RU2572356C1 - Rotor-type windmill with circular airflow concentrator - Google Patents
Rotor-type windmill with circular airflow concentrator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572356C1 RU2572356C1 RU2014146331/06A RU2014146331A RU2572356C1 RU 2572356 C1 RU2572356 C1 RU 2572356C1 RU 2014146331/06 A RU2014146331/06 A RU 2014146331/06A RU 2014146331 A RU2014146331 A RU 2014146331A RU 2572356 C1 RU2572356 C1 RU 2572356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearing
- shaft
- shank
- truss
- bearings
- Prior art date
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
- 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
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к ветродвигателям роторного типа с вертикальным валом вращения, которые наиболее эффективно могут использоваться децентрализованными энергопотребителями, в особенности сельскохозяйственного назначения, как фермерские хозяйства, животноводческие комплексы, фермы, овцеводческие участки, дачи, лагери отдыха, удаленные от сетей энергоснабжения.The invention relates to rotor-type wind turbines with a vertical shaft of rotation, which can most effectively be used by decentralized energy consumers, in particular agricultural purposes, such as farms, livestock farms, farms, sheep farms, cottages, recreation camps remote from power supply networks.
Уровень техникиState of the art
Известна вертикально-осевая роторная турбина в составе гибридного энергетического комплекса - ветер + солнце. ООО «НПП ЭНЕКСИС» (энерго-экологические системы).Known vertical-axis rotor turbine in the hybrid energy complex - wind + sun. LLC NPP ENEXIS (energy-ecological systems).
«Альтернативная энергетика и энергосбережение в регионах России: материалы научно-практического семинара, г. Астрахань, 14-16 апреля 2010 г. сост. Л.X. Зайнутдинова. - Астрахань: издательский дом «Астраханский университет». 2010. - 102 с. см. с. 97-100, рис. 1 и 2, Россия, г. Москва, e-mail: windrotor@gmail.com www.enecsis.ru.“Alternative energy and energy conservation in the regions of Russia: materials of a scientific and practical seminar, Astrakhan, April 14-16, 2010 comp. L.X. Zainutdinova. - Astrakhan: Publishing House Astrakhan University. 2010 .-- 102 p. see p. 97-100, fig. 1 and 2, Russia, Moscow, e-mail: windrotor@gmail.com www.enecsis.ru.
Данная вертикально-осевая роторная турбина представляет собой ряд роторов, работающих по принципу Савониуса, жестко насаженных на один вал, который установлен в плоской рамной опоре, а нижним и верхним концами закреплен в подшипниках, установленных в ней.This vertical-axis rotor turbine is a series of rotors operating according to the Savonius principle, rigidly mounted on one shaft, which is installed in a flat frame support, and the lower and upper ends are fixed in the bearings installed in it.
Плоская рамная опора поддерживается в вертикальном положении растяжками. Высота ветростанции 11 м, сила веса всех роторов воспринимается одним нижним подшипником.The flat frame support is supported upright by braces. The height of the wind farm is 11 m; the weight of all rotors is perceived by one lower bearing.
Первый недостаток данной турбины состоит в том, что при воздействии ветра на плоскую рамную опору растяжки не предохраняют ее от колебаний, перекосов, изгибов вала и динамической разбалансировки вращающейся части, что отрицательно скажется на работе подшипников, на соединении нижнего конца вала с генератором, надежности и работоспособности установки в целом.The first drawback of this turbine is that when the wind acts on the flat frame support, the stretch marks do not protect it from vibrations, skews, bends of the shaft and dynamic unbalance of the rotating part, which will negatively affect the operation of the bearings, the connection of the lower end of the shaft with the generator, reliability and the health of the installation as a whole.
Второй недостаток заключается в том, что плоская рамная опора из-за своей неустойчивости не позволяет установить на ней концентратор воздушного потока, который мог бы направлять на роторы значительно большую массу воздуха с увеличением его скорости, что увеличило бы мощность ветродвигателя.The second disadvantage is that, due to its instability, the flat frame support does not allow installing an air flow concentrator on it, which could send a significantly larger mass of air to the rotors with an increase in its speed, which would increase the power of the wind turbine.
Известен ветродвигатель «ЭОЛ» (см. Патент РФ №21165 С1. Ветродвигатель «ЭОЛ»). Ветродвигатель содержит ветротурбину с вертикальной осью вращения, расположенную внутри свободноповорачивающихся вокруг вертикальной оси ветронаправляющих экранов. Каждый ветронаправляющий экран расположен в секторе свободного поворота, где крайние его положения заданы прямой, проходящей через оси вращения ветротурбины и ветронаправляющего экрана, и касательной к окружности, образованной крайней наружной точкой раскрытого наконечника лопасти, проходящей через ось вращения ветронаправляющего экрана.Known wind turbine "EOL" (see RF Patent No. 211165 C1. Wind turbine "EOL"). The wind turbine contains a wind turbine with a vertical axis of rotation, located inside freely rotating around the vertical axis of the wind guide screens. Each wind guide screen is located in the sector of free rotation, where its extreme positions are defined by a straight line passing through the axis of rotation of the wind turbine and the wind guide screen, and tangent to the circle formed by the extreme outer point of the open tip of the blade passing through the axis of rotation of the wind guide screen.
Первый недостаток конструкции ветродвигателя заключается в том, что она не обеспечивает одновременную работу нескольких ветротурбин, расположенных на одном валу друг над другом, что существенно ограничивает возможности ее дальнейшего развития с целью повышения мощности ветродвигателя.The first drawback of the design of the wind turbine is that it does not provide simultaneous operation of several wind turbines located on the same shaft one above the other, which significantly limits the possibilities of its further development in order to increase the power of the wind turbine.
Второй недостаток конструкции ветродвигателя состоит в том, что вопрос крепления сложных лопастей и ветронаправителей, взаимодействующих между собой, остался не решенным, существующим на уровне идеи, не имеющей для ее осуществления базовой опоры даже для одной ветротурбины.The second drawback of the design of the wind turbine is that the issue of fastening complex blades and wind guides interacting with each other remained unresolved, existing at the level of the idea, which does not have a basic support for its implementation even for one wind turbine.
Третий существенный недостаток состоит в том, что ветронаправляющие экраны выполнены свободноповорачивающимися вокруг вертикальной оси, что усложняет их конструкцию и ухудшает работу ветродвигателя. Изменчивость направления движения ветра, даже в короткие промежутки времени, и непостоянство его силы приведет к постоянному колебанию ветронаправляющих экранов и даже к торможению ими воздушного потока. Подвижные ветронаправляющие экраны, с позиции конструктивного исполнения и надежности их работы при эксплуатации, нерациональны. Вопрос их крепления не решен. Крепление ветронаправляющих экранов должно быть жестким, без возможности вращения.The third significant drawback is that the windshields are made to rotate freely around the vertical axis, which complicates their design and impairs the operation of the wind turbine. Variability of the direction of movement of the wind, even in short periods of time, and the inconsistency of its force will lead to a constant fluctuation of the wind-guiding screens and even to their inhibition of the air flow. Moving wind-directional screens, from the position of design and reliability of their operation during operation, are irrational. The issue of their fastening is not resolved. The fastening of the windshields should be rigid, without rotation.
Известен ветродвигатель с лопастями «колокол» или «аякс» (см. Патент РФ №2135823 С1. Ветродвигатель с лопастями «колокол» или «аякс»).Known wind turbine with blades "bell" or "Ajax" (see RF Patent No. 2135823 C1. Wind turbine with blades "bell" or "Ajax").
Конструктивно ветродвигатель содержит ветротурбину, у которой каждая лопасть имеет сложную форму, состоящую из многих частей, взаимодействующих между собой и с ветронаправляющими экранами, свободноповорачивающимися в диапазоне, ограниченном сложной конструкцией ветротурбины.Structurally, the wind turbine contains a wind turbine, in which each blade has a complex shape, consisting of many parts interacting with each other and with wind-guiding screens freely rotating in the range limited by the complex structure of the wind turbine.
Первый недостаток данного устройства состоит в том, что в ней не решен вопрос крепления предлагаемых ветронаправителей.The first disadvantage of this device is that it does not solve the issue of fastening the proposed wind guides.
Второй недостаток состоит в невозможности совместной работы двух, трех и более ветротурбин, расположенных на одном валу совместно с ветронаправителями, поскольку для их размещения и крепления нужна специальная ферма.The second drawback is the impossibility of the joint work of two, three or more wind turbines located on the same shaft together with the wind guides, since a special truss is needed for their placement and fastening.
Третий недостаток состоит в том, что ветронаправляющие экраны выполнены с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Изменчивость направления движения ветра даже в короткие промежутки времени, измеряемые секундами, приведет к постоянному колебанию ветронаправляющих экранов. Они не будут успевать реагировать на изменение направления ветра из-за влияния их массы и инерции, не будут выполнять своих функций, а будут ухудшать работу ветротурбины.A third disadvantage is that the windshields are rotatable around a vertical axis. Variability of the direction of wind movement even in short periods of time, measured in seconds, will lead to a constant fluctuation of the wind-guiding screens. They will not have time to react to a change in the direction of the wind due to the influence of their mass and inertia, will not perform their functions, but will worsen the operation of the wind turbine.
Задача крепления как ветротурбины, так и ветронаправляющих экранов осталась нерешенной.The task of fixing both the wind turbine and the wind-guiding screens remained unresolved.
Хотя в рассмотренных изобретениях задача крепления ветротурбины и ветронаправляющих экранов не ставилась, но без ее хотя бы принципиального решения нет ветродвигателя, а имеется только принцип взаимодействия между собой ветротурбины, ветра и ветронаправляющих экранов.Although in the considered inventions the task of fastening a wind turbine and wind guiding screens was not posed, but without at least a fundamental solution there is no wind turbine, but there is only the principle of interaction between a wind turbine, wind and wind guiding screens.
Известно описание полезной модели ветродвигателя (см. свидетельство на полезную модель PU №7453 U1. Ветродвигатель). Ветродвигатель содержит систему радиально расположенных ветронаправляющих экранов и находящуюся внутри ее вращающуюся турбину, лопасти которой выполнены в виде аэродинамических профилей.A description of a utility model of a wind turbine is known (see certificate for utility model PU No. 7453 U1. Wind turbine). The wind turbine contains a system of radially arranged wind-guiding screens and a rotating turbine located inside it, the blades of which are made in the form of aerodynamic profiles.
Особенностью конструкции ветродвигателя является то, что имеет место отказ от конструктивно сложных лопастей турбины и использование аэродинамических профилей, как наиболее надежных и перспективных. Второй особенностью является отказ от подвижных ветронаправляющих экранов, не обеспечивающих своих функций, а использованы жестко закрепленные ветронаправляющие экраны, что подтверждает правильность наших выводов.A design feature of the wind turbine is that there is a rejection of structurally complex turbine blades and the use of aerodynamic profiles as the most reliable and promising. The second feature is the rejection of movable windshield screens that do not provide their functions, and rigidly fixed windshield screens are used, which confirms the correctness of our conclusions.
Недостатком данного ветродвигателя является то, что вопрос крепления ветронаправляющих экранов не решен. Таким образом, имеется только принцип взаимодействия аэродинамических лопастей, потока воздуха и ветронаправляющих экранов.The disadvantage of this wind turbine is that the issue of fastening wind-guiding screens is not resolved. Thus, there is only the principle of interaction of aerodynamic blades, air flow and wind-guiding screens.
Известен ветродвигатель (см. Патент РФ №2074980 С1. Ветродвигатель). Данный ветродвигатель содержит вращающуюся турбину с вертикальной осью, расположенную внутри системы направляющих экранов. Особенностью ветродвигателя является то, что каждый свободноповорачивающийся вокруг вертикальной оси ветронаправляющий экран непосредственно ориентирован на лопасть ветротурбины.A known wind turbine (see RF Patent No. 2074980 C1. Wind turbine). This wind turbine contains a rotating turbine with a vertical axis, located inside the system of guide screens. A feature of the wind turbine is that each wind-guiding screen freely rotating around the vertical axis is directly oriented to the blade of the wind turbine.
Недостатком ветродвигателя является то, что направители, имеющие малую массу, будут постоянно вибрировать в зависимости от изменчивости направления ветра, препятствуя движению воздушного потока. Ветронаправители с большой массой не будут успевать реагировать на изменяющееся направление ветра, а будут большей частью тормозить воздушный поток. Регулировка величины сектора действия ветронаправителей в условиях ежеминутной изменчивости направления ветра не имеет смысла.The disadvantage of the wind turbine is that the guides having a low mass will constantly vibrate depending on the variability of the wind direction, obstructing the movement of the air flow. Large-sized wind guides will not have time to respond to the changing direction of the wind, but will mostly slow down the air flow. Adjusting the magnitude of the sector of operation of wind guides in the conditions of minute variation in wind direction does not make sense.
Известен структурно-вантовый ветродвигатель (см. свидетельство на полезную модель РФ №870 U1). Ветродвигатель состоит из отдельных модулей, в которых валы ветротурбин соединены при помощи фланцев на болтах, а ветронаправляющие экраны, состоящие из системы профилированных листов, выполнены подвижными со сложным креплением с помощью вантовых растяжек.Known structural cable-stayed wind turbine (see certificate for utility model of the Russian Federation No. 870 U1). The wind turbine consists of separate modules, in which the shafts of the wind turbines are connected using bolt flanges, and the wind-guiding screens, consisting of a system of profiled sheets, are made movable with a complex mount using cable-stayed braces.
Недостатки ветродвигателя состоят в следующем. Первый недостаток - валы ветротурбин имеют жесткое фланцевое крепление с помощью болтов. Такое крепление вызывает заклинивание концов вала в подшипниках, длинный вал подвержен большему изгибу, а ротор - динамической разбалансировке.The disadvantages of a wind turbine are as follows. The first drawback is that the wind turbine shafts have a rigid flange fastening with bolts. Such a fastening causes jamming of the shaft ends in the bearings, a long shaft is subject to greater bending, and the rotor - to dynamic unbalance.
Второй недостаток - подвижное крепление ветронаправителей, еще и состоящих из отдельных частей. Такая конструкция ветродвигателей явно нерациональна.The second drawback is the movable fastening of wind guides, which also consist of individual parts. This design of wind turbines is clearly irrational.
Известна ветроэнергетическая установка с вертикальной осью (см. Патент RU №2329398 С2, опубл. 20.07.2008), содержащая опорную раму, основной вертикальный вал, установленный с возможностью вращения на опорной раме; крепежный элемент, закрепленный на основном вертикальном валу.Known wind power installation with a vertical axis (see Patent RU No. 2229398 C2, publ. July 20, 2008), comprising a support frame, a main vertical shaft mounted for rotation on a support frame; a fastener mounted on a main vertical shaft.
В формуле изобретения не сказано, что опорная рама разделена на ряд секций. Однако в описании к изобретению указывается на возможность сформировать в ней ряд секций для установки вала с опорными рамками. Об этом свидетельствуют и чертежи фиг. 4 и 12, на которых секции образованы поперечными консолями 3 с установленными на них промежуточными подшипниками 66.The claims do not say that the support frame is divided into a number of sections. However, the description of the invention indicates the possibility of forming a series of sections in it for mounting a shaft with support frames. The drawings of FIG. 4 and 12, on which the sections are formed by
Недостатком данной конструкции является то, что по всем секциям через промежуточные подшипники 66, закрепленные на поперечных консолях 3, проходит цельный вал 5, а опорная рама 4 с опорами 2 под напором ветра будет деформироваться. Учитывая конструкцию рамы, вертикальные элементы каждой секции будут деформироваться по правилу параллелограмма. При этом ось каждого подшипника будет смещаться относительно другого и от их общей первоначальной соосности. Проще говоря, их оси не будут совпадать, что при незначительных деформациях рамы вызывает значительное заклинивание вала. Сам вал также будет испытывать знакопеременный изгиб и ему не помогут усилительные элементы 5а, потому что изгиб вала будет иметь место близко к посадочному месту под подшипник и усиливаться тем же усилительным элементом 5а, который не даст валу равномерно по всей длине секции изгибаться. На чертеже фиг. 12 от усилительных элементов 5а совсем отказались, что подтверждает их бесполезность.The disadvantage of this design is that in all sections through the intermediate bearings 66, mounted on the
С позиции теории сопротивления материалов данный вал представляет собой многоопорную балку, обеспечить нормальное вращение которой затруднительно. В этом случае не помогают даже самоустанавливающиеся подшипники. В таких случаях между отдельными частями вала устанавливают карданные соединения со шлицами. Необходимо также учесть, что полный вес ротора будет восприниматься опорным подшипником, выводя его из строя. Этот недостаток подобных конструкций общеизвестен, и проблема может быть решена путем распределения веса между всеми промежуточными подшипниками 66. Но она в данной конструкции не решена никак.From the standpoint of the theory of resistance of materials, this shaft is a multi-support beam, which is difficult to ensure normal rotation. In this case, even self-aligning bearings do not help. In such cases, cardan connections with splines are established between the individual parts of the shaft. It should also be noted that the full weight of the rotor will be perceived by the thrust bearing, causing it to fail. This disadvantage of such designs is well known, and the problem can be solved by distributing the weight between all the intermediate bearings 66. But it is not solved in this design in any way.
На валу 5 нет опорных поясков, которыми бы он опирался на внутреннюю линзу подшипника. Изготовление цельного вала с опорными поясками и применением подшипников с различными диаметрами внутреннего отверстия, позволяющими каждый подшипник установить на предназначенное ему место на валу, проблемы не решает. Практически сложно выполнить это так, чтобы нагрузка равномерно распределилась по подшипникам. Обязательно один подшипник окажется нагруженным всем весом вала с элементами, закрепленными на нем. Проблема может быть решена только разделением цельного вала на части и соединением их карданами со шлицами в хвостовиках, что дает с возможность осевого перемещения.On the
Таким образом, очевидно, что установку крепежных консолей 3 с подшипниками 66 можно считать центрирующими приспособлениями, поскольку они не воспринимают вертикальной нагрузки, то есть секции могут быть, а опорных площадок, воспринимающих вес вала с его элементами, - нет.Thus, it is obvious that the installation of mounting
Испытуемая в аэродинамической трубе модель, следуя описанию, имела высоту 80 см и диаметр 40 см. При таких размерах деформация основного вала 5 будут отсутствовать, а промежуточные крепежные консоли с подшипниками не проявят своего отрицательного влияния, да и в модели нет необходимости их устанавливать. При работе ветродвигателя в натуральную величину все эти недостатки проявят себя полностью.The model tested in the wind tunnel, following the description, had a height of 80 cm and a diameter of 40 cm. With such dimensions, there will be no deformation of the
Известна вертикальная мультиреактивная турбина ветродвигателя (см. Патент US 4047834 А, опубл. 13.09.1977), содержащая опорную ферму, вокруг которой установлены радиально вертикальные направители воздушного потока, а вокруг верхней и нижних опорных площадок установлены конусные направители воздушного потока, при этом вертикальные направители и конусные направители воздушного потока жестко скреплены с опорной фермой и между собой, образуя кольцевой концентратор воздушного потока.A vertical multi-jet wind turbine is known (see US Pat. No. 4,047,834 A, published September 13, 1977) containing a support truss around which radially vertical air flow guides are installed, and conical air flow guides are installed around the upper and lower support platforms, with vertical guides and conical airflow guides are rigidly bonded to the support truss and to each other, forming an annular airflow concentrator.
Следует отметить, что данная конструкция роторной турбины представляет собой один отдельный блок, о чем свидетельствуют чертежи фиг. 1, 2, 7. Вместе с тем, как свидетельствует фиг. 4, из этих блоков может быть составлен многоблочный ветродвигатель, надстраивая эти блоки один на другой и соединяя соответствующие концы валов роторов между собой муфтами 27 фиг. 2. Безусловно кольцевые концентраторы блоков, прилегающие друг к другу, должны быть жестко скреплены. В такой конструкции одноблочного ветродвигателя вес ротора воспринимается опорной площадкой блока, в которой он размещен, и отдельный блок может надежно работать.It should be noted that this rotor turbine design is one separate unit, as evidenced by the drawings of FIG. 1, 2, 7. However, as shown in FIG. 4, a multi-block wind turbine can be made up of these blocks by building these blocks one on top of the other and connecting the respective ends of the rotor shafts to each other with the clutches 27 of FIG. 2. Of course, ring concentrators of blocks adjacent to each other should be rigidly fastened. In this design of a single-block wind turbine, the weight of the rotor is perceived by the supporting platform of the block in which it is placed, and a separate block can reliably work.
Недостатками многоблочного, роторного ветродвигателя, лишенного цельной несущей фермы, является недостаточная жесткость и сложность его конструкции, возникающая вертикальная нагруженность муфты 27, поскольку она не имеет возможности вертикально перемещаться на соединяемых валах и снимать с себя эту нагрузку, которая в таком случае будет распределяться на все подшипниковые узлы. В многоблочном роторном ветродвигателе промежуточные концентраторы становятся ненужными (см. фиг. 4), одна из опорных площадок в каждом блоке становится лишней. Однако такие элементы, как вертикальные и конусные направители воздушного потока, являющиеся существенными отличительными признаками, принадлежащими данному изобретению, учтены в ограниченной части заявки, поскольку они характеризуют уровень совершенства роторных ветродвигателей.The disadvantages of a multi-unit, rotary wind turbine, deprived of a solid bearing truss, is the lack of rigidity and complexity of its design, the resulting vertical loading of the coupling 27, since it does not have the ability to move vertically on the connected shafts and relieve this load, which in this case will be distributed to all bearing units. In a multi-unit rotary wind turbine, intermediate hubs become unnecessary (see Fig. 4), one of the supporting platforms in each block becomes redundant. However, elements such as vertical and conical airflow guides, which are essential distinguishing features of this invention, are taken into account in a limited part of the application, since they characterize the level of perfection of rotary wind turbines.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и принятый авторами за прототип является роторный двигатель с вертикальным валом вращения, содержащий ротор, у которого рабочими органами являются лопасти, выполненные в виде части полой сферы или части полого цилиндра, закрепленные на вертикальном валу, на концах которого установлены верхний и нижний подшипники, находящиеся соответственно в верхнем и нижнем подшипниковых корпусах, установленных на верхней и нижней опорных площадках опорной фермы, состоящей как минимум из трех опор, соединенных между собой в один жесткий конструктивный узел верхними и нижними перекладинами, к которым прикреплены соответственно верхняя и нижняя опорные площадки с отверстиями в центре, а к опорным площадкам соосно с отверстиями прикреплены подшипниковые корпуса верхнего и нижнего подшипников таким образом, что ротор верхним и нижним концами вала с размещенными на них верхним и нижним подшипниками установлен в подшипниковых корпусах и размещен внутри опорной фермы между опорными площадками с возможностью его вращения (см. Патент РФ №2263815 С1).The closest in technical essence and the achieved effect and adopted by the authors for the prototype is a rotary engine with a vertical shaft of rotation, containing a rotor, whose working bodies are blades made in the form of a part of a hollow sphere or part of a hollow cylinder, mounted on a vertical shaft, at the ends of which installed upper and lower bearings, located respectively in the upper and lower bearing housings mounted on the upper and lower supporting platforms of the support truss, consisting of at least of three bearings connected to each other in one rigid structural unit by the upper and lower rungs, to which the upper and lower bearing pads with holes in the center are attached respectively, and the bearing housings of the upper and lower bearings are attached coaxially with the holes so that the rotor the upper and lower ends of the shaft with the upper and lower bearings placed on them are installed in the bearing housings and placed inside the support truss between the support platforms with the possibility of its rotation (with m RF patent No. 2263815 C1).
Работает роторный двигатель следующим образом.The rotary engine operates as follows.
При набегании потока ветра на рабочие органы возникают мощные поперечные силы (эффект Магнуса) и силы прямого давления ветра, под воздействием которых ротор вращается, опираясь концами вертикального вала на верхний и нижний подшипники, находящиеся в верхнем и нижнем подшипниковых корпусах, которые жестко соединены с верхней и нижней опорными площадками с отверстиями в центре и соосны им. Поскольку опорные площадки жестко соединены перекладинами с опорами опорной фермы и вся конструкция представляет собой единый жесткий конструктивный узел, это предотвращает деформацию самих верхней и нижней опорных площадок, исключает перекосы и зажимы концов вала ротора в подшипниках, снижает, тем самым, потери энергии на трение, увеличивает КПД ветродвигателя и повышает его надежность.When the wind flow runs onto the working bodies, powerful transverse forces (Magnus effect) and direct wind pressure forces arise, under the influence of which the rotor rotates, resting on the upper and lower bearings located in the upper and lower bearing housings, which are rigidly connected to the upper and lower supporting platforms with holes in the center and aligned with them. Since the bearing pads are rigidly connected by rungs to the supports of the supporting truss and the whole structure is a single rigid structural unit, this prevents deformation of the upper and lower bearing pads themselves, eliminates distortions and clamps of the ends of the rotor shaft in the bearings, thereby reducing friction energy losses, increases the efficiency of the wind turbine and increases its reliability.
К недостаткам роторного двигателя с вертикальным валом вращения, принятого за прототип, относится следующее.The disadvantages of a rotary engine with a vertical shaft of rotation adopted for the prototype include the following.
Внутри опорной фермы между опорными площадками, возможно, разместить только один ротор, закрепленный концами вала в подшипниках с подшипниковыми корпусами, закрепленными на опорных площадках, что обеспечивает ротору устойчивую и надежную работу, но не позволяет устанавливать дополнительные роторы и создавать многороторные ветродвигатели, повышенной мощности.It is possible to place only one rotor inside the support truss between the supporting platforms, fixed by the shaft ends in bearings with bearing housings mounted on the supporting platforms, which provides the rotor with stable and reliable operation, but does not allow installing additional rotors and creating multi-rotor wind turbines of increased power.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является разработка роторного ветродвигателя, опорная ферма которого позволяет устанавливать внутри нее необходимое количество роторов, соединенных между собой концами своих валов шарнирной связью для того, чтобы роторы работали без перекосов и заклиниваний их концов валов в подшипниках, что позволит увеличить мощность и повысить надежность его работы.The objective of the invention is the development of a rotor wind turbine, the support truss of which allows you to install inside it the required number of rotors, interconnected by the ends of their shafts by articulation so that the rotors work without distortions and jamming of their ends of the shafts in the bearings, which will increase power and increase its reliability work.
Техническим результатом данного изобретения является увеличение мощности ветродвигателя не только за счет геометрических размеров роторов, но и за счет их количества, работающих как один механизм, на потребитель механической энергии вращающегося вала, а также повышение надежности его работы.The technical result of this invention is to increase the power of the wind turbine not only due to the geometric dimensions of the rotors, but also due to their number, working as one mechanism, per consumer of mechanical energy of the rotating shaft, as well as increasing the reliability of its operation.
Технический результат достигается тем, что опорная ферма внутри разделена дополнительными площадками с отверстиями в центре и установленными на них подшипниковыми корпусами с подшипниками на секции, количество которых равно количеству установленных в опорной ферме роторов, каждый из которых имеет свой вал, у которого на одном конце имеется посадочное место под подшипник и хвостовик, а на другом конце имеется только хвостовик; при этом роторы по секциям концами валов, имеющих посадочное место и хвостовик, установлены в подшипники, находящиеся в подшипниковых корпусах, установленных на опорных площадках, при этом концы валов роторов, расположенных в смежных секциях фермы, имеющимися хвостовиками, расположенными друг напротив друга, соединены между собой шарнирной связью, обеспечивающей совместное их вращение; при этом хвостовик на конце вала ротора, установленного в верхней секции, соединен шарнирной связью с хвостовиком валика, который посадочным местом закреплен в верхнем подшипнике, находящемся на верхней опорной площадке в подшипниковом корпусе, а хвостовик, находящийся на конце вала ротора, установленного в нижней секции фермы, соединен шарнирной связью с валом потребителя механической энергии.The technical result is achieved in that the support truss inside is divided by additional platforms with holes in the center and bearing housings mounted on them with bearings into sections, the number of which is equal to the number of rotors installed in the support truss, each of which has its own shaft, which has one end a seat for the bearing and shank, and at the other end there is only a shank; in this case, the rotors along the sections with the ends of the shafts having a seat and a shank are installed in bearings located in bearing housings mounted on bearing pads, while the ends of the shafts of the rotors located in adjacent sections of the truss, having shanks located opposite each other, are connected between a swivel link, ensuring their joint rotation; wherein the shank at the end of the rotor shaft installed in the upper section is pivotally connected to the shaft of the roller, which is seated in the upper bearing located on the upper bearing pad in the bearing housing, and the shank located on the end of the rotor shaft installed in the lower section truss, articulated to the shaft of the consumer of mechanical energy.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 представлен общий вид роторного ветродвигателя с кольцевым концентратором воздушного потока (вертикальные направители воздушного потока перед роторами не показаны для лучшей наглядности устройства опорной фермы и соединения роторов шарнирной связью, а также показано крепление ветродвигателя на лапах на фундаментах).In FIG. Figure 1 shows a general view of a rotor wind turbine with an annular air flow concentrator (vertical air flow guides in front of the rotors are not shown for better visualization of the support truss device and rotor connection by articulation, and the wind motor is mounted on its feet on the foundations).
На фиг. 2 представлен поперечный разрез роторного ветродвигателя с кольцевым концентратором воздушного потока, на котором показана установка вертикальных направителей воздушного потока, нижнего конусного направителя воздушного потока, крепление ветродвигателя на лапах на фундаментах.In FIG. 2 is a cross-sectional view of a rotary wind turbine with an annular air flow concentrator, which shows the installation of vertical air flow guides, a lower conical air flow guide, mounting the wind turbine on its feet on the foundations.
На фиг. 3 показано соединение между собой хвостовиков валов роторов шарнирной связью.In FIG. 3 shows the interconnection of the shanks of the rotor shafts by articulation.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Роторный ветродвигатель с кольцевым концентратором воздушного потока состоит: из опорной фермы 1, состоящей как минимум из трех опор 2 и опирающейся на не менее три лапы 3, установленные на фундаменты 4; между опорами 2 ферма 1 по высоте разделена на секции опорными площадками 5 с отверстиями по центру и закрепленными на этих опорных площадках 5 подшипниковыми корпусами 6 с подшипниками 7; все роторы 8 установлены в образованных секциях, и на концах валов 9 имеют: на одном конце вала посадочное место 10 под подшипник 7 и хвостовик 11 для крепления с шарнирной связью 12, а на другом конце вала только хвостовик 13.A rotary wind turbine with an annular air flow concentrator consists of: a support farm 1, consisting of at least three supports 2 and supported by at least three
Концы валов 9, имеющие хвостовик 11 и посадочное место 10 под подшипник 7, установлены посадочными местами 10 в подшипники 7, при этом их хвостовики 11 располагаются под опорными площадками 5, на которых установлены роторы 8. В результате такой установки концы валов 9 роторов 8, имеющие только хвостовики 13, располагаются своими хвостовиками 13 напротив хвостовиков 11 роторов 8, установленных выше на опорных площадках 5. Хвостовики 11 концов валов 9 и хвостовики 13 концов валов 9 соединены между собой посредством шарнирной связи 12. Хвостовик 13, находящийся на конце вала 9 верхнего ротора 8, соединен аналогично шарнирной связью 12 с хвостовиком 11 валика 14, установленного посадочным местом 10 в верхний подшипник 7, аналогично креплению всех валов 9, но валик 14 заканчивается только посадочным местом 10 под подшипник 7 и служит опорой для верхнего конца вала 9 самого верхнего ротора 8. Хвостовик 11, находящийся на конце вала 9 нижнего ротора 8, соединен аналогичной шарнирной связью с валом потребителя механической энергии (электрогенератор, мельница и т.д.).The ends of the shafts 9, having a
Вокруг предлагаемой опорной фермы 1, составляющей вместе с роторами суть изобретения, установлен кольцевой концентратор 15 воздушного потока 16, который содержит вертикальные направители 17 воздушного потока 16, установленные радиально вокруг опорной фермы 1 на всю ее высоту, верхний конусный направитель 18 воздушного потока 16, установленный вокруг верхней опорной площадки 5, и нижний конусный направитель 19 воздушного потока 16, установленный вокруг нижней опорной площадки 5. Вертикальные направители 17, верхний 18 и нижний 19 конусные направители воздушного потока 16 жестко соединены с помощью конструктивных элементов 20 и 21 с опорной фермой 1 и между собой, образуя кольцевой концентратор 15 воздушного потока 16.Around the proposed support farm 1, which together with the rotors is the essence of the invention, an
Роторный ветродвигатель с кольцевым концентратором воздушного потока работает следующим образом.Rotary wind turbine with a ring concentrator of air flow operates as follows.
При наличии ветра с любого направления воздушный поток 16 (см. фиг. 1 и 2) встречает на своем пути кольцевой концентратор 15 и с помощью вертикальных направителей 17, верхнего конусного направителя 18 и нижнего конусного направителя 19 направляется на роторы 8, где он оказывает давление на вогнутые и выпуклые поверхности лопастей. Благодаря тому, что вогнутые поверхности имеют значительно большее сопротивление воздушному потоку по сравнению с выпуклыми поверхностями лопастей, возникает вращающий момент, который заставляет роторы вращаться.If there is wind from any direction, the air stream 16 (see Figs. 1 and 2) encounters an
Назначение вертикальных направителей 17, верхнего конусного направителя 18 и нижнего конусного направителя 19 состоит в том, что они, образуя значительно большую входную для воздушного потока площадь, захватывают значительно большую массу воздуха и направляют ее на роторы 8. При этом в результате того, что входная площадь кольцевого концентратора 15 больше, а выходная меньше, воздушный поток, проходя через меньшую выходную площадь, согласно закону неразрывности потока, вынужден значительно увеличивать свою скорость пропорционально отношению входной и выходной площадей. При этом скорость потока воздуха увеличивается в 2-3 раза. Из аэродинамики известно, что мощность ветродвигателя зависит от скорости воздуха в кубе. Следовательно, мощность ветродвигателя возрастает теоретически в 8-27 раз. Практически ее возрастание может быть как больше, так и меньше, в зависимости от ряда конструктивных особенностей лопастей роторного ветродвигателя, работающего по принципу Савониуса, которые в заявке не рассматриваются.The purpose of the vertical guides 17, the upper cone guide 18 and the lower cone guide 19 is that they, forming a significantly larger area inlet for the air flow, capture a significantly larger mass of air and direct it to the rotors 8. Moreover, as a result of the fact that the inlet the area of the
Под давлением воздушного потока на лопасти роторы 8 вращаются и передают механическую энергию с помощью своих вращающихся валов 9, соединенных между собой шарнирной связью 12, на потребитель механической энергии.Under the pressure of the air flow to the blades, the rotors 8 rotate and transmit mechanical energy using their rotating shafts 9, interconnected by an articulated
Под действием напора ветра вся конструкция опорной фермы будет претерпевать некоторую деформацию. Возникнет и несоосность между валами 9 отдельных роторов 8. Поскольку валы 9 между собой имеют шарнирную связь 12, эти несоосности не будут оказывать никакого влияния на нормальную работу роторов.Under the influence of wind pressure, the entire structure of the supporting truss will undergo some deformation. There will also be a misalignment between the shafts 9 of the individual rotors 8. Since the shafts 9 are interconnected 12, these misalignments will not have any effect on the normal operation of the rotors.
В конечном итоге энергия вращающихся валов передается на исполнительный механизм, использующий эту энергию - электрогенератор, мельница, дробилка.Ultimately, the energy of the rotating shafts is transmitted to the actuator using this energy - an electric generator, mill, crusher.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества.The invention in comparison with the prototype and other known technical solutions has the following advantages.
Повышенную мощность:Increased power:
за счет усовершенствованной опорной фермы ветродвигателя, позволяющей, благодаря разделению ее опорными площадками на секции и замене жестких фланцевых соединений валов на шарнирную связь, количество роторов в ветродвигателе может быть увеличена со значительным увеличением его мощности;due to the improved support farm of the wind turbine, which allows, thanks to the separation of its support platforms into sections and the replacement of rigid flange joints of the shafts by articulation, the number of rotors in the wind turbine can be increased with a significant increase in its power;
за счет применения кольцевого концентратора воздушного потока, направляющего на лопасти роторов большую массу воздуха с любого направления ветра с помощью вертикальных направителей, верхнего и нижнего конусных направителей с одновременным увеличением его скорости и повышением давления на лопасти роторов;due to the use of an annular air flow concentrator, directing a large mass of air from any direction of wind to the rotor blades using vertical guides, upper and lower cone guides with a simultaneous increase in its speed and pressure on the rotor blades;
за счет сочетания вертикальных направителей воздушного потока с верхним и нижним конусными направителями, что уменьшает утечку воздуха в верхней и нижней частях ветродвигателя при образовании воздушного подпора и увеличивает полноту использования массы воздушного потока, захватываемого кольцевым концентратором и увеличивает мощность ветродвигателя.due to the combination of vertical air flow guides with upper and lower conical guides, which reduces air leakage in the upper and lower parts of the wind turbine during the formation of air backwater and increases the completeness of use of the mass of air flow captured by the ring concentrator and increases the power of the wind turbine.
Повышенную надежность и работоспособность:Increased reliability and performance:
за счет опорных площадок, на которых установлены подшипниковые корпуса с подшипниками, воспринимающими каждый из них силу веса только установленного на нем ротора, что повышает их работоспособность;due to bearing pads on which bearing housings are installed with bearings that perceive each of them with the weight of only the rotor installed on it, which increases their performance;
за счет соединения концов валов шарнирной связью, которая обеспечивает нормальную работу всех роторов при возникающей несоосности их валов при деформации опорной фермы под воздействием порывов ветра и обеспечивает давление на подшипник только установленного на нем ротора.due to the connection of the ends of the shafts by a swivel connection, which ensures the normal operation of all rotors when there is a misalignment of their shafts during deformation of the support truss under the influence of wind gusts and provides pressure on the bearing of the rotor installed only on it.
Указанные преимущества предоставляют возможность строительства многороторных ветродвигателей со значительным повышением их мощности как за счет количества роторов, так и за счет увеличения их габаритов.These advantages provide the opportunity to build multi-rotor wind turbines with a significant increase in their power both due to the number of rotors and due to an increase in their size.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146331/06A RU2572356C1 (en) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Rotor-type windmill with circular airflow concentrator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146331/06A RU2572356C1 (en) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Rotor-type windmill with circular airflow concentrator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2572356C1 true RU2572356C1 (en) | 2016-01-10 |
Family
ID=55072111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014146331/06A RU2572356C1 (en) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Rotor-type windmill with circular airflow concentrator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572356C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693554C1 (en) * | 2018-09-04 | 2019-07-03 | Сергей Николаевич Новиков | Wind-driven power generating unit |
RU2776732C1 (en) * | 2021-08-27 | 2022-07-26 | Государственное образовательное учреждение высшего образования Луганской Народной Республики "Луганский государственный университет имени Владимира Даля" (ГОУ ВО ЛНР "ЛГУ им. В. Даля") | Orthogonal type wind power plant |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4047834A (en) * | 1974-06-24 | 1977-09-13 | Windsunwatt, Inc. | Horizontal multidirectional turbine windmill |
RU2150022C1 (en) * | 1999-01-21 | 2000-05-27 | Голубков Сергей Витальевич | Windmill high-speed reduction unit |
RU2329398C2 (en) * | 2003-10-22 | 2008-07-20 | Глобал Энерджи Ко., Лтд. | Wind-energetic plant with vertical axis |
CN202047942U (en) * | 2011-05-19 | 2011-11-23 | 偏允让 | Magnetic levitation wind power generation wall with vertical shafts and multiple wind wheels |
-
2014
- 2014-11-18 RU RU2014146331/06A patent/RU2572356C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4047834A (en) * | 1974-06-24 | 1977-09-13 | Windsunwatt, Inc. | Horizontal multidirectional turbine windmill |
RU2150022C1 (en) * | 1999-01-21 | 2000-05-27 | Голубков Сергей Витальевич | Windmill high-speed reduction unit |
RU2329398C2 (en) * | 2003-10-22 | 2008-07-20 | Глобал Энерджи Ко., Лтд. | Wind-energetic plant with vertical axis |
CN202047942U (en) * | 2011-05-19 | 2011-11-23 | 偏允让 | Magnetic levitation wind power generation wall with vertical shafts and multiple wind wheels |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693554C1 (en) * | 2018-09-04 | 2019-07-03 | Сергей Николаевич Новиков | Wind-driven power generating unit |
RU2776732C1 (en) * | 2021-08-27 | 2022-07-26 | Государственное образовательное учреждение высшего образования Луганской Народной Республики "Луганский государственный университет имени Владимира Даля" (ГОУ ВО ЛНР "ЛГУ им. В. Даля") | Orthogonal type wind power plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6952058B2 (en) | Wind energy conversion system | |
US20190153998A1 (en) | Vertical axis wind turbine with moving blades | |
KR20110134933A (en) | In-pipe hydro-elecrtic power system and turbine | |
JP2007536454A (en) | Wind turbine for power generation | |
CN102661238A (en) | Wind turbine and a method for pitching a blade of a wind turbine | |
KR20110017627A (en) | Wind power generator | |
RU2572356C1 (en) | Rotor-type windmill with circular airflow concentrator | |
KR101267853B1 (en) | Vertical axis turbine | |
GB2474933A (en) | Vertical axis wind turbine | |
KR20110005920A (en) | Wind power apparatus | |
RU2294452C1 (en) | Windmill rotating around vertical axle | |
CN203463230U (en) | Power device of vertical gathering fan housing wind power generation power package | |
KR101363889B1 (en) | Vertical shaft wind power generation | |
RU2688095C1 (en) | Adjustable windmill unit with vertical axis of rotation | |
CN103147922A (en) | Power device for vertical type wind power generation power set and provided with wind gathering shields | |
KR20100047131A (en) | Dual rotor type windmill | |
WO2012144879A1 (en) | Wind-operated power plant | |
CN102121453A (en) | V-shaped vertical windmill | |
KR20110004803A (en) | Wind power apparatus | |
US10539115B1 (en) | Vertical wind turbine | |
AU2018435409A1 (en) | Wind power plant | |
RU2631587C2 (en) | Sail horizontal wind-driven turbine | |
CN202040019U (en) | Wind power generation device | |
KR102066031B1 (en) | Two axis vertical type wind power generator | |
US20140322014A1 (en) | Vertical axis wind turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161119 |