RU2383775C1

RU2383775C1 - Rotor-type windmill

Info

Publication number: RU2383775C1
Application number: RU2008125261/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Викторович Ерхов (RU); Михаил Викторович Ерхов; Дмитрий Семенович Стребков (RU); Дмитрий Семенович Стребков; Виктор Владимирович Таныгин (RU); Виктор Владимирович Таныгин
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-03-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering, particularly to designs of wind electric power plants that can be used for self-contained electric power supply. Proposed windmill comprises vane ring with curved vanes and rotor with curved blades, rotor shaft being coupled with electric generator shaft arranged displaced relative to rotor shaft. Proposed windmill consists of at least two modules, rotor blades in each module are arranged in three sections, 4 to 8 pieces in every section, spaced apart through 30°. Vane and blade concave surfaces are oriented in similar peripheral directions, while those in adjacent modules are oriented for modules to revolve in opposite directions. Modules are integrated in pairs by booster with bidirectional power drive with n (where n=1, 2, 3, 4) electric generators arranged symmetric about booster and connected to common control system.

EFFECT: higher wind energy utilisation factor, flexible control of electric power generation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к конструкциям ветроэлектрических установок, оси вращения роторов которых вертикальны и перпендикулярны направлению потока ветра, и может быть использовано для автономного электроснабжения.The invention relates to the electric power industry, in particular to the construction of wind power plants, the axis of rotation of the rotors of which are vertical and perpendicular to the direction of wind flow, and can be used for stand-alone power supply.

Известен ветродвигатель, турбина которого образована из N профилированных осесимметричных лопастей, соединенных верхней и нижней крышками, имеющими форму круга, и расположена внутри направляющей системы, образованной из K неподвижных осесимметричных направляющих створок закрепленных верхней и нижними крышками, причем каждая из лопастей ветровой турбины представляет собой часть боковой поверхности цилиндра с образующей, параллельной оси вращения ветровой турбины, поперечное сечение каждой из направляющих створок имеет профиль в виде синусоиды, при этом внешние и внутренние кромки лопастей ветровой турбины в сечении соответственно установлены по окружностям и ориентированы так, чтобы обеспечить плавное перетекание воздуха с направляющих створок на лопасти ветровой турбины, а направляющие створки расположены равномерно по окружности и своими осями установлены под углом к линиям ее радиусов так, чтобы обеспечить перетекание воздушного потока с одной лопасти на другую (см. RU 2168059 С2, кл. F03D 3/04, 25.05.2001).A wind turbine is known, the turbine of which is formed of N profiled axisymmetric blades connected by upper and lower covers in the form of a circle, and is located inside the guide system formed of K fixed axisymmetric guiding flaps fixed by the upper and lower covers, each of the blades of the wind turbine is a part the lateral surface of the cylinder with a generatrix parallel to the axis of rotation of the wind turbine, the cross section of each of the guide flaps has a profile in the form sinusoids, while the outer and inner edges of the blades of the wind turbine in cross section are respectively mounted around the circles and oriented so as to ensure smooth flow of air from the guide flaps to the blades of the wind turbine, and the guide flaps are evenly spaced around the circumference and their axes are set at an angle to its lines radii so as to ensure the flow of air from one blade to another (see RU 2168059 C2, cl. F03D 3/04, 05/25/2001).

Однако коэффициент использования энергии ветра в данном устройстве недостаточен, что является одним из главных недостатков известного устройства.However, the utilization of wind energy in this device is insufficient, which is one of the main disadvantages of the known device.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является роторная ветроэлектростанция, включающая направляющий аппарат с изогнутыми лопатками и ротор с изогнутыми лопастями, вал которого механически связан с валом электрогенератора, при этом лопасти ротора выполнены в форме аэродинамических крыльев, установленных с зазором относительно вала ротора, а лопатки направляющего аппарата также выполнены в форме аэродинамических крыльев, при этом лопатки и лопасти своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, а станция выполнена из по меньшей мере одного модуля, каждый из которых состоит из ротора и направляющего аппарата, при чем его лопатки установлены с углом входа потока ветра 40-60° и под углом 30-80° на выходе (см. RU 2215898 С1, кл. F03D 3/04, 11.12.2003).The closest technical solution to the claimed invention is a rotary wind power plant, including a guiding apparatus with curved blades and a rotor with curved blades, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of the generator, while the rotor blades are made in the form of aerodynamic wings installed with a gap relative to the rotor shaft, and the blades the guiding apparatus is also made in the form of aerodynamic wings, while the blades and blades are oriented in the opposite direction with their concave surfaces the circumferential directions, and the station is made of at least one module, each of which consists of a rotor and a guiding apparatus, and its blades are installed with an angle of inlet of a wind stream of 40-60 ° and at an angle of 30-80 ° at the exit (see RU 2215898 C1, CL F03D 3/04, 12/11/2003).

Обеспечиваемая известным устройством схема движения ветрового потока внутри устройства в определенной степени повышает эффективность использования энергии ветра, однако, при этом не в полной мере.Provided by the known device, the movement pattern of the wind flow inside the device to a certain extent increases the efficiency of use of wind energy, however, it is not fully utilized.

Однако в известном устройстве отсутствует механизм, обеспечивающий плавный прием ветровой нагрузки, либо ее ступенчатое регулирование, что отрицательно сказывается на моменте трогания и главном обеспечении гибкости выдачи мощности потребителю.However, in the known device there is no mechanism that provides smooth reception of the wind load, or its step regulation, which negatively affects the moment of starting and the main provision of the flexibility of power output to the consumer.

Задачей настоящего изобретения является повышение коэффициента использования энергии ветра, обеспечение гибкого управления приемом ветровой нагрузки и выдачи электроэнергии потребителю.The objective of the present invention is to increase the utilization of wind energy, providing flexible control of the reception of the wind load and the issuance of electricity to the consumer.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается коэффициент использования энергии ветра и обеспечивается гибкое управление процессом преобразования ветровой энергии в электрическую.As a result of using the present invention, the coefficient of utilization of wind energy is increased and flexible control of the process of converting wind energy into electrical energy is provided.

В роторной ветроустановке, включающей направляющий аппарат с изогнутыми лопатками и ротор с изогнутыми, установленными с зазором относительно вала ротора лопастями, вал которого механически связан с валом электрогенератора, указанный технический результат достигается тем, что ветроустановка выполнена, по меньшей мере, из двух модулей, в каждом модуле лопасти ротора расположены в трех секциях по 4-8 штук в каждой, со сдвигом относительно друг друга в 30°, при этом лопатки и лопасти своими вогнутыми поверхностями ориентированы в одинаковых окружных направлениях, а лопатки и лопасти в смежных модулях ориентированы для вращения модулей в противоположных направлениях и модули попарно объединены мультипликатором с двухсторонним силовым приводом с n (где n=1,2,3,4) электрическими генераторами, установленными симметрично вокруг мультипликатора и присоединенными к общей системе управления.In a rotary wind turbine, including a guiding apparatus with curved blades and a curved rotor installed with a gap relative to the rotor shaft of the blades, the shaft of which is mechanically connected with the shaft of the generator, this technical result is achieved by the fact that the wind turbine is made of at least two modules, in in each module, the rotor blades are located in three sections of 4-8 pieces each, with a shift of 30 ° relative to each other, while the blades and blades with their concave surfaces are oriented in the same circumferential directions, and the blades and blades in adjacent modules are oriented for rotation of the modules in opposite directions and the modules are paired by a multiplier with a double-sided power drive with n (where n = 1,2,3,4) electric generators mounted symmetrically around the multiplier and connected to general management system.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3,The invention is illustrated in FIG. 1, 2, 3,

где на фиг.1 показан общий вид ветроустановки в изометрической проекции;where in Fig.1 shows a General view of a wind turbine in isometric projection;

на фиг.2 представлен разрез секции верхнего модуля ветроустановки;figure 2 presents a sectional view of the upper module of the wind turbine;

на фиг.3 показан мультипликатор с двумя электрическими генераторами, соединенными с одной системой управления.figure 3 shows a multiplier with two electric generators connected to one control system.

Ветроустановка содержит направляющий аппарат с изогнутыми лопатками 1, изогнутые лопасти 2, вертикальные стержни 7, образующие с подшипниковым узлом каркас ветроустановки, ротор, образованный дисками 3 и лопастями 2, закрепленными на валу 4, мультипликатор 5 для передачи момента вращения на электрогенераторы 6. Электрогенераторы 6 соединены с общей системой управления 8.The wind turbine contains a guiding apparatus with curved blades 1, curved blades 2, vertical rods 7, forming a wind turbine frame with a bearing assembly, a rotor formed by discs 3 and blades 2 mounted on the shaft 4, a multiplier 5 for transmitting torque to electric generators 6. Electric generators 6 connected to a common control system 8.

Ветроустановка работает следующим образом.Wind turbine works as follows.

Поток ветра попадает на изогнутые лопатки 1, закрепленные на вертикальных стержнях 7, которые обеспечивают эффективный угол встречи с изогнутыми лопастями 2, закрепленными между дисками 3, где отдает свою кинетическую энергию и покидает объем ротора. Вращение ротора передается электрогенератору 6 посредством мультипликатора 5, диски которого жестко связаны с валами 4 верхнего и нижнего модулей. Система управления 8 управляет током возбуждения электрогенераторов 6, обеспечивая тем самым гибкое управление приемом ветровой нагрузки и выдачу электроэнергии потребителю.The wind flow enters the curved blades 1, mounted on the vertical rods 7, which provide an effective viewing angle with the curved blades 2, mounted between the disks 3, where it gives off its kinetic energy and leaves the volume of the rotor. The rotation of the rotor is transmitted to the generator 6 by means of a multiplier 5, the disks of which are rigidly connected to the shafts 4 of the upper and lower modules. The control system 8 controls the excitation current of the electric generators 6, thereby providing flexible control of the reception of the wind load and the generation of electricity to the consumer.

Лопасти двух секций модуля разнесены относительно друг друга на 30°, что обеспечивает оптимальное распределение ветрового потока, увеличивая при этом проницаемость ротора, что позволяет повысить эффективность использования ветра и снизить момент трогания.The blades of the two sections of the module are spaced apart by 30 ° relative to each other, which ensures optimal distribution of the wind flow, while increasing the permeability of the rotor, which allows to increase the efficiency of use of the wind and reduce the starting moment.

Вращение модулей в противоположных окружных направлениях позволяет использовать мультипликатор с двухсторонним силовым приводом, подключить несколько электрических генераторов с независимым возбуждением и регулируемой мощностью и использовать максимальную мощность ветрового потока, с регулированием мощности генераторов в зависимости от нагрузки, тем самым обеспечивая гибкое управление процессом. При этом могут быть использованы генераторы со скоростью вращения 750-1500 об/мин.Rotating the modules in opposite circumferential directions allows you to use a multiplier with a double-sided power drive, connect several electric generators with independent excitation and adjustable power and use the maximum power of the wind flow, with power control of the generators depending on the load, thereby providing flexible process control. In this case, generators with a rotation speed of 750-1500 rpm can be used.

Claims

A rotor wind turbine, comprising a guiding apparatus with curved blades and a rotor with curved blades, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of the electric generator, installed with a clearance relative to the rotor shaft, characterized in that the wind turbine is made of at least two modules, in each module of the rotor blade are located in three sections of 4-8 pieces each with a shift of 30 ° relative to each other, while the blades and blades with their concave surfaces are oriented in the same circumferential directions, and the blades and the blades in adjacent modules are oriented for rotation of the modules in opposite directions and the modules are paired by a multiplier with a double-sided power drive with n (where n = 1, 2, 3, 4) electric generators installed symmetrically around the multiplier and connected to a common control system.