RU2435980C2 - Wind-driven machine with counter-forcing screen - Google Patents

Wind-driven machine with counter-forcing screen Download PDF

Info

Publication number
RU2435980C2
RU2435980C2 RU2009145554/06A RU2009145554A RU2435980C2 RU 2435980 C2 RU2435980 C2 RU 2435980C2 RU 2009145554/06 A RU2009145554/06 A RU 2009145554/06A RU 2009145554 A RU2009145554 A RU 2009145554A RU 2435980 C2 RU2435980 C2 RU 2435980C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
generator
wind
support
pressure
Prior art date
Application number
RU2009145554/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009145554A (en
Inventor
Павел Дмитриевич Алатин (RU)
Павел Дмитриевич Алатин
Ирина Павловна Дигоран (RU)
Ирина Павловна Дигоран
Original Assignee
Павел Дмитриевич Алатин
Ирина Павловна Дигоран
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Павел Дмитриевич Алатин, Ирина Павловна Дигоран filed Critical Павел Дмитриевич Алатин
Priority to RU2009145554/06A priority Critical patent/RU2435980C2/en
Priority to PCT/RU2010/000714 priority patent/WO2011071415A2/en
Publication of RU2009145554A publication Critical patent/RU2009145554A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2435980C2 publication Critical patent/RU2435980C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/402—Transmission of power through friction drives
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power
    • 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
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: wind-driven machine with counter-forcing screen consists of reactive radial ultimate-forcing turbine positioned before counter-forcing screen. The turbine consists of a hub, of twelve spokes on ends of which there are secured twenty four straight-line free bearing yards, of twelve sails stretched on neighbour yards of internal and external contours formed with yards (there are formed reactive surfaces, space between adjacent sails is formed with reactive nozzles of turbine restricted with the counter-forcing screen on one side, while on another side - with a bandage), of bandage of constant width attached to ends of yards, and of the counter-forcing screen. The screen consists of a counter-forcing disk with an orifice in centre, of two cantilevers whereto the disk is rigidly attached and of two brackets whereto the cantilevers are fixed. The turbine is mounted on a shaft resting on bearings rigidly tied with a rotary platform. As an electric generator there is used a low-inertia axial synchronous multi-poles generator of electric current with external excitation kinematically connected with the turbine through a pulley by means of belt transmission. A device for control over external loading on the generator corresponds to a centrifugal regulator kinematically coupled with the turbibe shaft and electrically connected with the generator. The rotary platform is rigidly tied with a vertical support in its base resting on a vertical pivot. At the top the vertical support is located inside a washer resting of a bearing rigidly jointed with the support. Four braces are attached to the washer facilitating fixation of the wind-driven machine in a vertical position. Also, lower ends of the braces are attached to piles.
EFFECT: maximal efficiency of wind-driven machine.
5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к ветроэнергетическим машинам.The invention relates to power engineering, in particular to wind energy machines.

Аналогом заявляемого изобретения является изобретение того же назначения - ветроэнергетическая машина, содержащая реактивную турбину, установленную на валу, опертом на подшипники, жестко связанные с платформой, генератор электрического тока, кинематически связанный с турбиной, и устройство управления внешней нагрузкой на генератор по закону изменения аэродинамической нагрузки на турбину.An analogue of the claimed invention is an invention of the same purpose - a wind power machine containing a jet turbine mounted on a shaft supported by bearings rigidly connected to the platform, an electric current generator kinematically connected to the turbine, and an external load control device for the generator according to the law of aerodynamic load changes to the turbine.

Библиографические данные источника информации - патент на изобретение №2297549 «Способ максимального извлечения кинетической энергии из турбулизированного воздушного потока и преобразование ее в электрическую энергию и устройство для его осуществления».Bibliographic data of the information source - patent for invention No. 2297549 “Method for maximum extraction of kinetic energy from a turbulent air flow and its conversion into electrical energy and a device for its implementation”.

Патентообладатели и авторы: Алатин Павел Дмитриевич (RU), Дигоран Ирина Павловна (RU).Patent owners and authors: Alatin Pavel Dmitrievich (RU), Digoran Irina Pavlovna (RU).

В указанном аналоге турбина выполнена осевой, т.е. имеет меньшую механическую проводимость по сравнению с радиальной, что препятствует получению технического результата - максимальному извлечению кинетической энергии из турбулизированного воздушного потока в области высоких частот в приземном слое атмосферы.In the specified analogue, the turbine is made axial, i.e. has lower mechanical conductivity compared to radial conductivity, which prevents the obtaining of a technical result - the maximum extraction of kinetic energy from a turbulized air stream in the high-frequency region in the surface layer of the atmosphere.

Отличиями являются:The differences are:

- в осевой реактивной турбине разность давлений на входе в реактивные сопла создается скоростным напором потока на площадь турбины, а давление на выходе из сопла равно донному давлению при обтекании потоком тела турбины;- in the axial jet turbine, the pressure difference at the inlet of the jet nozzle is created by the high-speed pressure head of the flow over the turbine area, and the pressure at the nozzle exit is equal to the bottom pressure when the turbine body flows around it;

- в радиальной ветротурбине, размещенной перед противонапорным экраном, давление на входе в реактивные сопла создается также скоростным напором потока, но в отличие от осевой турбины, давление на выходе из реактивных сопел создается в соответствии с законом Бернулли за счет сужения струи воздуха, обтекающей турбину с ее боков. В последнем случае разность давлений имеет большую величину по сравнению с разностью давлений в осевой турбине. Кроме того, в осевой турбине реактивные сопла расположены на радиусах и под углом к плоскости турбины, что не обеспечивает максимальный вращающий момент реактивных сил на валу турбины;- in a radial wind turbine located in front of the pressure head screen, the pressure at the inlet of the jet nozzles is also created by the high-speed flow head, but unlike the axial turbine, the pressure at the exit of the jet nozzles is created in accordance with Bernoulli's law by narrowing the air stream flowing around the turbine with its sides. In the latter case, the pressure difference is larger in comparison with the pressure difference in the axial turbine. In addition, in an axial turbine, jet nozzles are located at radii and at an angle to the plane of the turbine, which does not provide the maximum torque of the reactive forces on the turbine shaft;

- в радиальной реактивной турбине, размещенной перед противонапорным экраном, реактивные сопла расположены на максимальном расстоянии от оси вала турбины и перпендикулярно к плоскости вращения турбины. Поэтому при тех же величинах тяги в реактивных соплах реактивной турбины обеспечивается значительно больший вращающий момент при той же скорости ветра, по сравнению с осевой турбиной того же диаметра и достигается большее значение коэффициента полезного действия;- in a radial jet turbine located in front of the pressure shield, the jet nozzles are located at a maximum distance from the axis of the turbine shaft and perpendicular to the plane of rotation of the turbine. Therefore, with the same thrust values in the jet nozzles of a jet turbine, a significantly higher torque is provided at the same wind speed compared to an axial turbine of the same diameter and a greater efficiency is achieved;

- изготовление парусов радиальной реактивной турбины проще, чем в осевой реактивной турбине, поскольку они имеют форму прямоугольника;- manufacturing sails of a radial jet turbine is simpler than in an axial jet turbine, since they have the shape of a rectangle;

- в радиальной реактивной турбине, размещенной перед противонапорным экраном, устранены осевые нагрузки на вал турбины и, соответственно, на подшипники, на которые опирается вал турбины, так как осевые нагрузки на турбину при воздействии напора ветра с ростом мощности потока и, соответственно, турбины, могут быть очень значительными величинами, то снятие этих нагрузок с подшипников значительно уменьшает потери энергии на трение в подшипниках (особенно в упорном подшипнике), и, оставляя лишь радиальные нагрузки на подшипники, значительно увеличивает срок их службы. Это, в свою очередь, уменьшает затраты на изготовление ветроэнергетических машин и затраты на эксплуатацию и ремонт;- in a radial jet turbine located in front of the pressure shield, the axial loads on the turbine shaft and, accordingly, the bearings on which the turbine shaft rests are eliminated, since the axial loads on the turbine when exposed to wind pressure with increasing flow power and, accordingly, the turbine, can be very significant values, the removal of these loads from the bearings significantly reduces the friction energy loss in the bearings (especially in the thrust bearing), and, leaving only the radial load on the bearings, significantly magnifies their service life. This, in turn, reduces the cost of manufacturing wind energy machines and the costs of operation and repair;

- в радиальной реактивной турбине использование противонапорного экрана позволяет изготовить реактивную радиальную предельнонапорную ветротурбину минимальноинерционной, так как она не имеет довольно массивного диска, решение задачи сопротивления напору ветра возложено на противонапорный экран. Это дает возможность изготавливать турбину с минимальным моментом инерции, что, в свою очередь, делает возможным поглощать энергию высокочастотных вихрей, т.е. расширяет диапазон частот турбулизированного воздушного потока для эффективного преобразования его кинетической энергии в механическую энергию турбины с последующим преобразованием ее в электрическую энергию в генераторе.- in a radial jet turbine, the use of a pressure head screen makes it possible to produce a reactive radial pressure head wind turbine with a minimum inertia, since it does not have a rather massive disk, and the pressure head is assigned the solution to the problem of resistance to wind pressure. This makes it possible to produce a turbine with a minimum moment of inertia, which, in turn, makes it possible to absorb the energy of high-frequency vortices, i.e. expands the frequency range of turbulized air flow for the effective conversion of its kinetic energy into mechanical energy of a turbine with its subsequent conversion into electrical energy in a generator.

Указанный результат - максимальное извлечение кинетической энергии из турбулизированного воздушного потока в области высоких частот в приземном слое атмосферы достигается тем, что ветроэнергетическая машина с противонапорным экраном для максимального извлечения кинетической энергии из турбулизированного воздушного потока и преобразования ее в электрическую энергию, в которой обеспечивают торможение воздушного потока, реализуют потенциал напора воздуха в кинетическую энергию струй и приводят во вращение ротор электрогенератора, снабженного устройством управления внешней нагрузкой на генератор по закону изменения аэродинамической нагрузки на радиальную реактивную предельнонапорную турбину, с совершением работы по преобразованию энергии воздушного потока в электрическую энергию, характеризующаяся тем, что отбор кинетической энергии потока воздуха осуществляют реактивной радиальной предельнонапорной с высокой механической проводимостью турбиной, размещенной перед противонапорным экраном, выполненной в виде ступицы, двенадцати спиц, на концах которых укреплены двадцать четыре прямые свободно несущие реи, двенадцати парусов, натянутых на соседние реи внутреннего и внешнего контуров, образованных реями, бандажа постоянной ширины, противонапорного экрана, состоящего из противонапорного диска с отверстием в центре, позволяющим надевать его на конец несущей платформы. Диск жестко закреплен на двух консолях, которые, в свою очередь, закреплены на кронштейнах. Кронштейны имеют прорези, позволяющие с помощью шпилек и гаек крепить их к несущей платформе. Имеющиеся на концах кронштейнов горизонтальные прорези под шпильки позволяют противонапорный экран перемещать вдоль оси вала турбины и тем самым устанавливать минимальный зазор между противонапорным экраном и турбиной. Торможение потока осуществляют по всему поперечному сечению турбины (посредством противонапорного экрана), установленной на валу, опертом на подшипники, жестко связанные с поворотной платформой, а в качестве электрогенератора используют малоинерционный, осевой, синхронный, многополюсный генератор электрического тока с внешним возбуждением, кинематически связанный с турбиной через шкив ременной передачей, при этом устройство управления внешней нагрузкой на генератор представляет собой включатель-выключатель системы - центробежный регулятор включения, кинематически связанный с валом турбины и электрически связанный с генератором, поворотная платформа жестко связана с вертикальной опорой, в основании опертой на вертикальный шарнир, вверху вертикальная опора находится внутри шайбы, опертой на подшипник, жестко связанный с опорой, к шайбе прикреплены четыре растяжки, обеспечивающие фиксацию ветроэнергетической машины с противонапорным экраном в вертикальном положении, причем нижние концы растяжек прикреплены к сваям. Платформа выполнена с возможностью нацеливания на ветер поворотом всей платформы вместе с жестко связанной с ней опорой, имеющей в основании вертикальные и горизонтальные шарниры, поворот опоры осуществляется посредством рычага, шарнирно укрепленного в основании опоры, и фиксируется путем опускания рычага его прорезью на один из фиксаторов, установленных на равных углах и радиусах вокруг опоры. Генератор электрического тока установлен на поворотной платформе. Установка ветроэнергетической машины в вертикальное положение и обратно в горизонтальное осуществляется путем поворота ее относительно горизонтального шарнира в основании опоры. Опускание и подъем ветроэнергетической машины производятся в плоскости розы ветров путем освобождения проушины главной растяжки от крепления на свае. Перед подъемом или опусканием ветроэнергетической машины необходимо рычаг поворота опоры установить перпендикулярно к плоскости вращения вокруг горизонтального шарнира опоры. Опускание ветроэнергетической машины возможно либо турбиной вниз, либо генератором вниз. Приведение турбины в рабочее положение осуществляется поворотом на ветер, вывод турбины из рабочего положения осуществляется поворотом турбины в противоположную сторону, т.е. по ветру.The specified result is the maximum extraction of kinetic energy from the turbulized air stream in the high-frequency region in the surface layer of the atmosphere is achieved by the fact that the wind power machine with an anti-pressure screen for maximum extraction of kinetic energy from the turbulized air stream and converting it into electrical energy, in which the air flow is braked realize the potential of air pressure in the kinetic energy of the jets and rotate the rotor of the electric generator, equipped with a device for controlling the external load on the generator according to the law of changing the aerodynamic load on the radial jet maximum pressure turbine, with the work of converting the energy of the air flow into electrical energy, characterized in that the kinetic energy of the air stream is carried out by a radial maximum pressure head with high mechanical conductivity of the turbine located in front of a pressure shield made in the form of a hub, twelve spokes, at the ends of which Twenty-four straight, free-standing yards, twelve sails stretched onto adjacent yards of the internal and external contours formed by the yokes, a bandage of constant width, an anti-pressure screen, consisting of an anti-pressure disk with a hole in the center allowing it to be worn on the end of the carrier platform, are captured. The drive is rigidly mounted on two consoles, which, in turn, are mounted on brackets. The brackets have slots that allow them to be fastened to the supporting platform with the help of studs and nuts. The horizontal slots for the studs at the ends of the brackets allow the pressure head screen to be moved along the axis of the turbine shaft and thereby establish the minimum clearance between the pressure screen and the turbine. The flow is decelerated over the entire cross section of the turbine (by means of an anti-pressure screen) mounted on a shaft supported by bearings rigidly connected to a rotary platform, and a low-inertial, axial, synchronous, multi-pole electric current generator with external excitation kinematically connected with a turbine through a pulley by a belt drive, while the device for controlling the external load on the generator is an on-off switch of the system - centrifugal the turn-on regulator kinematically connected to the turbine shaft and electrically connected to the generator, the turntable is rigidly connected to the vertical support, at the base supported by a vertical hinge, at the top, the vertical support is inside the washer, supported by a bearing rigidly connected to the support, four extensions are attached to the washer providing fixation of the wind power machine with an anti-pressure screen in a vertical position, with the lower ends of the stretch marks attached to the piles. The platform is designed to be aimed at the wind by turning the entire platform together with a support rigidly connected with it, having vertical and horizontal hinges at the base, the support is rotated by a lever pivotally mounted at the base of the support, and is fixed by lowering the lever with its slot on one of the latches, installed at equal angles and radii around the support. An electric current generator is mounted on a turntable. The installation of a wind energy machine in a vertical position and vice versa in a horizontal one is carried out by turning it relative to the horizontal hinge at the base of the support. Lowering and raising the wind power machine are carried out in the plane of the wind rose by releasing the eyes of the main stretch from mounting on a pile. Before raising or lowering the wind energy machine, it is necessary to install the support rotation lever perpendicular to the plane of rotation around the horizontal support hinge. Lowering a wind power machine is possible either with a turbine down or a generator down. The turbine is brought into working position by turning to the wind, the turbine is brought out of working position by turning the turbine in the opposite direction, i.e. downwind.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

Фиг.1 - схема ветроэнергетической машины с противонапорным экраном, вид спереди;Figure 1 - diagram of a wind power machine with a pressure shield, front view;

Фиг.2 - схема ветроэнергетической машины с противонапорным экраном, вид сбоку;Figure 2 is a diagram of a wind power machine with an anti-pressure screen, side view;

Фиг.3 - генератор электрического тока в разрезе;Figure 3 is a sectional view of an electric current generator;

Фиг.4 - ротор генератора электрического тока в разрезе;Figure 4 - sectional view of a rotor of an electric current generator;

Фиг.5 - блок-схема электрооборудования ветроэнергетической машины с противонапорным экраном.Figure 5 is a block diagram of the electrical equipment of a wind power machine with an anti-pressure screen.

Для пояснения сущности изобретения приложены фотографии ветроэнергетической машины с противонапорным экраном.To clarify the essence of the invention attached photographs of a wind power machine with an anti-pressure screen.

Ветроэнергетическая машина с противонапорным экраном содержит реактивную радиальную предельнонапорную с высокой механической проводимостью турбину с бандажом 1, с валом 2, опертом на подшипники 3, жестко связанные с поворотной платформой 4, турбина выполнена в виде ступицы 5, двенадцати спиц 6, на концах которых укреплены двадцать четыре прямые свободно несущие реи 7, двенадцати парусов 8, натянутых на соседние реи внутреннего и внешнего контуров, образованных реями (образуют реактивные поверхности, пространство между смежными парусами образуют реактивные сопла турбины, ограниченные с одной стороны противонапорным экраном, а с другой - бандажом 38), генератор электрического тока 9, кинематически связанный с турбиной, с валом 10, подшипниками 11, неподвижными опорными дисками статора 12, дисками ротора 13, катушками статора с кольцевыми магнитопроводами 14, катушками ротора с магнитопроводами 15, приводным шкивом 16, реле-регулятор напряжения электрического тока 17, буферный электрохимический аккумулятор электрического тока 18, включатель-выключатель системы - центробежный регулятор включения 19, потенциометр 20 для управления тиристором, тиристор 21 в цепи аппарата О.Шмидта 22, газгольдер для водорода 23, газгольдер для кислорода 24, инвертор 25 для преобразования постоянного напряжения с аккумулятора 18 в переменное (220 В 50 Гц). Генератор электрического тока выполнен малоинерционным, осевым, синхронным и многополюсным с внешним возбуждением, установлен на поворотной платформе 4, кинематически связанный с турбиной через шкив ременной передачей 26, при этом устройство управления внешней нагрузкой на генератор представляет собой центробежный регулятор, кинематически связанный с валом турбины и электрически связанный с генератором, поворотная платформа 4, жестко связанная с вертикальной опорой 27, в основании опертой на вертикальный шарнир 28, опертый на подшипник, вверху вертикальная опора находится внутри шайбы 29, опертой на подшипник, жестко связанной с опорой, к шайбе прикреплены четыре растяжки 30, которые обеспечивают фиксацию ветроэнергетической машины в вертикальном положении, причем нижние концы растяжек прикреплены к сваям 31. Растяжки соединены одним концом через проушину с опорной шайбой, а вторым концом через винтовой натяжитель, серьгу и проушину со сваей. Главная растяжка, устанавливаемая в направлении розы ветров на наветренную сторону, усилена двумя дополнительными растяжками, предотвращающими клинение шайбы 29 при повороте опоры. Эти дополнительные растяжки соединены своими концами с проушинами соседних растяжек. На шайбе расположены два рокера 32 с прижимными пружинами, обеспечивающими электрический контакт с подвижными токопроводящими кольцами 33, укрепленными на опоре выше шайбы, токопроводящие кольца электрически соединены: верхнее кольцо с центробежным регулятором внешней нагрузки на турбину и верхним рокером, который соединен с плюсовой клеммой аккумулятора; нижнее токопроводящее кольцо электрически соединено с плюсовой клеммой генератора и, через рокер, с внешней нагрузкой на генератор, минус генератора и минус реле-регулятора напряжения соединены на массу и через клемму на опорной шайбе соединены с отрицательной клеммой аккумулятора 18. Центробежный регулятор внешней нагрузки на турбину на массу не подключен и электрически соединен клеммой прерывателя с положительной клеммой аккумулятора, а изолированным от массы корпусом - с положительной клеммой реле регулятора напряжения и положительной клеммой генератора, обмотка возбуждения генератора соединена с соответствующей клеммой реле регулятора напряжения, защита электрической цепи производится с помощью плавких предохранителей, один из которых расположен в цепи положительной клеммы аккумулятора-прерывателя центробежного регулятора, второй предохранитель - в цепи внешней нагрузки на генератор. Воздушный поток внутри турбины воспринимается противонапорным экраном 34, состоящим из противонапорного диска с отверстием в центре, позволяющим надевать его на конец несущей платформы. Диск жестко закреплен на двух консолях 35, которые, в свою очередь, закреплены на кронштейнах 36. Кронштейны имеют прорези, позволяющие с помощью шпилек и гаек крепить их к несущей платформе. Имеющиеся на концах кронштейнов горизонтальные прорези под шпильки позволяют противонапорный экран перемещать вдоль оси вала турбины и тем самым устанавливать минимальный зазор между противонапорным экраном и турбиной. Поворот опоры 27 осуществляется посредством рычага 37, шарнирно укрепленного в основании опоры, и фиксируется путем опускания рычага его прорезью на один из фиксаторов, установленных на равных углах и радиусах вокруг опоры.A wind turbine machine with an anti-pressure screen contains a turbine with radial pressure limiter with high mechanical conductivity with a bandage 1, with a shaft 2, supported by bearings 3, rigidly connected with a rotary platform 4, the turbine is made in the form of a hub 5, twelve spokes 6, at the ends of which twenty four straight freely supporting yokes 7, twelve sails 8, stretched to adjacent yards of the internal and external contours formed by yokes (form reactive surfaces, the space between adjacent sails of turbine jet nozzles, limited on one side by an anti-pressure screen, and on the other by a bandage 38), an electric current generator 9 kinematically connected to the turbine with a shaft 10, bearings 11, fixed supporting disks of the stator 12, disks of the rotor 13, stator coils with ring magnetic circuits 14, rotor coils with magnetic circuits 15, drive pulley 16, relay-regulator of voltage of electric current 17, buffer electrochemical accumulator of electric current 18, on-off switch of the system - centrifugal adjustable turn 19, a potentiometer 20 for controlling the thyristor, the thyristor 21 in the circuit O.Shmidta apparatus 22, the hydrogen gas tank 23, an oxygen gas tank 24, an inverter 25 for converting DC voltage from the battery 18 to AC (220 V, 50 Hz). The electric current generator is made of low inertia, axial, synchronous and multipolar with external excitation, mounted on a rotary platform 4, kinematically connected to the turbine through a belt pulley 26, while the external load control device on the generator is a centrifugal controller kinematically connected to the turbine shaft and electrically connected to the generator, a rotary platform 4, rigidly connected with a vertical support 27, at the base supported by a vertical hinge 28, supported by a bearing, at the top, the vertical support is located inside the washer 29, supported on a bearing rigidly connected to the support, four braces 30 are attached to the washer, which ensure that the wind energy machine is fixed in a vertical position, and the lower ends of the braces are attached to the piles 31. The braces are connected at one end through an eye with a support a washer, and the other end through a screw tensioner, an earring and an eye with a pile. The main stretch, installed in the direction of the wind rose on the windward side, is reinforced with two additional stretch marks that prevent the washer 29 from wedging when the support is rotated. These additional stretch marks are connected at their ends with the eyes of adjacent stretch marks. Two rockers 32 with clamping springs are located on the washer, providing electrical contact with movable conductive rings 33 mounted on a support above the washer, the conductive rings are electrically connected: the upper ring with a centrifugal regulator of the external load on the turbine and the upper rocker, which is connected to the positive terminal of the battery; the lower conductive ring is electrically connected to the plus terminal of the generator and, through the rocker, with an external load on the generator, minus the generator and minus the voltage regulator relay, are connected to ground and connected to the negative terminal of the battery through the terminal on the backup washer 18. Centrifugal regulator of the external load on the turbine not connected to ground and electrically connected to the positive terminal of the battery by the interrupter terminal, and to the positive terminal of the voltage regulator relay and positive terminal isolated from the body hydrochloric terminal of the generator, the generator field winding is connected to a corresponding terminal of the voltage regulator relay protection circuit is performed using fuses, one of which is located in the circuit the positive battery terminals of a centrifugal chopper regulator, the second fuse - in an external load circuit to the generator. The air flow inside the turbine is perceived by a pressure shield 34, consisting of a pressure disk with a hole in the center, allowing it to be worn on the end of the carrier platform. The disk is rigidly mounted on two consoles 35, which, in turn, are mounted on brackets 36. The brackets have slots that allow them to be fastened to the supporting platform with the help of studs and nuts. The horizontal slots for the studs at the ends of the brackets allow the pressure head screen to be moved along the axis of the turbine shaft and thereby establish the minimum clearance between the pressure screen and the turbine. The rotation of the support 27 is carried out by means of a lever 37, pivotally mounted at the base of the support, and is fixed by lowering the lever with its slot on one of the clamps mounted at equal angles and radii around the support.

Работает ветроэнергетическая машина противонапорным экраном следующим образом.The wind power machine operates with an anti-pressure screen as follows.

Ветроэнергетическую машину устанавливают на некотором возвышении, ветротурбину устанавливают перпендикулярно вектору скорости ветра, в соответствии с розой ветров.The wind energy machine is installed at a certain elevation, the wind turbine is installed perpendicular to the wind speed vector, in accordance with the wind rose.

1. Ветер отсутствует. Центробежный регулятор соответствует положению отключения аккумулятора. Турбина неподвижна. Электрогенератор отключен. Потребитель электроэнергию может отбирать только от аккумулятора.1. There is no wind. The centrifugal regulator corresponds to the battery off position. The turbine is stationary. The generator is off. The consumer can take electricity only from the battery.

2. Ветер начинает набирать силу. Поток попадает на турбину, протекая сквозь сопла, раскручивает ее. Ветротурбина начинает авторотировать до того момента, когда под действием центробежных сил грузики центробежного регулятора расходятся и замыкаются контакты включения цепи аккумулятора. Внешняя нагрузка на генератор устанавливается при этом в соответствии с мощностью, вырабатываемой турбиной. По мере нарастания мощности ветротурбины увеличивается угловая скорость как турбины, так и центробежного регулятора. За счет этого происходит увеличение открывающего тиристор напряжения на потенциометре, а значит, увеличение тока в цепи генератор-тиристор-аппарат О. Шмидта. При этом падение напряжения на клеммах генератора восстанавливается реле-регулятором напряжения за счет увеличения тока в обмотках возбуждения генератора, тем самым увеличивается мощность, снимаемая с генератора, т.е. внешняя нагрузка на генератор.2. The wind begins to gain strength. The flow enters the turbine, flowing through the nozzle, spins it. The wind turbine begins to autorotate until the moment when the centrifugal regulator weights diverge and the battery circuit switching contacts are closed. The external load on the generator is set in accordance with the power generated by the turbine. As the power of the wind turbine increases, the angular velocity of both the turbine and the centrifugal controller increases. Due to this, there is an increase in the opening voltage of the thyristor on the potentiometer, and therefore, an increase in the current in the circuit of the generator-thyristor-apparatus of O. Schmidt. In this case, the voltage drop at the generator terminals is restored by the voltage relay-controller due to an increase in the current in the generator excitation windings, thereby increasing the power taken from the generator, i.e. external load on the generator.

3. При уменьшении скорости ветра мощность турбины падает и в электрогенераторе происходит процесс, обратный вышеописанному, т.е. падает угловая скорость турбины и, соответственно, центробежного регулятора. Центробежный регулятор уменьшает электрический ток в цепи внешней нагрузки на генератор. Реле-регулятор напряжения, соответственно, уменьшает ток возбуждения в катушках возбуждения генератора. Генератор начинает развивать меньшую мощность, что ведет к уменьшению нагрузки на турбину.3. With a decrease in wind speed, the turbine power decreases and a process inverse to the above occurs in the electric generator, i.e. the angular velocity of the turbine and, accordingly, the centrifugal controller decreases. A centrifugal regulator reduces the electric current in the external load circuit of the generator. Relay-voltage regulator, respectively, reduces the excitation current in the excitation coils of the generator. The generator begins to develop less power, which leads to a decrease in the load on the turbine.

Это позволяет турбине работать с оптимальным значением коэффициента скольжения на всех режимах, т.е. иметь максимальный коэффициент полезного действия, и, значит, иметь максимальный отбор кинетической энергии турбулизированного воздушного потока.This allows the turbine to work with the optimal value of the slip coefficient in all modes, i.e. to have a maximum efficiency, and, therefore, to have the maximum selection of kinetic energy of a turbulent air flow.

Центробежный реле-регулятор имеет переключатель, связанный с ним механически, потенциометр, кинематически связанный с центробежным регулятором для управления напряжением, подаваемым на коллектор тиристора для его открывания и закрывания, т.е. для управления током, протекающим через тиристор в цепи внешней нагрузки на генератор.The centrifugal relay regulator has a switch connected mechanically to it, a potentiometer kinematically connected to a centrifugal regulator to control the voltage supplied to the collector of the thyristor to open and close it, i.e. to control the current flowing through the thyristor in the circuit of the external load on the generator.

Основные преимущества изобретения заключаются в том, что турбина и генератор выполнены малоинерционными, а турбина является также предельнонапорной (т.е. Cx=f(v)=max=const, где Сх - коэффициент аэродинамического сопротивления турбины, v - мгновенная скорость ветра), с высокой механической проводимостью, что позволяет ей эффективно работать как в установившемся, так и в турбулентном потоке. В радиальной реактивной турбине использование противонапорного экрана позволяет изготовить реактивную радиальную предельнонапорную ветротурбину минимальноинерционной, так как она не имеет довольно массивного диска, решение задачи сопротивления напору ветра возложено на противонапорный экран. Отношение суммарной площади всех сопел к площади диска турбины составляет 0,20-0,25, что обеспечивает максимальную скорость истечения воздуха через сопла и при коэффициенте дрейфа 0,35-0,40 обеспечивает максимальный коэффициент полезного действия ветроэнергетической машины.The main advantages of the invention are that the turbine and generator are low-inertia, and the turbine is also the maximum pressure head (i.e., C x = f (v) = max = const, where C x is the aerodynamic drag coefficient of the turbine, v is the instantaneous wind speed ), with high mechanical conductivity, which allows it to work efficiently in both steady-state and turbulent flows. In a radial jet turbine, the use of a pressure head screen makes it possible to produce a reactive radial pressure head wind turbine with a minimum inertia, since it does not have a rather massive disk, and the pressure head is assigned the solution to the problem of resistance to wind pressure. The ratio of the total area of all nozzles to the area of the turbine disk is 0.20-0.25, which ensures the maximum air velocity through the nozzles and, with a drift coefficient of 0.35-0.40, provides the maximum efficiency of the wind energy machine.

Claims (5)

1. Ветроэнергетическая машина с противонапорным экраном, содержащая реактивную радиальную предельнонапорную турбину, размещенную перед противонапорным экраном, выполненную в виде ступицы, двенадцати спиц, на концах которых укреплены двадцать четыре прямые свободно несущие реи, двенадцати парусов, натянутых на соседние реи внутреннего и внешнего контуров, образованных реями (образуют реактивные поверхности, пространство между смежными парусами образуют реактивные сопла турбины, ограниченные с одной стороны противонапорным экраном, а с другой - бандажом), бандажа постоянной ширины, прикрепленного к концам рей, противонапорного экрана, состоящего из противонапорного диска с отверстием в центре, двух консолей, к которым жестко крепится диск, и двух кронштейнов, к которым крепятся консоли, при этом турбина установлена на валу, опертом на подшипники, жестко связанные с поворотной платформой, а в качестве электрогенератора используют малоинерционный, осевой, синхронный, многополюсный генератор электрического тока с внешним возбуждением, кинематически связанный с турбиной через шкив ременной передачей, при этом устройство управления внешней нагрузкой на генератор представляет собой центробежный регулятор, кинематически связанный с валом турбины и электрически связанный с генератором, поворотная платформа жестко связана с вертикальной опорой, в основании опертой на вертикальный шарнир, вверху вертикальная опора находится внутри шайбы, опертой на подшипник, жестко связанный с опорой, к шайбе прикреплены четыре растяжки, обеспечивающие фиксацию ветроэнергетической машины в вертикальном положении, причем нижние концы растяжек прикреплены к сваям.1. A wind turbine engine with a pressure head screen containing a radial radial pressure head turbine placed in front of the pressure head screen, made in the form of a hub, twelve spokes, at the ends of which twenty-four straight freely supporting yokes, twelve sails stretched to adjacent yards of the internal and external circuits, formed by yards (they form reactive surfaces, the space between adjacent sails is formed by turbine jet nozzles limited on one side by an anti-pressure screen, and on the other - a bandage), a bandage of constant width attached to the ends of the rails, a pressure shield consisting of a pressure disk with a hole in the center, two consoles to which the disk is rigidly attached, and two brackets to which the consoles are attached, while the turbine is mounted on a shaft supported by bearings rigidly connected to a rotary platform, and a low-inertia, axial, synchronous, multi-pole electric current generator with external excitation kinematically connected to the turbine is used as an electric generator through a pulley by a belt drive, while the device for controlling the external load on the generator is a centrifugal regulator kinematically connected to the turbine shaft and electrically connected to the generator, the rotary platform is rigidly connected to the vertical support, at the base supported by a vertical hinge, at the top, the vertical support is inside the washer supported by a bearing rigidly connected to a support, four extensions are attached to the washer, which ensure that the wind energy machine is fixed in a vertical position, m lower ends of the extensions are attached to the piles. 2. Ветроэнергетическая машина с противонапорным экраном по п.1, отличающаяся тем, что платформа выполнена с возможностью нацеливания на ветер поворотом всей платформы вместе с жестко связанной с ней опорой, имеющей в основании вертикальные и горизонтальные шарниры, поворот опоры осуществляется посредством рычага, шарнирно укрепленного в основании опоры, и фиксируется путем опускания рычага его прорезью на один из фиксаторов, установленных на равных углах и радиусах вокруг опоры.2. A wind energy machine with an anti-pressure screen according to claim 1, characterized in that the platform is designed to be aimed at the wind by turning the entire platform together with a support rigidly connected with it, having vertical and horizontal hinges at the base, the support is rotated by a lever pivotally mounted at the base of the support, and is fixed by lowering the lever with its slot on one of the clamps installed at equal angles and radii around the support. 3. Ветроэнергетическая машина с противонапорным экраном по п.1, отличающаяся тем, что генератор электрического тока установлен на поворотной платформе.3. A wind turbine machine with an anti-pressure screen according to claim 1, characterized in that the electric current generator is mounted on a turntable. 4. Ветроэнергетическая машина с противонапорным экраном по п.1, отличающаяся тем, что установка ветроэнергетической машины в вертикальное положение и обратно в горизонтальное осуществляется путем поворота ее относительно горизонтального шарнира в основании опоры с освобождением лишь одной растяжки.4. A wind energy machine with an anti-pressure screen according to claim 1, characterized in that the installation of the wind energy machine in a vertical position and back to horizontal is carried out by turning it relative to the horizontal hinge at the base of the support with the release of only one extension. 5. Ветроэнергетическая машина с противонапорным экраном по п.1, отличающаяся тем, что содержит две электрические цепи, соединенные параллельно: цепь - генератор, тиристор, аппарат О.Шмидта и цепь - положительная клемма генератора, включатель-выключатель цепи аккумулятора, положительная клемма аккумулятора, реле регулятора напряжения. 5. A wind energy machine with a pressure head screen according to claim 1, characterized in that it contains two electrical circuits connected in parallel: a circuit - a generator, a thyristor, O. Schmidt apparatus and a circuit - a positive terminal of the generator, an on / off switch of the battery circuit, a positive terminal of the battery , voltage regulator relay.
RU2009145554/06A 2009-12-08 2009-12-08 Wind-driven machine with counter-forcing screen RU2435980C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009145554/06A RU2435980C2 (en) 2009-12-08 2009-12-08 Wind-driven machine with counter-forcing screen
PCT/RU2010/000714 WO2011071415A2 (en) 2009-12-08 2010-11-30 Wind turbine power-generating machine with counter-pressure screen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009145554/06A RU2435980C2 (en) 2009-12-08 2009-12-08 Wind-driven machine with counter-forcing screen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009145554A RU2009145554A (en) 2011-06-20
RU2435980C2 true RU2435980C2 (en) 2011-12-10

Family

ID=44146092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009145554/06A RU2435980C2 (en) 2009-12-08 2009-12-08 Wind-driven machine with counter-forcing screen

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2435980C2 (en)
WO (1) WO2011071415A2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481572C2 (en) * 2011-06-30 2013-05-10 Федеральное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации" Method of determining reduced air change coefficient of rooms for average weather conditions and estimation of efficiency of aerodisperse formations
FR3063312A1 (en) * 2017-02-27 2018-08-31 Daniiel Pouget HORIZONTAL WIND TURBINE RADIAL FLUX

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU55996A1 (en) * 1937-09-16 1938-11-30 П.И. Заулошнов Wind engine
SU898554A1 (en) * 1976-08-10 1982-01-15 Научно-Производственное Объединение "Циклон" Wind-driven electric power plant of uninterrupted supply
SU1076617A1 (en) * 1982-05-28 1984-02-29 Popov Vadim A Windmill
DE4207718C2 (en) * 1990-09-27 1996-09-05 Schubert Werner Wind turbine
RU2297549C2 (en) * 2004-11-16 2007-04-20 Павел Дмитриевич Алатин Method and device for maximal extraction of kinetic energy from turbulizing air flow and its conversion into electrical energy

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011071415A2 (en) 2011-06-16
WO2011071415A3 (en) 2011-08-11
WO2011071415A9 (en) 2011-09-29
RU2009145554A (en) 2011-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI246560B (en) Fluid power generator system
US20090206606A1 (en) Variable Speed Wind Turbine Configured For Wind Farm Operation
Singh et al. Performance of wind energy conversion system using a doubly fed induction generator for maximum power point tracking
RU2435980C2 (en) Wind-driven machine with counter-forcing screen
RU2347942C1 (en) Power generating plant exploiting wind and solar power
Mahmoud et al. Behavior of PMSG wind turbines with active crowbar protection under faults
Ganthia et al. Power analysis using various types of wind turbines
US7633176B1 (en) Direct drive induction electrical power generator
US9698593B2 (en) Methods and systems for reducing the impact of a generator short circuit in a wind turbine
Logan et al. Practical deployment of the brushless doubly-fed machine in a medium scale wind turbine
US20130200618A1 (en) High efficiency wind turbine
RU91383U1 (en) WIND POWER MACHINE
JP2002317749A (en) Savonius type wind power generator
KR100541231B1 (en) High efficiency vertical type wind-power plant
JP4009888B2 (en) High speed vertical axis rotating body
CN201843726U (en) Blade group of vertical shaft wind-driven generator
WO2011005141A1 (en) Wind energy machine
RU178822U1 (en) ELECTRICITY POWER MODULE
Polinder et al. Generator systems for wind turbines
Tripathi et al. Real-time simulation and control of PM synchronous generator for wind turbine applications
Kim et al. A coordinated LVRT control for a PMSG wind turbine
CN219159094U (en) Lift type vertical axis wind turbine impeller capable of controlling rotation speed
Muyeen et al. Multi-converter operation of variable speed wind turbine driving permanent magnet synchronous generator during network fault
KR20100041569A (en) Aerogenerator that establish aileron
RU2008517C1 (en) Wind-electric unit