RU2525998C2

RU2525998C2 - Method of control over windmill rotor blades with vertical rotary shaft

Info

Publication number: RU2525998C2
Application number: RU2012149268/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Альбертович Кашманов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-технический центр "АРГО" (ООО НТЦ "АРГО")
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-08-20
Also published as: RU2012149268A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to wind power engineering. Proposed method consists in locating of windmill blades generating the torque at wind pressure relative to rotor vertical shaft with maximum aerodynamic resistance and in locating of rotor blades not generating the torque at wind pressure relative to rotor vertical axis with minimum aerodynamic resistance. Every blade of the rotor is equipped with vertical shaft and position retainer. Blade is fitted on vertical shaft in bearing assy with the shift relative to equilibrium axis so that resultant torque of rotor blade is other than zero at wind pressure. Blade spatial position is fixed at the beginning of torque generation by said blade relative to rotor vertical axis. Fixation of the blade spatial position relative to rotor vertical axis is withdrawn at termination of torque generation by said blade to change said blade to feathering state.

EFFECT: higher efficiency and reliability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроэнергетическим генераторам с осью вращения ротора, не совпадающей с направлением ветра, и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.The invention relates to wind energy, namely to wind energy generators with an axis of rotation of the rotor that does not coincide with the direction of the wind, and can be used to convert wind energy into electrical energy.

Известен способ автоматического управления крылом ветродвигателя с вертикальной осью вращения с крыльями симметричного профиля, закрепленными на радиальных траверсах шарнирно (Патент РФ №2307951, F03D 3/00, F03D 7/06, 2006 г.), заключающийся в механическом ограничении угла их поворота и смещении оси шарнира по хорде крыла в сторону его носка, причем центр тяжести крыла смещают на перпендикуляр к хорде крыла, проходящий через ось шарнира на внешнюю от центра вращения ротора сторону.A known method of automatic control of a wing of a wind turbine with a vertical axis of rotation with wings of a symmetrical profile mounted pivotally on radial traverses (RF Patent No. 2307951, F03D 3/00, F03D 7/06, 2006), which consists in mechanically limiting the angle of rotation and displacement the hinge axis along the wing chord towards its nose, and the center of gravity of the wing is shifted perpendicular to the wing chord, passing through the hinge axis to the side external from the center of rotation of the rotor.

Недостатком данного способа является низкая эффективность, обусловленная невозможностью пространственного расположения крыльев, не создающих под действием ветрового напора крутящий момент относительно вертикальной оси ветродвигателя, с минимальным аэродинамическим сопротивлением.The disadvantage of this method is the low efficiency due to the impossibility of the spatial arrangement of the wings, which do not create a torque relative to the vertical axis of the wind turbine under the action of the wind pressure, with minimal aerodynamic drag.

Известен также способ формирования ветродвигателя (Патент РФ №2349793, F03D 3/00, 2006 г.), заключающийся в расположении лопастей ротора ветряка, создающих под действием ветрового напора крутящий момент относительно вертикальной оси ротора ветряка, с максимальным аэродинамическим сопротивлением и в расположении лопастей ротора ветряка, не создающих под действием ветрового напора крутящий момент относительно вертикальной оси ротора ветряка, с минимальным аэродинамическим сопротивлением.There is also known a method of forming a wind turbine (RF Patent No. 2349793, F03D 3/00, 2006), which consists in the location of the blades of the rotor of the wind turbine, creating under the influence of the wind pressure a torque relative to the vertical axis of the rotor of the wind turbine, with maximum aerodynamic drag and in the location of the rotor blades wind turbines that do not create a torque under the influence of wind pressure relative to the vertical axis of the rotor of the wind turbine, with minimal aerodynamic drag.

Недостаток данного способа объясняется сложностью его реализации и значительными потерями мощности, что связано с необходимостью механического регулирования расположения лопастей ротора ветряка, снижающего также и надежность работы ветряка.The disadvantage of this method is explained by the complexity of its implementation and significant power losses, which is associated with the need for mechanical regulation of the location of the blades of the rotor of the windmill, which also reduces the reliability of the windmill.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности и надежности функционирования ветряка.The technical result of the proposed method is to increase the efficiency and reliability of the operation of a wind turbine.

Технический результат достигается тем, что в способе управления лопастями ротора ветряка с вертикальной осью вращения, заключающемся в расположении лопастей ротора ветряка, создающих под действием ветрового напора крутящий момент относительно вертикальной оси ротора, с максимальным аэродинамическим сопротивлением и в расположении лопастей ротора ветряка, не создающих под действием ветрового напора крутящий момент относительно вертикальной оси ротора, с минимальным аэродинамическим сопротивлением, причем каждую лопасть ротора оснащают вертикальной осью лопасти и фиксатором положения, при этом устанавливают лопасть на вертикальную ось лопасти в подшипниковом узле вращения со смещением относительно оси равновесия таким образом, что результирующий вращающий момент лопасти ротора под действием ветрового напора не равен нулю, фиксируют пространственное положение лопасти в момент начала создания данной лопастью крутящего момента относительно вертикальной оси ротора, а снимают фиксацию пространственного положения лопасти при прекращении создания данной лопастью крутящего момента относительно вертикальной оси ротора и переводят данную лопасть в состояние флюгирования.The technical result is achieved by the fact that in the method of controlling the blades of a rotor of a windmill with a vertical axis of rotation, consisting in the location of the blades of the rotor of a windmill, creating under the action of a wind pressure a torque relative to the vertical axis of the rotor, with maximum aerodynamic drag and in the location of the blades of the rotor of the windmill, which do not create the action of the wind pressure torque relative to the vertical axis of the rotor, with minimal aerodynamic resistance, and each rotor blade is main they are bladed with the vertical axis of the blade and a position fixer, while the blade is mounted on the vertical axis of the blade in the rotation bearing assembly with an offset relative to the equilibrium axis so that the resulting rotor blade rotational moment is not equal to zero under the influence of the wind pressure, and the spatial position of the blade is fixed at the moment of creation this blade of torque relative to the vertical axis of the rotor, and remove the fixation of the spatial position of the blade at the termination of the creation of this blade torque relative to the vertical axis of the rotor and translate this blade into a state of feathering.

На фиг.1 приведена схема (вид сверху) устройства, реализующего предлагаемый способ управления лопастями ротора ветряка с вертикальной осью вращения.Figure 1 shows a diagram (top view) of a device that implements the proposed method of controlling the blades of a rotor of a wind turbine with a vertical axis of rotation.

Устройство содержит ротор ветряка 1, имеющий возможность вращения относительно вертикальной оси 2 в подшипниковом узле вращения и передачи мощности 3.The device comprises a rotor of a wind turbine 1 having the possibility of rotation about a vertical axis 2 in a bearing assembly of rotation and transmission of power 3.

По окружности ротора ветряка 1 равномерно размещены лопасти ротора 4.Around the circumference of the rotor of the wind turbine 1, the rotor blades of the rotor 4 are evenly placed.

Каждая лопасть ротора 4 установлена на вертикальной оси лопасти 5, смещенной от оси равновесия на лопасти ротора 4, относительно которой результирующий вращающий момент лопасти ротора 4 под действием ветрового напора равен нулю, с возможностью вращения лопасти ротора 4 относительно вертикальной оси лопасти 5 в подшипниковом узле вращения 6 и оснащена фиксатором положения 7 положения лопасти ротора 4.Each rotor blade 4 is mounted on the vertical axis of the blade 5, offset from the equilibrium axis on the rotor blade 4, relative to which the resulting torque of the rotor blade 4 under the influence of the wind pressure is zero, with the possibility of rotation of the rotor blade 4 relative to the vertical axis of the blade 5 in the rotation bearing unit 6 and is equipped with a position lock 7 of the position of the rotor blade 4.

Фиксатор положения 7 фиксирует лопасть ротора 4, обеспечивая ее ориентацию по радиусу ротора ветряка 1, а после снятия фиксации лопасть ротора 4 автоматически переходит в состояние флюгирования с ориентацией по ветру за счет неравенства нулю результирующего вращающего момента лопасти ротора 4 под действием ветрового напора.The position lock 7 fixes the rotor blade 4, providing its orientation along the radius of the rotor of the wind turbine 1, and after removing the fixation, the rotor blade 4 automatically switches to the feathering state with the wind orientation due to the inequality to zero of the resulting torque of the rotor blade 4 under the influence of the wind pressure.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Под действием ветрового напора зафиксированные фиксатором положения 7 в положении с максимальным аэродинамическим сопротивлением лопасти ротора 4 создают крутящий момент относительно вертикальной оси 2 ротора ветряка 1.Under the influence of the wind pressure, the fixed positions 7 in the position with the maximum aerodynamic resistance of the rotor blades 4 create a torque relative to the vertical axis 2 of the rotor of the wind turbine 1.

При достижении крайней точки подветренной стороны ветряка лопасть ротора 4 перестает развивать крутящий момент относительно вертикальной оси 2 ротора ветряка 1, поэтому на ее фиксатор положения 7 поступает команда на снятие фиксации лопасти ротора 4. В результате лопасть ротора 4 получает возможность свободного вращения относительно вертикальной оси лопасти 5 в подшипниковом узле вращения 6. Вследствие смещения вертикальной оси лопасти 5 от оси равновесия на лопасти ротора 4, относительно которой результирующий вращающий момент лопасти ротора 4 под действием ветрового напора равен нулю, возникающий не равный нулю результирующий вращающий момент разворачивает лопасть ротора 4 относительно вертикальной оси лопасти 5 во флюгирующее положение с минимальным аэродинамическим сопротивлением.Upon reaching the extreme point of the leeward side of the windmill, the rotor blade 4 ceases to develop torque relative to the vertical axis 2 of the windmill rotor 1, therefore, its position lock 7 receives a command to release the fixing of the rotor blade 4. As a result, the rotor blade 4 is able to freely rotate relative to the vertical axis of the blade 5 in the bearing assembly of rotation 6. Due to the displacement of the vertical axis of the blade 5 from the axis of equilibrium on the rotor blade 4, relative to which the resulting torque of the blade p 4 torus under the action of wind pressure is zero occurring non-zero resultant torque reverses the rotor blade 4 relative to the vertical axis of the blade 5 in flyugiruyuschee position with minimal aerodynamic drag.

Флюгирующее состояние лопасти ротора ветряка 4 сохраняется до достижения ею крайней точки наветренной стороны ветряка, где фиксатор положения 7 вновь осуществляет по команде фиксацию лопасти ротора 4.The feathering state of the rotor blade of the wind turbine 4 is maintained until it reaches the extreme point of the windward side of the wind turbine, where the position lock 7 again, by command, fixes the rotor blade of 4.

Останов ветряка, например, при сверхнормативных по скорости ветрах производится снятием фиксации лопастей ротора 4, создающих крутящий момент относительно вертикальной оси 2 ротора ветряка 1, в результате чего все лопасти ротора 4 оказываются во флюгирующем состоянии и не создают крутящий момент относительно вертикальной оси 2 ротора ветряка 1.The stop of the windmill, for example, in case of winds exceeding the speed, is carried out by removing the fixation of the rotor blades 4, which create a torque relative to the vertical axis 2 of the windmill rotor 1, as a result of which all the rotor blades 4 are in a feathering state and do not create a torque relative to the vertical axis 2 of the windmill rotor one.

Запуск в работу ветряка производится его принудительным вращением, например, с помощью перевода генератора ветряка (не показан на чертеже) в двигательный режим с питанием его от аккумулятора (не показан на чертеже) для обеспечения начала фиксации лопастей ротора 4 с последующим созданием ими крутящего момента относительно вертикальной оси 2 ротора ветряка 1. Ветряк при этом не требует ориентации по ветру.The start-up of the windmill is made by its forced rotation, for example, by transferring the generator of the windmill (not shown in the drawing) to the motor mode with its power from the battery (not shown in the drawing) to ensure that the rotor blades 4 begin to fix and then create a torque relative to them the vertical axis 2 of the rotor of the windmill 1. The windmill does not require orientation in the wind.

Крайние точки подветренной и наветренной сторон ветряка определяются датчиком направления ветра (не показан на чертеже) во взаимосвязи с двумя диаметрально расположенными относительно вертикальной оси 2 ротора ветряка 1 датчиками положения ротора ветряка 1 (не показаны на чертеже).The extreme points of the leeward and windward sides of the wind turbine are determined by the wind direction sensor (not shown in the drawing) in conjunction with two wind rotor 1 position sensors diametrically located relative to the vertical axis 2 of the wind turbine 1 (not shown in the drawing).

Таким образом, реализация предложенного способа позволяет обеспечить высокие эффективность и надежность функционирования ветряка.Thus, the implementation of the proposed method allows for high efficiency and reliability of the operation of the windmill.

Claims

The method of controlling the blades of a windmill rotor with a vertical axis of rotation, which consists in the location of the blades of the rotor of the windmill, creating a torque under the action of the wind pressure relative to the vertical axis of the rotor, with maximum aerodynamic resistance and in the location of the blades of the rotor of the windmill, which do not create a torque relative to the vertical pressure under the influence of the wind pressure rotor axis, with minimal aerodynamic drag, characterized the fact that each rotor blade is equipped with a vertical axis of the blade and a position lock, while the blade is mounted on the vertical axis of the blade in the rotation bearing assembly with an offset relative to the equilibrium axis so that the resulting rotational moment of the rotor blade is not equal to zero, the spatial the position of the blade at the moment the blade begins to create torque relative to the vertical axis of the rotor, and the fixation of the spatial position of the blade is removed when rotation of the creation of a given blade of torque relative to the vertical axis of the rotor and translate this blade into a state of feathering.