RU2462614C2 - Multi-purpose wind-driven power plant - Google Patents
Multi-purpose wind-driven power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2462614C2 RU2462614C2 RU2010143547/06A RU2010143547A RU2462614C2 RU 2462614 C2 RU2462614 C2 RU 2462614C2 RU 2010143547/06 A RU2010143547/06 A RU 2010143547/06A RU 2010143547 A RU2010143547 A RU 2010143547A RU 2462614 C2 RU2462614 C2 RU 2462614C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- fairing
- wind wheel
- internal
- blades
- 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
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики, в частности к энергетическим установкам, и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электроэнергию или в механическую работу.The invention relates to the field of energy, in particular to power plants, and can be used to convert wind energy into electricity or into mechanical work.
Используемые в настоящее время стационарные ветряные электростанции выполнены по одной схеме - в виде двух-, трехлопастного пропеллера. Основными недостатками такой компоновки являются необходимость в большом свободном пространстве в районе установки этих электростанций, высокая стоимость, сложность и малый КПД использования силы ветра. Так как лопасти располагаются под углом к направлению вектора силы ветра, то имеет место скольжение воздушного потока по поверхности лопастей, т.е. на создание вращающего момента используется только малая часть энергии ветра. Для обеспечения большого вращающего момента необходимо увеличивать длину и площадь лопастей, следовательно, увеличивается диаметр описываемой лопастями окружности и высота опорной колонны. При усилении ветра до ураганного такие установки флюгеруются, но даже в таком положении имеет место флаттер лопастей и их концов, не исключается возможность самопроизвольного раскручивания лопастей. В результате флаттера концы лопастей часто разрушаются. Стоимость стационарных установок такого типа достаточно высока т.к. помимо основных элементов конструкции, дополнительно каждая лопасть имеет свой редуктор для разворота и удержания шага лопасти, каждый редуктор имеет свой электронный блок управления и синхронизации шага лопастей. Башня так же имеет отдельный редуктор для поворота и электронный блок управления поворотом башни. Управляется вся эта система сложной электронной системой, либо оператором. Монтаж таких установок осуществляется с использованием высотных кранов, либо кранов с длинной стрелой и грузоподъемностью более 30 тонн. Внешне, такие установки выглядят очень легкими и изящными, но на самом деле вес только опорной колонны в среднем около 100-150 тонн, а фундамент под колонной представляет собой мощную железобетонную конструкцию, способную выдерживать вес колонны и большой изгибающий момент, т.к. при ветре колонна работает как нагруженная консоль. Кроме того, во время работы концы лопастей описывают окружность большого диаметра, следовательно, линейная скорость концов лопастей очень высокая, отсюда повышенный износ концов лопастей от воздушной эрозии. Для устранения этих явлений и повышения КПД, лопастям и концам лопастей придают более сложную аэродинамическую форму, что ведет к удорожанию лопастей и всей установки в целом. Установки данного типа в основном стационарные, а имеющиеся мобильные установки маломощные.Currently used stationary wind power stations are made according to one scheme - in the form of a two-, three-blade propeller. The main disadvantages of this arrangement are the need for a large free space in the area of installation of these power plants, high cost, complexity and low efficiency of using wind power. Since the blades are located at an angle to the direction of the wind force vector, there is a glide of the air flow over the surface of the blades, i.e. only a small fraction of wind energy is used to create torque. To ensure a large torque, it is necessary to increase the length and area of the blades, therefore, the diameter of the circle described by the blades and the height of the support column are increased. When the wind is intensified to a hurricane, such installations are weathering, but even in this position there is a flutter of the blades and their ends, the possibility of spontaneous unwinding of the blades is not excluded. As a result of flutter, the ends of the blades are often destroyed. The cost of stationary installations of this type is quite high since in addition to the basic structural elements, in addition, each blade has its own gearbox for turning and holding the pitch of the blade, each gearbox has its own electronic control unit and synchronization of the pitch of the blades. The tower also has a separate gearbox for turning and an electronic control unit for turning the tower. This entire system is controlled by a complex electronic system, or by an operator. Installation of such installations is carried out using high-altitude cranes, or cranes with a long boom and a lifting capacity of more than 30 tons. Outwardly, such installations look very light and elegant, but in fact the weight of only the supporting column is on average about 100-150 tons, and the foundation under the column is a powerful reinforced concrete structure that can withstand the weight of the column and a large bending moment, because in wind, the column acts as a loaded console. In addition, during operation, the ends of the blades describe a circle of large diameter, therefore, the linear speed of the ends of the blades is very high, hence the increased wear of the ends of the blades from air erosion. To eliminate these phenomena and increase efficiency, the blades and the ends of the blades are given a more complex aerodynamic shape, which leads to a rise in the cost of the blades and the entire installation as a whole. Installations of this type are mainly stationary, and existing mobile installations are low-power.
Известна “Ветровая электростанция с вертикальной двухступенчатой вихревой аэротурбиной с центробежными ограничителями скорости вращения аэротурбины” (Патент RU №2392489, МПК F03D 3/00, опубл. 20.06.2010), содержащая аэротурбину, монтируемую на горизонтальных опорах и выполненную из двух вертикально поставленных одна над другой турбин с индивидуальными несущими валами, соединенными с электрогенераторами или иными потребителями энергии вращения через системы передач, муфты и мультипликаторы или редукторы, при этом вал нижней турбины выполнен полым, внутри него через подшипники размещен вал верхней турбины, прикрепленный посредством подшипников к горизонтальным опорам, на поверхности валов установлены диски с пазами на их окружностях, в которых крепятся внутренние концы лопастей, выполненных в виде поверхности, отсеченной от полого цилиндра плоскостью, параллельной образующей, а наружные концы лопастей стянуты между собой узкими кольцами-обручами, сверху и снизу торцы лопастей закрыты основаниями в виде дисков, жестко связанными с ними и с валами, образуя многолопастные турбины, лопасти в которых имеют противоположно направленные изгибы, к основаниям турбин съемными соединениями прикреплены цилиндры, при этом в наружные цилиндры, закрытые конусными обтекателями, нанизанными на валы, встроены конусные, чашеобразные емкости с ребрами, в которые помещены подвижные, в виде жидкости или сыпучих веществ, балласты, в средних же цилиндрах размещены элементы центробежных ограничителей скорости вращения турбин, при этом цилиндр нижней турбины входит в полость цилиндра верхней турбины, на внутренней поверхности последнего закреплены пояс из высокопрочного фрикционного материала и постоянные магниты, образующие радиальное магнитное поле, а цилиндр нижней турбины выполнен в виде ротора с расположенными в зоне магнитного поля на боковой его поверхности изолированными проводниками, верхние концы которых в виде коллекторных пластинок образуют горизонтальный коллектор, а нижние соединены токопроводящей пластинкой у нижнего основания ротора, причем на верхнем основании нижнего цилиндра закреплены рычаги с токопроводящими пластинками на днище и фрикционным материалом на концах, вращающиеся на осях и удерживаемые в нерабочем положении пружинами.The well-known “wind power station with a vertical two-stage vortex wind turbine with centrifugal speed limiters of a wind turbine” (Patent RU No. 2392489, IPC F03D 3/00, published on 06/20/2010), containing a wind turbine mounted on horizontal supports and made of two vertically placed one above another turbine with individual bearing shafts connected to electric generators or other consumers of rotational energy through transmission systems, couplings and multipliers or gearboxes, while the shaft of the lower turbine is made floor well, inside it, through the bearings, there is a shaft of the upper turbine attached by bearings to horizontal bearings, disks with grooves on their circles are mounted on the surface of the shafts, in which the inner ends of the blades are mounted, made in the form of a surface cut off from the hollow cylinder by a plane parallel to the generatrix, and the outer ends of the blades are pulled together by narrow hoop rings, the top and bottom of the ends of the blades are closed by bases in the form of disks, rigidly connected with them and with the shafts, forming multi-blade turbines s, the blades in which have opposite bends, cylinders are attached to the turbine bases with removable joints, while conical, cup-shaped containers with ribs in which they are movable, in the form of liquid or loose, are built into the outer cylinders, closed by conical fairings strung on shafts substances, ballasts, in the middle cylinders there are elements of centrifugal turbine speed limiters, while the cylinder of the lower turbine enters the cavity of the cylinder of the upper turbine, on the inner surface after a belt of high-strength friction material and permanent magnets forming a radial magnetic field are fixed, and the cylinder of the lower turbine is made in the form of a rotor with insulated conductors located in the zone of the magnetic field on its lateral surface, the upper ends of which in the form of collector plates form a horizontal collector, and the lower connected by a conductive plate at the lower base of the rotor, and on the upper base of the lower cylinder levers are fixed with conductive plates on the bottom and fritz onnym material at the ends of rotating on axes and held in an inoperative position by springs.
Данное техническое решение имеет следующие недостатки:This technical solution has the following disadvantages:
- слишком большой изгиб лопастей турбин, который хотя и позволяет свести к минимуму тормозящую силу потолка воздуха набегающего на не рабочую половину турбины, но при этом уменьшается и сила воздействия воздушного потока и на рабочую сторону лопастей. При таких изгибах лопастей воздушный поток скользит по рабочей поверхности и значительная часть энергии воздушного потока не используется, вращающий момент меньше чем при прямых или слабоизогнутых лопастях;- too much bending of the turbine blades, which, although it allows minimizing the braking force of the ceiling of the air running on the non-working half of the turbine, it also reduces the force of the air flow and the working side of the blades. With such bends of the blades, the air flow slides along the working surface and a significant part of the energy of the air flow is not used, the torque is less than with straight or slightly curved blades;
- трехступенчатая система регулирования оборотов для турбин подобного рода вносит дополнительные усложнения в конструкцию и в предложенном виде не целесообразна. Предложенный динамический способ регулирования оборотов увеличивает вес конструкции за счет наличия подвижного балласта. Данная система является только инерционным стабилизатором скорости вращения и в предложенном виде не может эффективно регулировать обороты. В отношении же электродинамического регулятора можно сказать, что это абсолютно не рабочая система. В описании сказано, что проводники соединены между собой снизу токопроводящей пластиной, речь идет именно об одной пластине, т.е. снизу они все закорочены и установлены на одном кольце, а верхние концы свободные и не закороченные. Поворачивающиеся рычаги будут замыкать только проводники, находящиеся в секторе их поворота, а остальные проводники при этом остаются разомкнутыми. Даже если предположить, что верхние концы проводников будут перемкнуты или замкнуты, все равно данная конструкция не является ротором электромотора и ни о каком электрическом токе в проводниках и речи быть не может и уж тем более электромагнитного поля. По поводу механической системы с фрикционными элементами - система не работоспособна. При сильном ветре скорость вращения турбин будет стремиться к максимуму, рычаги под действием центробежной силы прижмутся к фрикционному поясу, разумеется, турбины уменьшат скорость вращения но не остановятся, а будут стремиться к увеличению скорости вращения и трение будет постоянным. Каким бы прочным не был фрикционный пояс и рычаги, все равно неизбежно произойдет нагрев, затем перегрев и разрушение данной системы. Таким образом, получается, что данная система регулирования оборотов абсолютно не работоспособна;- a three-stage speed control system for turbines of this kind introduces additional complications to the design and is not advisable in the proposed form. The proposed dynamic method of speed control increases the weight of the structure due to the presence of a movable ballast. This system is only an inertial speed stabilizer and in the proposed form cannot effectively regulate speed. Regarding the electrodynamic controller, we can say that this is absolutely not a working system. The description says that the conductors are interconnected from below by a conductive plate, we are talking about just one plate, i.e. from below they are all shorted and mounted on the same ring, and the upper ends are free and not shorted. Turning levers will close only the conductors located in the sector of their rotation, and the rest of the conductors remain open. Even if we assume that the upper ends of the conductors will be shorted or closed, still this design is not the rotor of the electric motor and there can be no talk of any electric current in the conductors, much less an electromagnetic field. As for the mechanical system with friction elements, the system is not functional. With a strong wind, the turbine rotation speed will tend to the maximum, the levers under the action of centrifugal force will press against the friction belt, of course, the turbines will reduce the rotation speed but will not stop, but will tend to increase the rotation speed and the friction will be constant. No matter how strong the friction belt and levers are, heating will inevitably occur, then overheating and destruction of this system. Thus, it turns out that this speed control system is absolutely not functional;
- использование данной установки на морских судах невозможно. Динамический способ регулирования оборотов, т.е. использование жидкого или сыпучего балласта в судовых условиях не приемлем. В море судно испытывает бортовую и килевую качку, во время шторма качка очень резкая, при ударах волны о корпус судна имеет место сильная вибрация всех элементов конструкции судна и наличие подвижного балласта в верхней части, предложенной установки, даст дополнительную вибрацию в ее верхней части, которая и приведет к разрушению верхнего подшипникова узла. Между цилиндрами 4 и 10 имеется зазор, в море туда непременно будет попадать водяная пыль и обязательно образуется налет соли внутри барабанов 4 и 10. Все элементы внутри барабанов 4 и 10 в течение короткого времени окажутся покрытыми слоем соли и выведут из строя электрическую и механическую систему торможения;- the use of this installation on ships is impossible. The dynamic method of controlling the speed, i.e. the use of liquid or bulk ballast in ship's conditions is not acceptable. At sea, the ship experiences rolling and keel pitching, during a storm the pitching is very sharp, when a wave hits the ship’s hull, there is a strong vibration of all structural elements of the ship and the presence of moving ballast in the upper part of the proposed installation will give additional vibration in its upper part, which and will lead to the destruction of the upper bearing assembly. There is a gap between
- установка абсолютно ни как не защищена от очень сильных и ураганных ветров.- the installation is absolutely not protected from very strong and hurricane winds.
Известен “Ветряной двигатель «Гигант»”, выбранный в качестве прототипа (Патент RU №2065992, МПК F03D 3/00, опубл. 27.08.1996), содержащий вертикальный вал и ветроколесо с лопастями, закрепленными под углом к радиусу ветродвигателя. Вал кинематически связан с электрогенераторами, ветроколесо с лопастями выполнено в виде венца с П-образным желобом, а угол крепления лопастей составляет 60°, причем между лопастями образованы карманы. Недостатками данной системы является следующее:The famous "Giant" wind turbine ", selected as a prototype (Patent RU No. 2065992, IPC F03D 3/00, publ. 08.27.1996) containing a vertical shaft and a wind wheel with blades fixed at an angle to the radius of the wind turbine. The shaft is kinematically connected with electric generators, the wind wheel with the blades is made in the form of a crown with a U-shaped groove, and the angle of attachment of the blades is 60 °, and pockets are formed between the blades. The disadvantages of this system are the following:
- большие габариты, большое число кинематических связей (катки-рельсы “кольцевые пути”, приводы для 10 генераторов) ограничивают область применения и снижают надежность всей системы;- large dimensions, a large number of kinematic links (ring-track rollers, drives for 10 generators) limit the scope and reduce the reliability of the entire system;
- отсутствует защита от вертикальных перемещений. В предложенном варианте при больших габаритах ветроколесо должно быть достаточно легким и при сильном восходящем или турбулентном потоке воздуха возможно поднятие ветроколеса и отрыв его от опор;- there is no protection against vertical movements. In the proposed embodiment, with large dimensions, the wind wheel should be light enough and with a strong ascending or turbulent air flow, it is possible to raise the wind wheel and break it from the supports;
- наличие опорных колонн предопределяет расположение всей системы на малой высоте от поверхности земли, но именно на малых высотах воздушный поток не постоянен и подвержен турбуленции, т.е. эффективность работы ветроколеса в таких условиях невысокая;- the presence of support columns determines the location of the entire system at a low height from the earth's surface, but it is at low altitudes that the air flow is not constant and is subject to turbulence, i.e. the efficiency of the wind wheel in such conditions is low;
- на схеме показано направление вращения ветроколеса против часовой стрелки. Но даже при беглом взгляде на схему видно, что ветроколесо должно вращаться по часовой стрелке. Если принять направление ветра за 0° то, в секторе 300°-0°-70° суммирующие векторы силы ветра, воздействующие на лопатки ветроколеса, будут раскручивать его по часовой стрелке. При этом в секторе 270°-300° лопатки будут стремиться поворачивать ветроколесо против часовой стрелки и тем самым тормозить вращение ветроколеса.- the diagram shows the direction of rotation of the wind wheel counterclockwise. But even with a cursory glance at the diagram, it can be seen that the wind wheel should rotate clockwise. If we take the wind direction as 0 °, then in the sector of 300 ° -0 ° -70 ° the summing vectors of the wind force acting on the blades of the wind wheel will spin it clockwise. Moreover, in the sector 270 ° -300 °, the blades will tend to rotate the wind wheel counterclockwise and thereby slow down the rotation of the wind wheel.
В таких условиях эффективность использования силы ветра будет низкой;In such conditions, the efficiency of using wind power will be low;
- установка абсолютно ни как не защищена от сильных и ураганных ветров. Предлагаемое техническое решение лишено всех перечисленных недостатков.- the installation is absolutely not protected from strong and hurricane winds. The proposed technical solution is devoid of all these disadvantages.
Задачей предлагаемого технического решения является создание простой, дешевой, универсальной ветряной энергетической установки, с максимально возможным диапазоном применения и которая максимально эффективно использует силу ветра.The objective of the proposed technical solution is to create a simple, cheap, universal wind power installation, with the maximum possible range of applications and which makes maximum use of wind power.
Поставленная задача достигается тем, что в универсальной ветряной энергетической установке, содержащей вертикальный вал и ветряное колесо с лопастями, ветряное колесо с лопастями размещено внутри обтекателей - наружного и внутреннего, выполненных в виде полых полудисков аэродинамической формы, и посажено на полый вал редуктора, при этом наружный обтекатель снабжен устройством управления внутренним обтекателем, которое при усилении скорости ветра выше допустимых значений выводит систему из работы путем поворота внутреннего обтекателя вокруг вертикальной оси относительно наружного обтекателя, закрывая при этом ветряное колесо от воздействия набегающего воздушного потока, а при уменьшении скорости ветра устройство вводит внутренний обтекатель внутрь наружного, открывает ветряное колесо для воздушного потока и вводит систему в работу. Устройство управления внутренним обтекателем выполнено в виде ветряного колеса с центробежным магнитным переключателем.The task is achieved in that in a universal wind power installation containing a vertical shaft and a wind wheel with blades, a wind wheel with blades is placed inside the fairings - external and internal, made in the form of hollow half-disks of an aerodynamic shape, and planted on the hollow shaft of the gearbox, while the outer fairing is equipped with an internal fairing control device, which, when the wind speed is higher than the permissible values, takes the system out of operation by turning the internal fairing I am around the vertical axis relative to the outer fairing, while closing the wind wheel from the impact of the incoming air stream, and when the wind speed decreases, the device introduces the internal fairing inside the outer one, opens the wind wheel for air flow and puts the system into operation. The control device of the internal fairing is made in the form of a wind wheel with a centrifugal magnetic switch.
Универсальная ветряная энергетическая установка может использоваться в стационарном варианте, в качестве передвижной ветряной энергетической установки и как вспомогательная энергетическая установка на морских и речных судах.The universal wind power plant can be used in a stationary version, as a mobile wind power plant and as an auxiliary power plant on sea and river vessels.
На Фиг.1 представлен общий вид установки в открытом рабочем положении.Figure 1 presents a General view of the installation in the open operating position.
Фиг.2 - вид установки в закрытом положении.Figure 2 - view of the installation in the closed position.
Фиг.3 - наружный обтекатель, вид сверху.Figure 3 - outer fairing, top view.
Фиг.4 - наружный обтекатель, сечение А-А.Figure 4 - outer fairing, section AA.
Фиг.5 - наружный обтекатель, вид снизу.5 is an outer fairing, a bottom view.
Фиг.6 - наружный обтекатель, вид спереди.6 is an outer fairing, front view.
Фиг.7 - наружный обтекатель, вид сбоку.7 is an outer fairing, side view.
Фиг.8 - внутренний обтекатель, вид сверху.Fig - internal fairing, top view.
Фиг.9 - внутренний обтекатель, вид спереди.Fig.9 is an internal fairing, front view.
Фиг.10 - внутренний обтекатель, вид сбоку.Figure 10 is an internal fairing, side view.
Фиг.11 - внутренний обтекатель, сечение Б-Б.11 is an internal fairing, section BB.
Фиг.12 - рейка, вид 4.Fig - rail,
Фиг.13 - часть рейки (общий вид).Fig - part of the staff (General view).
Фиг.14 - общий вид установки в разрезе.Fig - General view of the installation in section.
Фиг.15 - ветряное колесо, вид сверху.Fig - wind wheel, top view.
Фиг.16 - ветряное колесо, вид сбоку.Fig.16 is a wind wheel, side view.
Фиг.17 - ветряной силовой агрегат системы управления внутренним обтекателем.Fig - wind power unit control system of the internal fairing.
Фиг.18 - диск центробежного магнитного переключателя, вид сверху.Fig - disk centrifugal magnetic switch, top view.
Фиг.19 - диск центробежного магнитного переключателя, вид сбоку.Fig - disk centrifugal magnetic switch, side view.
Фиг.20 - обтекатель ветряного силового агрегата, вид сверху.Fig - fairing wind power unit, top view.
Фиг.21 - обтекатель ветряного силового агрегата, общий вид.Fig - fairing wind power unit, General view.
Фиг.22 - редуктор системы управления внутренним обтекателем в разрезе, вид сбоку.Fig. 22 is a sectional side view of a gearbox of an internal fairing control system.
Фиг.23 - редуктор системы управления внутренним обтекателем в разрезе, вид сверху.Fig - gearbox control system of the internal fairing in section, top view.
Фиг.24 - общий вид ветряной энергетической установки (судовой вариант).24 is a general view of a wind power installation (ship version).
Фиг.25 - вспомогательная судовая ветряная энергетическая установка, схема размещения на судне.Fig - auxiliary ship wind power installation, the layout of the vessel.
Фиг.26 - схема использования установки на судне. Fig is a diagram of the use of the installation on the ship.
Обтекатели (Фиг.1, 2), наружный 1 и внутренний 2 выполнены в виде полых полудисков аэродинамической формы. У наружного обтекателя (Фиг.1, 2, 3, 5, 6, 7) в задней части установлен вертикальный киль 3, подобный хвостовому вертикальному килю самолетов, в носовой части (Фиг.1, 2, 3, 5, 6, 7) имеется выступающая горизонтальная площадка 4, на которой расположено устройство управления внутренним обтекателем. Боковая поверхность обтекателей выполнена сплошной, шириной, равной примерно 1/3 длины лопасти. Верхняя и нижняя поверхности обтекателей (Фиг.1, 2, 3, 4, 5, 7) имеют поперечные сквозные прорези, идущие от продольных балок в сторону боковых поверхностей и образующие набор поперечных пластин, плоскость которых наклонена в сторону носовой части обтекателей (Фиг.4). Внутренний обтекатель 2 (Фиг.8, 9, 10, 11) располагается внутри наружного обтекателя 1, по наружному периметру внутреннего обтекателя установлена П-образная рейка (Фиг.8, 9, 10, 12, 13) с вертикальными роликами 5. В задней части внутреннего обтекателя (Фиг.1, 8, 9, 10) на продольных балках установлены две вертикальные (верхняя и нижняя) ограничительные пластины 6. Оба обтекателя (Фиг.14) в верней части опираются на подшипники, посаженные на центральную опорную ось 7, а в нижней части опираются на поворотное устройство 8, размещенное по периметру наружной стенки редуктора 9.Fairings (1, 2), the outer 1 and the inner 2 are made in the form of hollow semi-disks of an aerodynamic shape. At the outer fairing (Fig. 1, 2, 3, 5, 6, 7) in the rear there is a
Ветряное колесо 10 (Фиг.1, 14, 15, 16) располагается внутри внутреннего обтекателя 2, посажено на верхний конец вала 11 и состоит из ступицы, спиц и лопастей. Лопасти могут иметь любую форму, но наиболее целесообразной является форма листа со сферической вогнутой внутренней (рабочей) поверхностью и сферической выпуклой внешней (не рабочей) поверхностью. В любом случае внешние края лопастей должны повторять форму внутренней поверхности внутреннего обтекателя 2. Вал 11 выполнен полым, нижней частью опирается на опорно-упорный подшипник, посаженный на нижний конец опорной оси 7 и опирающийся на фундаментную плиту редуктора 9. В нижней части на вал 11 посажена ведущая шестерня 12, верхний конец вала 11 имеет шлицы, на которые садится ступица ветряного колеса 10. На нижней кромке фланца вала 11 прикреплен зубчатый венец, который входит в зацепление с зубчатым колесом масляного насоса 13. Опорная ось 7 располагается с радиальным зазором внутри вала 11, нижним концом ось 7 плотно посажена и закреплена в фундаментной плите редуктора 9, внутри оси 7 имеются продольный осевой и поперечные масляные каналы, по которым масло от масляного насоса 13 подается к верхним подшипникам вала 11. Вращающий момент от ветряного колеса 10 передается через редуктор 9 на генератор 14. В зависимости от компоновки установки генератор 14 может быть соединен с редуктором 9 напрямую либо через промежуточный угловой редуктор 15 (Фиг.14).The wind wheel 10 (Fig.1, 14, 15, 16) is located inside the
Устройство управления внутренним обтекателем 9 (Фиг.1, 2, 3, 5, 7) располагается на площадке 4 перед носовой частью наружного обтекателя 1 и состоит из ветряного силового агрегата 16, генератора 17, аккумулятора 18, электромотора постоянного тока 19, редуктора 20 и зубчатого колеса 21. Ветряной силовой агрегат 16 (Фиг.17) состоит из ветряного колеса 16(a) с неподвижным обтекателем 16(б) и центробежного магнитного переключателя. Обтекатель 16(б) спереди закрывает движущуюся навстречу ветру нерабочую сторону ветряного колеса 16(a) в секторе 90°. Под колесом 16(a), внутри корпуса 22, расположен диск 23 с магнитами 24, снизу к корпусу 22 крепится магнитный переключатель 25. Центробежный магнитный переключатель состоит из двух частей, центробежной части и непосредственно самого переключателя. Центробежная часть выполнена в виде диска 23 (Фиг.17, 18, 19) с радиальными сверлениями от края до ступицы и сквозными радиальными прорезями вдоль радиальных сверлений. Ширина прорезей меньше диаметра радиальных сверлений. В прорези вставлены полые цилиндрические втулки 26 с фланцем с одного конца. Фланцы втулок 26 входят в пазы вдоль прорезей. Внутрь втулок плотно впрессованы цилиндрические магниты 24, образующие неразъемное соединение магнита 24 с втулками 26. Втулки 26 свободно перемещаются вдоль прорезей и подпружинены пружинами 27, вставленными в радиальные сверления. Пружины 27 зафиксированы с наружного конца резьбовыми пробками 28. Диск 23 посажен на шлицы вала 29 и зафиксирован пружинным стопорным кольцом. Снизу к корпусу 22 прикреплен магнитный переключатель 25. Вал 29 через полумуфты 30 соединяется с валом генератора 17. Корпус редуктора 20 (Фиг.22) вставлен в профильный вырез в площадке 4 и в передней части наружного обтекателя 1. Внутри корпуса редуктора 20 (Фиг.22, 23) расположен червяк 20(a), червячное колесо 20(б), ведущая 20(в) и ведомая 20(г) шестерни, зубчатое колесо 21. Зубчатое колесо 21 входит в зацепление с роликами рейки 5, расположенной по периметру внутреннего обтекателя 2. Вал червяка 20(a) соединен с валом электромотора 19. Снизу к площадке прикреплен аккумулятор 18 в герметичном боксе.The control device of the inner fairing 9 (Fig. 1, 2, 3, 5, 7) is located on the
Установка работает следующим образом.Installation works as follows.
При малом, среднем и сильном ветре воздушный поток воздействует на лопасти колеса 10 и заставляет его вращаться, вращение через редуктор 9 и 15 передается на генератор 14 и генератор вырабатывает электрический ток. Устройство управления внутренним обтекателем в это время тоже работает, ветряное колесо 16(a) вращается, генератор 17 вырабатывает ток, который идет на подзарядку аккумулятора 18 и на обеспечение работы второстепенных потребителей (проблесковых маячков). При усилении скорости ветра сверх допустимых значений скорость вращения ветряного колеса 16(a) увеличивается, магниты 24 под действием центробежной силы смещаются к краю диска 23 и воздействуют на магнитный переключатель 25, переключатель срабатывает и замыкает контакты на закрытие. При этом подается питание от аккумулятора 18 на электромотор 19, который начинает вращаться, приводит в действие редуктор 20 и зубчатое колесо 21. Зубчатое колесо 21 воздействует на ролики рейки 5 и приводит в движение в сторону закрытия внутренний обтекатель 2. Обтекатель 2 поворачивается вокруг оси 7, выходит из наружного обтекателя 1 и закрывает рабочую часть ветряного колеса 10 от воздействия воздушного потока. Ветряное колесо 10 останавливается. В крайнем (закрытом) положении обтекатель 2 прижимает упорные пластины 6 к конечным выключателям (не показаны), которые размыкают цепь закрытия, электромотор 19 останавливается. Так как в редукторе 20 используется червячная и понижающая передачи, то зубчатое колесо 21 не может повернуться самопроизвольно или под действием вибрации внутреннего обтекателя 2, т.е. система достаточно жесткая и не может самопроизвольно открыться либо закрыться. При уменьшении скорости ветра скорость вращения ветряного колеса 16(a) уменьшается, уменьшается центробежная сила, магниты 24 под действием пружин 27 перемещаются в сторону центра, снова воздействуют на магнитный переключатель 25, который переключает контакты на открытие и подает питание на электромотор 19. Электромотор 19 начинает вращаться в другую сторону, приводит в действие редуктор 20 и зубчатое колесо 21, которое вращаясь, поворачивает внутренний обтекатель 2 вокруг оси 7 внутрь наружного обтекателя 1. Войдя полностью внутрь наружного обтекателя 1, внутренний обтекатель 2 упорными пластинами 6 нажимает на конечные выключатели (не показаны) и разрывает цепь открытия, электромотор 17 останавливается. Ветряное колесо 10 под действием набегающего воздушного потока начинает вращаться и приводит в действие генератор 14. Таким образом, в предложенном варианте имеется полностью автономная ветряная энергетическая установка, которая в зависимости от скорости ветра, может сама включаться в работу и выключаться из работы. В устройстве управления внутренним обтекателем ветряной силовой агрегат и генератор являются достаточно инерционной системой, которая не реагирует на кратковременные порывы ветра, т.е. система работает плавно и реагирует только на реально увеличивающуюся и уменьшающуюся скорость ветра. Обтекатели 1 и 2 закрывают не работающую сторону ветряного колеса 10 от воздействия набегающего потока воздуха, т.е. убирается тормозящая сила, воздействующая на не рабочую сторону лопастей набегающим потоком воздуха, а рабочая сторона лопастей в секторе 90° полностью исключает проскальзывание воздушного потока по лопастям. Таким образом, ветряное колесо 10 достаточно эффективно использует силу воздушного потока, воздействующего на него. Так как обтекатели 1 и 2 свободно вращаются вокруг ветряного колеса 10 и редуктора 9, а наружный обтекатель 1 имеет вертикальный киль 3 в задней части, то работа установки не зависит от направления ветра, т.к. обтекатели сами разворачиваются по ветру.With a small, medium and strong wind, the air flow acts on the blades of the
В предложенном варианте установка может использоваться в любых условиях, на открытой местности, в населенных пунктах (на крышах домов и высотных зданий), может быть установлена на любую подвижную платформу наземного и морского базирования. Кроме того, возможен вариант использования подобной установки в качестве вспомогательной ветряной энергетической установки на морских и речных судах. Для этого установка имеет немного другую форму (Фиг.24), лопасти ветряного колеса 31 короткие и широкие, без спиц, а обтекатель 1 может быть один наружный, свободно вращающийся вокруг редуктора 32. Устанавливаются как минимум две установки по обоим бортам над надстройкой судна, немного ниже радарного мостика (Фиг.25). Целесообразно использовать угловой редуктор 32 и генераторы 33 располагать горизонтально, в сторону центра судна, перпендикулярно осевой линии судна. Судовая вспомогательная ветряная энергетическая система (Фиг.26) состоит из, как минимум, двух ветряных энергетических установок ВЭУ, распределительного щита 34, блока аккумуляторных батарей 35, электрических нагревателей 36, потребителей, работающих от переменного тока и электромотора 37. Работает данная система следующим образом: ток, вырабатываемый ВЭУ, поступает в распределительный щит 34 и оттуда на блок аккумуляторных батарей 35. В зависимости от потребностей судна питание, через распределительный щит 34, подается на второстепенные потребители через преобразователь тока (если нужен переменный ток) или непосредственно на нагреватели 36 (здесь можно использовать постоянный ток). Нагреватели 36 целесообразно использовать в основном для нагрева воды. Данный вариант используется во время стоянки судна в порту или на рейде и не заменяет использования дизель-генераторов, просто дает дополнительную мощность и частично снимает нагрузку с дизель-генераторов и парового котла, позволяя экономить топливо. Когда судно идет по реке или в море и имеется ветер, достаточный для приведения в действие ВЭУ, питание подается на электромотор 37, который соединен с редуктором 38 через автоматическую муфту 39. Главный двигатель 40 соединяется с редуктором 38 через отключаемую муфту 41. Во время работы электромотор 37 подкручивает редуктор 38 и дает дополнительную мощность пропульсивной установке. Отсюда снижается нагрузка на главный двигатель, увеличивается скорость, уменьшается расход топлива. В случае выхода из строя главного двигателя 40 отключается муфта 41 и, при слабом и среднем волнении, электромотор 37 может обеспечить судну самый малый - малый ход, а во время шторма сохранить управляемость судна, т.е. даст возможность держать судно либо носом на волну, либо по волне. Таким образом, уменьшается возможность разворота судна лагом волной или ветром и устраняется опасность сильного накренения или опрокидывания судна. В предложенном судовом варианте использование такой системы ведет к экономии всех видов судового топлива и увеличивает живучесть судна в штормовых условиях. Обтекатели и ветряное колесо изготавливаются из легких композитных материалов с использованием углеродного волокна. В предложенном варианте установка смонтирована на опорной колонне.In the proposed embodiment, the installation can be used in any conditions, in an open area, in settlements (on the roofs of houses and high-rise buildings), can be installed on any mobile ground and sea-based platform. In addition, it is possible to use a similar installation as an auxiliary wind power installation on sea and river vessels. For this, the installation has a slightly different shape (Fig. 24), the blades of the
Таким образом, преимуществом предлагаемой установки является то, что при меньших габаритах она способна выдавать большую мощность, не требует сложных электронно-механических устройств для лопастей. Компоновка установки такова, что она может быть смонтирована в любых условиях, на открытой местности, в населенных пунктах (на крышах домов и высотных зданий), на морских и речных судах, либо на любой подвижной платформе и использоваться в качестве передвижной ветряной электростанции, насосной станции, либо для привода различных механизмов и устройств. Установка более эффективно использует энергию ветра и является устойчивой к ураганным ветрам, т.к. при усилении ветра способна сама, без участия операторов, выводиться из работы, а при ослаблении ветра автоматически включаться в работу.Thus, the advantage of the proposed installation is that with smaller dimensions it is capable of delivering more power, does not require complex electronic-mechanical devices for the blades. The layout of the installation is such that it can be mounted in any environment, in open areas, in settlements (on the roofs of houses and high-rise buildings), on sea and river vessels, or on any mobile platform and used as a mobile wind power station, pump station , or to drive various mechanisms and devices. The installation uses wind energy more efficiently and is resistant to hurricane winds, as with the strengthening of the wind, it is capable of itself, without the participation of operators, being taken out of work, and when the wind is weakened, it is automatically switched on.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010143547/06A RU2462614C2 (en) | 2010-10-25 | 2010-10-25 | Multi-purpose wind-driven power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010143547/06A RU2462614C2 (en) | 2010-10-25 | 2010-10-25 | Multi-purpose wind-driven power plant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010143547A RU2010143547A (en) | 2012-04-27 |
RU2462614C2 true RU2462614C2 (en) | 2012-09-27 |
Family
ID=46297227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010143547/06A RU2462614C2 (en) | 2010-10-25 | 2010-10-25 | Multi-purpose wind-driven power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2462614C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2653641C2 (en) * | 2015-12-01 | 2018-05-11 | Евгений Александрович Савин | Vertical-axial wind turbine |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU5458A1 (en) * | 1926-08-06 | 1928-05-31 | И.И. Золотухин | Horizontal wind motor |
DE19607592A1 (en) * | 1996-02-29 | 1997-09-04 | Hannig Norbert | Flow turbine using air and water flows for electricity production or work power |
RU2258155C1 (en) * | 2004-01-05 | 2005-08-10 | Савин Александр Борисович | Energy accumulating wind-driven electric plant |
RU72730U1 (en) * | 2007-11-20 | 2008-04-27 | Павел Николаевич Евдокимычев | WINDSHIELD |
CN201539362U (en) * | 2009-09-24 | 2010-08-04 | 李穆然 | Deflector type vertical shaft fan |
-
2010
- 2010-10-25 RU RU2010143547/06A patent/RU2462614C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU5458A1 (en) * | 1926-08-06 | 1928-05-31 | И.И. Золотухин | Horizontal wind motor |
DE19607592A1 (en) * | 1996-02-29 | 1997-09-04 | Hannig Norbert | Flow turbine using air and water flows for electricity production or work power |
RU2258155C1 (en) * | 2004-01-05 | 2005-08-10 | Савин Александр Борисович | Energy accumulating wind-driven electric plant |
RU72730U1 (en) * | 2007-11-20 | 2008-04-27 | Павел Николаевич Евдокимычев | WINDSHIELD |
CN201539362U (en) * | 2009-09-24 | 2010-08-04 | 李穆然 | Deflector type vertical shaft fan |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2653641C2 (en) * | 2015-12-01 | 2018-05-11 | Евгений Александрович Савин | Vertical-axial wind turbine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010143547A (en) | 2012-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2367715C (en) | Water current turbine sleeve mounting | |
CA1212333A (en) | Wind-driven generation plant | |
US8222762B2 (en) | Direct-drive generator/motor for a windmill/hydropower Plant/Vessel where the generator/morot is configured as a hollow profile and a method to assemble such a windmill/hydropower plant | |
US8362631B2 (en) | Marine energy hybrid | |
RU2607713C2 (en) | Floating structure fluid dynamic force use system and wind-propelled vessel | |
AU2006334696B2 (en) | Device and system for producing regenerative and renewable energy from wind | |
JP6297576B2 (en) | Method and system for wave energy conversion | |
US20100133838A1 (en) | Turbine rotor and power plant | |
GB2311566A (en) | Column mounted water current turbine | |
US20200355161A1 (en) | Floating offshore wind power plant having a vertical rotor and modular wind farm comprising a plurality of such wind power plants | |
RU2462614C2 (en) | Multi-purpose wind-driven power plant | |
WO2015116016A1 (en) | Power plant (variants) | |
SE542891C2 (en) | A floating vertical axis wind turbine with peripheral water turbine assemblies | |
CN117222811A (en) | Power generation and/or energy storage device | |
EA014153B1 (en) | Wind-driven sail-assisted powerplant (variants) and a wind system | |
RU2762011C1 (en) | Ship hybrid rotary wind turbine with rotary arc-shaped blades | |
RU2761585C1 (en) | Hybrid rotary wind propeller for ships with rotary drop-shape blades | |
KR101840705B1 (en) | Multiple vertical axis tidal generators and combined power generation using it | |
EP3665388A1 (en) | Transitioning wind turbine | |
CN201650565U (en) | Double-wheel half-hidden screen current power generation device | |
WO2023237491A1 (en) | Service system for servicing a marine structure | |
CN118442236A (en) | Full-submerged tidal current energy power generation device |