RU2366828C1

RU2366828C1 - Windmill

Info

Publication number: RU2366828C1
Application number: RU2008110775/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2009-09-10

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to designs of plants designed to convert airflow energy onto electric power. Proposed windmill comprises aerodynamic drive and electric generator and incorporates additional, second electric generator. Birotary electric generators represent cylindrical housing with inner and outer rotors, installed inside and outside the housing. The said rotors are coupled by reduction gear that allows opposite rotation of aforesaid rotors. Aerodynamic drive represents flat blades fitted radially on outer rotor external surfaces of both generators. Note that the latter are accommodated inside cylindrical casings that share common inlet and outlet branch pipes. Note also that generator inner spaces are sealed and filled with liquid lubricant.

EFFECT: increased power output, reduced overall sizes.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего воздушного потока в электрическую энергию.The invention relates to structures of installations for converting the energy of the incident air flow into electrical energy.

Известна ветровая энергетическая установка по патенту РФ на изобретение №226973, содержащая диффузор, ветроколесо и генератор, при этом диффузор имеет форму флюгер-балки.Known wind power installation according to the patent of the Russian Federation for invention No. 226973, containing a diffuser, a wind wheel and a generator, while the diffuser has the shape of a vane beam.

Недостатки: очень большие габариты и металлоемкость конструкции.Disadvantages: very large dimensions and metal structure.

Известен ветрогенератор по патенту РФ на изобретение №2168062, прототип. Этот ветрогенератор содержит генератор и аэродинамический привод, выполненный в виде одного воздушного винта, соединенного с ротором генератора.Known wind generator according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2168062, prototype. This wind generator contains a generator and an aerodynamic drive made in the form of a single propeller connected to the rotor of the generator.

Недостатками изобретения являются ограниченная мощность, небольшой КПД преобразования энергии, большие габариты винтов и значительный уровень шума, создаваемого винтами при вращении.The disadvantages of the invention are limited power, low efficiency of energy conversion, large dimensions of the screws and a significant level of noise created by the screws during rotation.

Это является большим недостатком, т.к. статор необходимо разместить в неподвижном корпусе, предназначенном для крепления к опоре и вывода электрических проводов. Кроме того, ротор, статор и винты вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Если спроектировать высокоскоростной генератор, имеющий частоту вращения, например, 3000…10000 об/мин, то спроектировать винт диаметром более 1 м не удастся по соображениям прочности, из-за больших центробежных нагрузок.This is a big disadvantage because the stator must be placed in a fixed housing designed for mounting to a support and the output of electrical wires. In addition, the rotor, stator and screws rotate at the same angular speeds. If you design a high-speed generator having a speed of, for example, 3000 ... 10000 rpm, then you will not be able to design a screw with a diameter of more than 1 m due to strength considerations, due to large centrifugal loads.

Например, при n=10000 об/мин и диаметре воздушного винта D=1 м скорость вращения винта по периферии будетFor example, with n = 10,000 rpm and a propeller diameter D = 1 m, the rotational speed of the propeller on the periphery will be

,

т.е. почти в 2 раза превышает скорость звука и не допустима по условиям прочности.those. almost 2 times the speed of sound and is not permissible under conditions of strength.

Для промышленных ветрогенераторов для получения максимальной мощности необходимо иметь винты диаметром 50…100 м и более. В этом случае скорость вращения винтов не должна превышать 500 об/мин, т.е. необходима установка мультипликатора, повышающего частоту вращения роторов в 100…200 раз. Кроме того, предпочтительно статор генератора выполнить невращающимся.For industrial wind generators, to obtain maximum power, it is necessary to have screws with a diameter of 50 ... 100 m or more. In this case, the speed of rotation of the screws should not exceed 500 rpm, i.e. it is necessary to install a multiplier that increases the rotor speed by 100 ... 200 times. In addition, it is preferable to make the stator of the generator non-rotating.

Задача изобретения - увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности.The objective of the invention is to increase the efficiency of the installation while reducing its dimensions and at the same time increasing the power.

Решение указанных задач достигнуто в ветрогенераторе, содержащем электрогенератор и аэродинамический привод, отличающемся тем, что параллельно друг другу установлены два биротативных электрогенератора, содержащих цилиндрический корпус, внешний и внутренний роторы, расположенные снаружи и внутри корпуса и соединенные между собой посредством редуктора, обеспечивающего противоположное вращение роторов, а аэродинамический привод выполнен в виде радиально установленных на внешней поверхности внешних роторов обоих генераторов плоских лопаток, электрогенератор и аэродинамический привод размещены в цилиндрических кожухах, имеющих общие входной и выходной патрубки. Полости электрогенераторов герметизированы и заполнены смазочной жидкостью.The solution of these problems has been achieved in a wind generator containing an electric generator and an aerodynamic drive, characterized in that two birobative electric generators are installed parallel to each other, containing a cylindrical body, external and internal rotors located outside and inside the body and connected to each other by a gearbox providing opposite rotation of the rotors and the aerodynamic drive is made in the form of radially mounted on the outer surface of the outer rotors of both flat generators blades, an electric generator and an aerodynamic drive are placed in cylindrical casings having common inlet and outlet nozzles. The cavities of the electric generators are sealed and filled with lubricating fluid.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, i.e. all the criteria of the invention.

Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями, изобретательский уровень - достижением нового технического эффекта - повышением КПД установки на всех режимах ее работы.The novelty is confirmed by the patent research, the inventive step is achieved by the achievement of a new technical effect - by increasing the efficiency of the installation in all modes of its operation.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, гдеThe invention is illustrated in the drawings, where

на фиг.1 приведена схема альтернативного источника энергии;figure 1 shows a diagram of an alternative energy source;

на фиг.2 приведен вид А.figure 2 shows a view A.

Ветрогенератор (фиг.1) содержит два электрогенератора 1, установленные параллельно, и выполненные с ними заодно аэродинамические приводы 2, работающие от энергии воды. Оба электрогенератора 1 с аэродинамическими приводами 2 имеют одинаковую конструкцию и содержат цилиндрический корпус 3, внешний ротор 4 и внутренний ротор 5, установленные соответственно снаружи и внутри цилиндрического корпуса 3 концентрично ему. Электрогенератор 1 содержит обмотку возбуждения 6, выполненную внутри цилиндрического корпуса 3, внешние магниты 7 и внутренние магниты 8, установленные соответственно на внешнем и внутреннем роторах 4 и 5.The wind generator (figure 1) contains two electric generators 1 installed in parallel, and made with them at the same time aerodynamic drives 2, operating from the energy of the water. Both electric generators 1 with aerodynamic drives 2 are of the same design and contain a cylindrical body 3, an external rotor 4 and an internal rotor 5 mounted respectively outside and inside the cylindrical body 3 concentrically to it. The generator 1 includes an excitation winding 6, made inside the cylindrical body 3, external magnets 7 and internal magnets 8 mounted respectively on the outer and inner rotors 4 and 5.

Аэродинамический привод 2 (фиг.1) состоит из прямоугольных лопаток 9, установленных на вешней поверхности внешнего ротора 4 вдоль его оси.The aerodynamic drive 2 (figure 1) consists of rectangular blades 9 mounted on the outer surface of the outer rotor 4 along its axis.

Роторы 4 и 5 установлены на корпусе 3 на подшипниках 10 и уплотнены уплотнениями 11. Полости 12 и 13 генератора 1 заполнены смазывающей жидкостью.The rotors 4 and 5 are mounted on the housing 3 on bearings 10 and sealed with seals 11. The cavities 12 and 13 of the generator 1 are filled with a lubricating fluid.

Внутренний ротор 5 соединен с внешним ротором 4 через редуктор 14, который содержит ведомую шестерню 15, соединенную с внешним ротором 4, промежуточные шестерни 16, установленные на валу 17, и ведущие шестерни 18, соединенные через промежуточные шестерни 16 с внутренними роторами 5. Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты электрогенератора 1, увеличить его КПД и уменьшить диаметр установки в несколько раза. При этом мощность установки может быть увеличена за счет его осевых габаритов. К корпусу 3 электрогенератора 1 (фиг.1 и 2) присоединена опорная пластина 19 и опора 20, которая крепится на земной поверхности 21. Электрогенераторы 1 с приводами 2 заключены в цилиндрические кожуха 22, которые имеют общее входное устройство 23 и общее выходное устройство 24 (фиг.2). На торцах корпусов 3 установлены электрические разъемы 25, соединенные с обмотками возбуждения 6. Электрические разъемы 25 соединены между собой и к ним подведены провода 26.The inner rotor 5 is connected to the outer rotor 4 through a gearbox 14, which contains the driven gear 15 connected to the outer rotor 4, the intermediate gears 16 mounted on the shaft 17, and the drive gears 18 connected through the intermediate gears 16 to the internal rotors 5. The use of such scheme will reduce the diametrical dimensions of the generator 1, increase its efficiency and reduce the diameter of the installation several times. In this case, the power of the installation can be increased due to its axial dimensions. A support plate 19 and a support 20 are attached to the housing 3 of the electric generator 1 (FIGS. 1 and 2), which is mounted on the earth's surface 21. The electric generators 1 with the drives 2 are enclosed in a cylindrical casing 22, which have a common input device 23 and a common output device 24 ( figure 2). At the ends of the housings 3 there are electrical connectors 25 connected to the field windings 6. The electrical connectors 25 are interconnected and wires 26 are connected to them.

При эксплуатации установки ее устанавливают в районе постоянного движения воздушного потока. Поток воздуха проходит через общее входное устройство 23 и приводит в действие аэроодинамический привод 2 (фиг.1), воздействуя на прямоугольные лопасти 9.During operation of the installation, it is installed in the area of constant air flow. The air flow passes through a common input device 23 and drives an aerodynamic drive 2 (Fig. 1), acting on rectangular blades 9.

Внутренний ротор через редуктор 14 вращается в противоположную сторону. Это увеличит скорость изменения магнитного потока, проходящего через обмотки (обмотку) возбуждения 6 электрогенератора 1. Магнитное поле пересекает обмотки возбуждения 6 и в них возникает ЭДС. Вырабатываемая электрическая энергия поступает с обмоток возбуждения 6 к электрическим разъемам 25 и по электрическим проводам 26 к потребителям энергии (не показаны).The internal rotor through the gear 14 rotates in the opposite direction. This will increase the rate of change of the magnetic flux passing through the windings (winding) of the excitation 6 of the generator 1. The magnetic field crosses the excitation windings 6 and an EMF appears in them. The generated electrical energy comes from the field windings 6 to the electrical connectors 25 and through the electrical wires 26 to energy consumers (not shown).

Цилиндрические кожуха 22 предотвращают радиальный переток воздуха под действием центробежных сил, что увеличивает КПД установки.The cylindrical casing 22 prevents radial flow of air under the action of centrifugal forces, which increases the efficiency of the installation.

Применение изобретения позволит:The application of the invention will allow:

1. Обеспечить высокий КПД установки за счет применения биротативной схемы электрогенератора, т.е. вращения двух роторов в противоположные стороны.1. To ensure a high efficiency of the installation due to the use of a birotative circuit of an electric generator, i.e. rotation of two rotors in opposite directions.

2. Получить большую мощность за счет очень большой осевой длины устройства, при этом через него проходит максимальный расход воздуха. Большую мощность электрогенератора можно получить без увеличения его диаметральных габаритов и значительного увеличения веса и центробежных нагрузок. Применение двух параллельно расположенных электрогенераторов позволяет удвоить мощность и использовать общий редуктор.2. Get more power due to the very large axial length of the device, while the maximum air flow passes through it. A large power generator can be obtained without increasing its diametrical dimensions and a significant increase in weight and centrifugal loads. The use of two parallel generators allows you to double power and use a common gearbox.

3. Уменьшить диаметральные габариты электрогенератора за счет применения биротативной схемы.3. To reduce the diametrical dimensions of the electric generator through the use of a birotative scheme.

4. Упростить конструкцию устройства в целом за счет совмещения основных узлов - генератора и аэродродинамического привода, и уменьшения числа деталей.4. To simplify the design of the device as a whole by combining the main components - the generator and the aerodynamic drive, and reducing the number of parts.

Claims

1. A wind generator comprising an aerodynamic drive and an electric generator, characterized in that it is provided with a second electric generator installed in parallel, the electric generators are made biotative in the form of a cylindrical housing, external and internal rotors located outside and inside the housing and interconnected by means of a gearbox providing opposite rotation of the rotors and the aerodynamic drive is made in the form of the outer rotors of both electric generators radially mounted on the outer surface flat blades, while the electric generators are placed in cylindrical casings having common inlet and outlet nozzles.

2. The wind generator of claim 1, characterized in that the cavity of the electric generators are sealed and filled with lubricating fluid.