 17 и 21 аппарата 14) исполнению и использованию эффекта флюгирования, автоматически поворачивает аппарат 14 конфузорным каналом 19 против потока и в таком положении устойчиво удерживается до тех пор, пока ветер не изменит своего направления. Поток входящего воздуха сжимается в конфузорном канале 19 (образованном передними участками стенок 17 и 18), и при этом происходит увеличение скорости потока воздуха и направление его на лопасти 13 ветроколеса 10, от которого ветроколесо 10 получает вращающий момент, который через вал 7 и кинематическую связь 8 передает потребителю механической энергии 9 (электрогенератору с редуктором). Из ветроколеса 10 поток воздуха попадает в диффузорный канал 20, где он расширяется (скорость потока при этом падает) и выходит из аппарата 14. При сильном ветре (или при сильных порывах ветра) ветроколесо 10 начинает вращаться с угловой скоростью, близкой к допустимой (критической), при этом (фиг. 3) груз 28 коромысла 27 центробежной силой отклоняется по радиусу ветроколеса 10 и поднимает свою горизонтальную полку с фрикционной пластиной 29, которая взаимодействует с полым направляющим аппаратом 14 (трет о внутреннюю поверхность верхней крышки аппарата 14) и тем самым поворачивает последний (против силы, создаваемой эффектом флюгирования аппарата 14) в сторону вращения ветроколеса 10, при этом поток воздуха, поступающий в конфузорный канал 19 и, соответственно, на ветроколесо 10 уменьшается и скорость его вращения падает. При сильном постоянном ветре может наступить устойчивое равновесное положение аппарата 14 под некоторым углом к направлению ветра, когда силы трения автоматического центробежного регулятора будут уравновешены аэродинамической силой флюгирования аппарата 14. The wind turbine operates as follows. The flow of moving air (Fig. 2 and 1), running onto the hollow guide of the apparatus 14, due to the concave-convex (corresponding to the walls 17 and 21 of the apparatus 14) execution and use of the effect of feathering, automatically turns the apparatus 14 by the confuser channel 19 against the flow and in this position steadily held until the wind changes its direction. The flow of incoming air is compressed in the confuser channel 19 (formed by the front sections of the walls 17 and 18), and this increases the air flow rate and directs it to the blades 13 of the wind wheel 10, from which the wind wheel 10 receives a torque that is transmitted through the shaft 7 and the kinematic connection 8 transfers to the consumer mechanical energy 9 (to an electric generator with a reducer). From the wind wheel 10, the air flow enters the diffuser channel 20, where it expands (the flow velocity drops) and leaves the apparatus 14. With a strong wind (or with strong gusts of wind), the wind wheel 10 starts to rotate at an angular speed close to the allowable (critical ), while (Fig. 3), the load 28 of the rocker arm 27 is centrifugally deflected along the radius of the wind wheel 10 and raises its horizontal shelf with a friction plate 29, which interacts with the hollow guide device 14 (rubs against the inner surface of the upper cover of the apparatus that 14) and thereby rotates the latter (counter-force generated feathering effect device 14) in the direction of rotation of the propeller 10, the air stream entering the convergent channel 19 and, respectively, to decrease wind wheel 10 and its rotational speed decreases. With a strong constant wind, a steady equilibrium position of the apparatus 14 can occur at a certain angle to the direction of the wind, when the friction forces of the automatic centrifugal regulator are balanced by the aerodynamic force of the feathering of the apparatus 14.

При обслуживании ветродвигателя и его ремонте, для обеспечения неподвижности ветроколеса 10 достаточно развернуть аппарат 14 его выпуклой стенкой против направления ветра и зафиксировать его в таком положении каким-либо способом (например, при помощи дополнительных растяжек). When servicing the wind turbine and its repair, to ensure the immobility of the wind wheel 10, it is enough to deploy the apparatus 14 with its convex wall against the direction of the wind and fix it in this position in any way (for example, using additional stretch marks).

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в том, что по сравнению с прототипом предложенное ветроколесо обладает меньшим гидравлическим сопротивлением и, следовательно, оказывает меньшие нагрузки на вал и конструкционный каркас, что повышает их надежность и долговечность. Уменьшение гидравлического сопротивления ветроколеса, наряду с правильным выбором угла установок лопастей приводит к повышению эффективности ветроколеса (КПД) и ветродвигателя в целом. И этому же способствует наличие в центре полукруглой (охватывающей ветроколесо) дополнительной перегородки 18 (уменьшаются завихрения воздуха после выхода потока из ветроколеса). Выполнение одной из стенок выпуклой, а также конфузорной части аппарата 14 более широкой и короткой, чем его диффузорная часть позволит усилить эффект флюгирования аппарата 14. А это позволит в свою очередь уменьшить размеры аппарата 14, уменьшить его материалоемкость и стоимость, а также уменьшить нагрузку на вал 7 и подшипниковые узлы. Выполнение регулировочного устройства ограничения потока воздуха в виде автоматического центробежного ограничителя позволит предохранить ветродвигатель от перегрузок и поломок и обеспечить высокую надежность и долговечность ветродвигателя в целом, а также при эксплуатации ветродвигателя обойтись минимальным числом обслуживающего персонала. Целью повышения надежности и долговечности служит и использование разборного чехла 23 кинематического соединения вала с преобразователем механической энергии 9, состоящего из электрогенератора с редуктором. Разборный чехол кинематического соединения вала с преобразователем механической энергии необходим для защиты последних от воздействия атмосферных осадков и пыли, а также для оперативного доступа при техническом обслуживании или ремонте. The technical and economic advantage of the invention lies in the fact that, compared with the prototype, the proposed wind wheel has less hydraulic resistance and, therefore, has less load on the shaft and structural frame, which increases their reliability and durability. Reducing the hydraulic resistance of the wind wheel, along with the correct choice of the angle of the blades, leads to an increase in the efficiency of the wind wheel (Efficiency) and the wind turbine as a whole. And this is also facilitated by the presence in the center of a semicircular (covering the wind wheel) additional partition 18 (air turbulence decreases after the flow leaves the wind wheel). The execution of one of the walls of the convex as well as the confuser part of the apparatus 14 is wider and shorter than its diffuser part will enhance the effect of feathering of the apparatus 14. And this will in turn reduce the size of the apparatus 14, reduce its material consumption and cost, as well as reduce the load on shaft 7 and bearing units. The implementation of the adjusting device for restricting the air flow in the form of an automatic centrifugal limiter will protect the wind turbine from overloads and breakdowns and ensure high reliability and durability of the wind turbine as a whole, as well as the minimum number of maintenance personnel when using the wind turbine. The purpose of increasing reliability and durability is the use of a collapsible cover 23 of the kinematic connection of the shaft with a mechanical energy converter 9, consisting of an electric generator with a gearbox. A collapsible cover for the kinematic connection of the shaft with a mechanical energy converter is necessary to protect the latter from the effects of precipitation and dust, as well as for quick access during maintenance or repair.

Источники информации
1 - Патент Российской Федерации N 20299885, 6 F 03 D 3/00, 3/06, 27.02.96 г. Бюл. N 6.Sources of information
1 - Patent of the Russian Federation N 20299885, 6 F 03 D 3/00, 3/06, 02.27.96, Bull. N 6.

2 - Патент Российской Федерации N 20299886, 6 F 03 D 3/06, 27.02.96 г. Бюл. N 6. 2 - Patent of the Russian Federation N 20299886, 6 F 03 D 3/06, 02/27/96, Bull. N 6.

3 - Патент Российской Федерации N 2059877, 6 F 03 D 1/00, 25.02.91 г. 3 - Patent of the Russian Federation N 2059877, 6 F 03 D 1/00, 02.25.91

4 - Патент Российской Федерации N 2030777, 6 F 03 D 3/02, 7/06, 10.03.95 г. Бюл. N 7. 4 - Patent of the Russian Federation N 2030777, 6 F 03 D 3/02, 7/06, 03/10/95, Bull. N 7.

5 - Патент Российской Федерации N 2008515, 5 F 03 D 3/06, 28.02.94 г. Бюл. N 4. 5 - Patent of the Russian Federation N 2008515, 5 F 03 D 3/06, 02/28/94, Bull. N 4.

6 - Патент Российской Федерации N 2039308, 6 F 03 D 3/02, 09.07.95 г. Бюл. N 19. 6 - Patent of the Russian Federation N 2039308, 6 F 03 D 3/02, July 9, 1995 Bull. N 19.

Claims

1. A wind turbine comprising a structural frame with support bearings of a vertical shaft kinematically connected to a consumer of mechanical energy, a wind wheel rigidly mounted on the shaft, a hollow guide apparatus covering the wind wheel and mounted on the shaft with the possibility of rotation and feathering, and forming a confuser-diffuser channel vertical walls, one of which is concave inside the apparatus, an adjusting device for restricting air flow, characterized in that the wind wheel is made hollow and consists of upper and lower horizontal disks rigidly fixed to the shaft, on the periphery of which the blades are fixedly and evenly mounted at an angle to the direction of the radius of the wind wheel 0 - 180 °, the hollow guiding device has an internal vertical profile partition, additionally forming a confuser-diffuser the channel, respectively, from the inlet and outlet of the air flow, and in the center covers the wind wheel with its sector with an opening angle of 180 ° and a radius large and comparable to the radius of the wind wheel, and the outer the vertical wall adjacent to the inner longitudinal partition is made convex to the outside, the air flow restriction adjusting device is made in the form of an automatic self-acting centrifugal regulator mounted on a wind wheel and interacting when its permissible angular speed is exceeded with a hollow guide vane.

2. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the hollow guide apparatus in the projection onto the horizontal plane is inscribed in a circle having a single center with a wind wheel, the confuser part of the hollow guide apparatus is made shorter and wider than its diffuser part, respectively.

3. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the adjusting device for restricting the air flow is made in the form of a wind wheel mounted on the upper horizontal disk with the possibility of rotation on the axis of the L-shaped rocker arm, on the vertical arm of which the load is located, and the friction friction is rigidly fixed on the horizontal arm pad interacting when exceeding the permissible angular velocity of the wind wheel with the inner surface of the hollow guide vane.