RU2626265C1

RU2626265C1 - Wind engine

Info

Publication number: RU2626265C1
Application number: RU2016120992A
Authority: RU
Inventors: Василий Корнилович Голованов; Владимир Сергеевич Медведев; Геннадий Валентинович Ханов
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2017-07-25

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: wind engine mounted on a base containing vertical blades mounted around the blades between the top and the bottom plates wind-guiding walls, one ends of which are located at the circumference, describing the blades, and the other ends are withdrawn to the periphery. The opposite ends of adjacent walls are arranged along a straight line running through the axis of the wind engine. The blades are further provided with an upper cover and a lower cover with annular beads corresponding to the annular grooves formed in the upper and lower plates and formed a labyrinth seal with them, the upper plate covered with a convex casing, the lower plate forming the upper base of the truncated pyramid which side planes are rigidly connected to the base. The planes of adjacent blades are conjugated with cylindrical surfaces, and each annular bead is provided with at least three wheels equipped with couplings mechanically connected to electric generators.

EFFECT: increase the service life of the design and increase the coefficient of use of the wind flow.

2 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения механической и электрической энергии.The invention relates to wind energy and can be used to produce mechanical and electrical energy.

Известен ветродвигатель, содержащий ветровую турбину и имеющий вертикальную осью вращения, состоящую, по крайней мере, из одной секции, с лопастями 5-образной формы. Турбина снабжена каркасом в виде многоугольной призмы с поворотными направляющими экранами, установленными на каждой стороне многоугольной призмы с возможностью обеспечения плавного перетекания воздуха с них на лопасти [Пат. RU 2550993, МПК F03D 3/00, 20.05.2013].Known wind turbine containing a wind turbine and having a vertical axis of rotation, consisting of at least one section, with blades 5-shaped. The turbine is equipped with a frame in the form of a polygonal prism with rotary guide screens mounted on each side of the polygonal prism with the ability to ensure smooth flow of air from them to the blades [Pat. RU 2550993, IPC F03D 3/00, 05.20.2013].

Недостатком указанной конструкции является необходимость регулировки положения направляющих экранов, так как направление ветра изменяется непрерывно. В связи с этим предусмотрен специальный механизм поворота и фиксации положения ветронаправляющих экранов. Поэтому часть ветровой энергии затрачивается этим механизмом, что снижает вырабатываемую мощность ветродвигателя. Кроме того, не используется ветровой поток, расположенный выше и ниже ветровой турбины, что препятствует увеличению коэффициента использования ветрового потока. Отметим также, что максимальная мощность электрогенератора достигается при определенной скорости вращения ветровой турбины. При достижении определенной скорости ветра ветронаправляющие экраны прикрывают конструкцию ветровой турбины, вплоть до ее полного закрытия. Это фиксирует скорость вращения якоря генератора и стабилизируется мощность выработки электроэнергии. Все вышеизложенное ограничивает коэффициент использования ветрового потока и мощность ветродвигателя.The disadvantage of this design is the need to adjust the position of the guide screens, as the direction of the wind changes continuously. In this regard, there is a special mechanism for turning and fixing the position of the wind-guiding screens. Therefore, part of the wind energy is expended by this mechanism, which reduces the generated power of the wind turbine. In addition, the wind flow located above and below the wind turbine is not used, which prevents the increase in the utilization rate of the wind flow. We also note that the maximum power of the generator is achieved at a certain speed of rotation of the wind turbine. When a certain wind speed is reached, wind-guiding screens cover the structure of the wind turbine, up to its complete closure. This fixes the rotation speed of the generator armature and stabilizes the power generation. All of the above limits the coefficient of utilization of the wind flow and the power of the wind turbine.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является ветродвигатель, содержащий электрогенератор, связанный с ветроколесом, ось которого расположена вертикально, при этом лопасти ветроколеса расположены между верхней и нижней плитами, причем нижняя плита жестко закреплена с основанием и к плитам прикреплены направляющие стены, одни концы которых расположены вблизи окружности, описываемой концами лопастей, а вторые их концы отведены к периферии. Противоположные концы соседних стен расположены по одной прямой линии, проходящей через вертикальную ось ветроколеса. При этом вал ветроколеса с прикрепленными к нему плоскими лопастями соединен с редуктором, который механически связан с электрогенератором [Пат. РФ 2237822, МПК F03D 3/00, 20.02.2004].The closest in technical essence and the achieved result is a wind turbine containing an electric generator connected to the wind wheel, the axis of which is located vertically, while the wind wheel blades are located between the upper and lower plates, and the lower plate is rigidly fixed to the base and guide walls are attached to the plates, one ends which are located near the circle described by the ends of the blades, and their second ends are allotted to the periphery. Opposite ends of adjacent walls are located in one straight line through the vertical axis of the wind wheel. In this case, the wind wheel shaft with flat blades attached to it is connected to the gearbox, which is mechanically connected to the electric generator [Pat. RF 2237822, IPC F03D 3/00, 02.20.2004].

Недостатком указанной конструкции является то, что максимальная мощность электрогенератора достигается при определенной скорости вращения ветроколеса. Поэтому при увеличении скорости ветра электрогенератор будет работать за нормированными пределами эксплуатации, что снижает величину вырабатываемой электрической энергии, при этом ветроколесо будет вращаться с повышенной скоростью. Это увеличивает динамические нагрузки, что снижает надежность всей конструкции и уменьшает коэффициент использования ветрового потока и мощность ветродвигателя.The disadvantage of this design is that the maximum power of the generator is achieved at a certain speed of rotation of the wind wheel. Therefore, when the wind speed increases, the electric generator will work beyond the normalized operating limits, which reduces the amount of generated electric energy, while the wind wheel will rotate at an increased speed. This increases dynamic loads, which reduces the reliability of the entire structure and reduces the coefficient of utilization of the wind flow and the power of the wind turbine.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции ветродвигателя, обладающей ступенчатым увеличением мощности вырабатываемого электрического тока.In this regard, the most important task is to create a new design of a wind turbine with a stepwise increase in the power of the generated electric current.

Технический результат заключается в увеличении срока службы конструкции и повышении коэффициента использования ветрового потока.The technical result is to increase the service life of the structure and increase the utilization of the wind flow.

Технический результат достигается тем, что ветродвигатель, установленный на основание, содержащий вертикальные лопасти, механически связанные с электрогенераторами, установленные вокруг лопастей между верхней и нижней плитами ветронаправляющие стены, одни концы которых расположены у окружности, описывающей лопасти, а другие концы отведены к периферии, причем противоположные концы соседних стен размещены по одной прямой линии, проходящей через ось ветродвигателя, при этом лопасти дополнительно снабжены верхней крышкой и нижней крышкой с кольцевыми буртиками, соответствующими кольцевым пазам, выполненным в верхней и нижней плитах и образующим с ними лабиринтное уплотнение, верхняя плита накрыта выпуклым кожухом, нижняя плита образует верхнее основание усеченной пирамиды, грани которой жестко соединены с основанием, причем плоскости соседних лопастей сопряжены цилиндрическими поверхностями, а каждый кольцевой буртик снабжен не менее чем тремя колесами, снабженными муфтами, механически связанными с электрогенераторами.The technical result is achieved by the fact that a wind turbine mounted on a base containing vertical blades mechanically connected with electric generators, wind guide walls installed around the blades between the upper and lower plates, one ends of which are located at the circle describing the blades, and the other ends are allotted to the periphery, and opposite ends of adjacent walls are placed in one straight line passing through the axis of the wind turbine, while the blades are additionally equipped with a top cover and a bottom cover with annular flanges corresponding to annular grooves made in the upper and lower plates and forming a labyrinth seal with them, the upper plate is covered with a convex casing, the lower plate forms the upper base of the truncated pyramid, the faces of which are rigidly connected to the base, and the planes of adjacent blades are joined by cylindrical surfaces and each annular bead is equipped with no less than three wheels equipped with couplings mechanically connected with electric generators.

Предлагаемый ветродвигатель отличается от прототипа тем, что лопасти дополнительно снабжены верхней крышкой и нижней крышкой с кольцевыми буртиками, соответствующими кольцевым пазам, выполненным в верхней и нижней плитах. Такое конструктивное решение образует лабиринтное уплотнение, которое препятствует продвижению воздушного потока между лопастями и плитами, что наблюдается в прототипе. Поэтому увеличивается коэффициент использования ветрового потока ветродвигателя.The proposed wind turbine differs from the prototype in that the blades are additionally provided with a top cover and a bottom cover with annular beads corresponding to annular grooves made in the upper and lower plates. This design solution forms a labyrinth seal, which prevents the advancement of air flow between the blades and plates, which is observed in the prototype. Therefore, the coefficient of use of the wind flow of the wind turbine increases.

Выполнение верхней плиты с накрытым выпуклым кожухом при обтекании этого кожуха ветровым потоком вызывает вихри, образующие область пониженного давления. Поэтому увеличивается скорость ветрового потока за ветроколесом, что повышает коэффициент использования ветрового потока.The implementation of the upper plate with a covered convex casing during the flow around this casing with a wind stream causes vortices that form a region of low pressure. Therefore, the speed of the wind flow behind the wind wheel increases, which increases the utilization rate of the wind flow.

Изготовление нижней плиты в виде верхнего основания усеченной пирамиды, грани которой жестко соединены с основанием, совместно с направляющими стенами поднимает нижние воздушные потоки к ветроколесу, что способствует повышению коэффициента использования ветрового потока.The manufacture of the bottom plate in the form of the upper base of a truncated pyramid, the faces of which are rigidly connected to the base, together with the guide walls raises the lower air flows to the wind wheel, which helps to increase the utilization of the wind flow.

Изготовление плоскостей соседних лопастей сопряженными цилиндрическими поверхностями уменьшает, по сравнению с прототипом, возникновение вихревых движений воздуха перед лопастью, что увеличивает коэффициент использования ветрового потока.The manufacture of the planes of adjacent blades by mating cylindrical surfaces reduces, compared with the prototype, the occurrence of vortex air movements in front of the blade, which increases the utilization of the wind flow.

Снабжение каждого кольцевого буртика не менее чем тремя колесами, снабженными муфтами, механически связанными с электрогенераторами, позволяет подключать дополнительные электрогенераторы при увеличении скорости ветрового потока. Подключение дополнительной нагрузки к ветроколесу приводит к снижению скорости его вращения, что увеличивает коэффициент использования ветрового потока. При этом увеличивается срок службы ветродвигателя за счет уменьшения динамических нагрузок, вызванных вращением ветроколеса. При снижении скорости ветра с помощью муфт возможно отключение одного или нескольких электрогенераторов от соответствующего колеса, что стабилизирует обороты вала электрогенераторов, а это повышает срок их службы. Поэтому увеличивается срок службы ветродвигателя.The supply of each annular flange with at least three wheels equipped with couplings mechanically connected to the electric generators allows you to connect additional electric generators while increasing the speed of the wind flow. Connecting an additional load to the wind wheel reduces its rotation speed, which increases the utilization of the wind flow. This increases the service life of the wind turbine by reducing the dynamic loads caused by the rotation of the wind wheel. When reducing the wind speed with the help of couplings, it is possible to disconnect one or more electric generators from the corresponding wheel, which stabilizes the speed of the shaft of the electric generators, and this increases their service life. Therefore, the service life of the wind turbine increases.

На фиг. 1 изображен ветродвигатель в продольном разрезе (А-А), на фиг. 2 изображен ветродвигатель в поперечном разрезе (Б-Б).In FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a wind turbine (AA); FIG. 2 shows a cross-sectional view of a wind turbine (BB).

Ветродвигатель, установлен на основание (показано условно, с помощью штриховки) и содержит, вертикальные лопасти 1, механически связанные с электрогенераторами 2. Вокруг лопастей 1, между верхней плитой 3 и нижней плитой 4, установлены ветронаправляющие стены 5, одни концы которых расположены у окружности, описывающей лопасти 1. Другие концы ветронаправляющих стен 5 отведены к периферии. При этом противоположные концы соседних стен 5 расположены по одной прямой линии, проходящей через вертикальную ось ветроколеса и совпадающей со следом плоскости разреза А-А. Лопасти 1, дополнительно снабженные верхней крышкой 6 и нижней крышкой 7 с кольцевыми буртиками 8 и 9, образуют ветроколесо. Кольцевые пазы 10 и 11, выполненные в верхней 3 и нижней 4 плитах, для свободного вращения кольцевых буртиков 8 и 9, образуют лабиринтное уплотнение между крышками 6, 7 и плитами 3, 4. Верхняя плита 3 накрыта выпуклым кожухом 12. Нижняя плита 4 образует верхнее основание усеченной пирамиды 13. Грани этой пирамиды жестко соединены с основанием (показано условно). Причем плоскости 14 и 15 соседних лопастей 1 сопряжены цилиндрическими поверхностями 16. Соединение каждого кольцевого буртика 8 и 9 с не менее чем тремя колесами 17 и 18, имеющими муфты 19 и 20, прикрепленные к осям электрогенераторов 2, образует механическую связь ветроколеса с электрогенераторами.The wind turbine is mounted on the base (shown conditionally by hatching) and contains vertical blades 1 mechanically connected with electric generators 2. Around the blades 1, between the upper plate 3 and the lower plate 4, wind guide walls 5 are installed, one ends of which are located around the circle describing the blades 1. The other ends of the wind-guiding walls 5 are allocated to the periphery. At the same time, the opposite ends of adjacent walls 5 are located in one straight line passing through the vertical axis of the wind wheel and coinciding with the trace of the section plane AA. The blades 1, additionally equipped with a top cover 6 and a bottom cover 7 with annular shoulders 8 and 9, form a wind wheel. The annular grooves 10 and 11, made in the upper 3 and lower 4 plates, for free rotation of the annular collars 8 and 9, form a labyrinth seal between the covers 6, 7 and plates 3, 4. The upper plate 3 is covered with a convex casing 12. The lower plate 4 forms the upper base of the truncated pyramid 13. The faces of this pyramid are rigidly connected to the base (shown conditionally). Moreover, the planes 14 and 15 of the adjacent blades 1 are joined by cylindrical surfaces 16. The connection of each annular shoulder 8 and 9 with at least three wheels 17 and 18, having clutches 19 and 20 attached to the axes of the electric generators 2, forms a mechanical connection between the wind wheel and the electric generators.

Предлагаемый ветродвигатель работает следующим образом. Ветровой поток входит в сужающиеся каналы, образованные ветронаправляющими стенами 5, прикрепленными к верхней 3 и нижней 4 плитам.The proposed wind turbine operates as follows. The wind stream enters the narrowing channels formed by the wind-guiding walls 5 attached to the upper 3 and lower 4 plates.

Лабиринтное уплотнение, образованное между крышками 6, 7 и плитами 3, 4, направляет далее ветровой поток на вертикальные лопасти, ограниченные сверху крышкой 6, а снизу крышкой 7. В результате кольцевой буртик 9 совместно с нижней крышкой 7 катится по трем нижним колесам 18, а кольцевой буртик 8 совместно с верхней крышкой 6 упирается в верхние колеса 17 и будет также по ним катиться, не позволяя опрокинуться конструкции ветроколеса. Причем каждые верхние 17 и нижние 18 колеса снабжены муфтами 19 и 20 для соединения с валами электрогенераторов 2. Поэтому при включении муфты электрогенератор вырабатывает электрический ток, отправляемый к потребителю.The labyrinth seal formed between the covers 6, 7 and the plates 3, 4 then directs the wind flow to the vertical blades bounded above by the cover 6 and below by the cover 7. As a result, the annular collar 9 together with the lower cover 7 rolls along the three lower wheels 18, and the annular flange 8 together with the upper cover 6 abuts against the upper wheels 17 and will also roll along them, not allowing the design of the wind wheel to tip over. Moreover, each of the upper 17 and lower 18 wheels is equipped with couplings 19 and 20 for connecting to the shafts of the electric generators 2. Therefore, when the clutch is turned on, the electric generator generates an electric current sent to the consumer.

Наличие нескольких электрогенераторов совместно с муфтами подключения (отключения) позволяет эксплуатировать их поочередно и поэтому по сравнению с прототипом увеличивается срок службы ветродвигателя. Возможность подключения одновременно нескольких электрогенераторов 2 также позволяет повысить срок службы. Это объясняется тем, что уменьшается динамическая нагрузка, так как ветроколесо вращается медленнее. При этом возрастает объем вырабатываемой электроэнергии, что повышает коэффициент использования ветрового потока.The presence of several electric generators together with the connection (disconnection) couplings allows them to be operated in turn and therefore, compared with the prototype, the service life of the wind turbine is increased. The ability to connect multiple generators 2 at the same time also allows to increase the service life. This is because the dynamic load is reduced, since the wind wheel rotates more slowly. At the same time, the volume of generated electricity increases, which increases the utilization rate of the wind flow.

Кроме того, достижению технического результата способствует выполнение верхней плиты 3 с накрытым выпуклым кожухом 12, так как при воздействии ветрового потока образуется область пониженного давления за этим кожухом, что увеличивает скорость ветрового потока за ветроколесом. При этом выполнение нижней плиты, с возможностью подключения дополнительных генераторов электрического тока увеличивают используемый ветровой поток.In addition, the achievement of the technical result is facilitated by the implementation of the upper plate 3 with a covered convex casing 12, since under the influence of the wind flow, a reduced pressure region forms behind this casing, which increases the speed of the wind flow behind the wind wheel. In this case, the implementation of the bottom plate, with the possibility of connecting additional electric current generators, increases the used wind flow.

Изготовление в ветродвигателе нижней плиты 4 в виде верхнего основания усеченной пирамиды 13, грани которой жестко соединены с основанием, совместно с направляющими стенами 5 позволяет поднимать нижние воздушные потоки к ветроколесу, что повышает коэффициент использования ветрового потока.The manufacture in the wind turbine of the lower plate 4 in the form of the upper base of the truncated pyramid 13, the faces of which are rigidly connected to the base, together with the guide walls 5 allows you to raise the lower air flow to the wind wheel, which increases the utilization of the wind flow.

Таким образом, выполнение ветродвигателя с лопастями, снабженными верхней и нижней крышкой, образующими с верхней и нижней плитами лабиринтное уплотнение, с выпуклым кожухом, накрывающим верхнюю плиту, нижней плитой, образующей верхнее основание усеченной пирамиды, грани которой жестко соединены с основанием, и с сопряженными цилиндрическими поверхностями плоскостями соседних лопастей, позволяет увеличить срок службы ветродвигателя и повысить коэффициент использования ветрового потока.Thus, the implementation of a wind turbine with blades provided with an upper and lower cover, forming a labyrinth seal with the upper and lower plates, with a convex casing covering the upper plate, a lower plate forming the upper base of the truncated pyramid, the faces of which are rigidly connected to the base, and with the conjugated ones cylindrical surfaces by the planes of adjacent blades, allows to increase the life of the wind turbine and increase the utilization of the wind flow.

Claims

A wind turbine mounted on a base containing vertical blades mechanically connected with electric generators, wind guide walls installed around the blades between the upper and lower plates, one ends of which are located at the circle describing the blades, and the other ends are allocated to the periphery, with the opposite ends of adjacent walls placed along one straight line passing through the axis of the wind turbine, characterized in that the blades are additionally equipped with a top cover and a bottom cover with ring flanges, co the annular grooves made in the upper and lower plates and forming a labyrinth seal with them, the upper plate is covered with a convex casing, the lower plate forms the upper base of the truncated pyramid, the faces of which are rigidly connected to the base, and the planes of adjacent blades are joined by cylindrical surfaces, and each annular flange equipped with no less than three wheels equipped with couplings mechanically connected to electric generators.