RU2501972C2

RU2501972C2 - Wind-driven power plant with multistage rotor

Info

Publication number: RU2501972C2
Application number: RU2011120601/06A
Authority: RU
Inventors: Иван Петрович Шевченко
Original assignee: Иван Петрович Шевченко
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2013-12-20
Also published as: RU2011120601A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: wind-driven power plant comprises a rotor, an intermediate reducer, a hydraulic system, a hydraulic pump, a hydraulic motor, a regulator of hydraulic motor rpm and an electric energy generator. The rotor is broken into independent stages according to the diameter, installed on coaxial shafts. The plant is equipped with an intermediate shaft that provides for transfer of torque to the shaft of hydraulic pumps, a sensor of second flow rate of liquid and a hydraulic adapter. Coaxial shafts are communicated by means of the intermediate reducer and free wheel couplings with the intermediate shaft. The total capacity of the plant is broken into separate energy blocks. The torque from each stage is sent via telescopic shafts, free wheel couplings, the intermediate reducer to the shaft of hydraulic pumps. Hydraulic motors rotate the generator rotor with continuous rotations regardless of the wind speed, since they have controllers of permanent rotations. Couplings provide for independence of stages operation relative to each other. Therefore, each stage of the rotor rotates with a different angular speed. Summation of torques of stages is carried out with an intermediate reducer.

EFFECT: higher coefficient of wind energy usage due to rotor breakdown into stages with the same diameter of the rotor.

16 dwg

Description

Изобретение относится к области альтернативной энергетики с использованием возобновляемых источников энергии..The invention relates to the field of alternative energy using renewable energy sources ..

Известна «Установка преобразования энергии потока среды», патент RU 2381379 C1. Здесь преобразование энергии потока среды в электрическую энергию осуществляется турбинами с первым и вторым электрогенераторами. Недостаток данной установки заключается в следующем, что при желании получить большую мощность необходимо увеличить диаметр трубы, где расположены турбины, но т.к. это выполнено совместно с генераторами, то необходимо соблюдать жесткость установки, что в конечном счете приведет к большому весу ее, что явиться препятствием ее использовании как ВЭУ с повышенной мощностью. Наиболее близким прототипом к заявляемому типу ВЭУ относится «Ветроэлектрическая аккумулирующая установка» по SU 1332070 A1, F03D 9/02, 23.08.1987 (1), содержащая наибольшее количество сходных признаков - ротор, промежуточный редуктор, гидравлическую систему, гидронасос, гидравлический мотор, регулятор оборотов гидравлического мотора и генератор электрического тока. Недостатком ее является сложная конструкция приводного устройства, а следовательно и уменьшения в нем крутящего момента за счет большого количества передач, что уменьшает к. п.д. этого устройства.The well-known "Installation of energy conversion of the flow of the medium", patent RU 2381379 C1. Here, the energy conversion of a medium flow into electrical energy is carried out by turbines with first and second electric generators. The disadvantage of this installation is that, if you want to get more power, you need to increase the diameter of the pipe where the turbines are located, but because this is done in conjunction with generators, it is necessary to observe the rigidity of the installation, which ultimately will lead to its large weight, which will be an obstacle to its use as a wind turbine with high power. The closest prototype to the claimed type of wind turbines is “Wind electric storage installation” according to SU 1332070 A1, F03D 9/02, 08.23.1987 (1), containing the greatest number of similar features - a rotor, an intermediate gear, a hydraulic system, a hydraulic pump, a hydraulic motor, a regulator hydraulic motor revolutions and electric current generator. Its disadvantage is the complicated design of the drive device, and hence the reduction of torque in it due to the large number of gears, which reduces the efficiency. of this device.

При создании мощных ВЭУ стремятся увеличить для этого диаметр ротора, при этом увеличивается и длина лопастей, возникает необходимость их геометрической крутке, при этом изменяется профиль по длине, все это необходимо, но КПД лопастей все равно является недостаточным. Другая проблема, (например, как в ветроэлектрической аккумулирующей установке по SU 1332070 А1) это поддержании постоянных оборотов генератора вне зависимости от оборотов ротора. Эту задачу можно решить за счет применения гидравлического мотора с регулятором постоянных оборотов.When creating powerful wind turbines, they try to increase the rotor diameter for this, and the length of the blades also increases, the need arises for their geometric twist, and the profile along the length changes, all this is necessary, but the efficiency of the blades is still insufficient. Another problem (for example, as in the wind power storage unit according to SU 1332070 A1) is maintaining constant generator speeds regardless of the rotor speed. This problem can be solved through the use of a hydraulic motor with a constant speed controller.

В основу изобретения заложен принцип разбивки ротора на ступени (см. фиг.1 поз.8, 9, 10), с целью увеличения его КПД и соответственно мощности ВЭУ при том же диаметре ротора. В ВЭУ основным элементом, преобразующим кинетическую энергию набегающего потока воздуха, является лопасть. Задача лопасти преобразовать эту энергию в крутящий момент, с последующей передачей к потребителю (генератору). Лопасть вращается вокруг оси вращения. При одинаковом углу атаки (шаге) по всей длине каждый участок лопасти (при dx→0) должен вращаться вокруг оси вращения с одной и той же окружной скоростью и разными угловыми скоростями при воздействии воздушного потока воздуха, но получается наоборот, окружная скорость разная, а угловая - одинаковая. Возникает противоречие, т.к. лопасть цельная, в чем и заключается недостаток лопасти как преобразователя. Т.о. часть кинетической энергии набегающего потока воздуха не преобразовывается в крутящий момент, что уменьшает ее КПД. Поставленная задача решается тем, что ротор разбивается на ступени по диаметру. Каждая ступень ротора передает свой крутящий момент через свой коаксиальный вал на промежуточный редуктор через муфту свободного хода (см. фиг.4, поз.6). Муфта обеспечивает независимость работы ступеней друг от друга, т.е. исключает жесткую связь между ними. Промежуточный редуктор суммирует крутящие моменты ступеней и передает их на гидронасосы, которые при работе ВЭУ создают давление жидкости в гидравлической системе. Под действием давления жидкости в работу вступают гидромоторы.The basis of the invention is the principle of breaking the rotor into steps (see Fig. 1, pos. 8, 9, 10), in order to increase its efficiency and, accordingly, the power of the wind turbine with the same rotor diameter. In wind turbines, the main element that converts the kinetic energy of the incoming air flow is the blade. The task of the blade is to convert this energy into torque, followed by transmission to the consumer (generator). The blade rotates around the axis of rotation. With the same angle of attack (step) along the entire length, each section of the blade (as dx → 0) should rotate around the axis of rotation with the same peripheral speed and different angular speeds when exposed to air flow, but on the contrary, the peripheral speed is different, and angular - the same. There is a contradiction, because the blade is solid, which is the disadvantage of the blade as a converter. T.O. part of the kinetic energy of the incoming air flow is not converted into torque, which reduces its efficiency. The problem is solved in that the rotor is divided into steps in diameter. Each stage of the rotor transmits its torque through its coaxial shaft to the intermediate gear through the freewheel (see figure 4, pos.6). The coupling ensures the independence of the steps from each other, i.e. eliminates the hard link between them. The intermediate gear summarizes the torques of the stages and transfers them to the hydraulic pumps, which during the operation of the wind turbines create fluid pressure in the hydraulic system. Under the influence of fluid pressure, hydraulic motors come into operation.

За основу конструкции гидромотора взят гидронасос НП34М-ГТ (см. самолет С32М2, книга 1, часть 3, М., Машиностроение, 1983, с.86). Поставленная задача осуществляется цилиндром регулятора постоянных оборотов 41, который изменяет угол наклона блока цилиндров, тем самым изменяя ход поршней, при увеличении давления жидкости в гидравлической системе, увеличивается ход поршней, при уменьшении давления - уменьшается ход поршней, т.е. частота возвратно поступательных движений поршней остается постоянной. От частоты этих движений зависят обороты выходного вала гидромотора. Этот цилиндр введен вместо регулятора производительности гидронасоса НП34М-ГТ, который состоит из цилиндра 41, поршня 42 со штоком и тарированной пружины 43. Здесь тарированная пружина является датчиком, реагирующим на изменение давления жидкости в гидросистеме.The hydraulic pump NP34M-GT was taken as the basis for the design of the hydraulic motor (see the C32M2 aircraft, book 1, part 3, M., Mechanical Engineering, 1983, p. 86). The task is carried out by the constant speed controller cylinder 41, which changes the angle of inclination of the cylinder block, thereby changing the piston stroke, with increasing fluid pressure in the hydraulic system, the piston stroke increases, with decreasing pressure, the piston stroke decreases, i.e. the frequency of reciprocating movements of the pistons remains constant. The speed of the output shaft of the hydraulic motor depends on the frequency of these movements. This cylinder was introduced instead of the NP34M-GT hydraulic pump capacity regulator, which consists of a cylinder 41, a piston 42 with a rod and a calibrated spring 43. Here, a calibrated spring is a sensor that responds to changes in fluid pressure in the hydraulic system.

На фиг.1 в качестве примера показан общий вид ВЭУ с 3-ступенчатым ротором: 1 - башня; 2 - ротор ВЭУ; 3 - цех с энергоблоками; 4 - лопасть; 5 - гондола; 6 - 3-я ступень ротора; 7 - 2-я ступень ротора; 8-1-ая ступень ротора; 9- коаксиальные валы; 10 - втулки; 11 - ось; 12 - расчалки.Figure 1 as an example shows a General view of a wind turbine with a 3-speed rotor: 1 - tower; 2 - wind turbine rotor; 3 - workshop with power units; 4 - blade; 5 - gondola; 6 - 3rd stage of the rotor; 7 - 2nd stage of the rotor; 8-1st stage of the rotor; 9- coaxial shafts; 10 - bushings; 11 - axis; 12 - braces.

На фиг.2 показан общий вид ступени ротора: 4 - лопасть; 9 - коаксиальный вал; 13 - лонжерон ступени; 14 - ступица; 15 - обод; 16 - спица; 17 - проушина обода.Figure 2 shows a General view of the stage of the rotor: 4 - blade; 9 - coaxial shaft; 13 - stage spar; 14 - a nave; 15 - rim; 16 - a spoke; 17 - eye of the rim.

На фигурах 3а,б показан общий вид лопасти; 18 - цапфа лонжерона; 19 - рычаг; 20 - ось лонжерона; S1 и S2 - площади, делящие условно поверхность лопасти по оси лонжерона.In figures 3A, b shows a General view of the blade; 18 - axle spar; 19 - lever; 20 - the axis of the spar; S1 and S2 are the areas dividing conditionally the surface of the blade along the axis of the spar.

На фиг.4 показана принципиальная схема промежуточного редуктора: 9 - коаксиальные валы; 21 - шестерни телескопических валов; 22 - промежуточный вал; 23 - шестерни промежуточного вала; 24 - муфты свободного хода; 25 - гидравлические насосы.Figure 4 shows a schematic diagram of an intermediate gear: 9 - coaxial shafts; 21 - gears of telescopic shafts; 22 - an intermediate shaft; 23 - gears of an intermediate shaft; 24 - freewheel; 25 - hydraulic pumps.

На фиг.5 показана принципиальная схема гидравлической системы ВЭУ: 25 - нерегулируемый гидравлический насос; 26 - сепаратор; 27 - гидравлический бак; 28 - теплообменник; 29 - предохранительный клапан; 30 - гидравлический мотор с регулятором постоянных оборотов; 31 - штуцер заправки гидравлической системы; 32 - датчик давления жидкости; 33 - датчик секундного расхода жидкости; 34 - гидравлический аккумулятор; 35 - фильтр; 36 - обратный клапан. Черные трубопроводы - линия нагнетания, светлые - слив, светлые с черными полосами - линия всасывания.Figure 5 shows a schematic diagram of a hydraulic wind turbine system: 25 - unregulated hydraulic pump; 26 - separator; 27 - a hydraulic tank; 28 - heat exchanger; 29 - safety valve; 30 - hydraulic motor with constant speed controller; 31 - nozzle for filling the hydraulic system; 32 - fluid pressure sensor; 33 - second flow rate sensor; 34 - hydraulic accumulator; 35 - filter; 36 - check valve. Black pipelines - discharge line, light - drain, light with black stripes - suction line.

На фигурах 6а, 6б, 6в показан общий вид гидравлического мотора с регулятором постоянных оборотов: 37 - корпус; 38, 39, 40, 45, 51-подшипники; 41 - цилиндр регулятора постоянных оборотов; 42 - поршень регулятора со штоком; 43 - тарированная пружина регулятора; 44 - золотник в виде круга с двумя дугообразными отверстиями; 46 - блок цилиндров; 47 - поршень блока цилиндров; 48- шток поршня блока цилиндров; 49 - карданный вал; 50 - выходной вал; 52 - штуцер слива жидкости; 53 - люлька; 54 - штуцер подвода жидкости под давлением. Цилиндр 41, поршень 42 со штоком и тарированная пружина 43 образуют регулятор постоянных оборотов.In figures 6a, 6b, 6c shows a General view of a hydraulic motor with constant speed controller: 37 - housing; 38, 39, 40, 45, 51 bearings; 41 - cylinder regulator constant speed; 42 - regulator piston with a rod; 43 - calibrated regulator spring; 44 - a spool in the form of a circle with two arcuate holes; 46 - cylinder block; 47 - the piston of the cylinder block; 48- piston rod of the cylinder block; 49 - driveshaft; 50 - output shaft; 52 - fitting drain fluid; 53 - cradle; 54 - fitting for supplying fluid under pressure. The cylinder 41, the piston 42 with the rod and the calibrated spring 43 form a constant speed controller.

На фиг.7 показан общий вид гидравлического переходника: 55 - корпус в виде цилиндра со штуцерами нагнетания и слива; 56 - распорная втулка; 57 - букса с пакетом уплотнений в виде кольца с двумя штуцерами слива; 58, 63 - гайки; 59 - букса с пакетом уплотнений линии высокого давления жидкости; 60 - хомут; 61 - штуцер высокого давления жидкости; 62 - символ неподвижности.In Fig.7 shows a General view of the hydraulic adapter: 55 - housing in the form of a cylinder with discharge and discharge fittings; 56 - spacer sleeve; 57 - axle box with a seal package in the form of a ring with two drain fittings; 58, 63 - nuts; 59 - axle box with a package of seals of the line of high pressure fluid; 60 - a collar; 61 - fitting high pressure fluid; 62 - a symbol of immobility.

На фиг.8 показана многоступенчатая ось.On Fig shows a multi-stage axis.

На фиг.9 показана втулка с проушинами.In Fig.9 shows a sleeve with eyes.

На фиг.10 показан общий вид энергоблока: 30 - гидромотор с регуляторами постоянных оборотов; 64 - редуктор; 65 - генератор.Figure 10 shows a General view of the power unit: 30 - a hydraulic motor with constant speed controllers; 64 - gear; 65 - generator.

Изобретение осуществляется следующим образом. На фиг.1 показан общий вид ВЭУ. В цехе 3 размещаются энергоблоки (фиг.10), агрегаты гидросистемы (фиг.5): предохранительный клапан 29, фильтры 35, теплообменник 28, гидроаккумулятор 34, датчик давления жидкости 32, датчик секундного расхода жидкости 33, трубопроводы с обратными клапанами 36, штуцер заправки гидросистемы 31. В башне 1 проходят трубопроводы и электропроводка. В месте соединения гондолы 5 с башней 1 строго по оси вращения гондолы устанавливается гидравлический переходник (фиг.7), который обеспечивает шарнирное соединение между трубопроводами гидросистемы, находящимися в башне и гондоле. При повороте гондолы поворачивается корпус 55 переходника. Остальные части переходника будут неподвижны, т.к. связаны с агрегатами гидросистемы, находящимися в башне. Герметичность обеспечивается буксами с пакетами уплотнений. Хомут 60 повышает жесткость штуцеров. В гондоле 5 (фиг.1) установлены коаксиальные валы 9, промежуточный редуктор (фиг.4), гидронасосы 25 (фиг.5), гидробак 27, сепаратор 26, трубопроводы и обратные клапана 36. Ротор 2 (фиг.1) в данном случае состоит из 1-й ступени 8, 2-й ступени 7 и 3-й ступени 6. Каждая ступень (фиг.2) своими проушинами 17 на ободе 15 через расчалки 12 (фиг.1) связана с втулками 10, установленными на многоступенчатой оси 11. Ось показана на фиг.8, втулка - на фиг.9. Ось установлена в глухое отверстие коаксиального вала 1-й ступени ротора, находящегося по оси вращения вала. Ось воспринимает усилия, действующие на ступень от ветровой нагрузки, т.о. образом лонжероны 13 ступени (фиг.2) разгружаются от изгибающего момента. Это обеспечивает прочность ступени при минимальном весе. Ступень ротора выполнена в виде колеса. Через лонжероны 13 ступень соединена с коаксиальным валом валом 9. Спицы 16 позволяют устанавливать лопасти 4 шарнирно между ступицей 14 и ободом 15 ступени. Для жесткости обода и ступицы ступени применяется специальный профиль, например такой, как на разрезе А-А и Б-Б. 1-я ступень не имеет лонжеронов, ступица 14 непосредственно связана с коаксиальным валом 9. Лопасти 4 ступени (фиг 3а, 3б) своими рычагами 19 через тяги связаны друг с другом. Это позволяет изменять шаг лопастей или их флюгирование. Поворот лопастей осуществляется электродвигателем через червячный редуктор, который является тормозом при обесточенном электродвигателе. Электродвигатель и червячный редуктор на фигуре не показаны. Поверхность лопасти по оси лонжерона условно делится на две части: S1 и S2. Для того чтобы исключить аэродинамический момент на лопасть от ветровой нагрузки, необходимо, чтобы S1 была равна S2. Многоугольная лопасть (фиг.3а) устанавливается в 1-й ступени, чтобы эффективнее использовать ометаемую площадь ступени. Ввиду небольшой длины лопасти геометрической круткой можно пренебречь. Промежуточный редуктор (фиг.4) суммирует крутящие моменты от коаксиальных валов 9 ступеней и передает их на гидронасосы 25. Шестерни 21 коаксиальных валов 9, через шестерни 23 и муфты свободного хода 24 связаны с промежуточным валом 22. Муфты свободного хода 24 обеспечивают независимость работы ступеней друг от друга, т.е. выполняется условие разбивки ротора на ступени. Гидравлическая система преобразует крутящий момент в энергию давления жидкости, с последующим преобразованием ее в крутящий момент с постоянными оборотами на валах 50 гидромоторов. Гидравлический мотор (фиг.6а, б, в) имеет цилиндр 41 регулятора постоянных оборотов. Поршень 42 этого цилиндра своим штоком связан с люлькой 53, в которой находится блок цилиндров 46. Угол наклона оси вращения, блока цилиндров относительно оси вращения выходного вала 50 может изменяться от «А мин.» до «А макс.» и наоборот. При отсутствии давления жидкости в гидравлической системе, или при малом давлении, люлька 53 с блоком цилиндров 46 под действием тарированной пружины 43 регулятора будет удерживаться на минимальном углу «А мин». Часть поршневых камер блока цилиндров через дугообразное отверстие золотника 44, через каналы в люльке и штуцер 52 будет связана с линией слива. Другая часть поршневых камер через другое отверстие золотника и штуцер 54 будет связана с линией нагнетания. При воздействии ветровой нагрузки на ротор 2 ВЭУ (фиг.1) ступени ротора будут вращаться. Крутящие моменты от ступеней через коаксиальные валы 9 будут передаваться через шестерни 21 и 23 (фиг.4), муфты свободного хода 24 на промежуточный вал 22 промежуточного редуктора, где они суммируются. При этом каждая ступень будет самостоятельно как бы «подталкивать» промежуточный вал редуктора. Это обеспечивается муфтами свободного хода. Например, если первая ступень ротора 8 выполнит три оборота, вторая ступень 7 - два оборота, а третья ступень 6 выполнит всего один оборот. Все это позволяет разбивка ротора на ступени, это при том, что ступени не имеют жесткой связи между собой, это основное условие изобретения. От промежуточного редуктора момент крутящий будет передаваться на гидронасосы 25 (фиг.5). При этом жидкость из гидробака 27 будет поступать на вход в гидронасосы 25. Из гидронасосов жидкость под давлением через обратные клапана 36 поступает через фильтр 35 к предохранительному клапану 29, к гидроаккумулятору 34, к датчику секундного расхода жидкости 33, к датчику давления жидкости 32 и к гидромоторам с регуляторами постоянных оборотов 30. Из гидромоторов 30 жидкость через обратные клапана, фильтр и теплообменник 28 сливается в гидробак. Заправка гидросистемы осуществляется через штуцер 31. Воздух из системы стравливается в атмосферу через сепаратор 26. Датчики 33 и32, в зависимости от давления жидкости и ее расхода, будут подавать команду на подачу жидкости под давлением или ее прекращения к гидромоторам 30 дополнительного энергоблока (фиг.10). Т.е., дополнительный энергоблок будет включаться в работу или отключаться. Количество энергоблоков по суммарной мощности должны соответствовать общей мощности ВЭУ. Т.к. мощность ВЭУ будет изменяться в зависимости от скорости ветра, возникает необходимость изменять количество энергоблоков включенных в работу. При необходимости лопасти ступеней можно зафлюгировать, или лопасти одной из ступеней, остальные будут работать. Зафлюгированная ступень будет неподвижна, благодаря своей муфте свободного хода. При подаче жидкости под давлением через штуцер 54 в корпусе 37 гидромотора (фиг.6а, б, в), через каналы в люльке 53, через одно из дугообразных отверстий золотника 44 она поступает в часть поршневых камер блока цилиндров. Другая часть поршневых камер, через второе отверстие золотника и штуцер 52 будет связана со сливом в гидробак 27 (фиг.5). При малом давления жидкости в системе люлька 53 с блоком цилиндров 46 под действием пружины 43 регулятора будет удерживаться на минимальном углу «А мин». Поршни 47 блока цилиндров будут совершать возвратно-поступательные движения, их ход будет минимальный. Когда поршни 47 под действием давления жидкости выдвигаются из блока цилиндров, то усилие от этого давления через поршни 47 и штоки 48 передается на фланец вала 50. Поскольку ось блока цилиндров составляет некоторый угол с осью вала, тангенциальные составляющие от этого давления жидкости создают крутящий момент, приводящий во вращение вал 50 гидромотора. Вал 50 через карданный вал 49 приводит во вращение блок цилиндров, который поочередно сообщает поршневые камеры через золотник 44 то с линией нагнетания, то со сливом. Одновременно жидкость под давлением подводиться в цилиндр регулятора 41. Пружинная полость этого цилиндра связана со сливом в гидробак. При увеличении давления жидкости в гидравлической системе, оно будет действовать на поршень 42, который перемещаясь, будет сжимать пружину 43. Одновременно поршень 42 через свой шток будет поворачивать люльку 53 на подшипнике 51. При этом будет увеличиваться угол наклона оси блока цилиндров 46 относительно оси вала 50. Ход поршней 47 в блоке цилиндров 46 будет увеличиваться, частота возвратно-поступательных движений поршней будет оставаться постоянной, значит, и обороты вала 50 будут оставаться постоянными, момент крутящий будет увеличиваться. При уменьшении давления жидкости пружина 43 будет перемещать поршень 42, а тот через свой шток будет поворачивать люльку 53. Угол наклона блока цилиндров 46 будет уменьшаться, ход поршней 47 уменьшается, частота движений поршней остается прежней, обороты вала 50 остаются постоянными.The invention is as follows. Figure 1 shows a General view of a wind turbine. Power units are located in workshop 3 (Fig. 10), hydraulic system units (Fig. 5): safety valve 29, filters 35, heat exchanger 28, hydraulic accumulator 34, fluid pressure sensor 32, second fluid flow sensor 33, pipelines with non-return valves 36, fitting hydraulic system refueling 31. In the tower 1 are pipelines and wiring. At the junction of the nacelle 5 with the tower 1, a hydraulic adapter is installed strictly along the axis of rotation of the nacelle (Fig. 7), which provides a swivel connection between the hydraulic pipelines located in the tower and the nacelle. When the nacelle is rotated, the adapter housing 55 is rotated. The rest of the adapter will be stationary, because connected with hydraulic units located in the tower. Tightness is ensured by axle boxes with seal packages. Clamp 60 increases the rigidity of the fittings. In the nacelle 5 (Fig. 1), coaxial shafts 9, an intermediate gear (Fig. 4), hydraulic pumps 25 (Fig. 5), a hydraulic tank 27, a separator 26, pipelines and check valves 36 are installed. Rotor 2 (Fig. 1) in this the case consists of the 1st stage 8, the 2nd stage 7 and the 3rd stage 6. Each stage (figure 2) with its eyes 17 on the rim 15 through braces 12 (figure 1) is connected with bushings 10 mounted on a multi-stage axis 11. The axis is shown in Fig.8, the sleeve in Fig.9. The axis is installed in the blind hole of the coaxial shaft of the 1st stage of the rotor located on the axis of rotation of the shaft. The axis perceives the forces acting on the stage from the wind load, i.e. Thus, the side members 13 of the stage (FIG. 2) are unloaded from the bending moment. This ensures the strength of the step with minimal weight. The rotor stage is made in the form of a wheel. Through the side members 13, the step is connected to the coaxial shaft by the shaft 9. The spokes 16 allow the blades 4 to be mounted pivotally between the hub 14 and the rim 15 of the step. For the stiffness of the rim and the hub of the step, a special profile is used, for example, such as in section A-A and BB. The 1st stage does not have spars, the hub 14 is directly connected to the coaxial shaft 9. The blades of the 4 stages (FIGS. 3a, 3b) are connected to each other by levers 19 through rods. This allows you to change the pitch of the blades or their feathering. The rotation of the blades is carried out by an electric motor through a worm gear, which is a brake with a de-energized electric motor. The electric motor and the worm gear are not shown in the figure. The surface of the blade along the spar axis is conventionally divided into two parts: S1 and S2. In order to eliminate the aerodynamic moment on the blade from the wind load, it is necessary that S1 be equal to S2. A polygonal blade (Fig. 3a) is installed in the 1st stage in order to more efficiently use the swept area of the stage. Due to the short blade length, the geometric twist can be neglected. The intermediate gearbox (figure 4) summarizes the torques from the coaxial shafts of 9 stages and transfers them to the hydraulic pumps 25. Gears 21 of the coaxial shafts 9, through gears 23 and freewheels 24 are connected to the intermediate shaft 22. Freewheels 24 provide independence of the steps apart, i.e. the condition for breaking the rotor into steps is satisfied. The hydraulic system converts torque into energy of liquid pressure, with its subsequent transformation into torque with constant revolutions on the shafts of 50 hydraulic motors. The hydraulic motor (figa, b, c) has a cylinder 41 regulator constant speed. The piston 42 of this cylinder is connected by its rod to the cradle 53, in which the cylinder block 46 is located. The angle of inclination of the axis of rotation of the cylinder block relative to the axis of rotation of the output shaft 50 can vary from “A min.” To “A max.” And vice versa. In the absence of fluid pressure in the hydraulic system, or at low pressure, the cradle 53 with the cylinder block 46 under the influence of a calibrated spring 43 of the controller will be kept at the minimum angle "A min". A part of the piston chambers of the cylinder block through the arcuate hole of the spool 44, through the channels in the cradle and the fitting 52 will be connected to the drain line. The other part of the piston chambers through the other hole of the spool and the fitting 54 will be connected to the discharge line. When exposed to wind load on the rotor 2 of the wind turbine (figure 1), the rotor stage will rotate. Torques from the steps through the coaxial shafts 9 will be transmitted through gears 21 and 23 (Fig. 4), freewheels 24 to the intermediate shaft 22 of the intermediate gearbox, where they are summed. Moreover, each stage will independently “push” the intermediate gear shaft. This is ensured by freewheels. For example, if the first stage of the rotor 8 performs three turns, the second stage 7 - two turns, and the third stage 6 will perform only one revolution. All this allows the breakdown of the rotor into steps, despite the fact that the steps do not have a rigid connection with each other, this is the main condition of the invention. From the intermediate gear, the torque will be transmitted to the hydraulic pumps 25 (Fig. 5). In this case, the liquid from the hydraulic tank 27 will enter the inlet of the hydraulic pumps 25. From the hydraulic pumps, the liquid under pressure through the check valves 36 enters through the filter 35 to the safety valve 29, to the hydraulic accumulator 34, to the second fluid flow sensor 33, to the liquid pressure sensor 32 and to hydraulic motors with constant speed controllers 30. From the hydraulic motors 30, the liquid is drained into the hydraulic tank through check valves, a filter and a heat exchanger 28. The hydraulic system is charged through the nozzle 31. Air from the system is vented to the atmosphere through a separator 26. Sensors 33 and 32, depending on the pressure of the liquid and its flow rate, will give a command to supply liquid under pressure or to stop it to the hydraulic motors 30 of the additional power unit (Fig. 10 ) That is, the additional power unit will be turned on or off. The number of power units in terms of total power must correspond to the total wind turbine power. Because wind turbine power will vary depending on wind speed, there is a need to change the number of power units included in the work. If necessary, the blades of the steps can be plowed, or the blades of one of the steps, the rest will work. The plunged step will be stationary due to its freewheel. When fluid is supplied under pressure through the fitting 54 in the housing 37 of the hydraulic motor (Fig. 6a, b, c), through the channels in the cradle 53, through one of the arcuate openings of the spool 44, it enters part of the piston chambers of the cylinder block. The other part of the piston chambers, through the second hole of the spool and the fitting 52 will be connected with the drain in the hydraulic tank 27 (figure 5). At low liquid pressure in the system, the cradle 53 with the cylinder block 46 under the action of the regulator spring 43 will be held at the minimum angle "A min". Pistons 47 of the cylinder block will perform reciprocating movements, their stroke will be minimal. When the pistons 47 are pulled out of the cylinder block under the action of fluid pressure, the force from this pressure is transmitted through the pistons 47 and rods 48 to the shaft flange 50. Since the axis of the cylinder block makes an angle with the axis of the shaft, the tangential components of this fluid pressure create a torque. driving the shaft 50 of the hydraulic motor. The shaft 50 through the driveshaft 49 drives the cylinder block, which alternately communicates the piston chambers through the spool 44 with the discharge line, then with the drain. At the same time, liquid under pressure is introduced into the cylinder of the regulator 41. The spring cavity of this cylinder is connected to the drain in the hydraulic tank. With increasing fluid pressure in the hydraulic system, it will act on the piston 42, which, moving, will compress the spring 43. At the same time, the piston 42 through its rod will rotate the cradle 53 on the bearing 51. This will increase the angle of inclination of the axis of the cylinder block 46 relative to the axis of the shaft 50. The stroke of the pistons 47 in the cylinder block 46 will increase, the frequency of the reciprocating movements of the pistons will remain constant, which means that the revolutions of the shaft 50 will remain constant, the torque will increase. When the fluid pressure decreases, the spring 43 will move the piston 42, and the piston will rotate the cradle 53 through its rod. The angle of inclination of the cylinder block 46 will decrease, the stroke of the pistons 47 will decrease, the frequency of the pistons will remain the same, the shaft speed 50 will remain constant.

Например, ВЭУ с ротором диаметром 15 м, имеющим 3 ступени (см. фиг.1). Диаметр первой ступени будет равен 5 м, второй ступени 10 м, третьей 15 м. Длина лопасти в ступени равна 2,5 м, ширина 0,5 м. Длина окружности ступицы (фиг.2) второй ступени равна 15,7 м, третьей ступени 31,4 м. Интервал установки лопастей 1 м. Первая ступень будет иметь 3 лопасти, вторая ступень 15 лопастей и третья 31 лопасть, всего 49 лопастей. Общая длина лопастей - 121,5 м, площадь лопастей 61,25 м.кв. Ометаемая площадь ротора равна 176,625 кв.м. Коэффициент использования энергии ветра 61,25:176,625=0,346. Хотя здесь и не совсем подходит уравнение Бернулли, но т.к. воздух несжимаем, скорость ветра, проходящего через ротор, возрастет не на 34%, но примерно на 20-25%, что положительно скажется на работе ВЭУ. Из приведенного примера видно, что даже при трехступенчатом роторе диаметром, равным 15 метрам, установка будет обладать достаточной мощностью за счет увеличения коэффициента использования энергии ветра и общей длины лопастей.For example, a wind turbine with a rotor with a diameter of 15 m, having 3 steps (see figure 1). The diameter of the first step will be 5 m, the second step 10 m, the third 15 m. The length of the blade in the step is 2.5 m, the width is 0.5 m. The circumference of the hub (Fig. 2) of the second step is 15.7 m, the third 31.4 m steps. The blade installation interval is 1 m. The first step will have 3 blades, the second step 15 blades and the third 31 blades, a total of 49 blades. The total length of the blades is 121.5 m, the area of the blades is 61.25 square meters. The swept area of the rotor is 176.625 sq.m. The utilization of wind energy 61.25: 176.625 = 0.346. Although the Bernoulli equation does not quite fit here, but because the air is incompressible, the speed of the wind passing through the rotor will increase not by 34%, but by about 20-25%, which will positively affect the operation of wind turbines. It can be seen from the above example that even with a three-stage rotor with a diameter of 15 meters, the installation will have sufficient power by increasing the utilization of wind energy and the total length of the blades.

Claims

A wind power installation having a rotor, an intermediate gearbox, a hydraulic system, a hydraulic pump, a hydraulic motor, a hydraulic motor speed regulator and an electric current generator, characterized in that the rotor is divided into independent steps in diameter installed on coaxial shafts, the installation is equipped with an intermediate shaft that provides transmission of torque to the shaft of the hydraulic pumps, a second fluid flow sensor, a hydraulic adapter, while the coaxial shafts are communicated via m intermediate gear and the overrunning clutch to the intermediate shaft, the total power of the unit is divided into individual units.