RU2415296C2

RU2415296C2 - Wind-driven power unit

Info

Publication number: RU2415296C2
Application number: RU2009120779/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Гаврилович Петько (RU); Виктор Гаврилович Петько; Максим Борисович Фомин (RU); Максим Борисович Фомин
Priority date: 2009-06-01
Filing date: 2009-06-01
Publication date: 2011-03-27
Also published as: RU2009120779A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: wind-driven power unit includes wind wheel with horizontal rotation axis rigidly connected to the post having the possibility of windward orientation by being turned about vertical axis, and roller fixed on outlet shaft of wind-driven power unit, which forms together with the wind wheel rim the friction couple with mutual pressure force proportional to value of the moment developed with windwheel. In addition, it is equipped with two rollers offset along the windwheel rim in relation to the roller to both sides through 120°; at that, all the three rollers contact with end surface of the rim, which is located on downwind side, and their axes are rigidly connected to the post. Mutual pressure of contact surfaces is performed with front pressure of wind owing to giving to windwheel the possibility of being offset along its axis.

EFFECT: improving reliability of wind-driven unit owing to simplifying kinematic diagram.

2 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветроэнергетических агрегатов, в которых механическая энергия снимается с обода ветроколеса.The invention relates to wind energy and relates to wind power units in which mechanical energy is removed from the rim of a wind wheel.

Известен ветродвигатель, где сложный и многоступенчатый редуктор заменен устройством, содержащим установленное на башне и закрепленное на горизонтальной оси ветроколесо с ободом, каретку с колесами, взаимодействующими с внутренней поверхностью обода, и закрепленный на площадке каретки генератор, на валу которого установлен ролик, контактирующий с наружной поверхностью обода ветроколеса (а.с. №1307080, кл. F03D 1/06, 1987).A wind turbine is known, where a complex and multi-stage gearbox is replaced by a device containing a wind wheel with a rim mounted on a tower and mounted on a horizontal axis, a carriage with wheels interacting with the inner surface of the rim, and a generator mounted on the carriage platform, on the shaft of which there is a roller in contact with the external the surface of the rim of the wind wheel (AS No. 1307080, class F03D 1/06, 1987).

Недостаток таких ветродвигателей заключается в том, что ролик прижат к ободу ветроколеса с постоянной силой, соответствующей максимальной передаваемой мощности. Это приводит к излишним износу ролика и потерям энергии на трение при малых скоростях ветра и, следовательно, уменьшенной снимаемой с обода мощности.The disadvantage of such wind turbines is that the roller is pressed against the rim of the wind wheel with a constant force corresponding to the maximum transmitted power. This leads to excessive roller wear and friction energy loss at low wind speeds and, consequently, reduced power removed from the rim.

От этого недостатка свободна ветроэлектрическая станция, принятая за прототип, содержащая закрепленное на горизонтальной оси ветроколесо с ободом, каретку с электрогенератором, приводной вал которого снабжен роликом, контактирующим с поверхностью обода ветроколеса, при этом каретка связана с неподвижным основанием, шарнирно обеспечивая возможность перемещения ролика относительно обода ветроколеса в направлении контактирующих поверхностей (а.с. №2269027, F03D 1/01. 2004).The wind power station, adopted for the prototype, containing a wind wheel with a rim mounted on a horizontal axis, a carriage with an electric generator, the drive shaft of which is equipped with a roller in contact with the surface of the rim of the wind wheel, is free from this drawback, while the carriage is connected to a fixed base, pivotally allowing the roller to move relative to the rim of the wind wheel in the direction of the contacting surfaces (AS No. 2269027, F03D 1/01. 2004).

Недостаток такой конструкции ветроэлектрической станции заключается в необходимости динамического и статического уравновешивания, расположенного на каретке генератора, и сложности кинематики. Это снижает надежность ветроэлектрической станции.The disadvantage of this design of the wind farm is the need for dynamic and static balancing located on the carriage of the generator, and the complexity of the kinematics. This reduces the reliability of the wind farm.

Задача изобретения - повышение надежности ветроагрегата за счет упрощения кинематической схемы.The objective of the invention is to increase the reliability of the wind turbine by simplifying the kinematic scheme.

В ветроэнергетическом агрегате, содержащем ветроколесо с горизонтальной осью вращения, жестко связанной со стойкой, имеющей возможность ориентации на ветер путем поворота вокруг вертикальной оси, закрепленный на выходном валу ветроэнергетического агрегата ролик, образующий с ободом ветроколеса фрикционную пару с силой взаимного прижатия, пропорциональной величине развиваемого ветроколесом момента, технический результат достигается за счет того, что ветроагрегат дополнительно снабжен двумя роликами, смещенными по ободу ветроколеса по отношению к имеющемуся ролику в ту и другую стороны на 120°, причем все три ролика контактируют с торцевой поверхностью обода, расположенной с подветренной стороны, а их оси неподвижно связаны со стойкой, а взаимное прижатие контактирующих поверхностей осуществляется лобовым давлением ветра за счет придания ветроколесу возможности смещения вдоль его оси.In a wind power unit containing a wind wheel with a horizontal axis of rotation, rigidly connected with the stand, which can be oriented towards the wind by turning around a vertical axis, a roller fixed to the output shaft of the wind power unit, forming a friction couple with the wind wheel rim with mutual pressing force proportional to the magnitude of the developed wind wheel moment, the technical result is achieved due to the fact that the wind turbine is additionally equipped with two rollers offset along the rim of the wind wheels in relation to the existing roller in both directions by 120 °, and all three rollers are in contact with the end surface of the rim located on the leeward side, and their axes are motionlessly connected with the rack, and the mutual pressing of the contacting surfaces is carried out by the frontal wind pressure by imparting a wind wheel the possibility of displacement along its axis.

На чертежах (фиг.1, 2) схематично показан пример выполнения заявляемого ветроэнергетического агрегата, который содержит закрепленное на горизонтальной оси ветроколесо с ободом 1 и лопастями 2, три ролика 3, связанные с валами электрогенераторов 4, закрепленных на стойке 5. Ветроколесо агрегата имеет возможность смещения по оси в направлении сближения контактирующих поверхностей ролика и обода под действием пружины 6, усилие которой рассчитано на обеспечение контакта ролика и обода колеса при небольшом ветре или полном его отсутствии.The drawings (Fig.1, 2) schematically shows an example of the inventive wind power unit, which contains a wind wheel mounted on a horizontal axis with a rim 1 and blades 2, three rollers 3, connected with the shafts of electric generators 4, mounted on a rack 5. The wind wheel of the unit has the ability displacement along the axis in the direction of contact of the contacting surfaces of the roller and the rim under the action of the spring 6, the force of which is designed to ensure contact of the roller and the rim of the wheel with little wind or its complete absence.

Работает ветроэнергетический агрегат следующим образом.The wind power unit operates as follows.

При усилении ветра усиливается и сила лобового давления, оказываемого на лопасти 2 ветроколеса воздушным потоком. Эта сила не воспринимается осью ветроколеса ввиду ее подвижного с ветроколесом соединения, а равномерно распределяется между тремя точками контакта обода 1 ветроколеса и роликами 3. Чем сильнее поток ветра, тем сильнее взаимное прижатие контактирующих поверхностей и тем, следовательно, больше сила трения, обеспечивающая передачу увеличенного в такой же степени вращающего момента с обода ветроколеса на валы генераторов 4.When the wind is amplified, the force of the frontal pressure exerted on the blades 2 of the wind wheel increases by the air flow. This force is not perceived by the axis of the wind wheel due to its connection with the wind wheel, but is evenly distributed between the three points of contact of the rim 1 of the wind wheel and the rollers 3. The stronger the wind flow, the stronger the mutual pressing of the contacting surfaces and, therefore, the greater the friction force, providing increased transmission to the same degree of torque from the rim of the wind wheel to the shafts of the generators 4.

Таким образом, при всех скоростях ветра обеспечивается достаточное, но не излишнее, для надежной передачи вращающего момента давление обода на ролики, что обуславливает работу ветроэнергетического агрегата без дополнительных потерь энергии на трение и продлевает срок службы контактирующей фрикционной поверхности ролика. Кроме того, использование дополнительных двух роликов, смещенных друг по отношению к другу и к имеющемуся ролику на треть обода ветроколеса, повышает его устойчивость в плоскости вращения, равномерно распределяет нагрузку на ролики, и в три раза снижает нагрузку на фрикционную пару при передаче вращающего момента. Упрощается кинематика и, как следствие, динамические нагрузки при повышенных скоростях вращения ветроколеса. Все это в конечном итоге повышает надежность ветроэнергетического агрегата.Thus, at all wind speeds, the rim pressure on the rollers is sufficient, but not excessive, for reliable torque transmission, which determines the operation of the wind power unit without additional friction energy losses and extends the life of the contacting friction surface of the roller. In addition, the use of two additional rollers displaced relative to each other and to the existing roller by one third of the rim of the wind wheel increases its stability in the plane of rotation, evenly distributes the load on the rollers, and reduces the load on the friction pair when transmitting torque. The kinematics and, as a consequence, the dynamic loads at higher speeds of rotation of the wind wheel are simplified. All this ultimately increases the reliability of the wind power unit.

Claims

A wind power unit containing a wind wheel with a horizontal axis of rotation, rigidly connected with the stand, which can be oriented towards the wind by turning around a vertical axis, mounted on the output shaft of the wind power unit, forming a friction couple with the wind wheel rim with mutual pressing force proportional to the moment developed by the wind wheel characterized in that the wind turbine is additionally equipped with two rollers offset along the rim of the wind wheel with respect to the existing roller in both directions by 120 °, and all three rollers are in contact with the end surface of the rim located on the leeward side, and their axes are fixedly connected to the stand, and the mutual pressing of the contacting surfaces is carried out by the frontal pressure of the wind due to giving the wind wheel the possibility of displacement along its axis .