RU2622678C1

RU2622678C1 - Wind turbine plant

Info

Publication number: RU2622678C1
Application number: RU2015155676A
Authority: RU
Inventors: Петр Иванович Дмитриев; Николай Петрович Дмитриев
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2017-06-19

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: wind power plant comprises at least one wind turbine and electric generator 1 with shafts connected on one axis mounted on the suspension device. The suspension device is elastic element 2, for example a spring, and the wind turbine is composed of at least two upper and lower impellers 3 connected to each other by means of straight vertical blades 4, the upper end of the elastic member being suspended by means of fixation devices to a natural elevation, artificial constructions or buildings 5.

EFFECT: increased work safety in case of strong winds.

1 dwg

Description

Изобретение относится к ветряным двигателям и может найти применение для получения электрической энергии при использовании ветровых потоков.The invention relates to wind turbines and may find application for generating electrical energy using wind flows.

Известно множество видов ветроэнергетических установок: с горизонтальной или с вертикальной осью вращения, при этом для их размещения требуются, зачастую, дорогостоящие сложные инженерные сооружения. Many types of wind power plants are known: with a horizontal or vertical axis of rotation, and for their placement, often, expensive complex engineering structures are required.

Существует мнение, что с развитием технологии композитных материалов, более к расширенному использованию подлежат технические решения ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения взамен классических пропеллерных горизонтально-осевых установок. Это объясняется еще и тем, что наиболее эффективны при слабых ветрах (до 2 м/c) турбины с вертикальной осью вращения. При этом необходимо использовать ветрогенераторы, имеющие большой размер лопастей, так как энергия ветра изменяется пропорционально кубу скорости ветра. There is an opinion that with the development of composite materials technology, technical solutions for wind turbines with a vertical axis of rotation are replaced for classical propeller horizontal-axis installations. This is also explained by the fact that turbines with a vertical axis of rotation are most effective in light winds (up to 2 m / s). In this case, it is necessary to use wind generators having a large size of the blades, since the wind energy varies in proportion to the cube of the wind speed.

При сильных же ветрах в целях безопасности работы более предпочтительны пропеллерные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения. В данном случае, установки могут быть оснащены дополнительными устройствами торможения, отличающимися сложностью устройства.In strong winds, for safety reasons, propeller wind turbines with a horizontal axis of rotation are more preferable. In this case, the plants can be equipped with additional braking devices that differ in the complexity of the device.

Известен роторный ветродвигатель (см. RU №2210000, МПК F03D3/00, опубл. 10.08.2003), содержащий каркас, с закрепленным в нем с помощью подшипников валом с рабочими лопастями в виде пластин с переменной толщиной и шириной. Эти лопасти еще и изогнуты в вертикальной плоскости по спирали, а в горизонтальной плоскости - по дуге. Все это обеспечивает обращение лопастей всегда к поступающему потоку воздуха, минимальный стартовый момент и стабильность работы. Для отбора мощности в ветродвигателе предусмотрен второй вал, а сам он выполнен в виде отдельно стоящей конструкции, требующей основательного фундамента.Known rotary wind turbine (see RU No. 22120,000, IPC F03D3 / 00, publ. 08/10/2003) containing a frame with a shaft fixed therein with bearings with working blades in the form of plates with a variable thickness and width. These blades are also curved in a vertical plane in a spiral, and in a horizontal plane - in an arc. All this ensures that the blades always turn to the incoming air flow, minimum starting torque and stability of operation. For power take-off, a second shaft is provided in the wind turbine, and it is made in the form of a separate structure, requiring a solid foundation.

Недостатками такого устройства являются сложность его конструкции, необходимость наличия прочного фундамента, малоэффективность при слабых ветрах.The disadvantages of this device are the complexity of its design, the need for a solid foundation, inefficiency in light winds.

Известен ветроэнергетический агрегат (см. SU №1250697, МПК F03D 5/00, опубл. 15.08.1986), содержащий аэростат с винтовыми лопастями и надувным рукавом, соединенным шарнирно с валом генератора. При сильном ветре конструкция пригибается к земле. Known wind power unit (see SU No. 1250697, IPC F03D 5/00, publ. 08/15/1986) containing an aerostat with helical blades and an inflatable sleeve pivotally connected to the generator shaft. In strong winds, the structure bends to the ground.

Недостаток такого устройства в большой парусности и габаритах всего устройства. При угрозе ураганного ветра его необходимо сдувать. The disadvantage of such a device is the large windage and dimensions of the entire device. When a hurricane wind threatens, it must be blown away.

Известен консольный ветроагрегат (см. RU №2115826, МПК F03D 5/00, опубл. 20.07.1998), содержащий наклонный шнековый ротор с демпфирующим устройством, закрепленным консольно к мачте. При сильном ветре демпфирующее устройство позволяет изменить угол наклона шнекового ротора для уменьшения парусности.Known console wind turbine (see RU No. 21115826, IPC F03D 5/00, publ. 07.20.1998) containing an inclined screw rotor with a damping device mounted cantilever to the mast. In strong winds, the damping device allows you to change the angle of inclination of the screw rotor to reduce windage.

Недостатком такой конструкции является большая материалоёмкость и сложность практической реализации. The disadvantage of this design is the large consumption of materials and the complexity of practical implementation.

Известна вантовая ветроэнергетическая установка (см. RU №2484295, МПК F03D3/00, опубл. 10.06.2013), в которой используется ветрогенератор и электрогенератор, установленные на устройстве подвеса, нижний конец которого закреплен к фундаменту. Верхний конец внутренней оси, посредством гибкой тяги и с помощью устройств фиксации, подвешен к естественному возвышению, искусственным конструкциям или постройкам. Known cable-stayed wind power installation (see RU No. 2484295, IPC F03D3 / 00, publ. 06/10/2013), which uses a wind generator and an electric generator mounted on a suspension device, the lower end of which is fixed to the foundation. The upper end of the inner axis, by means of flexible traction and by means of fixing devices, is suspended from a natural elevation, artificial structures or structures.

Недостатком указанного устройства является сложность практической реализации и отсутствие устройства торможения.The disadvantage of this device is the difficulty of practical implementation and the absence of a braking device.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в создании ветроэнергетической установки упрощенной конструкции, обеспечивающей надежную работу при любых ветрах. The problem to which the claimed invention is directed is expressed in the creation of a wind power installation of a simplified design that ensures reliable operation in any winds.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в конструкции ветроэнергетической установки, удобной для ее установки и использования в выработке электрической энергии. Кроме того, решение может быть реализовано в малогабаритных вариантах для использования, например, в походных условиях.The technical effect obtained when solving the problem is expressed in the design of the wind power installation, convenient for its installation and use in the generation of electric energy. In addition, the solution can be implemented in small-sized options for use, for example, in field conditions.

Для решения поставленной задачи ветроэнергетическая установка, содержащая, по меньшей мере, одну ветротурбину и электрогенератор, валы которых соединены на одной оси, установленные на устройстве подвеса, отличающаяся тем, что устройство подвеса представляет собой упругий элемент, например пружину, а ветротурбина составлена, по меньшей мере, из двух – верхней и нижней - крыльчаток, соединенных между с собой посредством прямых вертикальных лопастей, при этом верхний конец упругого элемента с помощью устройств фиксации подвешен к естественному возвышению, искусственным конструкциям или постройкам.To solve the problem, a wind power installation containing at least one wind turbine and an electric generator, the shafts of which are connected on the same axis, mounted on the suspension device, characterized in that the suspension device is an elastic element, such as a spring, and the wind turbine is composed of at least of two - upper and lower - impellers interconnected by means of straight vertical blades, while the upper end of the elastic element is suspended by means of fixation devices from nature elevation, man-made structures or structures.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналога свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the characteristics of the analogue indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно создание надежного источника электроэнергии при помощи установки несложной конструкции и удобного в использовании.The combination of features of the invention provides a solution to the claimed technical problem, namely the creation of a reliable source of electricity by installing a simple design and easy to use.

Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, где на фигуре схематично показана ветроэнергетическая установка, установленная на устройстве подвеса.The claimed device is illustrated in the drawing, where the figure schematically shows a wind power installation installed on the suspension device.

Ветроэнергетическая установка (см. фиг.) содержит электрогенератор 1, вал которого соединен соосно с валом ветротурбины, корпус которой составлен из нижней и верхней крыльчаток 3, соединенных посредством прямых вертикальных лопастей 4. Причем вертикальные лопасти 4 в поперечном срезе имеют изогнутую форму для улучшения подхвата ветра. Корпус электрогенератора 1 закреплен сверху пружиной 2 к естественному возвышению, искусственным конструкциям или постройкам, например посредством гибкой тяги, и с помощью устройств фиксации. Верхняя точка пружины 2 к месту крепления 5 устанавливается неподвижно.The wind power installation (see Fig.) Contains an electric generator 1, the shaft of which is connected coaxially with the shaft of the wind turbine, the casing of which is composed of lower and upper impellers 3, connected by straight vertical blades 4. Moreover, the vertical blades 4 in a cross section have a curved shape to improve pickup the wind. The housing of the generator 1 is fixed from above by a spring 2 to a natural elevation, artificial structures or buildings, for example by means of flexible traction, and by means of fixing devices. The upper point of the spring 2 to the attachment point 5 is fixed.

Количество лопастей крыльчатки 3 и, соответственно, количество вертикальных лопастей 4 зависит от требуемой величины потребляемой мощности, парусности ветрогенератора и может составить, по меньшей мере, 2 лопасти.The number of impeller blades 3 and, accordingly, the number of vertical blades 4 depends on the required power consumption, windage of the wind generator and can be at least 2 blades.

Заявленное решение обеспечивает работу ветроэнергетической установки в большом динамическом диапазоне ветровых нагрузок. При малой скорости ветра вращение вала генератора 1 обеспечивают вертикальные лопасти 4 ветротурбины, имеющие большую парусность. При увеличении скорости ветра в зависимости от того, на сколько поперечный профиль ветротурбины меньше его фронтального профиля, устройство, преодолевая силу упругости пружины 2 и силы тяжести, принимает наклонное или горизонтальное положение, при этом уменьшая парусность. В этом случае вращение ветротурбины обеспечивают крыльчатки 3. При сильном ветре вращение ветротурбины притормаживается парусностью вертикальных лопастей 4, обеспечивая при этом целостность устройства и безопасность его использования. The claimed solution ensures the operation of a wind power installation in a large dynamic range of wind loads. At low wind speeds, the rotation of the shaft of the generator 1 is provided by vertical blades 4 of a wind turbine having a large windage. With increasing wind speed, depending on how much the transverse profile of the wind turbine is less than its frontal profile, the device, overcoming the spring force 2 and gravity, takes an inclined or horizontal position, while reducing windage. In this case, the rotation of the wind turbine is provided by the impellers 3. In a strong wind, the rotation of the wind turbine is braked by the windage of the vertical blades 4, while ensuring the integrity of the device and the safety of its use.

Предлагаемое изобретение расширяет парк ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения в направлении упрощения, мобильности и снижения требований как к размещению, так и к уменьшению занимаемого пространства. Устройство может быть использовано в тех случаях, когда необходимо обеспечивать постоянство выработки электроэнергии, например в системах сотовой передачи информации в труднодоступных районах, где использование в них аккумуляторов нецелесообразно, так как срок их службы ограничен, а обслуживание этих станций затруднительно.The present invention expands the fleet of wind power plants with a vertical axis of rotation in the direction of simplification, mobility and reduce requirements for both placement and reduction of occupied space. The device can be used in cases where it is necessary to ensure the constancy of power generation, for example, in cellular data transmission systems in hard-to-reach areas where the use of batteries in them is impractical, since their service life is limited and the maintenance of these stations is difficult.

Claims

A wind power installation comprising at least one wind turbine and an electric generator, the shafts of which are connected coaxially, mounted on the suspension device, characterized in that the suspension device is an elastic element, and the wind turbine is composed of at least two impellers connected between by means of straight vertical blades, while the upper end of the elastic element by means of fixing devices is suspended from a natural elevation, artificial structures or structures.