RU2331793C1

RU2331793C1 - High output wind farm

Info

Publication number: RU2331793C1
Application number: RU2007100777/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Винокуров (RU); Владимир Алексеевич Винокуров
Original assignee: Владимир Алексеевич Винокуров
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-08-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: wind farm includes mast, tension wire system, wind wheel with vertical axis of rotation comprising blades and sails. Pan-and-tilt facility is mounted on mast, with its platform fixed and connected to mast. Movable part of the facility is connected with wind wheel. Mast includes vertical support and perpendicular stages of rigid radial elements with vertical tension wires attached to platform, diagonal and inclined tensions wires. Consoles are arranged on platform, tension wires being attached to console ends at an angle to horizontal surface. All blades are hooped in vertical and horizontal plane towards the side opposite to console tension wire inclination. Sails are installed on blades so that they can be automatically reeled off on the drums mounted on pan-and-tilt facility.

EFFECT: improvement of reliability due to mast and blades tension wire system.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к устройству ветроэлектростанций большой мощности с вертикальной осью вращения, с большим крутящим моментом и большими габаритами, может использоваться для обеспечения электроэнергией сети потребителей.The invention relates to wind energy, in particular to a device for large-scale wind power plants with a vertical axis of rotation, with a large torque and large dimensions, can be used to provide electricity to a network of consumers.

Известен ротор ветродвигателя по патенту РФ на изобретение №2006668, F03D 3/06, 1994, содержащий неподвижную вертикальную ось, установленный на ней полый вал с радиальными махами, на которых установлены поворотные лопасти. Для повышения мощности ветродвигателя и его надежности махи снабжены вертикальными стержнями, связанными при помощи горизонтальных и наклонных растяжек с полым валом. Недостатком является выполнение лопастей в виде конструкции с цельной поверхностью, установка их на махах, что приводит к повышению веса конструкции, снижению КПД и мощности.Known rotor of a wind turbine according to the patent of the Russian Federation for invention No. 20066668, F03D 3/06, 1994, containing a fixed vertical axis mounted on it a hollow shaft with radial arms, on which rotary blades are mounted. To increase the power of the wind turbine and its reliability, the wings are equipped with vertical rods connected by horizontal and inclined extensions with a hollow shaft. The disadvantage is the implementation of the blades in the form of a structure with a solid surface, installing them on the wings, which leads to an increase in the weight of the structure, lower efficiency and power.

Ветродвигатель с вертикальной осью вращения по а.с. СССР №1747745, F03D 7/06, 1992 содержит корпус и мачту, связанную с ним при помощи стяжных лент, мачта снабжена тремя растяжками и двумя фундаментными элементами. Недостатком является то, что данная конструкция рассчитана на ветроустановку с небольшими размерами и не может быть применена для ветроэлектростанций с большой рабочей поверхностью лопастей.Wind turbine with a vertical axis of rotation along the A.S. USSR No. 1747745, F03D 7/06, 1992 contains a hull and a mast connected with it using tie straps, the mast is equipped with three extensions and two foundation elements. The disadvantage is that this design is designed for a small-sized wind turbine and cannot be used for wind farms with a large working surface of the blades.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана ветроустановка по а.с. СССР №1657724, F03D 3/06, содержащая башню, вертикальный вал, лопасти на траверсах, основные растяжки, концы которых соединены с лопастями. Башня снабжена роликами, а вал - втулкой, соединенной с верхним концом вала. Сверху на втулке закреплена стойка. Верхний конец стойки соединен при помощи дополнительных растяжек с периферийными концами траверс, основные растяжки соединены с лопастями и прикреплены к втулке. Недостатком является невысокая надежность ветроустановки при больших ветровых нагрузках из-за неустойчивой конструкции башни и передачи крутящего момента через втулку на вал, находящийся внутри башни. Кроме того, несмотря на то, что основные растяжки передают ветровую нагрузку лопасти в вертикальной и фронтальной плоскостях, форма лопасти, ее размеры и данная система растяжек также не обеспечивают необходимую надежность лопасти для работы ветроэлектростанции высокой мощности.As the closest analogue to the claimed technical solution, a wind turbine according to a.s. USSR No. 1657724, F03D 3/06, containing a tower, a vertical shaft, blades on the traverse, the main extensions, the ends of which are connected to the blades. The tower is equipped with rollers, and the shaft with a sleeve connected to the upper end of the shaft. The rack is mounted on top of the sleeve. The upper end of the strut is connected by additional extensions to the peripheral ends of the traverse, the main extensions are connected to the blades and attached to the sleeve. The disadvantage is the low reliability of the wind turbine at high wind loads due to the unstable design of the tower and the transmission of torque through the sleeve to the shaft inside the tower. In addition, despite the fact that the main streamers transmit the wind load of the blade in the vertical and frontal planes, the shape of the blade, its dimensions and this system of stretch marks also do not provide the necessary reliability of the blade for operation of a high-power wind farm.

Технической задачей заявляемого технического решения является повышение надежности конструкции ветроэлектростанции высокой мощности при высоких ветровых нагрузках.The technical task of the proposed technical solution is to increase the reliability of the design of a high power wind farm at high wind loads.

Технический результат достигается тем, что в ветроэлектростанции высокой мощности, содержащей мачту, систему растяжек, ветровое колесо с вертикальной осью вращения, включающее лопасти, паруса, согласно изобретению, на мачте установлено опорно-поворотное устройство, платформа которого неподвижна и соединена с мачтой, подвижная часть соединена с ветровым колесом, мачта содержит вертикальную опору и перпендикулярные ей ярусы жестких радиальных элементов с вертикальными, закрепленными на платформе диагональными и наклонными растяжками, на платформе расположены консоли, к концам которых под углом к горизонтальной поверхности прикреплены растяжки консолей все лопасти выгнуты в горизонтальной и вертикальной плоскости в сторону, противоположную наклону растяжек консолей, паруса установлены на лопастях с возможностью автоматического сматывания их на барабаны, установленные на опорно-поворотном устройстве. Лопасть содержит продольные и поперечные жесткие элементы, между которыми натянута система растяжек, в центре лопасти, перпендикулярно ее поверхности, установлены жесткие элементы в виде стержней, концы которых соединены с продольными и поперечными элементами лопасти дополнительными растяжками.The technical result is achieved by the fact that in a high-power wind farm containing a mast, a system of extensions, a wind wheel with a vertical axis of rotation, including blades, sails, according to the invention, a rotary support device is installed on the mast, the platform of which is stationary and connected to the mast, the movable part connected to the wind wheel, the mast contains a vertical support and tiers of rigid radial elements perpendicular to it with vertical, diagonal and inclined stretch marks fixed to the platform, consoles are located on the platform, the ends of which are attached to the ends of the consoles; all blades are curved in the horizontal and vertical plane to the side opposite to the inclination of the extensions of the consoles; . The blade contains longitudinal and transverse rigid elements, between which a stretch system is stretched, in the center of the blade, perpendicular to its surface, rigid elements are installed in the form of rods, the ends of which are connected to the longitudinal and transverse elements of the blade by additional stretch marks.

Технический результат достигается за счет установки на мачте опорно-поворотного устройства, неподвижная платформа которого соединена с мачтой, а подвижная часть - с ветровым колесом, в результате чего снижаются динамические нагрузки, действующие на мачту, т.к. на нее не передается крутящий момент ветрового колеса. Выполнение мачты в виде вертикальной опоры с ярусами перпендикулярных ей жестких радиальных элементов, соединенных с диагональными, наклонными и вертикальными растяжками, закрепленными на неподвижной платформе и на опорной поверхности земли, увеличивает устойчивость мачты и прочность на изгиб, позволяя изготовить ее высотой более 100 м, необходимой для ветроэлектростанции большой мощности. Выполнение лопастей выгнутыми в горизонтальной и вертикальной плоскости увеличивает их прочность, повышая надежность конструкции. Закрепление на неподвижной платформе консолей, к концам которых прикреплены растяжки под углом к горизонтальной поверхности земли, направление наклона которого противоположно направлению выгнутостей лопастей, повышает устойчивость конструкции за счет противодействия ветровым нагрузкам силы реакции опоры. Возможность автоматического сматывания парусов с лопастей на барабаны, установленные на опорно-поворотном устройстве, в зависимости от силы и направления ветра так же повышает надежность конструкции. Возможность изменения площади рабочей поверхности парусов предотвращает воздействие высоких динамических нагрузок на элементы конструкции при ураганных ветрах. Выполнение лопастей с продольными и поперечными жесткими элементами, между которыми натянута система растяжек, состоящая из продольных, поперечных и диагональных растяжек, повышает прочность лопасти при значительном снижении ее веса. Это позволяет увеличить площадь лопастей без снижения надежности всей конструкции. Установка в центре лопасти, перпендикулярно ее поверхности жестких элементов в виде стержней, концы которых соединены с продольными и поперечными жесткими элементами лопасти дополнительными растяжками, повышает надежность работы ветроэлектростанции, предотвращая изгиб и поломку лопастей.The technical result is achieved by installing a rotary support device on the mast, the fixed platform of which is connected to the mast and the movable part to the wind wheel, as a result of which the dynamic loads acting on the mast are reduced, because the torque of the wind wheel is not transmitted to it. Making the mast in the form of a vertical support with tiers of rigid radial elements perpendicular to it, connected with diagonal, inclined and vertical extensions mounted on a fixed platform and on the supporting surface of the earth, increases the mast's stability and bending strength, allowing it to be made more than 100 m high, necessary for a large power wind farm. The execution of the blades curved in the horizontal and vertical plane increases their strength, increasing the reliability of the structure. Fixing consoles to a fixed platform, the ends of which are attached with extensions at an angle to the horizontal surface of the earth, the direction of which is opposite to the direction of the curved blades, increases the stability of the structure by counteracting the reaction forces from the wind loads. The ability to automatically wind the sails from the blades onto the drums mounted on the slewing ring, depending on the strength and direction of the wind, also increases the reliability of the structure. The ability to change the working surface area of the sails prevents the impact of high dynamic loads on structural elements in hurricane winds. The implementation of the blades with longitudinal and transverse rigid elements between which a stretch system is stretched, consisting of longitudinal, transverse and diagonal stretch marks, increases the strength of the blade with a significant reduction in its weight. This allows you to increase the area of the blades without compromising the reliability of the entire structure. The installation in the center of the blade, perpendicular to its surface, of rigid elements in the form of rods, the ends of which are connected with longitudinal and transverse rigid elements of the blade by additional extensions, increases the reliability of the wind farm, preventing bending and breakage of the blades.

На фигуре 1 представлен общий вид ветроэлектростанции высокой мощности.The figure 1 presents a General view of a wind power plant of high power.

На фигуре 2 представлен вид сверху ветроэлектростанции высокой мощности.The figure 2 presents a top view of a high power wind farm.

На фигуре 3 представлен разрез мачты ветроэлектростанции большой мощности.The figure 3 presents a section of the mast of a wind farm of high power.

Ветроэлектростанция состоит из мачты 1, опорно-поворотного устройства 2, ветрового колеса 3. Мачта 1 содержит вертикальную опорную стойку 4, жесткие радиальные элементы 5, вертикальные растяжки 6 мачты 1, диагональные растяжки 7 мачты 1, наклонные растяжки 8 мачты 1. Опорно-поворотное устройство 2 содержит платформу 9, подвижную часть 10, консоли 11. К консолям 11 прикреплены растяжки 12. Ветровое колесо 3, закрепленное на подвижной части 10 опорно-поворотного устройства 2 состоит из стойки 13, лопастей 14, парусов 15. Стойка 13 соединена растяжками с лопастями 14. Лопасть 14 содержит продольные жесткие элементы 16, поперечные жесткие элементы 17, продольные растяжки 18 лопасти 14, поперечные растяжки 19 лопасти 14, диагональные растяжки 20 лопасти 14, жесткие элементы в виде стержней 21, установленные перпендикулярно поверхности лопасти 14, с обеих сторон, к концам которых прикреплены дополнительные растяжки 22 лопасти 14.The wind farm consists of a mast 1, a rotary support device 2, a wind wheel 3. The mast 1 contains a vertical support column 4, rigid radial elements 5, vertical extensions 6 mast 1, diagonal extensions 7 mast 1, inclined extensions 8 mast 1. Turn-based device 2 comprises a platform 9, a movable part 10, consoles 11. Streamers 12 are attached to the consoles 11. A wind wheel 3 mounted on the movable part 10 of the pivoting device 2 consists of a strut 13, blades 14, sails 15. The strut 13 is connected by braces with lobes and 14. The blade 14 contains longitudinal rigid elements 16, transverse rigid elements 17, longitudinal extensions 18 of the blade 14, transverse extensions 19 of the blade 14, diagonal extensions 20 of the blade 14, rigid elements in the form of rods 21 mounted perpendicular to the surface of the blade 14, on both sides , to the ends of which are attached additional extensions 22 of the blade 14.

Ветроэлектростанция высокой мощности работает следующим образом.A high power wind farm operates as follows.

Ветровое колесо 3 вращается под воздействием силы ветра на поверхность парусов 15, установленных на лопастях 14. Крутящий момент ветрового колеса через зубчатое колесо опорно-поворотного устройства 2 передается на привод преобразователя электрической энергии. При этом продольные растяжки 18, поперечные растяжки 19, диагональные растяжки 20, продольные арматурные элементы 16 и поперечные арматурные элементы 17 лопасти 14 воспринимают фронтальные ветровые нагрузки, необходимые для вращения ветрового колеса. Дополнительные растяжки 22 лопасти 14, установленные на выносных арматурных элементах 21, компенсируют изгибающие моменты, действующие на лопасть 14. Вертикальные растяжки 6, диагональные растяжки 7, наклонные растяжки 8 мачты 1 компенсируют изгибающие моменты, действующие на ветроэлектростанцию, обеспечивая ее устойчивость при любой силе ветра. Площадь рабочей поверхности парусов 15, воспринимающих энергию ветрового потока, автоматически меняется в зависимости от силы ветра. Паруса 15 сматываются на барабаны (не показаны), установленные внутри подвижной части 10 опорно-поворотного устройства 2.The wind wheel 3 rotates under the influence of wind force on the surface of the sails 15 mounted on the blades 14. The torque of the wind wheel through the gear wheel of the slewing ring 2 is transmitted to the drive of the electric energy converter. In this case, longitudinal stretch marks 18, transverse stretch marks 19, diagonal stretch marks 20, longitudinal reinforcing elements 16 and transverse reinforcing elements 17 of the blade 14 perceive frontal wind loads necessary for rotation of the wind wheel. Additional extensions 22 of the blade 14 mounted on the remote reinforcing elements 21 compensate for bending moments acting on the blade 14. Vertical extensions 6, diagonal extensions 7, inclined extensions 8 of the mast 1 compensate for bending moments acting on the wind farm, ensuring its stability at any wind power . The surface area of the sails 15, perceiving the energy of the wind flow, automatically changes depending on the strength of the wind. Sails 15 are wound onto drums (not shown) installed inside the movable part 10 of the slewing gear 2.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность ветроэлектростанции высокой мощности за счет создания конструкции, способной работать без разрушения при высоких ветровых нагрузках, в том числе при ураганных ветрах.Thus, the invention improves the reliability of a high power wind farm by creating a structure capable of working without destruction at high wind loads, including hurricane winds.

Claims

1. A high-power wind farm containing a mast, a system of extensions, a wind wheel with a vertical axis of rotation, including blades, sails, characterized in that the mast is equipped with a rotary support device, the platform of which is stationary and connected to the mast, the movable part is connected to the wind wheel , the mast contains a vertical support and tiers of rigid radial elements perpendicular to it with vertical, diagonal and inclined extensions stretched to the platform, consoles are located on the platform, to the ends otorrhea at an angle to the horizontal surface stretching attached consoles, all the blades are curved in the horizontal and vertical plane in the direction opposite the inclination consoles stretch sails mounted on the blades to automatically rewind them on reels mounted on the rotary support.

2. A high-power wind farm according to claim 1, characterized in that the blade contains longitudinal and transverse rigid elements between which a stretch system is stretched, in the center of the blade, perpendicular to its surface, rigid elements are installed in the form of rods whose ends are connected with longitudinal and transverse rigid elements of the blade with additional stretch marks.