RU2656516C2

RU2656516C2 - Wind rotor

Info

Publication number: RU2656516C2
Application number: RU2016143727A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Андрианович Савельев; Сергей Александрович Ионов; Сергей Николаевич Шевандин
Original assignee: Каплин Александр Алексеевич
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-06-05
Also published as: RU2016143727A; RU2016143727A3

Abstract

FIELD: engines.

SUBSTANCE: invention relates to wind power engineering. Rotor of the windmill includes a vertical axis, at least one pair of blades arranged diametrically opposite to each other and including upper and lower wind receiving plates fixed respectively on the upper and lower horizontal shafts with the displacement of their edges relative to the axes of the horizontal shafts in the direction of motion of the blades by an amount that ensures overlapping of the distance between the horizontal shafts with the wind-receiving plates of one blade with the horizontal position of the wind-receiving plates of the other blade. Wind-receiving plates are parallel to the horizontal shafts with displacement relative to the axes of the horizontal shafts in the direction of motion of the blades, and the kinematic connection between the horizontal shafts is made in the form of two flexible elements, the ends of which are fixed on horizontal shafts.

EFFECT: invention is aimed at simplifying the design of the rotor.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения.The invention relates to wind energy and can be used in power supply systems.

Известен ротор ветродвигателя, содержащий вертикальный вал, жестко связанный с корпусом, в подшипниковых опорах которого размещены верхний и нижний горизонтальные валы. На консолях этих валов закреплены, соответственно, верхние и нижние ветроприемные пластины. Одноименные ветроприемные пластины закреплены под углом друг к другу, а горизонтальные валы кинематически связаны между собой с возможностью поворота в противоположных направлениях. Кромки ветроприемных пластин смещены относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей на величину, обеспечивающую перекрытие расстояния между горизонтальными валами ветроприемными пластинами одной лопасти при горизонтальном положении ветроприемных пластин другой лопасти (см. патентный документ US 20140050583 А1, опубл. 20.02.2014).Known rotor of a wind turbine containing a vertical shaft, rigidly connected with the housing, in the bearings of which are placed the upper and lower horizontal shafts. On the consoles of these shafts, respectively, the upper and lower wind receiving plates are fixed. Wind-receiving plates of the same name are fixed at an angle to each other, and horizontal shafts are kinematically connected with each other with the possibility of rotation in opposite directions. The edges of the wind receiving plates are offset relative to the axes of the horizontal shafts in the direction of movement of the blades by an amount that overlaps the distance between the horizontal shafts of the wind receiving plates of one blade with the horizontal position of the wind receiving plates of the other blade (see patent document US 20140050583 A1, publ. 02.20.2014).

Недостатком данного ротора ветродвигателя является сложность кинематической связи между горизонтальными валами, что повышает его стоимость.The disadvantage of this rotor of the wind turbine is the complexity of the kinematic connection between the horizontal shafts, which increases its cost.

Проблемами, решаемыми данным изобретением, являются упрощение конструкции ротора ветродвигателя и снижение его стоимости.The problems solved by this invention are to simplify the design of the rotor of the wind turbine and reduce its cost.

Указанные технические проблемы решаются ротором ветродвигателя, содержащим вертикальную ось, по меньшей мере одну пару лопастей, размещенных диаметрально противоположно друг другу и включающих в себя верхние и нижние ветроприемные пластины, закрепленные соответственно на верхнем и нижнем горизонтальных валах со смещением их кромок относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей на величину, обеспечивающую перекрытие расстояния между горизонтальными валами ветроприемными пластинами одной лопасти при горизонтальном положении ветроприемных пластин другой лопасти, в котором ветроприемные пластины расположены параллельно горизонтальным валам со смещением относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей, а кинематическая связь между горизонтальными валами выполнена в виде двух гибких элементов, концы которых закреплены на горизонтальных валах.These technical problems are solved by the rotor of a wind turbine containing a vertical axis, at least one pair of blades placed diametrically opposite to each other and including upper and lower wind receiving plates mounted respectively on the upper and lower horizontal shafts with the displacement of their edges relative to the axes of the horizontal shafts in the direction of movement of the blades by an amount that ensures the overlap of the distance between the horizontal shafts of the wind receiving plates of one blade at horizontal Talnoye position vetropriemnyh other blade plates, wherein the plates are arranged vetropriemnye parallel horizontal shafts offset with respect to the axes of the horizontal shafts of blades in the direction of movement, and the kinematic connection between the horizontal shaft comprises two flexible elements, the ends of which are mounted on horizontal shafts.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где изображено:The invention is illustrated graphic materials, which depict:

Фиг. 1 - схема ротора ветродвигателя.FIG. 1 is a diagram of a rotor of a wind turbine.

Фиг. 2 - схема определения угла между касательными к траекториям кромок ветроприемных пластин в точке их пересечения при смещении ветроприемных пластин относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей.FIG. 2 is a diagram for determining the angle between the tangent to the trajectories of the edges of the wind receiving plates at the point of intersection when the wind receiving plates are displaced relative to the axes of the horizontal shafts in the direction of movement of the blades.

Вертикальный вал 1 жестко связан с корпусом 2, в подшипниковых опорах которого размещены верхний горизонтальный вал 3 и параллельный ему нижний горизонтальный вал 4.The vertical shaft 1 is rigidly connected with the housing 2, in the bearings of which are placed the upper horizontal shaft 3 and the lower horizontal shaft 4 parallel to it.

На консолях этих валов закреплены, соответственно, верхние ветроприемные пластины 5 и 6 и нижние ветроприемные пластины 7 и 8. Одноименные пластины закреплены под углом друг к другу. При этом угол может назначаться в пределах от 45° до 90°. Горизонтальные валы 3 и 4 кинематически связаны между собой с возможностью поворота в противоположных направлениях. Учитывая, что угол поворота не превышает 90°, кинематическая связь выполнена в виде двух гибких элементов 9 и 10 (например, ленты), концы которых закреплены на горизонтальных валах. Кромки ветроприемных пластин смещены относительно осей горизонтальных валов. Величина смещения обеспечивает перекрытие расстояния между горизонтальными валами 3 и 4 ветроприемными пластинами 5 и 7 одной лопастью при горизонтальном положении ветроприемных пластин 6 и 8 другой лопасти.The upper wind receiving plates 5 and 6 and the lower wind receiving plates 7 and 8, respectively, are fixed on the consoles of these shafts. The same plates are fixed at an angle to each other. In this case, the angle can be assigned in the range from 45 ° to 90 °. Horizontal shafts 3 and 4 are kinematically connected with each other with the possibility of rotation in opposite directions. Given that the rotation angle does not exceed 90 °, the kinematic connection is made in the form of two flexible elements 9 and 10 (for example, tapes), the ends of which are fixed on horizontal shafts. The edges of the wind receiving plates are offset relative to the axes of the horizontal shafts. The amount of displacement provides overlapping distances between the horizontal shafts 3 and 4 of the wind receiving plates 5 and 7 by one blade with the horizontal position of the wind receiving plates 6 and 8 of the other blade.

При контакте между ветроприемными пластинами возникают распорные усилия. Эти усилия увеличиваются при увеличении угла между ветроприемными пластинами 5 и 7. Для снижения распорных усилий при больших углах между ветроприемными пластинами последние располагают параллельно осям горизонтальных валов со смещением их относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей. В этом случае величина распорных усилий определяется не углом между ветроприемными пластинами, а углом α между касательными к траекториям кромок ветроприемных пластин в точке их пересечения. Это позволяет увеличивать угол между ветроприемными пластинами без увеличения распорных усилий. При этом кинематическая связь между горизонтальными валами не испытывает рабочих нагрузок, что упрощает конструкцию ротора ветродвигателя и снижает его стоимость. Кроме того, выполнение кинематической связи в виде двух гибких элементов снимает конструктивные ограничения на расстоянии между горизонтальными валами, что позволяет обеспечивать любую величину смещения кромок ветроприемных пластин относительно горизонтальных валов, при любом размере лопастей.Upon contact between the wind receiving plates, spacer forces occur. These forces increase with increasing angle between the wind receiving plates 5 and 7. To reduce the spacer forces at large angles between the wind receiving plates, the latter are placed parallel to the axes of the horizontal shafts with their displacement relative to the axes of the horizontal shafts in the direction of movement of the blades. In this case, the magnitude of the spacer forces is determined not by the angle between the wind receiving plates, but by the angle α between the tangent to the paths of the edges of the wind receiving plates at the point of their intersection. This allows you to increase the angle between the wind receiving plates without increasing spacer efforts. In this case, the kinematic connection between the horizontal shafts does not experience workloads, which simplifies the design of the rotor of the wind turbine and reduces its cost. In addition, the implementation of the kinematic connection in the form of two flexible elements removes structural constraints at the distance between the horizontal shafts, which allows for any amount of displacement of the edges of the wind receiving plates relative to the horizontal shafts, for any size of the blades.

Ветроприемные пластины снабжены дополнительными поверхностями 11, создающими сопротивление воздушному потоку в радиальном направлении, что повышает эффективность использования энергии ветра.Wind receiving plates are equipped with additional surfaces 11 that create resistance to air flow in the radial direction, which increases the efficiency of use of wind energy.

Ротор ветродвигателя работает следующим образом.The rotor of the wind turbine operates as follows.

Под действием напора ветра ветроприемные пластины 5 и 7 раскрываются до упора друг в друга, перекрывая расстояние между горизонтальными валами 3 и 4, создавая максимальное сопротивление при движении лопасти за воздушным потоком. Благодаря жесткому соединению ветроприемных пластин с горизонтальными валами и кинематической связью между горизонтальными валами ветроприемные пластины 6 и 8 занимают горизонтальное положение, создавая минимальное сопротивление при движении лопасти против ветра.Under the influence of the wind pressure, the wind receiving plates 5 and 7 open up to the stop against each other, blocking the distance between the horizontal shafts 3 and 4, creating maximum resistance when the blades move behind the air stream. Due to the rigid connection of the wind receiving plates with horizontal shafts and the kinematic connection between the horizontal shafts, the wind receiving plates 6 and 8 occupy a horizontal position, creating minimal resistance when the blade moves against the wind.

Уменьшение распорных усилий при взаимодействии ветроприемных пластин, снятие рабочих нагрузок с кинематической связи между горизонтальными валами и применение в ней гибких элементов существенно упрощает конструкцию ротора ветродвигателя и снижает его стоимость.Reducing the spacer forces in the interaction of wind receiving plates, removing workloads from the kinematic connection between horizontal shafts and using flexible elements in it significantly simplifies the design of the rotor of the wind turbine and reduces its cost.

Claims

A wind turbine rotor containing a vertical axis, at least one pair of blades placed diametrically opposite to each other and including upper and lower wind receiving plates mounted respectively on the upper and lower horizontal shafts with the displacement of their edges relative to the axes of the horizontal shafts in the direction of movement of the blades on a value that ensures overlapping of the distance between the horizontal shafts of the wind receiving plates of one blade with the horizontal position of the wind receiving plates d the blade, and the wind-receiving plates of the same name are placed at an angle to one another, and the horizontal shafts are kinematically connected to each other with the possibility of rotation in opposite directions, characterized in that the wind-receiving plates are parallel to the horizontal shafts with an offset relative to the axes of the horizontal shafts in the direction of movement of the blades, and the kinematic connection between the horizontal shafts is made in the form of two flexible elements, the ends of which are mounted on horizontal shafts.