RU2251023C1 - Windmill orthogonal rotor - Google Patents
Windmill orthogonal rotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2251023C1 RU2251023C1 RU2003131820/06A RU2003131820A RU2251023C1 RU 2251023 C1 RU2251023 C1 RU 2251023C1 RU 2003131820/06 A RU2003131820/06 A RU 2003131820/06A RU 2003131820 A RU2003131820 A RU 2003131820A RU 2251023 C1 RU2251023 C1 RU 2251023C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- rotor according
- shaft
- angular velocity
- bracket
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области ветроэнергетики и предназначено для использования в ветродвигателях, вращающие лопасти которых параллельны оси вращения. Роторы таких двигателей получили название ортогональных, поскольку ось их вращения ортогональна направлению воздушного потока. Ортогональные роторы, как правило, используются в ветродвигателях с вертикальной осью вращения, поскольку при этом они не нуждаются в ориентировании по направлению ветра.The invention relates to the field of wind energy and is intended for use in wind turbines, the rotating blades of which are parallel to the axis of rotation. The rotors of such engines are called orthogonal, since the axis of their rotation is orthogonal to the direction of air flow. Orthogonal rotors are typically used in wind turbines with a vertical axis of rotation, since they do not need to be oriented in the direction of the wind.
Уровень техники.The level of technology.
Известен ортогональный ротор ветродвигателя, содержащий вал вращения, предназначенный для размещения в вертикальной опорной стойке ветродвигателя, и закрепленные на валу вращения кронштейны, каждый из которых снабжен вертикальной лопастью крыловидного профиля (вертикальным крылом) и тормозным щитком. При этом лопасть и тормозной щиток установлены с возможностью поворота относительно оси кронштейна и закреплены на внешнем конце торсиона (упругого на закручивание стержня), внутренний конец которого закреплен в основании кронштейна (патент RU 2039309, МПК F 03 D 7/06 [1]).Known orthogonal rotor of a wind turbine containing a rotation shaft designed to be placed in a vertical support stand of the wind turbine, and brackets fixed to the rotation shaft, each of which is equipped with a vertical wing-shaped blade (vertical wing) and a brake flap. In this case, the blade and the brake flap are mounted with the possibility of rotation about the axis of the bracket and are fixed on the outer end of the torsion bar (elastic to twist the rod), the inner end of which is fixed to the base of the bracket (patent RU 2039309, IPC F 03
В устройстве [1] лопасти, помимо основной функции (вращение ротора), выполняют функцию датчика угловой скорости, поворачивающегося относительно оси кронштейна при возрастании угловой скорости. Поворот лопасти - датчика - относительно оси кронштейна вызывает поворот тормозного щитка, закрепленного на том же конце торсиона, в результате чего возрастает аэродинамическое сопротивление ротора и ограничивается максимальная частота его вращения.In the device [1], the blades, in addition to the main function (rotor rotation), perform the function of an angular velocity sensor that rotates about the axis of the bracket with increasing angular velocity. The rotation of the blade - the sensor - relative to the axis of the bracket causes the rotation of the brake flap mounted on the same end of the torsion bar, as a result of which the aerodynamic resistance of the rotor increases and the maximum frequency of its rotation is limited.
Торсион в устройстве [1] выполняет функцию упругого элемента, удерживающего лопасть и щиток в исходном положении, соответствующем минимальному аэродинамическому сопротивлению.The torsion bar in the device [1] performs the function of an elastic element holding the blade and shield in the initial position corresponding to the minimum aerodynamic drag.
Недостаток технического решения [1] - высокие требования, предъявляемые к торсиону, слабость крепления лопасти (она крепится в одной точке к торсиону) и большие консольные вылеты лопасти относительно точки крепления. Предложенное там же дополнительное техническое решение по усилению крепления лопасти профилированными оттяжками потребовало введения дополнительной вращающейся опоры в основании кронштейна, что усложняет и удорожает конструкцию.The disadvantage of the technical solution [1] is the high requirements for the torsion bar, the weakness of the blade attachment (it is attached at one point to the torsion bar) and the large cantilever flights of the blade relative to the attachment point. An additional technical solution proposed there to strengthen the blade fastening with profiled guy rods required the introduction of an additional rotating support at the base of the bracket, which complicates and increases the cost of the design.
Кроме того, поворот тормозного щитка и лопасти на один и тот же угол приводит к тому, что максимальная частота вращения ротора значительно превышает номинальную частоту (в 1,4 раза).In addition, the rotation of the brake flap and the blade at the same angle leads to the fact that the maximum rotational speed of the rotor is significantly higher than the nominal frequency (1.4 times).
Известен выбранный в качестве прототипа ортогональный ротор ветродвигателя, содержащий вал вращения, предназначенный для установки в вертикальной опорной стойке ветродвигателя, и закрепленные на валу вращения кронштейны, на каждом из которых жестко закреплена вращающая лопасть крыловидного профиля (патент RU 2136960, МПК F 03 D 7/06 [2]. В устройстве-прототипе каждый кронштейн (названный в [2] траверсой) снабжен полукрылом, выполняющим функцию тормозного щитка, и жестко закрепленной на концевой части полукрыла дополнительной лопастью уменьшенных размеров, выполняющей функцию датчика угловой скорости. Для этого полукрыло установлено с возможностью поворота относительно оси кронштейна, который выполнен полым и снабжен торсионом, концы которого закреплены в корневых частях кронштейна и полукрыла.Known as a prototype orthogonal rotor of a wind turbine is known, comprising a rotation shaft intended for installation in a vertical support stand of the wind turbine and brackets fixed to the rotation shaft, on each of which a wing-shaped rotary blade is rigidly fixed (patent RU 2136960, IPC F 03
Благодаря жесткой связи основной лопасти с кронштейном она может быть выполнена увеличенных размеров и без использования вспомогательных подшипниковых узлов закреплена на валу вращения ротора дополнительными кронштейнами, профилированными оттяжками или другими конструктивными элементами, неподвижными относительно вала вращения. Уменьшенные размеры дополнительной лопасти снижают требования к торсиону, что соответственно уменьшает его размеры, массу и стоимость.Due to the rigid connection of the main blade with the bracket, it can be made oversized and without the use of auxiliary bearing units mounted on the shaft of rotation of the rotor with additional brackets, profiled guy wires or other structural elements, stationary relative to the shaft of rotation. The reduced dimensions of the additional blade reduce the requirements for the torsion bar, which accordingly reduces its size, weight and cost.
Недостаток прототипа - дополнительные аэродинамические потери и снижение КПД в режиме номинальной частоты вращения.The disadvantage of the prototype is additional aerodynamic losses and reduced efficiency in the nominal speed mode.
Это обусловлено тем, что выполняющая в роторе-прототипе функцию датчика угловой скорости дополнительная лопасть закреплена вместе с полукрылом с внешней стороны основной вращающей лопасти и поэтому затеняет ее от ветра, уменьшая тянущую силу. Это уменьшение тянущей силы основной вращающей лопасти не компенсируется полностью тянущей силой дополнительной лопасти.This is due to the fact that the additional blade performing the function of the angular velocity sensor in the rotor prototype is fixed together with the wing on the outside of the main rotating blade and therefore obscures it from the wind, reducing the pulling force. This decrease in the pulling force of the main rotary blade is not compensated by the fully pulling force of the additional blade.
Еще одна причина дополнительных аэродинамических потерь, общая для устройств [1] и [2], состоит в том, что тормозной щиток начинает поворачиваться и выходит из горизонтального положения, соответствующего минимуму аэродинамических потерь, преждевременно - еще до достижения ротором номинальной частоты вращения.Another reason for additional aerodynamic losses, common to devices [1] and [2], is that the brake flap begins to rotate and leaves the horizontal position corresponding to the minimum aerodynamic losses, prematurely - even before the rotor reaches its rated speed.
Задача изобретения - улучшение аэродинамики, повышение КПД, надежности ограничения частоты вращения ротора и точности поддержания ее номинального значения.The objective of the invention is to improve aerodynamics, increase efficiency, reliability of limiting the rotor speed and accuracy of maintaining its nominal value.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Предметом изобретения является ортогональный ротор ветродвигателя, содержащий вал вращения, предназначенный для установки, по меньшей мере, в одной опоре ветродвигателя, и, по меньшей мере, один закрепленный на валу вращения и снабженный тормозным щитком кронштейн, на котором параллельно валу вращения жестко закреплена вращающая лопасть крыловидного профиля, при этом тормозной щиток через блок кинематической связи соединен с датчиком угловой скорости и через упругий элемент связан с элементом конструкции ротора, неподвижным относительно вала вращения.The subject of the invention is an orthogonal rotor of a wind turbine, comprising a rotation shaft, intended for installation in at least one support of the wind turbine, and at least one bracket fixed to the rotation shaft and provided with a brake flap, on which a rotating blade is rigidly fixed parallel to the rotation shaft wing-shaped profile, while the brake flap through the kinematic connection unit is connected to the angular velocity sensor and through an elastic element is connected to the rotor design element, motionless no rotation of the shaft.
Эта совокупность признаков позволяет улучшить аэродинамику и КПД ротора.This set of features can improve the aerodynamics and efficiency of the rotor.
Изобретение имеет развития.The invention has a development.
Одно из них состоит в том, что датчик угловой скорости установлен с отклонением его оси от плоскости тормозного щитка на 70-90 градусов, а упругий элемент предварительно напряжен дополнительно введенным ограничителем перемещения.One of them is that the angular velocity sensor is installed with a deviation of its axis from the plane of the brake flap by 70-90 degrees, and the elastic element is pre-stressed by an additionally introduced displacement limiter.
Это позволяет повысить точность поддержания номинального значения частоты вращения и надежность ее ограничения допустимой величиной при сохранении улучшенных аэродинамических качеств и КПД ротора.This improves the accuracy of maintaining the nominal value of the rotational speed and the reliability of its limitation by an acceptable value while maintaining the improved aerodynamic qualities and rotor efficiency.
Другое развитие изобретения состоит в том, что блок кинематической связи может быть выполнен в виде вала поворота или в виде мультипликатора, на тихоходном валу которого размещается датчик угловой скорости, а на быстроходном - тормозной щиток. При этом мультипликатор может быть выполнен либо на основе зубчатой (цилиндрической или конической) или цепной передачи, либо на основе рычажно-шарнирного механизма. Использование мультипликатора в качестве блока кинематической связи позволяет дополнительно повысить эффективность стабилизации номинальной частоты вращения вала, а возможность выбора модификаций мультипликатора позволяет оптимизировать конструкторскую компоновку элементов ротора в частных случаях его исполнения. Предпочтительный коэффициент передачи мультипликатора лежит в пределах от 2-х до 5-ти.Another development of the invention is that the kinematic communication unit can be made in the form of a rotation shaft or in the form of a multiplier, on a slow-moving shaft of which an angular velocity sensor is located, and on a high-speed one - a brake flap. In this case, the multiplier can be made either on the basis of a gear (cylindrical or bevel) or chain transmission, or on the basis of a lever-hinge mechanism. Using the multiplier as a kinematic communication unit can further improve the stabilization efficiency of the nominal shaft speed, and the choice of multiplier modifications allows you to optimize the design layout of the rotor elements in particular cases of its execution. The preferred transmission coefficient of the multiplier is in the range from 2 to 5.
Для частного случая реализации ротора с двумя и более кронштейнами дальнейшее развитие изобретения предусматривает возможность осуществления кинематической связи между всеми тормозными щитками ротора с помощью общего элемента (например, конической шестерни), введенного в блок кинематической связи.For a special case of the implementation of the rotor with two or more brackets, the further development of the invention provides for the possibility of kinematic communication between all the brake flaps of the rotor using a common element (for example, a bevel gear) introduced into the kinematic communication unit.
Это позволяет обеспечить лучшую сбалансированность ротора в процессе его торможения щитками.This allows for better balance of the rotor during braking by the shields.
Другие развития изобретения предусматривают различные исполнения упругого элемента:Other development of the invention include various versions of the elastic element:
- в виде одного торсиона, размещенного в полости блока кинематической связи;- in the form of one torsion placed in the cavity of the kinematic communication unit;
- в виде пружины кручения, охватывающей вал блока кинематической связи;- in the form of a torsion spring, covering the shaft of the kinematic communication unit;
- комбинированным - в виде одного торсиона и кинематически связанной с ним пружины кручения;- combined - in the form of one torsion bar and torsion kinematically connected with it;
а также различные варианты размещения датчика угловой скорости:as well as various options for placing the angular velocity sensor:
- на кронштейне;- on the bracket;
- в полости, выполненной во вращающей лопасти;- in a cavity made in a rotating blade;
- в полой ступице, выполненной на валу вращения.- in a hollow hub made on a shaft of rotation.
Эти развития позволяют оптимизировать конструкцию ротора в частных случаях его реализации.These developments allow optimizing the design of the rotor in particular cases of its implementation.
Еще одно развитие изобретения предусматривает двухконсольное выполнение кронштейна с размещением тормозного щитка на основной консоли кронштейна, а датчика угловой скорости - на его дополнительной укороченной консоли.Another development of the invention provides for two-console implementation of the bracket with the brake flap on the main console of the bracket, and the angular velocity sensor on its additional shortened console.
Такая модификация конструкции ротора позволяет использовать в качестве упругого элемента торсион с большим отношением длины к диаметру, что снижает касательные напряжения, возникающие в торсионе при его закручивании.This modification of the rotor design allows the use of a torsion with a large ratio of length to diameter as an elastic element, which reduces the shear stresses that arise in the torsion when it is twisted.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1-4 иллюстрируют пример осуществления изобретения (с учетом его развития) в трехлопастном роторе. На фиг.1 и 2 представлен пример выполнения ротора с двухконсольными кронштейнами, на фиг.3 и 4 - с одноконсольными. На фиг.1, 3 представлен общий вид ротора, установленного в опорную стойку ветродвигателя, на фиг.2, 4 - его вид в плане. На фиг.5, иллюстрирующей пример размещения датчика на одноконсольном кронштейне, представлен поперечный разрез кронштейна в плоскости, проходящей через ось датчика. Фиг.6 иллюстрирует пример выполнения мультипликатора с размещением его в ступице вала вращения. Фиг.7 и 8 иллюстрируют усиление крепления лопастей дополнительно установленными оттяжками.Figure 1-4 illustrate an example embodiment of the invention (taking into account its development) in a three-blade rotor. Figure 1 and 2 shows an example of a rotor with two-console brackets, figure 3 and 4 with single-console. In Fig.1, 3 presents a General view of the rotor installed in the support rack of the wind turbine, Fig.2, 4 - its view in plan. Figure 5, illustrating an example of the placement of the sensor on a single-console bracket, presents a transverse section of the bracket in a plane passing through the axis of the sensor. 6 illustrates an example of a multiplier with its placement in the hub of the rotation shaft. 7 and 8 illustrate the reinforcement of the mounting of the blades with additionally installed guy wires.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На фиг.1-4 показаны:Figure 1-4 shows:
1 - опора ветродвигателя;1 - support of a wind turbine;
2 - вал вращения ротора, установленный в опору 1;2 - shaft of rotation of the rotor installed in the support 1;
3 - ступица, выполненная на валу 2;3 - the hub made on the
4 - кронштейны, закрепленные на ступице 3 (см. фиг.3, 4);4 - brackets mounted on the hub 3 (see Fig.3, 4);
5 - вращающие лопасти крыловидного профиля, установленные на кронштейнах 4;5 - rotating wing-shaped blades mounted on
6 - тормозные щитки, которыми снабжены кронштейны 4;6 - brake flaps, which are equipped with
7 - валы поворота, представляющие собой частный случай выполнения блока кинематической связи;7 - rotation shafts, representing a special case of the execution of the kinematic communication unit;
8 - датчики угловой скорости ротора, каждый из которых соединен валом 7 с тормозным щитком 6;8 - rotor angular velocity sensors, each of which is connected by a
9 - основная консоль кронштейна (см. фиг.1 и 2);9 - the main bracket bracket (see figures 1 and 2);
10 - дополнительная укороченная консоль кронштейна (см. фиг.1 и 2);10 - additional shortened bracket bracket (see figures 1 and 2);
11 - упругие элементы, выполненные в виде торсионов;11 - elastic elements made in the form of torsions;
12 - ограничители углового перемещения.12 - limiters of angular displacement.
Представленный на фиг.1-4 пример реализации изобретения относится к ротору с валом 2, предназначенным для вертикальной установки в одной опоре 1 ветродвигателя. В местах с преобладающим или постоянным направлением ветра (например, в ущельях) изобретение может быть реализовано (при очевидном изменении фигур) с валом 2, предназначенным для горизонтальной установки в двух опорах 1.Presented in figures 1-4, an example implementation of the invention relates to a rotor with a
На фиг.1 и 2 представлен пример выполнения ротора с двухконсольными кронштейнами 4, когда тормозные щитки 6 размещены на периферийном конце основных консолей 9 кронштейна 4 за лопастями 5, а датчики 8 - на дополнительных укороченных консолях 10, установленных с противоположной стороны ступицы 3.Figures 1 and 2 show an example of a rotor with two-
На фиг.3 и 4 показан пример выполнения ротора с одноконсольными кронштейнами, когда тормозные щитки 6 также размещены на периферии кронштейнов, а датчики 8 размещены в полости ступицы 3.Figures 3 and 4 show an example of a rotor with single-console brackets, when the brake flaps 6 are also located on the periphery of the brackets, and the
Показанные на фиг.1- 4 ступица 3, кронштейны 4 и щитки 6 выполнены полыми. В полости каждого кронштейна 4, отверстии, выполненном в лопасти 5, и в полости ступицы 3 расположен вал 7.Shown in figures 1 to 4, the
Кронштейны 4 или его консоли 9 и 10 (в случае двухконсольного исполнения) выполнены в виде трубы, закрытой обтекателем.The
На фиг.1 - 4 показан наиболее простой вариант выполнения кинематической связи между щитком 6 и датчиком 8 - они жестко закреплены на общем валу 7. При этом датчик 8 установлен перпендикулярно валу 7, а щиток 6 так, что в его плоскости лежит ось вала 7.Figure 1 - 4 shows the simplest embodiment of the kinematic connection between the
В примере, показанном на фиг.1 и 2, датчики 8 выполнены в виде коротких лопастей крыловидного профиля, установленных на дополнительной укороченной консоли 10, на фиг.3 и 4 показан пример выполнения датчиков в виде стержней, размещенных в полой ступице 3. На фиг.6 показан случай выполнения датчика 8 в виде гантели.In the example shown in FIGS. 1 and 2, the
Показанные на фиг.1 и 2 валы 7 перекрещиваются внутри ступицы 3. Поэтому они выполнены со смещением по вертикали друг относительно друга на величину, немного превышающую диаметр этих валов.
Каждый вал 7 выполнен в виде трубы круглого сечения, внутри которой помещен торсион (длинный тонкий стержень) 11, выполняющий функцию упругого элемента. Один (поворотный) конец торсиона 11 прикреплен к щитку 6 (см. узел А на фиг.1), а другой (фиксированный) - к элементу конструкции ротора, неподвижному относительно вала 2. В примере, показанном на фиг.1, 2, фиксированный конец торсиона крепится к консоли 10, а на фиг.3. 4 - к крепежному элементу 13 (см. узел А на фиг.3), установленному в полости ступицы 3. Крепление конца торсиона 11 к консоли 10 обеспечивается также с помощью соответствующего крепежного элемента (на фигурах не показан), который размещается в прорезях, выполненных в стенках полого вала 7.Each
Другой возможный вариант размещения датчика 8 при одноконсольном выполнении кронштейна (не требующий выполнения полой ступицы на валу 2) иллюстрирует фиг.5, на которой датчик 8 размещен на участке вала 7, проходящем внутри кронштейна 4. Как показано на фиг.5 в стенке кронштейна 4, выполненного в виде трубы, закрытой обтекателем, имеются прорези 14 для размещения датчика 8, в исходном состоянии упирающегося в ограничитель 12.Another possible option for the placement of the
Возможен также вариант размещения датчика 8 в полости, выполненной в лопасти 5, не показанной на фигурах.It is also possible placement of the
В примерах выполнения ротора, представленных на фиг.1-4, щиток 6 размещен за лопастью 5. Возможен также, например, вариант размещения щитка 6 с внутренней стороны лопасти 5, примененный в [1].In the examples of the rotor shown in figures 1-4, the
Как видно на фиг.2 (вид по стрелке С) и на фиг.5, датчик 8 установлен на валу 7 с небольшим наклоном в α0 градусов относительно вертикальной оси (α0 не превышает 20°). Щиток 6 в исходном состоянии занимает горизонтальное положение, и, следовательно, угол между плоскостью щитка 6 и осью датчика 8, установленными на валу 7, составляет (90 - α0) градусов. При этом упругий элемент 11 с помощью ограничителя 12 углового перемещения предварительно напряжен так, чтобы угол его закручивания также составлял α0 градусов.As can be seen in figure 2 (view along arrow C) and figure 5, the
Блок кинематической связи может быть выполнен в виде мультипликатора. На фиг.6 в качестве примера показан мультипликатор, имеющий тихоходный вал 15, быстроходный вал 16 и преобразователь угловых перемещений в виде цилиндрических шестерней 17 и 18, насаженных на эти валы. Валы 15 и 16 установлены в подшипниковых опорах 19. На валу 15 закреплен датчик 8, а на валу 16 - щиток 6, который на фиг.6 не показан. Упругий элемент, выполненный в виде торсиона 11, размещен в полости вала 16. Неподвижный конец торсиона 11, как и на фиг.3 (узел А), закреплен элементом 13, а другой (подвижный) конец закреплен в полости щитка 6 так, как показано на фиг.1 (узел А). Возможна также установка второго торсиона внутри полого вала 15.The kinematic communication unit can be made in the form of a multiplier. Figure 6 shows, by way of example, a multiplier having a low-
Упругий элемент 11 может быть выполнен в виде пружины любого типа с соответствующими приспособлениями, например, в виде одной или более пружин кручения, охватывающих валы блока кинематической связи (вал 7 на фиг.1-4 или валы 15 и 16, показанные на фиг.6). При этом один из концов пружины кручения крепится к соответствующему валу, а другой - к какому-либо конструктивному элементу ротора, неподвижному относительно вала 2.The
Возможно также использование комбинированного упругого элемента в виде торсиона и кинематически связанной с ним пружины кручения. При этом, например, в валу 15 размещен торсион, а вал 16 охвачен пружиной кручения. В другом случае в каждом из валов 15 и 16 может быть размещен торсион и каждый из валов охвачен пружиной кручения.It is also possible to use a combined elastic element in the form of a torsion bar and a torsion spring kinematically connected with it. In this case, for example, a torsion bar is placed in the
Возможность использования упругих элементов различного вида позволяет оптимизировать конструкцию ротора в частных случаях его реализации.The possibility of using elastic elements of various types allows optimizing the design of the rotor in particular cases of its implementation.
Преобразователь угловых перемещений мультипликатора может быть также выполнен на основе рычажно-шарнирного механизма, конической зубчатой или цепной передачи.The converter of angular movements of the multiplier can also be made on the basis of a lever-articulated mechanism, a bevel gear or chain transmission.
Показанный на фиг.6 преобразователь угловых перемещений вместе с датчиком 8 размещен в ступице 3. Возможны другие варианты их размещения - в полостях кронштейна 4 или лопастей 5.Shown in Fig.6, the angular displacement transducer together with the
Использование мультипликатора в качестве блока кинематической связи позволяет дополнительно повысить эффективность стабилизации номинальной частоты вращения вала 2 за счет увеличения угла поворота щитка 6 по сравнению с углом поворота датчика 8.The use of the multiplier as a kinematic communication unit can further improve the stabilization efficiency of the nominal speed of the
Использование различных вариантов мультипликатора вместо вала поворота позволяет расширить конструктивные возможности компоновки дополнительных консолей 10 с датчиками 8 по отношению к основным консолям 9 (размещение консолей 9 и 10 под углом друг к другу или друг под другом).The use of various options of the multiplier instead of the rotation shaft allows you to expand the design capabilities of the layout of
В блок кинематической связи может быть введен общий элемент, например коническая шестерня, связывающий все тормозные щитки.A common element can be introduced into the kinematic communication unit, for example, a bevel gear connecting all the brake flaps.
Это позволяет обеспечить более точную центральную симметрию элементов ротора при отклонении тормозных щитков 6 от исходного положения и тем самым улучшить сбалансированность ротора в процессе торможения.This allows for more accurate central symmetry of the rotor elements when the brake flaps 6 deviate from the initial position and thereby improve the balance of the rotor during braking.
При увеличении размеров лопастей 5 их крепление может быть усилено с помощью дополнительно установленных кронштейнов и/или оттяжек обтекаемой формы. На фиг.7 и 8 показан пример выполнения ротора с усилением крепления лопастей 5 оттяжками 20, которые соединяют дополнительные элементы ступицы (стойку 21 и юбку 22) с лопастями 5.With the increase in the size of the
Ротор, установленный в опорную стойку 1 ветродвигателя, работает следующим образом.The rotor installed in the support rack 1 of the wind turbine operates as follows.
В исходном положении (при отсутствии ветра) ротор неподвижен, а щиток 6 установлен в плоскости, перпендикулярной валу 2. При этом аэродинамическое сопротивление щитка 6 минимально, а ось датчика 8, кинематически связанного со щитком 6, наклонена относительно вертикального вала 2 на угол α0 градусов. Щиток 6 и датчик 8 удерживаются в этом положении с помощью ограничителя 12 и упругого элемента 11, например торсиона, угол предварительного закручивания которого составляет также α0 градусов.In the initial position (in the absence of wind), the rotor is stationary, and the
В диапазоне рабочих скоростей ветра, начиная с некоторого минимального значения, и отсутствии нагрузки на валу 2 ротор самозапускается - лопасти 5 начинают вращать вал 2, постепенно ускоряя свое движение под действием ветра. Возможен также и принудительный запуск и разгон ротора. Более подробно принцип действия ортогональных роторов описан, например, в статье: Историк Б.Л., Шполянский Ю.Б. Исследование верикальной ветроэнергетической установки с аэродинамическим регулированием. /Энергетическое строительство/ 1991, №3, с.37-39.In the range of operating wind speeds, starting from a certain minimum value, and when there is no load on the
Когда частота вращения ротора превысит определенную величину (линейная скорость кругового движения лопасти 5 при этом в несколько раз превышает скорость ветра), подключается нагрузка, например, в виде потребителя электроэнергии, вырабатываемой генератором, установленным на валу 2. При этом возможна работа нагруженного ротора с переменной или постоянной частотой вращения. В обоих случаях, однако, частота вращения ротора не должна превышать некоторой номинальной величины np, после которой центробежные силы, действующие на ротор, могут представлять опасность. Пока частота вращения ротора меньше np, предварительно напряженный упругий элемент 11 не позволяет щитку 6 и датчику 8, жестко соединенным между собой через блок кинематической связи, выйти из начального положения, заданного ограничителем 12.When the rotor speed exceeds a certain value (the linear speed of the circular motion of the
Если по какой-либо причине (повышение скорости ветра, снижение нагрузки на валу 2, например, из-за аварийного отключения потребителя) частота вращения ротора превысит номинальную, щиток 6 должен обеспечить аэродинамическое торможение ротора.If for any reason (increase in wind speed, decrease in load on
Это осуществляется следующим образом.This is as follows.
Под действием возросших центробежных сил, действующих на датчик 8, выполненный, например, в виде массивного стержня, преодолевает момент закручивания упругого элемента 11, отрывается от ограничителя 12 и поворачивается на угол α. При этом выходит из начального положения и поворачивается щиток 6, связанный с датчиком 8 через блок кинематической связи (на фиг.1-4 это вал 7).Under the action of increased centrifugal forces acting on the
Угол β поворота щитка равен k·α, где k - коэффициент мультипликации блока кинематической связи (для ротора на фиг.1-4 коэффициент k=1).The angle β of rotation of the shield is k · α, where k is the multiplication coefficient of the kinematic coupling unit (for the rotor in Figs. 1-4, the coefficient k = 1).
С увеличением угла поворота щитка возрастает аэродинамическое сопротивление ротора и рост частоты его вращения прекращается.With an increase in the angle of rotation of the shield, the aerodynamic resistance of the rotor increases and the frequency of its rotation stops.
С устранением причин, вызвавших превышение частоты вращения ротора над np, упругий элемент 11 возвращает датчик 8 и тормозной щиток 6 в исходное состояние.With the elimination of the reasons that caused the excess rotor speed above n p , the
Как показали расчеты, подтвержденные экспериментально, вращающий момент, развиваемый датчиком 8, не зависит от его удаления от оси вала 2, а определяется величиной (α0+α) угла наклона и угловой скоростью вращения ротора. Поэтому перемещение датчика из периферийной области ротора, где он установлен в прототипе, в центральную область не вызывает снижения момента, передаваемого от датчика 8 щитку 6. Однако при этом устраняется затенение датчиком вращающей лопасти, уменьшаются потери, вносимые аэродинамическим сопротивлением самого датчика и, следовательно, увеличивается КПД ветродвигателя.As shown by the calculations, confirmed experimentally, the torque developed by the
Установка датчика с отклонением его оси от плоскости тормозного щитка 6 на угол (90-α0) градусов позволяет при горизонтальном исходном положении щитка 6 получить начальный наклон датчика относительно оси вала 2, равный α0 градусов. Этот начальный наклон при наличии соответствующего предварительного напряжения упругого элемента позволяет обеспечить своевременное отклонение тормозного щитка 6 при превышении частотой вращения номинального значения nр.The installation of the sensor with the deviation of its axis from the plane of the
Выполнение блока кинематической связи в виде мультипликатора дает возможность выбрать оптимальное соответствие между углом (α0+α) наклона датчика 8 и углом β отклонения щитка 6. Это позволяет обеспечить эффективное торможение ротора при меньшем превышении частоты его вращения над nр, а также при меньшей площади тормозных щитков 6. Уменьшение площади тормозных щитков позволяет снизить аэродинамические потери на них до начала торможения.The implementation of the kinematic communication unit in the form of a multiplier makes it possible to choose the optimal correspondence between the angle (α 0 + α) of the inclination of the
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003131820/06A RU2251023C1 (en) | 2003-10-30 | 2003-10-30 | Windmill orthogonal rotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003131820/06A RU2251023C1 (en) | 2003-10-30 | 2003-10-30 | Windmill orthogonal rotor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2251023C1 true RU2251023C1 (en) | 2005-04-27 |
Family
ID=35635957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003131820/06A RU2251023C1 (en) | 2003-10-30 | 2003-10-30 | Windmill orthogonal rotor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2251023C1 (en) |
-
2003
- 2003-10-30 RU RU2003131820/06A patent/RU2251023C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5704464B2 (en) | Wind turbine with compensated motor torque | |
US7400055B2 (en) | Wind turbine generator | |
CA2608425C (en) | Vertical axis wind turbines | |
Riziotis et al. | Aeroelastic stability of wind turbines: the problem, the methods and the issues | |
EP2466121A2 (en) | Wind turbine, aerodynamic assembly for use in a wind turbine, and method for assembling thereof | |
MXPA04003945A (en) | Rotor with extendable blades and control criteria therefor. | |
NZ203146A (en) | Wind-generator with horizontal rotor axis and auxiliary vanes to control pitch/speed | |
CN1161728A (en) | Multi-unit rotor blade system integrated wind turbine | |
US20170198678A1 (en) | Dual rotor wind power assembly (variants) | |
KR20070116107A (en) | Tension wheel in a rotor system for wind and water turbines | |
PT1604109E (en) | Wind turbine | |
US4808074A (en) | Vertical axis wind turbines | |
JP2013534592A (en) | Vertical axis windmill | |
WO2011131923A1 (en) | System and method for a vertical axis wind turbine | |
CN113217272B (en) | Lift-drag composite vertical axis wind turbine for wind-solar integrated power generation system | |
EP2840256B1 (en) | Wind turbine blade | |
US10036262B2 (en) | Turbomachine impellor rotor with device for feathering the blades of the impellor | |
RU2251023C1 (en) | Windmill orthogonal rotor | |
GB2461753A (en) | Bracing Arrangement for Large Horizontal-Axis Wind-Turbine | |
RU2460901C1 (en) | Air propeller of wind-driven power plant with blades of variable geometry | |
JP3435540B2 (en) | Wind power generator | |
US10208733B2 (en) | Tandem tip-joined rotor blade and hub coupling for passive pitch angle control | |
CN110030157A (en) | Automatic pitch-controlled system | |
RU2351798C1 (en) | Wind-driver power plant | |
CN112703313B (en) | Hinged wind turbine blade with defined angle in flap direction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131031 |