RU2407916C1 - Wind-driven power plant - Google Patents
Wind-driven power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407916C1 RU2407916C1 RU2009114207/06A RU2009114207A RU2407916C1 RU 2407916 C1 RU2407916 C1 RU 2407916C1 RU 2009114207/06 A RU2009114207/06 A RU 2009114207/06A RU 2009114207 A RU2009114207 A RU 2009114207A RU 2407916 C1 RU2407916 C1 RU 2407916C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ribs
- wind
- shaft
- horizontal
- hydraulic pump
- 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
-
- 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
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области возобновляющихся источников энергии, а именно к ветроэнергетическим установкам.The invention relates to the field of renewable energy sources, namely to wind power plants.
Известен ветродвигатель с вертикальным валом и плоскими лопастями, ориентация которых меняется в зависимости от направления ветра [Алиев А.С., Челябов И.М., Чумаков С.А. Устройство для преобразования энергии текучей среды. Патент RU №4897566, F03D 3/00, 1990 г.].Known wind turbine with a vertical shaft and flat blades, the orientation of which varies depending on the direction of the wind [Aliev A.S., Chelyabov I.M., Chumakov S.A. Device for converting fluid energy. Patent RU No. 4897566,
Для изменения ориентации лопастей используется диск с профильной поверхностью, кинематически связанный с флюгером. Лопасти имеют горизонтальные оси вращения, в корневой части которых установлены катки, которые взаимодействуют с профильной поверхностью диска и изменяют ориентацию лопастей. Лопасти, которые создают положительный момент вращения на вертикальном выходном валу, ориентируются перпендикулярно ветру. Остальные лопасти принимают горизонтальное положение и не препятствуют вращению ветроколеса.To change the orientation of the blades, a disk with a profile surface kinematically connected with a weather vane is used. The blades have horizontal axes of rotation, in the root part of which there are rollers that interact with the profile surface of the disk and change the orientation of the blades. The blades, which create a positive moment of rotation on the vertical output shaft, are oriented perpendicular to the wind. The remaining blades take a horizontal position and do not interfere with the rotation of the wind wheel.
Известный ветродвигатель имеет сложную конструкцию, и в нем не предусмотрена синхронизация скорости вращения выходного вала при изменении скорости ветра.The known wind turbine has a complex structure, and it does not provide for synchronization of the rotation speed of the output shaft when the wind speed changes.
Известен также ветродвигатель [Алиев А.С. Ветродвигатель. Патент RU №4915384, F03D 3/00, 1993 г.], в котором предусмотрена синхронизация скорости вращения выходного вала, который может быть указан в качестве прототипа данного технического решения.Also known is a wind turbine [Aliev A.S. Wind turbine. Patent RU No. 4915384,
В прототипе высота профильного диска меняется в зависимости от скорости ветра и регулирует эффективную площадь лопасти. Чем больше скорость ветра, тем меньше эффективная площадь лопастей. При этом лопасти устанавливаются под углом к горизонтальной плоскости.In the prototype, the height of the profile disk changes depending on the wind speed and regulates the effective area of the blade. The higher the wind speed, the smaller the effective area of the blades. In this case, the blades are installed at an angle to the horizontal plane.
Недостатком прототипа является сложность конструкции ветродвигателя, связанная со сложностью конструкции узла взаимодействия флюгера с профильным диском и изменением эффективной площади лопастей.The disadvantage of the prototype is the complexity of the design of the wind turbine associated with the complexity of the design of the site of interaction of the wind vane with the profile disk and the change in the effective area of the blades.
Технической задачей данного изобретения является упрощение конструкции ветродвигателя.An object of the present invention is to simplify the design of a wind turbine.
Данная техническая задача решается путем разработки принципиально новой конструкции ветроэнергетической установки, которая содержит ветроколесо с вертикальным валом, нижний конец которого снабжен конической парой шестерен, ведомая из которых установлена на входном валу мультипликатора, сообщенного с гидронасосом, выход которого подключен к гидромотору, приводящему во вращение электрогенератор, при этом ветроколесо выполнено в виде жесткого каркаса, образованного из N-го количества веерообразных горизонтальных ребер, установленных эквидистантно в N-е количество ярусов, периферийные концы ребер соединены друг с другом соответствующими вертикальными ребрами, а на каждом горизонтальном ребре, кроме нижнего яруса, шарнирно установлены плоские лопасти с возможностью свободного поворота на 90 градусов и прижатия к соответствующим нижним горизонтальным ребрам. На валу гидронасоса установлены маховик и ступица обгонной муфты, обойма которой взаимодействует с выходным валом мультипликатора. Кроме того, горизонтальные ребра выполнены полыми и наполовину заполнены жидкостью.This technical problem is solved by developing a fundamentally new design of a wind power installation, which contains a wind wheel with a vertical shaft, the lower end of which is equipped with a conical pair of gears, the driven one of which is mounted on the input shaft of the multiplier connected to the hydraulic pump, the output of which is connected to a hydraulic motor that drives the electric generator into rotation , while the wind wheel is made in the form of a rigid frame formed from the N-th number of fan-shaped horizontal ribs installed equidistant in the Nth number of tiers, the peripheral ends of the ribs are connected to each other by corresponding vertical ribs, and on each horizontal rib, except for the lower tier, flat blades are pivotally mounted with the possibility of free rotation by 90 degrees and pressing against the corresponding lower horizontal ribs. A flywheel and a hub of the overrunning clutch are installed on the hydraulic pump shaft, the cage of which interacts with the output shaft of the multiplier. In addition, the horizontal ribs are hollow and half filled with liquid.
На фиг.1 представлен вид сбоку на конструкцию ветроэнергетической установки, где:Figure 1 presents a side view of the design of a wind power installation, where:
1 - упорная втулка;1 - thrust sleeve;
2 - ось вращения;2 - axis of rotation;
3 - вертикальный вал;3 - vertical shaft;
4 - горизонтальные ребра;4 - horizontal ribs;
5 - вертикальные ребра;5 - vertical ribs;
6 - шарниры;6 - hinges;
7 - лопасти левые;7 - left blades;
8 - лопасти правые;8 - right blades;
9 - ведущая и ведомая конические шестерни;9 - leading and driven bevel gears;
10 - мультипликатор;10 - multiplier;
11 - маховик;11 - flywheel;
12 - гидронасос;12 - hydraulic pump;
13 - гидромотор;13 - hydraulic motor;
14 - электрогенератор;14 - electric generator;
15 - подставка.15 - stand.
На фиг.2 представлен вид сверху на конструкцию ветроколеса, где позиции 2-8 те же, что на фиг.1.Figure 2 presents a top view of the design of the wind wheel, where positions 2-8 are the same as in figure 1.
Принцип работы ветроэнергетической установки заключается в следующем.The principle of operation of a wind power installation is as follows.
Ветроэнергетическая установка состоит из ветроколеса, вращающегося вокруг вертикальной оси 2, установленной на опорной втулке 1. Каркас ветроколеса состоит из вертикальной стойки 3, к которой через равные промежутки веерообразно приварены N-e количество горизонтальных ребер 4. В данной конструкции N=6 (см. фиг.2). Периферийные концы горизонтальных ребер связаны друг с другом вертикальными ребрами 5. Горизонтальные ребра 4 установлены по одной вертикали в N-e количество ярусов. На фиг.2 количество ярусов равно четырем. Таким образом, неподвижно связанные со стойкой 3 горизонтальные 4 и вертикальные 5 ребра образуют жесткий каркас ветроколеса, подобный "беличьему колесу". Ветроколесо установлено на вертикальной оси 2 с возможностью свободного вращения. Это возможно обеспечить с помощью радиально-упорных подшипников, установленных на оси вращения 2.The wind power installation consists of a wind wheel rotating around a
К каждому горизонтальному ребру 4, кроме нижнего яруса, на шарнирах 6 подвешены плоские прямоугольные лопасти 7 и 8. Лопасти должны иметь возможность свободного поворота на 90 градусов вокруг соответствующих горизонтальных ребер. Лопасти должны быть достаточно легкими, чтобы под воздействием ветра на правой половине их траектории вращения принимали горизонтальное положение. При таком положении лопасти не создают отрицательный момент при их движении против ветра (см. фиг.2). На левой половине траектории движения лопасти 7 опускаются вниз и прижимаются к соответствующим нижним горизонтальным ребрам. Вертикально ориентированные левые лопасти 7 под воздействием ветра создают положительный момент вращения вала 3 ветроколеса. Этот момент равенTo each
M=S×P×R×cosα.M = S × P × R × cosα.
Где: Р - сила давления ветра, S - площадь лопасти, R - расстояние от центра лопасти до оси вращения ветроколеса, α - угол между направлением ветра и рычагом R (прямая, соединяющая центр лопасти с осью вращения), α меняется от 0 до 180 градусов. Средний момент за полупериод вращения лопасти равенWhere: P is the wind pressure force, S is the area of the blade, R is the distance from the center of the blade to the axis of rotation of the wind wheel, α is the angle between the direction of the wind and the lever R (the straight line connecting the center of the blade to the axis of rotation), α varies from 0 to 180 degrees. The average moment for a half-period of rotation of the blade is
M=0.6×S×P×R.M = 0.6 × S × P × R.
В отличие от прототипа в данной конструкции отпадает необходимость во флюгере. Граница раздела активного и пассивного участков траектории движения лопасти в данной конструкции автоматически меняется при изменении направления ветра.Unlike the prototype, this design eliminates the need for a weather vane. The interface between the active and passive sections of the trajectory of the blade in this design automatically changes when the wind direction changes.
Вертикальный вал 3 каркаса ветроколеса является выходным валом ветроэнергетической установки. На нижнем конце вала неподвижно установлена ведущая коническая шестерня 9. Ведомая коническая шестерня 10 установлена на входном валу мультипликатора 11, которая повышает скорость вращения вала до номинальной скорости вращения гидронасоса 13. Для повышения синхронности на выходном валу мультипликатора 11 может быть установлен маховик 12. Выходной вал мультипликатора соединен с валом гидронасоса 13. Выход гидронасоса подключен к гидромотору 14, который приводит во вращение электрогенератор 15. Мультипликатор, гидронасос, гидромотор и электрогенератор установлены на подставке 16. Для увеличения выходной мощности установки можно параллельно включить N-e количество ветроэнергетических установок, каждый модуль которых выполнен по конструкции, представленной на фиг.1 и 2. Выходы гидронасосов подключаются к единой гидромагистрали, излишнее давление в которой вытравливается. К стабилизированному давлению масла подключается гидромотор 14, который приводит во вращение электрогенератор 15. Они должны быть рассчитаны на суммарную мощность ветроэнергетической установки.The
Для синхронизации скорости вращения ветроколеса горизонтальные ребра должны быть полыми. Полости горизонтальных ребер заполняются наполовину жидкостью, например водой, или круглыми шариками из стекла или металла.To synchronize the rotational speed of the wind wheel, the horizontal ribs must be hollow. The cavities of the horizontal ribs are half filled with liquid, for example water, or round balls of glass or metal.
При увеличении скорости вращения ветроколеса под воздействием центробежных сил жидкость или шарики перемещаются к периферии. Это приводит к перемещению центра масс заполняемой среды и увеличению радиуса вращения, что способствует снижению скорости вращения.With an increase in the speed of rotation of the wind wheel under the influence of centrifugal forces, the liquid or balls move to the periphery. This leads to a displacement of the center of mass of the medium being filled and an increase in the radius of rotation, which helps to reduce the rotation speed.
Синхронизация скорости вращения ветроколеса основана на законе сохранения момента импульсаThe synchronization of the rotational speed of the wind wheel is based on the law of conservation of angular momentum
Jω=constJω = const
J0×ω0=J1×ω1, где J - момент инерции, равный ½ mR2, где ω - угловая скорость вращения ветроколеса.J 0 × ω 0 = J 1 × ω 1 , where J is the moment of inertia equal to ½ mR 2 , where ω is the angular velocity of rotation of the wind wheel.
При повышении скорости вращения ветроколеса под воздействием центробежных сил жидкость или шарики перемещаются к периферии. Это приводит к увеличению радиуса вращения К и, следовательно, к увеличению момента инерции J1. В соответствии с законом сохранения момента импульса увеличение J1 приводит к увеличению угловой скорости вращения ветроколеса ω1. Таким образом происходит синхронизация скорости вращения ветроэнергетической установки.When the rotational speed of the wind wheel increases under the influence of centrifugal forces, the liquid or balls move to the periphery. This leads to an increase in the radius of rotation K and, therefore, to an increase in the moment of inertia J 1 . In accordance with the law of conservation of angular momentum, an increase in J 1 leads to an increase in the angular velocity of rotation of the wind wheel ω 1 . Thus, the rotation speed of the wind power installation is synchronized.
Конструкция ветроэнергетической установки позволяет использовать ее и для преобразования энергии реки, а также энергии потока газа и нефти в магистральных газопроводах и нефтепроводах в электрическую энергию. Для установки в реке позиции 3-8 должны быть погружены в реку. А позиции 9-16 должны быть в надводном положении. Для этого установка должна быть установлена на понтонах, обеспечивающих ее положительную плавучесть, или она должна быть подвешена над рекой.The design of the wind power installation allows it to be used to convert the energy of the river, as well as the energy of the gas and oil flow in gas pipelines and oil pipelines into electrical energy. For installation in a river, positions 3–8 must be submerged in the river. And positions 9-16 should be in the water position. To do this, the installation must be installed on pontoons, ensuring its positive buoyancy, or it must be suspended above the river.
При использовании установки в магистральных газопроводах и нефтепроводах позиции 3-8 должны быть установлены внутри герметичной камеры, через которую пропускается ответвленный поток газа или нефти. Вал 3 пропускается наружу через сальник. Позиции 9-16 устанавливаются вне магистральной трубы.When using the installation in main gas pipelines and oil pipelines, positions 3-8 should be installed inside a sealed chamber through which a branched gas or oil flow is passed.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009114207/06A RU2407916C1 (en) | 2009-04-14 | 2009-04-14 | Wind-driven power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009114207/06A RU2407916C1 (en) | 2009-04-14 | 2009-04-14 | Wind-driven power plant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009114207A RU2009114207A (en) | 2010-10-20 |
RU2407916C1 true RU2407916C1 (en) | 2010-12-27 |
Family
ID=44023745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009114207/06A RU2407916C1 (en) | 2009-04-14 | 2009-04-14 | Wind-driven power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2407916C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502892C1 (en) * | 2012-12-14 | 2013-12-27 | Владимир Степанович Григорчук | Wind-driven power plant |
RU2502891C2 (en) * | 2011-11-08 | 2013-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Power plant |
-
2009
- 2009-04-14 RU RU2009114207/06A patent/RU2407916C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502891C2 (en) * | 2011-11-08 | 2013-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Power plant |
RU2502892C1 (en) * | 2012-12-14 | 2013-12-27 | Владимир Степанович Григорчук | Wind-driven power plant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009114207A (en) | 2010-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6257617B2 (en) | Vertical axis wind turbine and water turbine with flow control | |
US8698331B2 (en) | Bidirectional axial flow turbine with self-pivoting blades for use in wave energy converter | |
US20100278647A1 (en) | Fluid turbine | |
JP3187842U (en) | Kinetic energy production equipment | |
WO2009068950A2 (en) | Cross fluid-flow axis turbine | |
CN104329205A (en) | Water flow power generating device | |
CN204226095U (en) | A kind of stream generating device | |
WO2013086876A1 (en) | Hydraulic power generation apparatus without dam | |
KR20110058998A (en) | Tide generator having multi-winges type | |
CN103291527A (en) | Hydraulic electrogenerating device with vertical shafts | |
CN108468614A (en) | A kind of double turbine tidal current energy generating equipments of NEW ADAPTIVE tidal range | |
RU2407916C1 (en) | Wind-driven power plant | |
RU2508467C2 (en) | Submersible monoblock microhydro power plant | |
CN208486974U (en) | A kind of double turbine tidal current energy generating equipments of NEW ADAPTIVE tidal range | |
KR101348610B1 (en) | Wind turbine | |
CN102996347A (en) | Side-moment vane fluid energy generator | |
KR20110094833A (en) | Hybrid method of wave power gererator with water collector and wind power generator with wind collector and sun photocell generator | |
KR101763802B1 (en) | Hybrid wind wave power plant | |
JP6923223B2 (en) | Reciprocating hydroelectric power generation mechanism with lift function | |
CN204895822U (en) | Straight wing propeller of infinitely variable speed diversion vertical axis | |
KR20140142500A (en) | Turbine and power generating apparatus having the same | |
JPWO2018235220A1 (en) | Sail device | |
RU2210000C1 (en) | Rotary windmill | |
RU2409762C2 (en) | Wind-driven power device | |
WO2016030910A4 (en) | Water kinetic energy driven hydro turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170415 |