Изобретение относится к ветроэнергетическим системам и может быть использовано в народном хозяйстве. Прототипом изобретения является "Ветровая электростанция с вертикальной двухступенчатой вихревой аэротурбиной с центробежными ограничителями скорости вращения аэротурбины" (патент №2392489) Недостаток - сложность конструкции, свистящие шумы и небольшая мощность. Техническим результатом данного изобретения является повышение мощности и сведение шума при работе к минимуму.The invention relates to wind energy systems and can be used in the national economy. The prototype of the invention is a "wind power station with a vertical two-stage vortex wind turbine with centrifugal speed limiters for rotation of the wind turbine" (patent No. 2392489). The disadvantage is the complexity of the design, whistling noise and low power. The technical result of this invention is to increase power and minimize noise during operation.
Указанный технический результат достигается тем, что ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС содержит электрогенераторы, вращаемые одной или несколькими аэротурбинами с вертикальной осью вращения, в которых поток воздуха, проходя через весь корпус турбины, задействует и лопасти, находящиеся с подветренной стороны, создавая дополнительную реактивную тягу на их изгибах при выходе из турбины. Для этого лопасти крепятся внутренними концами в пазах окружностей дисков, равномерно распределенных по длине вала и жестко соединенных с ним. Между дисками, поверхностью вала и концами лопастей образуется пространство, через которое сообщаются все подлопастные полости, позволяя воздуху проходить через всю турбину. Мощность увеличится на аэротурбине, состоящей из нескольких, поставленных друг на друга и жестко соединенных между собой и с валом, аэротурбин, образующих таким образом многосекционную аэротурбину. Так как скорость ветра с высотой увеличивается, то число лопастей и высоту вышестоящих секционных турбин сокращают пропорционально увеличению скорости ветра, что позволяет сохранить равномерную нагрузку на валу по всей его длине. Вал сплошной или полый состоит из звеньев с фланцами на торцах, жестко соединенных между собой, что дает возможность заменять секционные турбины при их поломках. Вал опирается через подшипники на рамы, установочные на опорах, связан с электрогенераторами через системы передачи вращения и имеет систему торможения. Она состоит из массивного диска-маховика, жестко соединенного с валом турбины, и двух пар тормозных колодок, находящихся на диаметрально противоположных сторонах писка, в каждой из которых колодки располагаются над противоположными поверхностями диска, что исключает появление изгибающего момента на диске. Колодки приводятся в рабочее положение пневмо- или гидросистемами. Чтобы уменьшить свист, издаваемый на острых концах лопастей, их загибают, образуя утолщения, или делают шумопоглащающие насадки на острых концах лопастей.The indicated technical result is achieved by the fact that the WIND POWER COMPLEX contains electric generators rotated by one or several wind turbines with a vertical axis of rotation, in which the air flow passing through the entire turbine body also involves blades located on the leeward side, creating additional reactive thrust on their bends when exit from the turbine. To do this, the blades are attached with their inner ends in the grooves of the circles of the disks evenly distributed along the length of the shaft and rigidly connected to it. Between the disks, the shaft surface and the ends of the blades, a space is formed through which all the sub-blade cavities communicate, allowing air to pass through the entire turbine. The power will increase on an aeroturbine, consisting of several aeroturbines that are stacked on top of each other and rigidly connected to each other and with a shaft, thus forming a multi-section aeroturbine. As the wind speed increases with height, the number of blades and the height of the higher sectional turbines are reduced in proportion to the increase in wind speed, which allows you to maintain a uniform load on the shaft along its entire length. A solid or hollow shaft consists of links with flanges at the ends, rigidly interconnected, which makes it possible to replace sectional turbines in case of failure. The shaft is supported through bearings on frames mounted on bearings, connected to electric generators through rotation transmission systems and has a braking system. It consists of a massive flywheel disk rigidly connected to the turbine shaft, and two pairs of brake pads located on the diametrically opposite sides of the squeak, in each of which the pads are located on opposite surfaces of the disk, which eliminates the appearance of bending moment on the disk. The pads are driven into position by pneumatic or hydraulic systems. To reduce the whistle issued at the sharp ends of the blades, they are bent, forming thickenings, or make noise absorbing nozzles on the sharp ends of the blades.
На фиг.1 и 2 показаны общий вид ветроэнергетического комплекса и его вид сверху. Как видно, комплекс состоит их трех аэротурбин (AT)1 с вертикальной осью вращения, каждая из которых состоит из пяти секций 1-I. Аэротурбины опираются через подшипники 9 (фиг.3) на рамы, поставленные на опорах 4 и 6. Нижние опоры 6 образуют каркас здания 5, внутри которого размещаются низкооборотные электрогенераторы 3 типа ГС и ВГС, вращаемые аэротурбинами 1. Так как скорость ветра с высотой увеличивается, то число лопастей 1-2 и высоту вышестоящих аэротурбин сокращают пропорционально увеличению скорости ветра, что позволяет сохранить равномерную нагрузку на валу 17 (фиг.3) турбины.Figure 1 and 2 shows a General view of the wind energy complex and its top view. As you can see, the complex consists of three aero turbines (AT) 1 with a vertical axis of rotation, each of which consists of five sections 1-I. The air turbines are supported through bearings 9 (Fig. 3) on the frames placed on the supports 4 and 6. The lower supports 6 form the frame of the building 5, inside of which low-speed electric generators 3 of the type GS and HCV are placed, rotated by the air turbines 1. Since the wind speed increases with height , then the number of blades 1-2 and the height of the higher wind turbines are reduced in proportion to the increase in wind speed, which allows you to maintain a uniform load on the shaft 17 (Fig.3) of the turbine.
На фиг.3 показана структурная схема AT с нагрузкой на низкооборотный горизонтальный электрогенератор ГС 3. Основой AT является полый или сплошной вал 17. Он многозвенный. Каждое звено на концах имеет фланцы 16. Между фланцами 16 двух соседних звеньев вала закрепляется сплошной диск 15 с пазами на окружности для постановки внутренних концов лопастей 1-2. При этой на этих концах делают насадки или утолщения, закрывающие их острые края, для снижения шума и свиста. Технологически рентабельно делать фланцы 16 по форме дисков 15, заменяя их фланцами-дисками 15/16.Figure 3 shows the structural diagram of AT with a load on the low-speed horizontal electric generator GS 3. The basis of AT is a hollow or solid shaft 17. It is multi-link. Each link at the ends has flanges 16. Between the flanges 16 of two adjacent shaft links, a solid disk 15 is fixed with grooves on the circumference for setting the inner ends of the blades 1-2. At the same time, nozzles or thickenings are made at these ends, covering their sharp edges, to reduce noise and whistling. It is technologically cost-effective to make flanges 16 in the form of disks 15, replacing them with 15/16 flanges-disks.
Наружные концы лопастей стянуты узкими кольцами-обручами, а торцы закрепляются на основаниях 14 секционных аэротурбин. Основания верхней и нижней секционных турбин жестко соединяются с основаниями 13 конусных обтекателей турбины 1-3. Все основания (кроме верхней) имеют наклонные плоскости для стока атмосферных осадков. Основания соседних секций закрепляются между фланцами-дисками 15/16 вала 17. Вал, проходя через конусообразную крышу 7 здания 5 (фиг.1), подшипник 9 на нижней раме 2, опускается в здание 5 и опирается внизу на подпятник качения 9. В здании на валу 17 монтируются одна или несколько систем передач вращения 12 для привода низкооборотных генераторов 3 через маховики, используемые как стабилизаторы и аккумуляторы энергии вращения 18, управляемые12-I и обгонные 12-2 муфты сцепления и редукторы или мультипликаторы 12-3. На фиг.2 пунктиром показан один из вариантов нагрузок аэротурбин AT-1÷3 на горизонтальные ГС и вертикальный ВГС электрогенераторы 3. На один мощный электрогенератор ВГС могут работать две аэротурбины AT-1 и АТ-2.The outer ends of the blades are pulled together by narrow hoop rings, and the ends are fixed on the bases of 14 sectional wind turbines. The bases of the upper and lower sectional turbines are rigidly connected to the bases 13 of the cone fairings of the turbine 1-3. All bases (except the upper one) have inclined planes for runoff of precipitation. The bases of adjacent sections are fixed between the flanges-disks 15/16 of the shaft 17. The shaft passing through the conical roof 7 of the building 5 (Fig. 1), the bearing 9 on the lower frame 2, is lowered into the building 5 and rests below the rolling bearing 9. In the building one or several rotation transmission systems 12 are mounted on the shaft 17 to drive low-speed generators 3 through flywheels used as stabilizers and accumulators of rotation energy 18, controlled by 12-I and 12-2 overrunning clutches and gearboxes or multipliers 12-3. In figure 2, the dotted line shows one of the loads of AT-1 ÷ 3 wind turbines on horizontal and vertical HCV power generators 3. Two AT-1 and AT-2 wind turbines can operate on one powerful HCV power generator.
Все аэротурбины имеют тормозные системы 8. Их основой является диск 10, жестко связанный с валом 17 и выполняющий еще роль маховика, и две пары тормозных колодок 11, находящихся на диаметрально противоположных сторонах диска и расположенных по обеим поверхностям его, что поможет исключить изгибающий момент на диске. Тормозные колодки 11 приводятся в действие (прижимаются к диску) пневмо- или гидросистемами.All aero turbines have braking systems 8. Their basis is a disk 10, rigidly connected to the shaft 17 and performing the role of a flywheel, and two pairs of brake pads 11 located on the diametrically opposite sides of the disk and located on both surfaces of it, which will help to eliminate bending moment on drive. The brake pads 11 are driven (pressed against the disc) by pneumatic or hydraulic systems.
На опорах 4, поддерживающих верхнюю раму 2 (фиг.1) по всей их высоте монтируются приспособления в виде рельсов, по которым могут передвигаться и фиксироваться на любой высоте площадки обслуживания 19 с откидными мостиками 19-I.On the supports 4, supporting the upper frame 2 (Fig. 1), devices in the form of rails are mounted over their entire height, along which they can be moved and fixed at any height of the service platform 19 with folding bridges 19-I.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЕТРОЭНЕРГРТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА. Во всех AT имеются центральные полости, образуемые ваннами-дисками 15/16 (см. фиг.3, поперечное сечение А-А), поверхностью вала 17 и внутренними концами лопастей 1-2 с свистопоглощаемыми приспособлениями на острых краях, вмонтированными в пазы15-I диска15 или фланца 15/16. Через эти полости сообщаются все межлопастные пространства. Поэтому, как показано на фиг.3, сечение А-А, поток воздуха проходит через всю аэротурбину, задействуя все лопасти 1-2 и повышая ее КПД, так как и напорной силе потока воздуха добавляется еще и реактивная сила от течения потока по изогнутым поверхностям лопастей 1-2 на выходе из турбины. Вращение АТ 1 передается через систему передачи вращения 12, маховик 18, управляемую 12-1 и обгонную 12-2 муфты, редуктор или мультипликатор 12-3 на низкообразный электрогенератор 3. Как показано на фиг.2, 3, одна аэротурбина может быть нагружена на два электрогенератора типа ГС. Чтобы свести моменты вращения на рамах 2 к минимуму, вращения аэротурбин делают разносторонними. В тормозной системе необходимо применить и автоматический способ регулирования скорости вращения АТ, ограничивающий скорость при ураганном ветре.PRINCIPLE OF ACTION OF THE WIND ENERGY COMPLEX. All ATs have central cavities formed by 15/16 disc baths (see FIG. 3, cross section AA), shaft surface 17 and inner ends of the blades 1-2 with whistle absorbing devices on sharp edges mounted in grooves 15-I disc 15 or flange 15/16. Through these cavities, all inter-blade spaces communicate. Therefore, as shown in Fig. 3, section AA, the air flow passes through the entire air turbine, using all the blades 1-2 and increasing its efficiency, since the reactive force from the flow of the stream along curved surfaces is also added to the pressure force of the air flow blades 1-2 at the exit of the turbine. The rotation of AT 1 is transmitted through a rotation transmission system 12, a flywheel 18, controlled by 12-1 and 12-2 overrunning clutches, a gearbox or multiplier 12-3 to a low-shaped electric generator 3. As shown in FIGS. 2, 3, one air turbine can be loaded on two generators type GS. In order to minimize rotational moments on frames 2, rotations of air turbines are made versatile. In the braking system, it is necessary to apply an automatic method of regulating the speed of rotation of the AT, limiting the speed in a hurricane wind.
Ветроэнергетические комплексы найдут широкое применение в прибрежных морских и океанских зонах и других районах с благоприятным ветровым режимом.Wind power complexes will be widely used in coastal marine and ocean zones and other areas with favorable wind conditions.
