RU2468248C2

RU2468248C2 - Wind wheel and wind-driven power plant on its basis

Info

Publication number: RU2468248C2
Application number: RU2010142242/06A
Authority: RU
Inventors: Ольга Борисовна Соломенкова; Сергей Федорович Степанов; Иван Иванович Артюхов; Игорь Миргазианович Хусаинов
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2012-11-27
Also published as: RU2010142242A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: wind wheel includes at least three wind blade wheels installed on a common shaft. Each wind wheel represents turning blades fixed on the bushing. Bushing of one of the wheels is rigidly fixed on the shaft. Bushings of the rest wheels are moving along longitudinal axis of the shaft. Wind wheel the bushing of which is rigidly fixed on the shaft is the main wheel, and two other wheels which are located on both sides of the main wheel are moving ones. Fastening of blades of each wheel, when all bushings are connected, provides the location of wind wheel blades in one plane so that equal angles are formed between them. Moving bushings are provided with possibility of fixing their position. Wind-driven power plant includes at least three detachable modules, wind metre and control unit. Detachable modules are fixed on metal frame installed on rotating platform. Control unit is connected to wind metre and rotating platform. Each detachable module includes wind wheel connected to the control unit and in-series connected to multiplying gear, electric generator and frequency converter. Detachable modules are fixed on metal frame so that parallel location of rotation axes of all wind wheels is provided.

EFFECT: increasing energy output, efficiency of wind use in wide range of wind loads; improving reliability and repairability of wind-driven power plant.

11 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для автономного энергоснабжения бытовых потребителей, а также для параллельной работы с энергосистемой.The invention relates to the field of wind energy and can be used for autonomous power supply of household consumers, as well as for parallel operation with the power system.

Известен многоярусный ветродвигатель, содержащий ветровые колеса, установленные на общем валу, и корпус, при этом каждое ветровое колесо соединено с валом посредством обгонной муфты (патент РФ на изобретение №2063542, МПК F03D 3/00, F03D 3/04).Known multi-tiered wind turbine containing wind wheels mounted on a common shaft, and a housing, with each wind wheel connected to the shaft by means of an overrunning clutch (RF patent for the invention No. 2063542, IPC F03D 3/00, F03D 3/04).

Недостатками данного ветродвигателя являются недостаточная эффективность использования ветра, неудобство регулирования мощности ветродвигателя, а также невозможность его защиты от опрокидывания при превышении скорости ветра допустимой величины.The disadvantages of this wind turbine are the lack of efficiency in the use of wind, the inconvenience of regulating the power of the wind turbine, as well as the inability to protect it from tipping over when the wind speed exceeds the permissible value.

Известен ветродвигатель, включающий вращающуюся турбину с вертикальной осью, расположенную внутри системы ветронаправляющих экранов, при этом каждый свободноповорачивающийся вокруг вертикальной оси ветронаправляющий экран непосредственно ориентирован на лопасть ветротурбины, причем крайние положения экрана определяют размер лопасти ветротурбины, которая установлена продольной осью перпендикулярно к прямой, проходящей через ось вращения ветронаправляющего экрана, и касается окружности, которая образована крайней наружной точкой лопасти ветротурбины (патент РФ на изобретение №2074980, МПК F03D 3/04).A wind turbine is known, including a rotating turbine with a vertical axis located inside the system of wind directional screens, with each freely rotating wind directional screen around the vertical axis directly oriented to the blade of the wind turbine, and the extreme positions of the screen determine the size of the blade of the wind turbine, which is installed with the longitudinal axis perpendicular to the straight line passing through the axis of rotation of the wind guide screen, and touches the circle, which is formed by the outermost point Turbine blade (RF patent №2074980, IPC F03D 3/04).

Однако данное техническое решение характеризуется большими габаритными размерами и сложностью конструкции, при этом сектор использования ветра не превышает угла 120°.However, this technical solution is characterized by large overall dimensions and design complexity, while the wind utilization sector does not exceed an angle of 120 °.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является ветроколесо с регулятором частоты вращения, содержащее поворотные лопасти и полый вал, на котором установлена подпружиненная муфта с возможностью перемещения относительно вала и кинематически связанная с лопастями. При этом ветроколесо снабжено несколькими подпружиненными муфтами, пружины которых имеют различную жесткость и установлены одна в другую, не касаясь друг друга. Поворотные лопасти соединены попарно и расположены диаметрально, причем кинематическая связь выполнена в виде пар рычагов, каждая пара которых закреплена на одной из муфт и паре соответствующих лопастей (патент РФ на изобретение №2109166, МПК F03D 7/04).Closest to the claimed technical solution is a wind wheel with a speed controller containing rotary blades and a hollow shaft on which a spring-loaded coupling is mounted with the ability to move relative to the shaft and kinematically connected with the blades. In this case, the wind wheel is equipped with several spring-loaded couplings, the springs of which have different stiffness and are installed one into the other, without touching each other. The rotary blades are connected in pairs and arranged diametrically, and the kinematic connection is made in the form of pairs of levers, each pair of which is mounted on one of the couplings and a pair of corresponding blades (RF patent for the invention No. 2109166, IPC F03D 7/04).

Однако при выводе из работы любой пары лопастей, оставшиеся лопасти располагаются неравномерно по окружности ветроколеса, что снижает эффективность его работы. Кроме того, лопасти, занимающие флюгерное положение, перестают создавать вращающий момент, но начинают создавать тормозящий момент, тем самым снижая эффективность работы ветроколеса.However, when decommissioning any pair of blades, the remaining blades are not evenly distributed around the circumference of the wind wheel, which reduces its efficiency. In addition, the vanes in the vane position stop creating torque, but begin to create braking torque, thereby reducing the efficiency of the wind wheel.

Известна ветроэлектростанция, содержащая одно или несколько ветроколес, расположенных в трубе и соединенных раздельно с двумя вертикальными валами, один из которых связан с электрогенератором, а другой - с инерционным аккумулятором. Труба объединена с концентратором воздушного потока, выполненным в виде шатра и расположенного под ним вогнутого конуса, между которыми установлены перегородки и заслонки с прикрепленными к ним тросами. Под шатром смонтированы устройства для сжигания газа или приема тепла, получаемого от сжигания мусора (патент РФ на изобретение №2062353, МПК F03D 3/00).A known wind farm containing one or more wind wheels located in a pipe and connected separately with two vertical shafts, one of which is connected to an electric generator, and the other to an inertial battery. The pipe is combined with an air flow concentrator, made in the form of a tent and a concave cone located under it, between which partitions and dampers with cables attached to them are installed. Under the tent are mounted devices for burning gas or receiving heat from burning waste (RF patent for the invention No. 2062353, IPC F03D 3/00).

Данная ветроэлектростанция имеет следующие недостатки. Шатер, наклоненный вниз своими краями, не захватывает под себя действующий на него ветер, который бесполезно давит на его наружную поверхность. Попадающий же воздушный поток под шатер с наветренной стороны лишь частично попадает к ветроколесу, так как значительная его часть, обогнув края конуса, проникает в каналы между перегородками, расположенными с противоположной стороны, и выходит бесполезно наружу. Все это снижает эффективность работы электростанции. Кроме того, кинематическая система, состоящая из одного или нескольких ветроколес, двух вертикальных валов и инерционного аккумулятора (многотонного маховика) является материалоемкой и трудна в изготовлении.This wind farm has the following disadvantages. The tent, tilted down with its edges, is not captured by the wind acting on it, which is uselessly pressing on its outer surface. The airflow falling under the tent from the windward side only partially gets to the wind wheel, since a significant part of it, rounding the edges of the cone, penetrates into the channels between the partitions located on the opposite side and goes useless outside. All this reduces the efficiency of the power plant. In addition, the kinematic system, consisting of one or more wind wheels, two vertical shafts and an inertial accumulator (multi-ton flywheel) is material-intensive and difficult to manufacture.

Известна ветроэлектростанция, включающая несколько роторов, приводимых во вращение за счет энергии ветра и соединенных так, чтобы функционировать за счет воздействия одного и того же ветрового потока (Фатеев Е.М. «Ветродвигатели и ветроустановки», Москва, 1948 г., с.81-85).A known wind farm, including several rotors driven by wind energy and connected so as to function due to the action of the same wind flow (Fateev EM "Wind turbines and wind turbines", Moscow, 1948, p. 81 -85).

Однако предложенная конструкция по расположению ветроколеса относится к барабанному типу, эффективность которой является чрезвычайно низкой. Кроме того, данное техническое решение обладает большой материалоемкостью.However, the proposed design for the location of the wind wheel refers to the drum type, the effectiveness of which is extremely low. In addition, this technical solution has great material consumption.

Наиболее близкой к предлагаемой ветроэлектростанции является ветроэнергетическая модульная установка, содержащая центральное тело, на котором установлены ветродвигатели - модули с электрогенераторами, снабженные наружными кольцевыми обтекателями, при этом центральное тело выполнено в виде симметричного цилиндрического тела овального поперечного сечения, а ветродвигатели - модули установлены в один ряд по бокам центрального тела в плоскости его максимального сечения (патент РФ на полезную модель №52946, МПК F03D 1/04).Closest to the proposed wind power plant is a wind power module installation containing a central body on which wind motors are installed - modules with electric generators equipped with external annular radomes, while the central body is made in the form of a symmetrical cylindrical body of oval cross-section, and wind motors - modules are installed in one row on the sides of the central body in the plane of its maximum cross section (RF patent for utility model No. 52946, IPC F03D 1/04).

Недостатками данной установки являются низкая высота центрального тела, что ведет к потерям вырабатываемой электроэнергии (чем больше высота, тем сильнее и стабильнее ветер), а также использование стандартных тихоходных ветроколес, не развивающих больших оборотов при значительной скорости ветра.The disadvantages of this installation are the low height of the central body, which leads to losses of generated electricity (the higher the height, the stronger and more stable the wind), as well as the use of standard low-speed wind turbines that do not develop high revolutions at a significant wind speed.

Задача данной группы изобретений заключается в увеличении вырабатываемой электрической энергии, повышении эффективности использования ветра в расширенном диапазоне ветровых нагрузок, а также повышении надежности и ремонтопригодности ветроэлектростанции.The objective of this group of inventions is to increase the generated electric energy, increase the efficiency of wind use in an expanded range of wind loads, as well as increase the reliability and maintainability of a wind farm.

Поставленная задача решается тем, что ветроколесо включает, по крайней мере, три ветровых лопастных колеса, установленных на общем валу, каждое из которых представляет собой поворотные лопасти, закрепленные на втулке, при этом втулка одного из колес жестко закреплена на валу, а втулки остальных выполнены подвижными вдоль продольной оси вала, ветровое колесо, втулка которого жестко закреплена на валу, является основным, а два другие, расположенные по разные стороны от основного, -подвижными, при этом закрепление лопастей каждого колеса при соединении всех втулок обеспечивает расположение лопастей ветроколеса в одной плоскости с образованием равных углов между ними, подвижные втулки выполнены с возможностью фиксации их положения.The problem is solved in that the wind wheel includes at least three wind impeller wheels mounted on a common shaft, each of which is a rotary blade mounted on the sleeve, while the sleeve of one of the wheels is rigidly mounted on the shaft, and the rest of the hubs are made movable along the longitudinal axis of the shaft, the wind wheel, the hub of which is rigidly fixed to the shaft, is the main one, and the other two, located on opposite sides of the main one, are movable, while fixing the blades of each wheel with the connection of all the bushings ensures the location of the blades of the wind wheel in one plane with the formation of equal angles between them, the movable bushings are made with the possibility of fixing their position.

Основное ветровое лопастное колесо выполнено с тремя лопастями, а два подвижных - с тремя и шестью лопастями соответственно.The main wind impeller is made with three blades, and two movable ones with three and six blades, respectively.

Ветроколесо снабжено кольцевым обтекателем.The wind wheel is equipped with an annular fairing.

Втулка основного ветроколеса снабжена пазами, а подвижные - постоянными магнитами, пазами и выступами, расположенными с торцевых сторон втулок.The hub of the main wind wheel is provided with grooves, and the movable ones with permanent magnets, grooves and protrusions located on the end faces of the bushes.

Ветроколесо снабжено электромагнитами, жестко закрепленными на валу и расположенными по обе стороны от крайних втулок.The wind wheel is equipped with electromagnets, rigidly fixed to the shaft and located on both sides of the outer bushings.

Ветроэлектростанция содержит, по крайней мере, три съемных модуля, закрепленных на металлической раме, установленной на вращающейся платформе, анемометр и блок управления, связанный с анемометром и вращающейся платформой, при этом каждый из съемных модулей включает в себя связанное с блоком управления ветроколесо, выполненное по п.1 и последовательно соединенное с мультипликатором, электрогенератором и преобразователем частоты, при этом крепление съемных модулей на металлической раме выполнено с возможностью обеспечения параллельного расположения осей вращения всех ветроколес.The wind power station contains at least three removable modules mounted on a metal frame mounted on a rotating platform, an anemometer and a control unit associated with the anemometer and a rotating platform, each of the removable modules including a wind wheel connected to the control unit, made according to p. 1 and connected in series with a multiplier, an electric generator and a frequency converter, while the mounting of removable modules on a metal frame is made with the possibility of providing parallel about the location of the axis of rotation of all wind wheels

Анемометр закреплен на металлической раме.The anemometer is mounted on a metal frame.

Блок управления установлен на вращающейся платформе.The control unit is mounted on a rotating platform.

Блок управления связан с электромагнитами ветроколеса.The control unit is connected to the electromagnets of the wind wheel.

Металлическая рама выполнена в виде совокупности продольных и поперечных балок, образующих ячейки для размещения модулей.The metal frame is made in the form of a combination of longitudinal and transverse beams forming cells for the placement of modules.

Съемное крепление модулей к металлической раме выполнено посредством направляющих балок, закрепленных на кольцевом обтекателе, и пазов, выполненных на внутренних сторонах каждой ячейки модуля.The detachable fastening of the modules to the metal frame is made by means of guide beams fixed on the annular cowl and grooves made on the inner sides of each module cell.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами и графиками, где на Фиг.1 представлена ветроэлектростанция, вид спереди, на Фиг.2 - ветроэлектростанция, вид сбоку, на Фиг.3 - ветроэлектростанция, вид сверху, на Фиг.4 - блок-схема модуля ветроэлектростанции, на Фиг.5 - электрическая схема модулей ветроэлектростанции, на Фиг.6 - устройство ветроколеса, на Фиг.7 - конструкция ветроколеса при скорости ветра от 2,5 до 4 м/с, на Фиг.8 - конструкция ветроколеса при скорости ветра от 4 до 6,5 м/с, на Фиг.9 - конструкция ветроколеса при скорости ветра от 6,5 до 15 м/с, на Фиг.10 - последовательное соединение втулок ветроколеса в разборе, на Фиг.11 - графики выработки электроэнергии базовой и заявляемой ветроэлектростанциями при различных ветровых условиях.The invention is illustrated by drawings and graphs, where Fig. 1 shows a wind farm, front view, Fig. 2 - wind farm, side view, Fig. 3 - wind farm, top view, Fig. 4 - block diagram of a wind farm module, Figure 5 is an electrical diagram of the modules of a wind farm, Figure 6 is a wind turbine device, Figure 7 is a wind turbine design at a wind speed of 2.5 to 4 m / s, Figure 8 is a wind turbine design at a wind speed of 4 to 6.5 m / s, in Fig.9 - the design of the wind wheel at a wind speed of 6.5 to 15 m / s, on F D.10 - serial connection sleeves exploded propeller at 11 - electricity generation graphics base and inventive wind power for different wind conditions.

Позициями на чертежах обозначены: 1 - металлическая рама, 2 - металлическая балка, 3 - платформа, 4 - модуль, 5 - опора, 6 - анемометр, 7 - блок управления, 8 - ветроколесо, 9 - мультипликатор, 10 - электрический генератор, 11 - преобразователь частоты, 12 - ротор генератора, 13 - статор генератора, 14 - система возбуждения генератора, 15 - выпрямитель, 16 -инвертор, 17 - емкостной фильтр, 18 - индуктивный фильтр, 19 - электрическая сеть, 20 - паз, 21 - направляющая балка, 22 - концевой обтекатель, 23 - лопасть, 24 - декоративный конус, 25 - 3-лопастное ветроколесо, 26 - основное 3-лопастное ветроколесо, 27 - 6-лопастное ветроколесо, 28 - электромагнит, 29 - втулка 3-лопастного ветроколеса, 30 - втулка основного ветроколеса, 31 - втулка 6-лопастного ветроколеса, 32 - вал, 33 - подшипник, 34 - паз с обмоткой, 35 - обмотка, 36 - постоянный магнит, 37 - выступ, 38 - паз втулки.The positions in the drawings indicate: 1 - metal frame, 2 - metal beam, 3 - platform, 4 - module, 5 - support, 6 - anemometer, 7 - control unit, 8 - wind wheel, 9 - multiplier, 10 - electric generator, 11 - a frequency converter, 12 - a generator rotor, 13 - a generator stator, 14 - a generator excitation system, 15 - a rectifier, 16 - an inverter, 17 - a capacitive filter, 18 - an inductive filter, 19 - an electric network, 20 - a groove, 21 - a guide beam, 22 - end fairing, 23 - blade, 24 - decorative cone, 25 - 3-blade wind wheel, 26 - main 3-blade wind wheel, 27 - 6-blade wind wheel, 28 - electromagnet, 29 - sleeve of the 3-blade wind wheel, 30 - sleeve of the main wind wheel, 31 - sleeve of the 6-blade wind wheel, 32 - shaft, 33 - bearing, 34 - groove with winding, 35 - winding, 36 - permanent magnet, 37 - protrusion, 38 - groove of the sleeve.

Ветроколесо 8 состоит, по крайней мере, из трех элементов - ветровых лопастных колес 25, 26, 27, закрепленных на общем валу 32 посредством втулок 29, 30, 31, соответственно. Ветровое колесо, втулка которого жестко закреплена на валу, является основным, например 26, а два других - 25, 27, расположенные по разные стороны от основного, - подвижными. Ветровые лопастные колеса 25, 26 выполнены, например, с тремя поворотными лопастями 23, а ветровое лопастное колесо 27 - с шестью поворотными лопастями. Втулка 30 основного ветроколеса 26 снабжена пазами 38, расположенными с ее торцевой стороны, а крайние втулки 29, 31 снабжены выступами 37, расположенными со стороны основного ветроколеса 26, обеспечивающими возможность соединения втулок с образованием равных углов между лопастями. Лопасти 23 каждого ветрового колеса расположены в одной плоскости, при этом плоскости лопастей ветровых колес смещены вдоль продольной оси втулки таким образом, что при совмещении втулок лопасти всех ветровых колес располагаются в одной плоскости. Ветроколесо 8 снабжено элементами, обеспечивающими перемещение подвижных втулок 29, 31 относительно вала и друг друга, а также фиксацию их положения, и представляющими собой, например, два электромагнита 28, расположенные по обе стороны от крайних втулок 29, 31, и постоянные магниты 36, расположенные со стороны электромагнитов в торцевой части крайних втулок 29, 31. Электромагниты 28 выполнены в виде цилиндрической металлической детали с торцевым кольцевым пазом 34, в котором уложена обмотка 35, расположенным со стороны втулок с возможностью сцепления с постоянным магнитом 36, и жестко зафиксированы на валу 32 с помощью подшипников 33. Ветроколесо 8 снабжено кольцевым обтекателем 22.The wind wheel 8 consists of at least three elements - wind impellers 25, 26, 27, mounted on a common shaft 32 by means of bushings 29, 30, 31, respectively. The wind wheel, the hub of which is rigidly fixed to the shaft, is the main one, for example 26, and the other two, 25, 27, located on opposite sides of the main one, are movable. The wind impeller wheels 25, 26 are made, for example, with three rotary blades 23, and the wind impeller wheel 27 with six rotary blades. The sleeve 30 of the main wind wheel 26 is provided with grooves 38 located on its end side, and the extreme bushings 29, 31 are provided with protrusions 37 located on the side of the main wind wheel 26, providing the possibility of connecting the bushes with the formation of equal angles between the blades. The blades 23 of each wind wheel are located in one plane, while the planes of the blades of the wind wheels are offset along the longitudinal axis of the sleeve so that when the bushings are aligned, the blades of all the wind wheels are located in the same plane. The wind wheel 8 is equipped with elements for moving the movable bushings 29, 31 relative to the shaft and each other, as well as fixing their position, and representing, for example, two electromagnets 28 located on both sides of the extreme bushings 29, 31, and permanent magnets 36, located on the side of the electromagnets in the end part of the outer bushings 29, 31. The electromagnets 28 are made in the form of a cylindrical metal part with an end ring groove 34, in which a winding 35 is placed, located on the side of the bushings with the possibility of coupling I have a permanent magnet 36, and are rigidly fixed to the shaft 32 using bearings 33. The wind wheel 8 is equipped with an annular fairing 22.

Ветроэлектростанция содержит от 3 до 20 модулей 4 небольшого размера. Каждый модуль 4 представляет собой ветроколесо 8, соединенное с электрическим оборудованием. Модули закреплены на металлической раме 1, состоящей из продольных и поперечных металлических балок 2 с пазами 20, образующих решетчатую конструкцию (ячейки для размещения модулей) (фиг.1). При этом оси вращения всех ветроколес расположены параллельно друг другу. По бокам кольцевого обтекателя 22 ветроколеса 8 прикреплены направляющие балки 21 для размещения в пазах 20 (рельсовые направляющие), за счет чего модуль легко вынимается для ремонтных или профилактических работ (фиг.6). Металлическая рама 1 установлена на вращающейся платформе 3, снабженной опорами 5 (фиг.2). На одном валу 32 с ветроколесом 8 расположен мультипликатор 9, связанный через дисковый тормоз с электрическим генератором 10, состоящим из ротора 12 и статора 13 и соединенным с системой возбуждения 14. Выход электрогенератора 10 связан со входом преобразователя частоты 11, включающего выпрямитель 15, емкостной фильтр 17, инвертор 16 и индуктивный фильтр 18 (фиг.4, 5). Выпрямитель 15 и инвертор 16 выполнены на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT.The wind farm contains from 3 to 20 modules 4 of a small size. Each module 4 is a wind wheel 8 connected to electrical equipment. The modules are mounted on a metal frame 1, consisting of longitudinal and transverse metal beams 2 with grooves 20 forming a lattice structure (cells for accommodating modules) (Fig. 1). In this case, the rotation axes of all wind wheels are parallel to each other. On the sides of the annular fairing 22 of the wind wheel 8, guide beams 21 are attached for placement in the grooves 20 (rail guides), due to which the module can be easily removed for repair or maintenance work (Fig.6). The metal frame 1 is mounted on a rotating platform 3, equipped with supports 5 (figure 2). On one shaft 32 with a wind wheel 8 there is a multiplier 9 connected through a disk brake to an electric generator 10, consisting of a rotor 12 and a stator 13 and connected to an excitation system 14. The output of the electric generator 10 is connected to the input of the frequency converter 11, including the rectifier 15, a capacitive filter 17, the inverter 16 and the inductive filter 18 (Figs. 4, 5). The rectifier 15 and the inverter 16 are made on the basis of IGBT power bipolar transistors.

На вращающейся платформе 3 установлен блок управления 7, выполненный, например, на основе микроконтроллера, и связанный с поворотным механизмом платформы, например, на основе следящего электропривода, анемометром 6, закрепленным на металлической раме 1, и электромагнитами 28.On the rotating platform 3, a control unit 7 is installed, made, for example, on the basis of a microcontroller, and connected with a rotary mechanism of the platform, for example, on the basis of a tracking electric drive, an anemometer 6, mounted on a metal frame 1, and electromagnets 28.

Ветроэлектростанция работает следующим образом. Под действием кинетической энергии ветра лопасти 23 ветроколеса 8 начинают его вращать. Вращение ветроколеса приводит во вращение вал 32, на котором установлен мультипликатор 9, который повышает скорость вращения выходного вала мультипликатора (для одноступенчатого мультипликатора - в 4 раза). Под действием вращающего момента выходного вала мультипликатора 9 ротор генератора 12 начинает вращаться. При вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, индуцирует в обмотках статора 13 генератора 10 синусоидальную ЭДС. Соединяя фазы по стандартным схемам «треугольник» или «звезда», на выходе генератора 10, предназначенного для выработки электрической энергии, получают трехфазное напряжение. Далее напряжение преобразуют в постоянное выпрямителем 15 и с помощью емкостного фильтра 17 уменьшают пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Затем инвертором 16 преобразуют напряжение из постоянного в переменное, сглаживают его пульсации индуктивным фильтром 18 и подают в электрическую сеть 19. Таким образом, в электрическую сеть 19 поступает трехфазное напряжение с частотой 50 Гц, отвечающее требованиям ГОСТ 13109-97.Wind power works as follows. Under the influence of kinetic wind energy, the blades 23 of the wind wheel 8 begin to rotate it. The rotation of the wind wheel rotates the shaft 32, on which the multiplier 9 is mounted, which increases the speed of rotation of the output shaft of the multiplier (for a single-stage multiplier - 4 times). Under the action of the torque of the output shaft of the multiplier 9, the rotor of the generator 12 begins to rotate. When the rotor rotates, the magnetic flux generated by the excitation winding induces a sinusoidal EMF in the stator windings 13 of the generator 10. Connecting the phases according to the standard schemes "triangle" or "star", the output of the generator 10, designed to generate electrical energy, receive a three-phase voltage. Next, the voltage is converted to constant by the rectifier 15 and using the capacitive filter 17 reduce the ripple voltage at the output of the rectifier. Then the inverter 16 converts the voltage from constant to alternating, smooths its ripple with an inductive filter 18 and feeds it into the electric network 19. Thus, a three-phase voltage with a frequency of 50 Hz is supplied to the electric network 19, which meets the requirements of GOST 13109-97.

В зависимости от скорости ветра ветроэлектростанция может работать в нескольких режимах. При низкой скорости ветра от 2,5 до 4 м/с лопасти 23 всех ветроколес 25, 26, 27 (общее количество лопастей - 12) совмещены в одной плоскости и участвуют в работе ветроколеса 8, обеспечивая максимальный вращающий момент при высоком коэффициенте использования энергии ветра (фиг.7). При средней скорости ветра от 4 до 6,5 м/с втулка 31 ветроколеса 27, содержащая шесть лопастей, отсоединяется от втулки 30 основного ветроколеса 26, смещается вправо и перестает вращаться, при этом ветроколесо 27 начинает выполнять роль направляющего для ветрового потока. В работе остаются два ветроколеса 25 и 26 (фиг.8). При большой скорости ветра от 6,5 до 15 м/с втулка 29 ветроколеса 25 также отсоединяется от втулки 30 основного ветроколеса 26, смещается влево и перестает вращаться. При этом основное ветроколесо 26 продолжает работать с максимальной скоростью вращения, а остановившееся ветроколесо 25 так же, как и 27 - не препятствует вращению основного ветроколеса, а является направляющим для ветрового потока (фиг.9). Таким образом, при всех режимах работы ветроэлектростанции втулка 30 ветроколеса 26 жестко закреплена на валу 32, а втулки 29, 31 ветроколес 25 и 27 перемещаются вдоль продольной оси вала 32 в зависимости от скорости ветра, при этом соединение втулок обеспечивается с помощью пазов 38 и выступов 37. Механизм фиксации и перемещения втулок ветроколес действует при подаче сигнала с блока управления 7, который срабатывает при подаче сигнала от датчика измерения скоростей и направления ветра - анемометра 6. В зависимости от скорости ветра с блока управления 7 на обмотку 35 электромагнита 28 подается ток определенного направления: положительный или отрицательный, в зависимости от которого втулки 29,31 подвижных ветровых лопастных колес 25 и 27, на которых расположены постоянные магниты 37, будут притягиваться либо отталкиваться от электромагнитов 28. Также с блока управления 7 подается сигнал на поворотный механизм, который поворачивает платформу по направлению ветра.Depending on the wind speed, a wind farm can operate in several modes. At a low wind speed of 2.5 to 4 m / s, the blades 23 of all wind wheels 25, 26, 27 (the total number of blades are 12) are aligned in the same plane and participate in the work of the wind wheel 8, providing maximum torque with a high coefficient of utilization of wind energy (Fig.7). At an average wind speed of 4 to 6.5 m / s, the sleeve 31 of the wind wheel 27, containing six blades, is disconnected from the sleeve 30 of the main wind wheel 26, is shifted to the right and stops rotating, while the wind wheel 27 begins to act as a guide for the wind flow. Two wind wheels 25 and 26 remain in operation (Fig. 8). At a high wind speed of 6.5 to 15 m / s, the sleeve 29 of the wind wheel 25 is also disconnected from the sleeve 30 of the main wind wheel 26, is shifted to the left and stops rotating. In this case, the main wind wheel 26 continues to operate at maximum rotation speed, and the stopped wind wheel 25 as well as 27 does not interfere with the rotation of the main wind wheel, but is a guide for the wind flow (Fig. 9). Thus, in all modes of operation of the wind farm, the sleeve 30 of the wind wheel 26 is rigidly mounted on the shaft 32, and the bushings 29, 31 of the wind wheel 25 and 27 move along the longitudinal axis of the shaft 32 depending on the wind speed, while the connection of the bushings is provided using grooves 38 and protrusions 37. The mechanism for fixing and moving the wind wheel bushings acts when a signal is supplied from the control unit 7, which is triggered when a signal is sent from the sensor for measuring wind speeds and direction — anemometer 6. Depending on the wind speed from the control unit 7, a current of a certain direction is supplied to the winding 35 of the electromagnet 28: positive or negative, depending on which the bushings 29.31 of the movable wind impellers 25 and 27, on which the permanent magnets 37 are located, will be attracted or repelled from the electromagnets 28. Also from the control unit 7, a signal is sent to a rotary mechanism that rotates the platform in the direction of the wind.

Таким образом, предлагаемая группа изобретений позволяет увеличить выработку электроэнергии на 15% за счет увеличения диапазона ветровых нагрузок (Фиг.11, заштрихованная область), а также подобрать необходимую мощность установки, изменяя количество модулей, участвующих в работе ветроэлектростанции, при этом в случае неисправности какого-либо модуля, его отключают и ремонтируют без остановки других, что значительно упрощает ремонтопригодность и повышает надежность ветроэлектростанции.Thus, the proposed group of inventions allows to increase electricity generation by 15% by increasing the range of wind loads (Fig. 11, the shaded area), and also to select the required power of the installation by changing the number of modules involved in the operation of the wind power plant, and in case of failure or a module, it is disconnected and repaired without stopping others, which greatly simplifies maintainability and increases the reliability of a wind farm.

Claims

1. A wind wheel, including at least three wind impeller wheels mounted on a common shaft, each of which is a rotary blade mounted on the sleeve, while the sleeve of one of the wheels is rigidly mounted on the shaft, and the rest of the hubs are movable along the longitudinal the axis of the shaft, the wind wheel, the sleeve of which is rigidly fixed to the shaft, is the main one, and the other two, located on opposite sides of the main one, are movable, while fixing the blades of each wheel when connecting all the bushings ensuring The arrangement of the blades of the wind wheel in one plane with the formation of equal angles between them, the movable bushings are made with the possibility of fixing their position.

2. The wind wheel according to claim 1, characterized in that the main wind impeller is made with three blades, and two movable ones with three and six blades, respectively.

3. The wind wheel according to claim 1, characterized in that it is equipped with an annular fairing.

4. The wind wheel according to claim 1, characterized in that the sleeve of the main wind wheel is provided with grooves, and the movable ones with permanent magnets, grooves and protrusions located on the end faces of the bushes.

5. The wind wheel according to claim 1, characterized in that it is equipped with electromagnets, rigidly mounted on the shaft and located on both sides of the outer bushings.

6. A wind farm comprising at least three removable modules mounted on a metal frame mounted on a rotating platform, an anemometer and a control unit associated with the anemometer and a rotating platform, each of the removable modules including a wind wheel connected to the control unit made according to claim 1 and connected in series with a multiplier, an electric generator and a frequency converter, while the mounting of removable modules on a metal frame is made with the possibility of providing parallel the location of the axes of rotation of all windwheels.

7. Wind power station according to claim 6, characterized in that the anemometer is mounted on a metal frame.

8. Wind power station according to claim 6, characterized in that the control unit is mounted on a rotating platform.

9. Wind power station according to claim 6, characterized in that the control unit is connected to the electromagnets of the wind wheel.

10. Wind power station according to claim 6, characterized in that the metal frame is made in the form of a combination of longitudinal and transverse beams forming cells for accommodating the modules.

11. Wind power station according to claim 10, characterized in that the removable fastening of the modules to the metal frame is made by means of guide beams mounted on the annular cowl and grooves made on the inner sides of each cell of the module.