RU2426005C1

RU2426005C1 - Rotor-type windmill

Info

Publication number: RU2426005C1
Application number: RU2010113663/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Лещенко (RU); Евгений Николаевич Лещенко
Original assignee: Евгений Николаевич Лещенко
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-08-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed windmill comprises operating wheel fitted on vertical shaft made up of rotary vanes arranged between top and bottom rims. Said vanes are secured on supports coupled with the shaft, in its turn coupled with electric generator. Vanes are secured on rotary shafts in cantilever. Vanes shafts are fitted between top and bottom supports to run in plan bearings. Bottom thrust bearings incorporates ball thrust bearing. Width of rotary vane exceeds distance between axes of shafts that limit turn of vanes. Operating wheel hollow vertical shaft runs in rolling bearings. Axle is fixed on stationary base to make support for windmill.

EFFECT: reduced costs plus higher efficiency.

4 dwg

Description

Изобретение относится к ветротехнике, в частности к ветродвигателям с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра.The invention relates to wind engineering, in particular to wind turbines with an axis of rotation of the rotor perpendicular to the direction of the wind.

Изобретение позволяет производить строительство как небольших, так и крупных электростанций. Работает независимо от направления ветра. Механизмы наведения на ветер и другие устройства, связанные с изменением ветра, отсутствуют.The invention allows the construction of both small and large power plants. It works regardless of wind direction. There are no wind guidance mechanisms and other devices related to wind changes.

Известный карусельный ветродвигатель (см. Авторское свидетельство СССР №992799, М.Кл.3 F03D 3/00, опубл. 1983 г., Бюл. №4) имеет колесо со ступицей и закрепленными на ней махами, к концам которых шарнирно прикреплены подпружиненные профилированные лопасти. Недостаток ветроколеса этой установки заключается в том, что мощность, передаваемая на ступицу при вращении, развивается только при прохождении лопасти по одну сторону от оси вращения ступицы в направлении ветра, и поэтому ветроустановка имеет сравнительно низкий КПД.The well-known rotary wind turbine (see USSR author's certificate No. 992799, M. Cl. 3 F03D 3/00, publ. 1983, Bull. No. 4) has a wheel with a hub and flap mounted on it, to the ends of which spring-loaded profiled articulated the blades. The disadvantage of the wind wheel of this installation is that the power transmitted to the hub during rotation develops only when the blade passes on one side of the axis of rotation of the hub in the wind direction, and therefore the wind turbine has a relatively low efficiency.

В Авторском свидетельстве СССР №1622609, М.Кл.5 F03D 9/00, опубл. 1991 г., Бюл. №3 описан ветродвигатель, имеющий рабочие колеса нижнего и верхнего ярусов, включающие закрепленные на вертикальном валу держатели с упорами и размещенные между держателями лопасти, каждая из которых выполнена составной из аэродинамических профилей. Колеса вращаются в разные стороны, выполняя при этом функции роторного генератора. Этот ветродвигатель также имеет невысокий КПД, т.к. мощность ветрового потока передается через лопасти только с одной стороны оси вращения.In the USSR Author's Certificate No. 1622609, M. Cl. 5 F03D 9/00, publ. 1991, Bull. No. 3 describes a wind turbine having impellers of the lower and upper tiers, including holders mounted on a vertical shaft with stops and placed between the blade holders, each of which is made of aerodynamic profiles. The wheels rotate in different directions, while performing the functions of a rotary generator. This wind turbine also has a low efficiency, because the power of the wind flow is transmitted through the blades only on one side of the axis of rotation.

Ротор ветродвигателя, защищенный Авторским свидетельством СССР №992800, М.Кл.3 F03D 3/00, опубл. 1983 г., Бюл. №4, содержит установленные в опорах вертикальный вал, на концах которого прикреплены два стержневых каркаса, связанные между собой набором вертикальных стержней, и плоские лопасти, шарнирно закрепленные одной из своих сторон на стержнях, причем ротор снабжен кольцами, размещенными между торцевыми поверхностями лопастей по два стержня на каждом радиусе, причем стержни с шарнирно закрепленными лопастями укреплены на наружных кольцах, а разность радиусов каждого наружного и внутреннего кольца меньше ширины лопасти.The rotor of a wind turbine, protected by the USSR Copyright Certificate No. 992800, M. Cl. 3 F03D 3/00, publ. 1983, Bull. No. 4, contains a vertical shaft installed in the supports, at the ends of which two rod frames are attached, interconnected by a set of vertical rods, and flat blades pivotally attached to one of their sides on the rods, the rotor being provided with rings placed between the end surfaces of the blades in two the rod at each radius, and the rods with pivotally attached blades mounted on the outer rings, and the difference in the radii of each outer and inner ring is less than the width of the blade.

В описанной конструкции ротора ветродвигателя только половина лопастей взаимодействует с ветровым потоком, поэтому ветродвигатель с таким ротором имеет сравнительно низкий КПД.In the described design of the rotor of the wind turbine, only half of the blades interacts with the wind flow, therefore, a wind turbine with such a rotor has a relatively low efficiency.

Карусельный ветродвигатель, описанный в Авторском свидетельстве СССР №846777, М.Кл.3 F03D 3/00, опубл. 1981 г., Бюл. №26, содержит неподвижную ось, лопасти, установленные с возможностью независимого поворота на махах, храповые механизмы по числу лопастей, храповое колесо каждого из которых закреплено на оси и снабжено охватывающим кольцом, имеющим рычаг, соединенный при помощи тяги с лопастью. Недостаток этого ветродвигателя - низкая надежность и большая металлоемкость из-за наличия храповых механизмов и тяг.Carousel wind turbine described in USSR Author's Certificate No. 846777, M. Cl. 3 F03D 3/00, publ. 1981, Bull. No. 26, contains a fixed axis, blades mounted with the possibility of independent rotation on the max, ratchet mechanisms according to the number of blades, the ratchet wheel of each of which is fixed on the axis and is equipped with a female ring having a lever connected by a rod to the blade. The disadvantage of this wind turbine is its low reliability and high metal consumption due to the presence of ratchet mechanisms and rods.

Известно ветроколесо по Авторскому свидетельству СССР №1483081, F03D 3/02, Бюл. №20, которое содержит неподвижную ось, лопасти, установленные с возможностью независимого поворота на махах на 360 градусов, один флюгер и механизм, жестко связывающий все лопасти и обеспечивающий четкое положение лопасти от направления ветра и поворота рабочего колеса - обеспечивают максимальный КПД ветродвигателя.A wind wheel is known according to the Copyright Certificate of the USSR No. 1483081, F03D 3/02, Bull. No. 20, which contains a fixed axis, blades mounted with the possibility of independent rotation on a max 360 degree swing, one weather vane and a mechanism that rigidly connects all the blades and ensures a clear position of the blade from the direction of the wind and the rotation of the impeller - provide maximum wind turbine efficiency.

Недостаток этого ветродвигателя - сложная конструкция, ненадежность в работе и незащищенные элементы конструкции от воздействия окружающей среды.The disadvantage of this wind turbine is its complex design, unreliable operation and unprotected structural elements from environmental influences.

Известен ветродвигатель (RU, патент на изобретение №2380567 С2, F03D 3/00, опубликованный 2010 г., Бюл. №3) содержащий, установленное на вертикальном валу рабочее колесо, выполненное в виде размещенных между верхним и нижнем ободами поворотных лопастей, закрепленных на кронштейнах, связанных с валом, сочлененным с электрогенератором и механизмом управления лопастью, при этом каждая лопасть снабжена механизмом управления лопастью в виде флюгера и поворотного устройства, установленных на вертикальном валу соосно с лопастью, поворотное устройство состоит из дифференциала, один вал которого жестко связан с осью флюгера, второй вал жестко связан с ободом рабочего колеса, а корпус дифференциала жестко связан с осью повторной лопасти.Known wind turbine (RU, patent for the invention No. 2380567 C2, F03D 3/00, published in 2010, Bull. No. 3) containing an impeller mounted on a vertical shaft, made in the form of rotary blades mounted between the upper and lower rims mounted on brackets associated with the shaft coupled to the electric generator and the blade control mechanism, each blade equipped with a blade control mechanism in the form of a weather vane and a rotary device mounted on a vertical shaft coaxially with the blade, a rotary device with It is from a differential, one shaft of which is rigidly connected to the axis of the weather vane, the second shaft is rigidly connected to the rim of the impeller, and the differential case is rigidly connected to the axis of the re-blade.

К недостаткам данного ветродвигателя относятся сложности конструкции, низкий коэффициент полезного действия. Данный ветродвигатель принят в качестве ближайшего аналога.The disadvantages of this wind turbine include design complexity, low efficiency. This wind turbine is adopted as the closest analogue.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение - упрощение конструкции, более эффективное использование энергии воздушного потока.The problem to which the claimed invention is directed is to simplify the design, more efficient use of energy of the air flow.

Технический результат - уменьшение стоимости ветродвигателя, повышение коэффициента полезного действия, увеличение мощности.EFFECT: reduced cost of a wind turbine, increased efficiency, increased power.

Указанный технический результат при создании изобретения достигается тем, что в известном карусельном ветродвигателе, содержащем установленное на вертикальном валу рабочее колесо, выполненное в виде размещенных между верхним и нижнем ободами поворотных лопастей, закрепленных на кронштейнах, связанных с валом, сочлененным с электрогенератором, согласно изобретению лопасти закреплены на поворотных валах консольно, а валы лопасти установлены между верхним и нижним кронштейнами и зафиксированы в подшипниках скольжения, при этом нижний опорный подшипник имеет шариковый подпятник, ширина поворотной лопасти больше расстояния между осями валов, которые служат ограничителями поворота лопастей, вертикальный вал рабочего колеса выполнен полым и зафиксирован на оси подшипниками качения, ось закреплена на неподвижном основании и служит опорой ветродвигателя.The specified technical result when creating the invention is achieved by the fact that in the known rotary wind turbine containing an impeller mounted on a vertical shaft, made in the form of rotary blades placed between the upper and lower rims, mounted on brackets connected to a shaft coupled to an electric generator, according to the invention of the blade mounted on the rotary shafts cantilever, and the shafts of the blades are installed between the upper and lower brackets and are fixed in sliding bearings, while the lower the thrust bearing has a ball bearing, the width of the rotary blade is greater than the distance between the axes of the shafts, which serve as limiters for the rotation of the blades, the vertical impeller shaft is hollow and fixed on the axis by rolling bearings, the axis is mounted on a fixed base and serves as a support for the wind turbine.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан карусельный ветродвигатель, вид сбоку.Figure 1 shows a carousel wind turbine, side view.

На фиг.2 - вид сверху.Figure 2 is a top view.

На фиг.3 - выносной элемент I фиг.1.Figure 3 - remote element I of figure 1.

На фиг.4 - выносной элемент II фиг.1.Figure 4 - remote element II of figure 1.

Карусельный ветродвигатель состоит из рабочего колеса 1, неподвижного основания 2, полого вала 3, вертикальной оси 4, верхнего обода 5, нижнего обода 6, кронштейнов 7, поворотных лопастей 8, валов 9 поворотных лопастей, подшипников 10 скольжения, шарикового подпятника 11, подшипников 12 качения, корпуса 13 подшипника, крышки 14 корпуса подшипника, кольцевого пути 15, опорно-приводных колес 16, редуктора 17, электрогенератора 18. Поворотные лопасти 8 установлены консольно на валах 9 и кронштейнах 7 между верхним 5 и нижним 6 ободами. Валы 9 поворотных лопастей 8 установлены в подшипниках 10 скольжения, причем подшипник 10 скольжения имеет шариковый подпятник 11. Ширина лопастей больше расстояния между осями валов 9, которые ограничивают поворот лопастей. Лопасти 8 автоматически сориентированы при любом направлении ветра, рабочее колесо вращается в одном направлении. Вал 3 рабочего колеса 1 полый смонтирован на вертикальной оси 4 на подшипниках 12 качения, установленных в корпусе 13 с крышкой 14. Рабочее колесо 1 опирается на радиально-упорный подшипник 12 и имеет кольцевой путь 15, имеющий фрикционное зацепление с опорно-приводными колесами 16, обеспечивающими передачу крутящего момента через редуктор 17 на электрогенератор 18.The rotary wind turbine consists of an impeller 1, a fixed base 2, a hollow shaft 3, a vertical axis 4, an upper rim 5, a lower rim 6, brackets 7, rotary blades 8, shafts 9 of rotary blades, bearings 10, bearings, ball bearings 11, bearings 12 rolling element, bearing housing 13, cover 14 of the bearing housing, annular path 15, drive wheels 16, gearbox 17, electric generator 18. Rotary blades 8 are mounted cantilevered on the shafts 9 and brackets 7 between the upper 5 and lower 6 rims. The shafts 9 of the rotary blades 8 are installed in the bearings 10, and the bearing 10 has a ball bearing 11. The width of the blades is greater than the distance between the axes of the shafts 9, which limit the rotation of the blades. The blades 8 are automatically oriented in any direction of the wind, the impeller rotates in one direction. The shaft 3 of the impeller 1 is hollow mounted on a vertical axis 4 on the rolling bearings 12 installed in the housing 13 with the cover 14. The impeller 1 is supported by an angular contact bearing 12 and has an annular path 15 having friction engagement with the drive wheels 16, providing torque transmission through the gear 17 to the generator 18.

Карусельный ветродвигатель работает следующим образом. При воздействии воздушного потока на поворотные лопасти 8 рабочее колесо 1 начинает вращаться вокруг вертикальной оси 4, закрепленной на неподвижном основании 2, в одной половине рабочего колеса лопасти находятся в рабочем положении и создают крутящий момент, во второй половине лопасти автоматически разворачиваются при воздействии воздушного потока и движутся с минимальным сопротивлением. Тем самым создается разность давления относительно оси и рабочее колесо вращается, передавая крутящий момент через кольцевой путь, опорно-приводное колесо, редуктор на электрогенератор. Количество и площадь поверхности поворотных лопастей можно изменить пропорционально мощности ветродвигателя.Carousel wind turbine operates as follows. When the air flow affects the rotary blades 8, the impeller 1 begins to rotate around a vertical axis 4, mounted on a fixed base 2, in one half of the impeller, the blades are in the working position and create torque, in the second half the blades automatically turn when exposed to air flow and move with minimal resistance. This creates a pressure difference relative to the axis and the impeller rotates, transmitting torque through an annular path, a support-drive wheel, a gearbox to an electric generator. The number and surface area of the rotary blades can be changed in proportion to the power of the wind turbine.

В сравнении с прототипом заявленный карусельный ветродвигатель при тех же габаритах имеет меньшую стоимость, большую мощность и коэффициент полезного действия.Compared with the prototype, the inventive rotary wind turbine with the same dimensions has a lower cost, greater power and efficiency.

Claims

A rotary wind turbine containing an impeller mounted on a vertical shaft, made in the form of rotary blades located between the upper and lower rims, mounted on brackets connected to a shaft articulated with an electric generator, characterized in that the blades are mounted on the rotary shafts cantilever and the blade shafts are mounted between the upper and lower brackets and are fixed in sliding bearings, while the lower support bearing has a ball bearing, the width of the rotary blade is greater than the distance between the axes of the shafts, which serve as limiters for the rotation of the blades, the vertical impeller shaft is hollow and fixed on the axis by rolling bearings, the axis is fixed on a fixed base and serves as a support for the wind turbine.