RU2535194C2 - Wind-power unit with wind turbine orientation and power limitation system - Google Patents

Wind-power unit with wind turbine orientation and power limitation system Download PDF

Info

Publication number
RU2535194C2
RU2535194C2 RU2012147779/06A RU2012147779A RU2535194C2 RU 2535194 C2 RU2535194 C2 RU 2535194C2 RU 2012147779/06 A RU2012147779/06 A RU 2012147779/06A RU 2012147779 A RU2012147779 A RU 2012147779A RU 2535194 C2 RU2535194 C2 RU 2535194C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
wind turbine
head
power
power unit
Prior art date
Application number
RU2012147779/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012147779A (en
Inventor
Виктор Гаврилович Петько
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет"
Priority to RU2012147779/06A priority Critical patent/RU2535194C2/en
Publication of RU2012147779A publication Critical patent/RU2012147779A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2535194C2 publication Critical patent/RU2535194C2/en

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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: invention relates to wind industry and can be used for electric power supply to domestic and industrial energy consumers. A wind-power unit with a wind turbine orientation and power limitation system, which has a support with a pin gear and a vertical axle with a wind-power unit head put on it, a device responding to wind direction, which is put on a hollow vertical axle in the head of the wind-power unit so that it can be turned at least through 90°, rigidly attached to a side shovel, a vertical shaft passing through the hollow vertical axle in the head of the wind-power unit and having a drive gear installed on the lower end and kinematically connected to the pin gear, as well as a power-assisted counteracting mechanisms with force application points between the head of the wind-power unit and the side shovel; with that, as a device reacting to wind direction there used is a screen located in wind direction in front of an impeller put on the upper end of the vertical shaft.
EFFECT: invention is aimed at improvement of serviceability and reliability of a wind-power unit.
3 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для энергоснабжения бытовых и производственных потребителей энергии.The invention relates to wind energy and can be used to power household and industrial energy consumers.

Известны ветроэнергетические агрегаты с горизонтальной осью вращения ветротурбины, ограничение мощности в которых при возрастании скорости ветра сверх установленной величины осуществляется выводом ветротурбины из под ветра с помощью жестко связанной с головкой ветроагрегата боковой лопаты (Е.М.Фатеев. Ветродвигатели и ветроустановки. Государственное издательство сельскохозяйственной литературы. Москва - 1957, стр.166, рис.108, рис.156, ветродвигатель ТВ-8).Wind power units with a horizontal axis of rotation of a wind turbine are known, the power limitation of which, when the wind speed rises above a specified value, is carried out by removing the wind turbine from the wind with the help of a side shovel rigidly connected to the head of the wind turbine (E.M. Fateev. Wind turbines and wind turbines. State publishing house of agricultural literature Moscow - 1957, p. 166, fig. 108, fig. 156, TV-8 wind turbine).

Недостатком данного устройства является то, что боковая лопата действует непосредственно на головку массивной быстро вращающейся ветротурбины. Это требует применения громоздкой боковой лопаты, по размерам сопоставимой с размерами ветротурбины, а быстрый поворот плоскости ветротурбины под действием такой лопаты вызывает опасные для целостности ветроагрегата гироскопические моменты.The disadvantage of this device is that the side shovel acts directly on the head of a massive rapidly rotating wind turbine. This requires the use of a bulky side shovel, comparable in size to the size of a wind turbine, and the rapid rotation of the plane of the wind turbine under the influence of such a shovel causes gyroscopic moments that are dangerous for the integrity of the wind turbine.

От указанного недостатка в значительной степени свободен ветроэнергетический агрегат, принятый за прототип (патент на изобретение № RU 2430265 С2, авторы Петько В. Г., Пугачёв В. В.). Однако и в нём действие гироскопических моментов на боковую лопату, хотя и существенно меньших по величине, сохраняется. Кроме того, на положение боковой лопаты сказывается и момент сопротивления, который оказывает боковой лопате головка ветроагрегата при её повороте. Всё это в совокупности снижает точность стабилизации мощности ветротурбины при скоростях ветра выше расчётных.The wind power unit adopted for the prototype is largely free of this drawback (patent for invention No. RU 2430265 C2, authors Petko V.G., Pugachev V.V.). However, even in it the effect of gyroscopic moments on the lateral spade, although significantly smaller in magnitude, is retained. In addition, the moment of resistance that the side of the windshield exerts upon the rotation of the side spade affects the position of the side shovel. All this together reduces the accuracy of stabilization of the power of the wind turbine at wind speeds higher than calculated.

Задачей настоящего изобретения является повышение работоспособности и надёжности ветроагрегата за счёт устранения указанных недостатков.The objective of the present invention is to improve the efficiency and reliability of the wind turbine by eliminating these disadvantages.

Технический результат достигается в ветроагрегате с системой ориентации и ограничения мощности ветротурбины, имеющем опору с цевочной шестерней и вертикальной осью с насаженной на ней головкой ветроагрегата, устройство, реагирующее на направление ветра, насаженное на выполненную полой вертикальную ось в головке ветрорагрегата с возможностью поворота не менее чем на 90°, связанное жёстко с боковой лопатой, вертикальный вал, проходящий через выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата и имеющий установленную на нижнем конце ведущую шестерню, кинематически связанную с цевочной шестернёй, а также силовой противодействующий механизм с точками приложения силы между головкой ветроагрегата и боковой лопатой, в котором согласно изобретению в качестве устройства, реагирующего на направление ветра, использована шторка, расположенная по ветру перед насаженной на верхний конец вертикального вала крыльчаткой.The technical result is achieved in a wind turbine with a system for orienting and limiting the power of a wind turbine, having a support with a pinion gear and a vertical axis with the head of the wind turbine mounted on it, a device that responds to the direction of the wind, mounted on a hollow vertical axis in the head of the wind turbine with the ability to rotate at least 90 °, rigidly connected with the side shovel, a vertical shaft passing through a hollow vertical axis in the head of the wind turbine and having mounted on the lower there is a driving gear kinematically connected to the pinion gear, as well as a power opposing mechanism with points of force between the head of the wind turbine and the side shovel, in which according to the invention a shutter is used, which is located in the wind in front of the head mounted on the upper end vertical impeller shaft.

Работа заявляемого устройства поясняется кинематической схемой, изображенной на фиг. 1 (вид сбоку) и фиг. 2 и 3 (вид сверху).The operation of the claimed device is illustrated by the kinematic diagram depicted in FIG. 1 (side view) and FIG. 2 and 3 (top view).

Ветроагрегат состоит из ветротурбины (на чертеже не показана) с горизонтальной осью в головке 1 ветроагрегата, насаженной с возможностью поворота на 360° на вертикальную ось 2 опоры 3. Верхняя часть опоры снабжена жестко связанной с опорой цевочной шестерней 4, соосной с осью опоры 3. Цевочная шестерня 4 кинематически связана с ведущей шестерней 5, насаженной на нижний конец вала 6, пропущенного через выполненную полой вертикальную ось 7 головки 1 ветроагрегата. На этой же оси установлена шторка 8 с возможностью поворота не менее чем на 90°, жёстко связанная с боковой лопатой 9. Боковая лопата под действием силового противодействующего механизма, в качестве которого в данном варианте исполнения устройства использована пружина 10 с точками приложения силы между боковой лопатой и головкой 1 ветроагрегата, прижата с силой F к скрепленному с головкой 1 упору 11. При этом боковая лопата и шторка 8 находятся в положении, перпендикулярном оси ветротурбины. На верхнем конце вала 6 закреплена крыльчатка 12.The wind turbine unit consists of a wind turbine (not shown in the drawing) with a horizontal axis in the head 1 of the wind turbine, mounted with the possibility of 360 ° rotation on the vertical axis 2 of the support 3. The upper part of the support is provided with a pinion gear 4 rigidly connected to the support and coaxial with the axis of the support 3. The pinion gear 4 is kinematically connected with the pinion gear 5, mounted on the lower end of the shaft 6, passed through a hollow vertical axis 7 of the head 1 of the wind turbine. A blind 8 is installed on the same axis with the possibility of rotation of at least 90 °, tightly connected with the side shovel 9. The side shovel is under the action of a force counteracting mechanism, which in this embodiment of the device uses spring 10 with points of force between the side shovel and the head 1 of the wind turbine, is pressed with a force F to the stop 11 fastened to the head 1. The side shovel and the shutter 8 are in a position perpendicular to the axis of the wind turbine. An impeller 12 is fixed at the upper end of the shaft 6.

Работает заявляемое устройство следующим образом.The claimed device operates as follows.

Если скорость ветра не превышает установленную для данного агрегата величину, боковая лопата и скреплённая с ней шторка 8 пружиной 10 прижаты к упору 11 и находятся в положении, перпендикулярном оси ветротурбины (Фиг. 2). При отклонении направления ветра от направления, перпендикулярного плоскости ветротурбины (плоскость А-А), воздушный поток, набегая на крыльчатку с той или другой стороны шторки 8, приводит крыльчатку во вращение в том или ином направлении. За счет механической передачи через вал 6 и ведущую шестерню 5 на цевочную шестерню 4 головка 1 ветроагрегата будет поворачиваться в сторону ветра до тех пор, пока шторка не установится в положение, при котором задувание ветра на лопасти крыльчатки станет одинаковым с той и другой сторон шторки и вращение крыльчатки прекратится. Таким образом, плоскость ветротурбины всегда будет устанавливаться перпендикулярно направлению ветра.If the wind speed does not exceed the value set for this unit, the side shovel and the shutter 8 fastened with it with a spring 10 are pressed against the stop 11 and are in a position perpendicular to the axis of the wind turbine (Fig. 2). When the direction of the wind deviates from the direction perpendicular to the plane of the wind turbine (plane A-A), the air flow, running onto the impeller from one or the other side of the curtain 8, causes the impeller to rotate in one direction or another. Due to mechanical transmission through the shaft 6 and pinion gear 5 to the pinion gear 4, the head 1 of the wind turbine will be turned in the direction of the wind until the curtain is set to the position where the wind blowing on the impeller blades becomes the same on both sides of the curtain and impeller rotation stops. Thus, the plane of the wind turbine will always be set perpendicular to the direction of the wind.

При увеличении скорости ветра сверх установленной величины боковая лопата под действием напора набегающего на нее потока воздуха, преодолевая сопротивление пружины, повернется на угол γ, тем больший, чем больше скорость ветра. На этот же угол по отношению к направлению ветра и плоскости ветротурбины повернется и шторка 8, крыльчатка 12 начнет вращаться и установит в конечном итоге головку 1 в такое положение, при котором линия, соединяющая центр шторки и ось крыльчатки, будет совпадать с направлением ветра. При этом на угол γ по отношению к направлению ветра будет повернута теперь ось ветротурбины. Это скомпенсирует влияние повышенной скорости ветра на развиваемую ветротурбиной мощность. Она будет сохраняться на постоянном установленном уровне при всех скоростях ветра, выше расчётной величины, если силовой противодействующий механизм рассчитан таким образом,With an increase in wind speed in excess of the set value, the side shovel under the influence of the pressure of the incoming air flow, overcoming the resistance of the spring, will turn by an angle γ, the greater the greater the wind speed. The shutter 8 will also turn at the same angle with respect to the direction of the wind and the plane of the wind turbine, the impeller 12 will begin to rotate and ultimately set the head 1 in such a position that the line connecting the center of the shutter and the axis of the impeller coincides with the direction of the wind. In this case, at an angle γ with respect to the direction of the wind, the axis of the wind turbine will now be rotated. This will compensate for the effect of increased wind speed on the power developed by the wind turbine. It will be maintained at a constant set level at all wind speeds above the calculated value, if the opposing force mechanism is designed in such a way

чтобы закон изменения угла поворота боковой лопаты от скорости ветра (γn=f(V)) совпадал с законом изменения угла поворота ветротурбины от скорости ветра при условии постоянства развиваемой ветротурбиной мощности (γr=f(V) при Рт - const). Данное условие технически вполне реализуемо.so that the law of variation of the angle of rotation of the side shovel from the wind speed (γn = f (V)) coincides with the law of variation of the angle of rotation of the wind turbine as a function of wind speed, provided that the developed wind turbine power is constant (γr = f (V) at Рт - const). This condition is technically feasible.

Таким образом, поскольку боковая лопата в заявленном устройстве действует на шторку, не подверженную воздействию гироскопических моментов и моментов сопротивления повороту головки ветроагрегата, повышается точность стабилизации мощности ветротурбины, упрощается кинематика, а это, в свою очередь, повышает работоспособность и надежность работы ветроагрегата в целом.Thus, since the side shovel in the claimed device acts on a curtain that is not exposed to gyroscopic moments and moments of resistance to rotation of the head of the wind turbine, the accuracy of stabilizing the power of the wind turbine increases, the kinematics is simplified, and this, in turn, increases the efficiency and reliability of the wind turbine as a whole.

Claims (1)

Ветроагрегат с системой ориентации и ограничения мощности ветротурбины, имеющий опору с цевочной шестерней и вертикальной осью с насаженной на ней головкой ветроагрегата, устройство, реагирующее на направление ветра, насаженное на выполненную полой вертикальную ось в головке ветрорагрегата с возможностью поворота не менее чем на 90°, связанное жёстко с боковой лопатой, вертикальный вал, проходящий через выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата и имеющий установленную на нижнем конце ведущую шестерню, кинематически связанную с цевочной шестерней, а также силовой противодействующий механизм с точками приложения силы между головкой ветроагрегата и боковой лопатой, отличающийся тем, что в качестве устройства, реагирующего на направление ветра, использована шторка, расположенная по ветру перед насаженной на верхний конец вертикального вала крыльчаткой. A wind turbine with a system for orienting and limiting the power of a wind turbine, having a support with a pinion gear and a vertical axis with the head of the wind turbine mounted on it, a device that responds to the direction of the wind mounted on hollow vertical axis in the head a wind turbine with the possibility of rotation not less than 90 °, rigidly connected with a side shovel, a vertical shaft passing through a hollow vertical axis in the head a wind turbine and having a driving gear mounted on the lower end kinematically connected to the pinion gear, as well as a power counter mechanism with points of force application between the head of the wind turbine and the side shovel, characterized in that as a device that responds to the direction of the wind, used curtain located on the wind in front of the impeller mounted on the upper end of the vertical shaft.
RU2012147779/06A 2012-11-09 2012-11-09 Wind-power unit with wind turbine orientation and power limitation system RU2535194C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012147779/06A RU2535194C2 (en) 2012-11-09 2012-11-09 Wind-power unit with wind turbine orientation and power limitation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012147779/06A RU2535194C2 (en) 2012-11-09 2012-11-09 Wind-power unit with wind turbine orientation and power limitation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012147779A RU2012147779A (en) 2014-05-20
RU2535194C2 true RU2535194C2 (en) 2014-12-10

Family

ID=50695455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012147779/06A RU2535194C2 (en) 2012-11-09 2012-11-09 Wind-power unit with wind turbine orientation and power limitation system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2535194C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2689494C2 (en) * 2017-10-26 2019-05-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный аграрный университет" Wind turbine with a system of orientation and restriction of synchronous angular velocity of wind turbines

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2096656C1 (en) * 1995-08-07 1997-11-20 Виктор Анатольевич Чувашев Wind-power plant
BY7169C1 (en) * 2002-03-12 2005-06-30
RU72729U1 (en) * 2007-12-18 2008-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") WIND ENGINE
RU2430265C2 (en) * 2009-12-09 2011-09-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет" Wind-driven unit with horizontal rotation axis of wind turbine and power limitation
RU2494285C1 (en) * 2012-03-13 2013-09-27 Андрей Витальевич Порохня Wind-driven generator propeller

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2096656C1 (en) * 1995-08-07 1997-11-20 Виктор Анатольевич Чувашев Wind-power plant
BY7169C1 (en) * 2002-03-12 2005-06-30
RU72729U1 (en) * 2007-12-18 2008-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") WIND ENGINE
RU2430265C2 (en) * 2009-12-09 2011-09-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет" Wind-driven unit with horizontal rotation axis of wind turbine and power limitation
RU2494285C1 (en) * 2012-03-13 2013-09-27 Андрей Витальевич Порохня Wind-driven generator propeller

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2689494C2 (en) * 2017-10-26 2019-05-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный аграрный университет" Wind turbine with a system of orientation and restriction of synchronous angular velocity of wind turbines

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012147779A (en) 2014-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US756616A (en) Windmill.
RU2017111262A (en) VEHICLE WHEEL WITH ONE RIM FOR WIND TURBINE GENERATOR INSTALLATION
WO2013008200A4 (en) Variable diameter and angle vertical axis turbine
RU2535194C2 (en) Wind-power unit with wind turbine orientation and power limitation system
JP5685699B2 (en) Variable pitch device
KR101660916B1 (en) Self-controlled rotor blades according to variable air direction for wind power apparatus
US9062657B2 (en) Horizontally oriented wind turbine
WO2009006287A3 (en) Oscillating windmill
RU2430265C2 (en) Wind-driven unit with horizontal rotation axis of wind turbine and power limitation
US20180023545A1 (en) Rotating sunlight/light beam for fractional/beneficial use
JP2008190524A5 (en)
RU2373425C2 (en) Windwheel
RU2689494C2 (en) Wind turbine with a system of orientation and restriction of synchronous angular velocity of wind turbines
KR101562788B1 (en) Wind power generator
RU2494285C1 (en) Wind-driven generator propeller
WO2017006657A1 (en) Wind-following horizontal-axis wind turbine
JP2014211141A (en) Vertical shaft type windmill including straight wing capable of rotating by 360 degrees
US988098A (en) Windmill.
RU163007U1 (en) MODULAR WIND ENGINE WITH HORIZONTAL BLADES AND A CENTRIFUGAL SPEED CONTROLLER
RU2818435C1 (en) Windmill turbosail with vertically rotating axle
KR101439497B1 (en) Tail blade apparatus with bending function for wind power generation system
EP3063403A1 (en) A vertical axis wind turbine with a system for regulating the angle of attack of the blades
RU2563949C1 (en) Rotor-type windmill
RU2016108449A (en) METHOD FOR CONVERTING KINETIC ENERGY OF AIR FLOW TO ROTARY PLANE MOTION
RU47449U1 (en) POWER INSTALLATION

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171110