RU2702814C2

RU2702814C2 - Method of converting energy of air flow into rotary motion of wind-driven power plant

Info

Publication number: RU2702814C2
Application number: RU2016116917A
Authority: RU
Inventors: Юлий Борисович Соколовский; Дмитрий Юльевич Соколовский; Александр Юльевич Соколовский; Ольга Юльевна Иванова
Original assignee: Юлий Борисович Соколовский; Александр Юльевич Соколовский; Ольга Юльевна Иванова; Дмитрий Юльевич Соколовский
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2019-10-11
Also published as: RU2016116917A; RU2016116917A3

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to the field of non-conventional energy. Method of converting energy of air flow into rotary motion of wind-driven power plant, consisting in the fact that the main axis of wind-driven power plant is installed perpendicular to direction of air flow and at some distance from main axis wings are placed, which axes are parallel to the main axis, around which each wing under action of air flow rotates on circular orbit and oscillates about its own axis. When receiving at the output of the main wind axis sensor of the wind-driven power plant signals not exceeding the nominal value, the extreme controller of the main axis on the base of the controller controls the attack angles α of control wing relative to vector of total air flow in all points of circular orbit, except for zones of change of wing shape, acting through its flap servo drive to control wing position, simultaneously controller stores commands, supplied to flap control servomotor in all points of circular orbit at each turn of wind-driven power plant and calculates rotation lag in circular orbits of other wings relative to control one, and then transmits said data as control commands directly to flap servos of other wings, when receiving at signal output a signal exceeding said nominal value, its output signal is switched to the input of the main axis revolutions stabilization regulator also on the basis of the controller which controls the attack angles α of control wing relative to vector of total air flow in all points of circular orbit, with the exception of the wing shape changing zones, acting through its flap servo drive to the control wing position, simultaneously the controller memorises commands supplied to the control flap servo drive, in all points of circular orbit at each turn of wind-driven power plant and calculates rotation lag in circular orbits of other wings relative to control wing, and then these data is transmitted as control commands directly to servos of flaps of other wings.

EFFECT: invention is aimed at stability of wind turbine operation at low wind speeds.

3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики и может быть использовано как источник электрической и механической энергии в ветроустановках. Наиболее распространенные на сегодня ветровые энергоустановки (ВЭУ) с горизонтальной осью вращения пропеллерной ветротурбины, по оценкам экспертов, пока не могут превысить мощность 5-7 МВт, что, в свою очередь, ограничивает возможности снижения стоимости кВт-часа их до конкурентоспособной величины. К примеру, самая мощная на сегодня введенная в эксплуатацию ветроустановка такого типа мощностью в 5 МВт создана в Германии. Длина ее лопасти составляет 61 м, высота башни 120 м.The invention relates to the field of alternative energy and can be used as a source of electrical and mechanical energy in wind turbines. The most common wind power plants (wind turbines) with a horizontal axis of rotation of a propeller wind turbine, according to experts, cannot yet exceed a capacity of 5-7 MW, which, in turn, limits the possibility of reducing their cost per hour to a competitive value. For example, the most powerful 5 MW wind turbine of this type commissioned today has been created in Germany. The length of its blades is 61 m, the height of the tower is 120 m.

В то же время мощность ВЭУ с вертикальной осью вращения типа Дарье (ВЭУВОВД) по оценкам экспертов может достигать 10-30 МВт. Отметим такие преимущества ВЭУВОВД: независимость функционирования от направления воздушного потока (ВП), возможность перехода от консольного крепления его основного вала к двухопорному, возможность размещения потребителя энергии, например, электрогенератора или насоса в основании ВЭУВОВД - при этом снижаются требования к высоте, прочности и жесткости опоры, упрощается конструкция и снижается материалоемкость, а значит и стоимость. Уменьшается шумность таких ВЭУВОВД. Одним из главных недостатков классического ВЭУВОВД с жестко фиксированными крыльями являются высокая скорость ВП при их самозапуске и более низкий коэффициент использования энергии ВП, чем у традиционных пропеллерных ВЭУ. В результате проектировщики вынуждены снабжать такие ВЭУ дополнительными устройствами, например, электродвигателем, ротором Савониуса и др. для раскрутки ВЭУВОВД и выведения на рабочий режим. Высокая скорость ее самозапуска вызвана тем, что фиксированные жестко относительно горизонтальных траверс вертикальные крылья в статическом состоянии не могут создать (при обтекании их ВП средней и малой скорости) достаточного крутящего момента на основной вал. Целью изобретения является повышение коэффициента использования энергии ВП, обеспечения самораскрутки ВЭУВОВД, ограничения скорости вращения при больших скоростях ВП. Применение в ВЭУВОВД механизма управления положением крыла относительно суммарной скорости воздушного потока (ССВП) позволяет повернуть их так, что величины подъемной силы крыла хватает для самозапуска ВЭУВОВД даже при скоростях ВП 3-4 м/сек.At the same time, the power of wind turbines with a vertical axis of rotation of the Darier type (VEUVOVD), according to experts, can reach 10-30 MW. We note the following advantages of the VEUVOVD: the independence of operation from the direction of the air flow (VP), the possibility of switching from the cantilever mounting of its main shaft to the double-shaft, the ability to place an energy consumer, for example, an electric generator or pump at the base of the VEUVOVD, while reducing requirements for height, strength and rigidity support, simplified design and reduced material consumption, and hence cost. The noise of such wind turbines is reduced. One of the main drawbacks of a classic VEUVOVD with rigidly fixed wings is the high speed of the VP during their self-start and lower coefficient of utilization of the energy of the VP than traditional propeller wind turbines. As a result, designers are forced to supply such wind turbines with additional devices, for example, an electric motor, a Savonius rotor, etc. for the promotion of a wind turbine and putting it into operation. The high speed of its self-start is due to the fact that vertical wings fixed rigidly relative to horizontal traverses in a static state cannot create (when their medium and low speed airflows flow around them) sufficient torque to the main shaft. The aim of the invention is to increase the utilization of the energy of the VP, to ensure self-promotion VEUVOVD, limiting the speed of rotation at high speeds VP. The use of a wing position control mechanism in the VEUVOVD relative to the total air flow velocity (SSVP) allows them to be rotated so that the wing lifting force is sufficient for the VEUVOVD to self-start, even at airspace speeds of 3-4 m / s.

Известен карусельный ветродвигатель (см. патент RU 2042044 С1, МПК F03D3/00 F03D 3/06, от 20.08.1995 г.), рассматриваемый в качестве аналога. Карусельный ветродвигатель содержит установленный на вертикальной оси ротор с лопастями (крыльями), размещенными на радиальных штангах, и механизм изменения углов атаки лопастей путем поворота лопастей вокруг собственных осей, параллельных оси вращения ротора, выполненный в виде связанного с каждой лопастью устройства изменения угла атаки, соединенного с другими аналогичными устройствами радиальными штангами посредством согласующего узла, смонтированного на оси Known rotary wind turbine (see patent RU 2042044 C1, IPC F03D3 / 00 F03D 3/06, 08/20/1995), considered as an analogue. The rotary wind turbine contains a rotor mounted on a vertical axis with blades (wings) placed on radial rods, and a mechanism for changing the angle of attack of the blades by rotating the blades around their own axes parallel to the axis of rotation of the rotor, made in the form of a change in the angle of attack connected to each blade of the device, connected with other similar devices with radial rods by means of a matching unit mounted on an axis

вращения ротора, причем каждая лопасть имеет аэродинамический профиль, ось вращения лопасти смещена к передней кромке, а устройство изменения угла атаки содержит смонтированный на каждой радиальной штанге корпус, в котором установлен пространственный кривошипно-шатунный механизм качающейся шайбы, связанный с осью лопасти посредством конической шестерни ориентации, сидящей на оси кривошипа, на которой установлен подшипник кронштейна, качающейся шайбой является втулка с двумя радиальными цапфами, установленная с возможностью поворота на наклонной оси, расположенной под углом α=45 к оси лопасти, а на цапфах шарнирно укреплены два вильчатых поводка, ось одного из которых установлена с возможностью вращения в подшипнике, размещенном на основании корпуса под углом β к линии оси лопасти, а ось второго вильчатого поводка установлена с возможностью поворота в подшипнике кронштейна, причем угол β не превышает угол α, а согласующий узел выполнен в виде конического дифференциала. Это известное устройство снабжено сложными дорогостоящими механическими узлами, надежность которых сомнительна, а эксплуатация требует серьезного обслуживания и неприемлема для широкого использования. Кроме того, оптимальный угол атаки лопасти (крыла) зависит от РВВП, величина которого зависит от скорости вращения, нагрузки, скорости воздушного потока и конкретной точки на траектории движения. А в аналоге эти факторы одновременно не учитываются при выборе угла атаки.rotor rotation, each blade having an aerodynamic profile, the axis of rotation of the blade shifted to the leading edge, and the device for changing the angle of attack contains a housing mounted on each radial rod, in which a spatial crank-connecting rod mechanism of the swash plate is installed, connected to the axis of the blade by means of a conical orientation gear sitting on the axis of the crank, on which the bracket bearing is mounted, the swinging washer is a sleeve with two radial trunnions mounted rotatably on an inclined axis located at an angle α = 45 to the axis of the blade, and on the pins two forked leashes are pivotally mounted, the axis of one of which is mounted for rotation in a bearing placed on the housing base at an angle β to the axis of the blade axis, and the axis of the second forked the leash is mounted with the possibility of rotation in the bearing of the bracket, and the angle β does not exceed the angle α, and the matching node is made in the form of a conical differential. This known device is equipped with complex and expensive mechanical components, the reliability of which is doubtful, and operation requires serious maintenance and is unacceptable for widespread use. In addition, the optimal angle of attack of the blade (wing) depends on the RVVP, the magnitude of which depends on the speed of rotation, load, air velocity and a specific point on the trajectory. And in the analogue, these factors are not simultaneously taken into account when choosing the angle of attack.

Интересная работа по усовершенствованию ротора Дарье проведена в институте гидромеханики НАН Украины (Каян В.П., Лебедь А.Г. «Оптимизация рабочих характеристик полномасштабного макета ветроротора Дарье с прямыми управляемыми лопастями». -

, - Прикладна гiдромеханiка. - 2010, Том 12, №4, с. 26-35), которая частично отражена в патенте Вiтросилова установка, (см. Патент Украины №16097А на полезную модель, МПК F03D 3/00, F03D, 07.06.2006, №7. с. 174.), принятый за аналог. Разработана ВЭУВОВД с вертикальным валом, с которым с помощью траверс и цапф связаны вертикальные крылья, имеющие вертикальные оси с шарнирными кольцами, с помощью которых они закреплены на траверсах с возможностью поворота около этих осей, и установленными на нижних концах крыльев дополнительными осями с вилками и роликами, которые стыкуются с кольцеобразной направляющей в форме жесткого обода, имеющего в плоскости форму окружности, а также аппаратуру управления силовой установкой, причем кольцеобразная направляющая соединена с механизмом управления положением крыльев ВЭУВОВД таким образом, что имеет возможность линейного перемещения вдоль направления ВП, а механизм, размещенный на поворотной платформе, жестко связан с флюгером. Механизм управления положением крыльев содержит электродвигатель, редукторы и подвижные направляющие, размещенные на платформе механизма и червячные передачи, связанные с кольцеобразной направляющей, которая также имеет ролики для перемещения вдоль направляющих. Аппаратура управления в ВЭУВОВД содержит программное устройство, которое определяет оптимальную величину смещения центра кольцеобразной направляющей в зависимости от параметров работы ветросиловой установки. Эффективность этой ветросиловой установки существенно выше, чем у ВЭУВОВД в классическом An interesting work on improving the Darier rotor was carried out at the Institute of Hydromechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine (Kayan VP, Lebed AG "Optimization of the performance characteristics of a full-scale model of the Darier wind turbine with straight controllable blades." -

, - Applied Hydromechanics. - 2010, Volume 12, No. 4, p. 26-35), which is partially reflected in the Vitrosilov installation patent, (see Ukrainian Patent No. 16097A for utility model, IPC F03D 3/00, F03D, 07.06.2006, No. 7. P. 174.), adopted as an analogue. A VEUVOVD was developed with a vertical shaft, with which vertical wings are connected using traverses and trunnions, having vertical axes with hinged rings, with the help of which they are mounted on traverses with the possibility of rotation around these axes, and additional axes with forks and rollers mounted on the lower ends of the wings which are joined to the ring-shaped guide in the form of a hard rim having a circle shape in the plane, as well as the power plant control equipment, and the ring-shaped guide is connected to the fur ism VEUVOVD controlling the position of the wings in a way that has a possibility of linear displacement along the VI direction, and a mechanism disposed on rotatable platform rigidly connected with the vane. The mechanism for controlling the position of the wings contains an electric motor, gearboxes and movable guides located on the platform of the mechanism and worm gears associated with an annular guide, which also has rollers for moving along the guides. The control equipment in VEUVOVD contains a software device that determines the optimal amount of displacement of the center of the annular guide depending on the parameters of the wind power installation. The efficiency of this wind power installation is significantly higher than that of the VEUVOVD in the classic

исполнении. Это один из вариантов более или менее удачного экспериментального поиска предельных показателей ВЭУВОВД. Вычисляется значение эксцентриситета между двумя осями каждого крыла, которое обеспечивает максимальное значение мощности ВЭУВОВД при выбранном способе управления. К тому же реализация этой электромеханической программируемой системы управления достаточно сложна.performance. This is one of the options for a more or less successful experimental search for the limiting indicators of the VEUVOVD. The value of the eccentricity between the two axes of each wing is calculated, which provides the maximum value of the power of the wind turbine with the selected control method. In addition, the implementation of this electromechanical programmable control system is quite complicated.

Известен способ преобразования энергии текучей среды во вращательное движение крыла и установка для осуществления этого способа по патенту RU 2157919, МПК F03D 3/00 опубликованный 20.10.2000 г. Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики, используется как источник электрической, механической энергии в гидро - и ветроустановках и выбрано в качестве прототипа. Этот способ заключается в том, что в текучей среде устанавливают неподвижную ось перпендикулярно направлению движения потока этой текучей среды и на некотором расстоянии от этой оси помещают крыло, собственная продольная ось которого параллельна неподвижной оси, вокруг которой это крыло под действием гидродинамических сил, действующих на него, совершает вращательное движение по круговой орбите и колебательное движение вокруг собственной продольной оси, причем при движении крыла по дуге круговой орбит, обращенной к потоку текучей среды, величину угла α атаки крыла выдерживают постоянной с одним знаком, а при движении крыла по противоположной дуге круговой орбиты знак постоянной величины угла α атаки крыла изменяют также на противоположный, причем на дуге круговой орбиты, на которой крыло движется против направления движения потока текучей среды, и на дуге круговой орбиты, на которой крыло движется по направлению движения этого потока, значение угла α атаки устанавливают равным нулю.A known method of converting the energy of a fluid into rotational movement of a wing and the installation for implementing this method according to patent RU 2157919, IPC F03D 3/00 published on 10/20/2000, The invention relates to the field of alternative energy, is used as a source of electrical, mechanical energy in hydro - and wind turbines and selected as a prototype. This method consists in the fact that a fixed axis is installed in the fluid perpendicular to the direction of flow of the fluid and a wing is placed at a certain distance from this axis, its own longitudinal axis parallel to the fixed axis, around which this wing is under the action of hydrodynamic forces acting on it rotates in a circular orbit and oscillates around its own longitudinal axis, moreover, when the wing moves along an arc of a circular orbit facing the fluid flow s, the angle of attack angle α of the wing is kept constant with one sign, and when the wing moves along the opposite arc of a circular orbit, the sign of the constant value of the angle of attack angle α of the wing is also reversed, and on the arc of a circular orbit on which the wing moves against the direction of the fluid flow , and on an arc of a circular orbit on which the wing moves in the direction of this flow, the angle of attack α is set to zero.

В ряде случаев выгоднее при движении крыла по круговой орбите величину его угла α атаки устанавливать выше "критической" величины стационарного режима обтекания для выбранного профиля и формы крыла. Для повышения эффективности способа величину окружной скорости V_t крыла выбирают больше величины скорости V_o потока текучей среды. Установка для преобразования кинетической энергии текучей среды во вращательное движение крыла, содержащая неподвижную ось, установленную в потоке текучей среды перпендикулярно направлению его движения, крыло, продольная ось которого параллельна неподвижной оси, шарнирно связанное с неподвижной осью с помощью по меньшей мере одного стержня, причем крыло снабжено устройством управления его углом атаки, выполненным в виде крыловидного элемента, снабженного собственным приводом для управления его угловым положением относительно крыла, отличающаяся тем, что привод управления угловым положением крыловидного элемента относительно крыла обеспечивает угол α атаки крыла при его движении по дуге круговой орбиты, обращенной к потоку текучей среды, постоянным с одним знаком, по противоположной дуге - с обратным знаком, а при переходе крыла с одной дуги на другую - α равным нулю. Привод для управления угловым положением крыловидного элемента относительно крыла обеспечивает диапазон углов α атаки крыла выше "критических" величин стационарного режима обтекания для выбранного профиля и формы крыла, причем крыло и/или крыловидный элемент снабжены закрылком, In some cases, it is more advantageous to set the wing angle α of attack when the wing moves in a circular orbit above the “critical” value of the stationary flow regime for the selected profile and shape of the wing. To increase the efficiency of the method, the value of the wing circumferential speed V _t is chosen to be greater than the value of the fluid flow velocity V _o . An apparatus for converting the kinetic energy of a fluid into rotational movement of a wing, comprising a fixed axis mounted in a fluid stream perpendicular to the direction of its movement, a wing, the longitudinal axis of which is parallel to the fixed axis, pivotally connected to the fixed axis using at least one rod, the wing equipped with a control device for its angle of attack, made in the form of a wing-shaped element, equipped with its own drive to control its angular position relative to the wing characterized in that the actuator controlling the angular position of the wing-shaped element relative to the wing provides the angle of attack of the wing when it moves along an arc of a circular orbit facing the fluid flow, constant with one sign, in the opposite arc with the opposite sign, and when the wing transitions with one arc to another - α equal to zero. An actuator for controlling the angular position of the wing-shaped element relative to the wing provides a range of angles of attack α of the wing above the “critical” values of the stationary flow regime for the selected profile and shape of the wing, the wing and / or the wing-shaped element provided with a flap,

связанным с приводом. Привод для управления угловым положением крыловидного элемента относительно крыла содержит кулачковый механизм, кулачок которого закреплен на неподвижной оси, а коромысло установлено на стержне и связано с рычагом, имеющим два плеча, ось которого совпадает с центром шарнирного соединения стержня с крылом, и на этой же оси установлен кулисный механизм, имеющий кулису и два ползуна, причем один ползун связан с плечом двуплечего рычага и с рычагом, который установлен на той же оси и связан с крыловидным элементом, а второй ползун связан со стержнем и с крылом.associated with the drive. The drive for controlling the angular position of the wing-shaped element relative to the wing contains a cam mechanism, the cam of which is fixed on a fixed axis, and the beam is mounted on a rod and connected to a lever having two shoulders, the axis of which coincides with the center of the hinged connection of the rod with the wing, and on the same axis a rocker mechanism is installed having a rocker and two sliders, one slider connected to the shoulder of the two shoulders lever and to the lever that is mounted on the same axis and connected to the pterygoid element, and the second slider is connected to erzhnem and wing.

Отметим недостатки рассмотренного способа.Note the disadvantages of the considered method.

1. Несмотря на то, что способ предложен для гидроустановок и ВЭУ, не предусмотрена операция и устройство для ориентировки относительно ВП кулисного механизма, задающего угол атаки крыльев.1. Despite the fact that the method is proposed for hydraulic installations and wind turbines, there is no operation and device for orientation relative to the VP rocker mechanism that sets the angle of attack of the wings.

2. Оптимальный угол атаки α зависит от суммарного ВП потока, т.е. от скорости внешнего потока и оборотов установки. Поэтому расчетная функция и конфигурация задающей кулисы рассчитана на некоторое оптимальное значение угла атаки α крыла для некоторого, например, номинального значения результирующего вектора текущей среды при заданных соотношениях скорости потока и оборотов установки. Очевидно, что рассмотренный способ не обеспечивает оптимизацию величины угла атаки α крыла в общем случае при разном направлении ВП, разной его скорости и различном соотношению между скоростью ВП и окружной скоростью ВЭУ.2. The optimal angle of attack α depends on the total VP flow, ie from the speed of the external flow and the speed of the installation. Therefore, the calculated function and the configuration of the master wings are designed for some optimal value of the angle of attack α of the wing for some, for example, nominal value of the resulting vector of the current medium for given ratios of flow velocity and installation speed. It is obvious that the considered method does not provide optimization of the angle of attack α of the wing in the general case for different airspace directions, its different speeds and different ratios between the airspeed velocity and the wind turbine peripheral speed.

3. Рассмотренный способ обеспечивает угол атаки α крыла при его движении по дуге круговой орбиты, обращенной к потоку текучей среды или ВП, постоянным с одним знаком, по противоположной дуге - с обратным знаком. Из теории аэродинамики крыла известно.3. The considered method provides an angle of attack α of the wing when it moves along an arc of a circular orbit facing the flow of a fluid or airflow constant with one sign, along the opposite arc with a opposite sign. From the theory of aerodynamics of the wing is known.

Аэродинамика крылаWing aerodynamics

Рассмотрим профиль крыла в потоке воздуха: угол α-это угол атаки крыла. Векторная сумма создает аэродинамическую силу R, с которой воздух действует на движущееся крыло:Consider the wing profile in the air stream: angle α is the angle of attack of the wing. The vector sum creates an aerodynamic force R, with which air acts on a moving wing:

Разложив силу на вертикальную Y и горизонтальную X компоненты, мы получим подъемную силу крыла и силу его лобового сопротивления. Из картины By decomposing the force into vertical Y and horizontal X components, we obtain the wing lift and its drag. From the picture

распределения давления видно, что львиная доля подъемной силы образуется не из подпора на нижней образующей профиля, а из разряжения на верхней. Подъемная сила крыла: Y=Cy*p*V²*S/2. Сила лобового сопротивления: Х=Cx*p*V²*S/2The pressure distribution shows that the lion's share of the lifting force is formed not from the backwater on the lower generatrix of the profile, but from the vacuum on the upper. Wing lift: Y = Cy * p * V ² * S / 2. Frontal drag: X = Cx * p * V ² * S / 2

где-p - массовая плотность воздуха, V - скорость движения крыла относительно воздуха, S - площадь крыла, Су - коэффициент подъемной силы крыла, Сх - коэффициент лобового сопротивления крыла.where-p is the mass density of air, V is the wing velocity relative to air, S is the wing area, Su is the wing lift coefficient, Cx is the wing drag coefficient.

Поэтому при рассмотрении кривых на Фиг. 1 видно, что коэффициент С_у в зоне отрицательных значений угла атаки α в разы меньше, чем при его положительном значении. В связи с этим эффективность работы анализируемой установки существенно снижается. Однако на Фиг. 4 патента RU 2157919 на графике зависимости крутящего момента от положения крыла - этот факт не отмечен (см. Фиг. 2).Therefore, when considering the curves in FIG. 1 it can be seen that the coefficient C _y in the zone of negative values of the angle of attack α is several times less than with its positive value. In this regard, the efficiency of the analyzed installation is significantly reduced. However, in FIG. 4 patent RU 2157919 on the graph of the dependence of torque on the position of the wing - this fact is not noted (see Fig. 2).

Технический результат предлагаемого способа преобразования энергии воздушного потока, во вращательное движение ветроэнергетической установки (ВЭУ) получают, устанавливая основную ось ВЭУ перпендикулярно направлению движения воздушного потока (ВП) и на некотором расстоянии от основной оси помещают крылья, оси которых параллельны основной оси ВЭУ, вокруг которой крылья под действием ВП совершает вращательное движение по круговой орбите и колебательное движение вокруг собственной оси, отличающийся тем, что при получении на выходе датчика оборотов основной оси (ДООО) сигналов, не превышающих номинального значения, экстремальный регулятор оборотов (ЭРО) основной оси на базе контроллера управляет углами атаки α контрольного крыла во всех точках круговой орбиты относительно вектора суммарного воздушного потока (СВП), учитывающего составляющую воздушного потока, действующего по касательной к круговой траектории движения крыльев), за исключением зон изменения формы крыльев, воздействуя через его сервопривод закрылка на положение контрольного крыла. Одновременно контроллер запоминает команды, подаваемые на серводвигатель закрылка контрольного крыла во всех точках круговой орбиты на каждом обороте ВЭУ и вычисляет запаздывание вращения по круговой орбите остальных крыльев относительно контрольного, а затем эти данные передает в качестве команд управления непосредственно на сервоприводы закрылков остальных крыльев; при получении на выходе ДООО сигнала, превышающего номинальное значение, его выходной сигнал переключается на вход регулятора стабилизации оборотов (РСО) основной оси ВЭУ также на базе контроллера, который управляет углами атаки α контрольного крыла относительно вектора СВП во всех точках круговой орбиты, за исключением зон изменения формы крыла, воздействуя через его сервопривод закрылка на положение контрольного крыла.The technical result of the proposed method of converting the energy of the air flow into the rotational movement of a wind turbine (wind turbine) is obtained by setting the main axis of the wind turbine perpendicular to the direction of movement of the air flow (VP) and at some distance from the main axis place wings whose axes are parallel to the main axis of the wind turbine wings under the action of VP performs rotational motion in a circular orbit and oscillatory motion around its own axis, characterized in that upon receipt of the sensor output As revolutions of the main axis (DOOO) of signals not exceeding the nominal value, the extreme speed controller (ERO) of the main axis on the basis of the controller controls the angles of attack α of the control wing at all points of the circular orbit relative to the vector of total air flow (SVP), taking into account the component of the air flow, acting tangentially to the circular path of movement of the wings), with the exception of the zones of changing the shape of the wings, acting through its flap servomotor on the position of the control wing. At the same time, the controller remembers the commands issued to the control wing flap servomotor at all points of the circular orbit on each revolution of the wind turbine and calculates the rotation delay in the circular orbit of the remaining wings relative to the control wing, and then transfers this data as control commands directly to the flap servos of the remaining wings; when a signal exceeding the nominal value is received at the DOOO output, its output signal is switched to the input of the rotational stabilization controller (RPO) of the main axis of the wind turbine also based on the controller, which controls the angles of attack α of the control wing relative to the SVP vector at all points of the circular orbit, except for the zones changes in the shape of the wing, acting through its servodrive flap on the position of the control wing.

Одновременно контроллер запоминает команды, подаваемые на сервопривод закрылка контрольного крыла, во всех точках круговой орбиты на каждом обороте ВЭУ и вычисляет запаздывание вращения по круговой орбите остальных крыльев, а затем эти данные передает в качестве команд управления непосредственно на сервоприводы закрылков остальных крыльев.At the same time, the controller remembers the commands issued to the servo-wing of the control wing flap at all points of the circular orbit on each revolution of the wind turbine and calculates the rotation delay in the circular orbit of the remaining wings, and then transmits this data as control commands directly to the servos of the flaps of the remaining wings.

Ось каждого крыла проходит через узел изменения формы крыла (УИФК) на основе базового листа, к которому по переднему и заднему краям на осях крепится двусторонняя подвижная аэродинамическая обшивка (АО), причем в зонах изменения формы каждого крыла при возникновении тормозного момента при движении УИФК относительно оси крыла, ось крыла с подшипником нажимает на конечный выключатель реверса (КВР) и при движении по круговой орбите периодически замыкает его контакт, который подает сигнал на срабатывание электромеханического триггера (ЭТ), поочередно выдвигающего верхний или нижний грибовидный шток, изменяя в этих зонах конфигурацию крыльев симметрично относительно базового листа, при этом меняет свое положение передняя и задняя аэродинамические обшивки крыльев на осях их поворота, а также меняется характер момента, переходя из режима торможения в рабочий режим, и каждое крыло осуществляет рабочим краем УИФК давление на свою ось, реализуя рабочий момент, а затем снова каждое крыло при очередном входе в зону изменения формы рабочий момент изменяет на тормозной.The axis of each wing passes through the wing shape changing unit (UIFC) on the basis of a base sheet to which two-sided movable aerodynamic casing (AO) is fastened along the front and rear edges on the axes, and in the zones of changing the shape of each wing when braking moment occurs when the UIFC moves the wing axis, the wing axis with the bearing presses the reverse reverse switch (CWR) and, when moving in a circular orbit, periodically closes its contact, which sends a signal to trigger an electromechanical trigger (ET), p extending the upper or lower mushroom stock, changing the wing configuration in these zones symmetrically with respect to the base sheet, while the front and rear aerodynamic wing skins on the axes of rotation change their position, as well as the nature of the moment, changing from braking to working mode, and each wing carries out pressure on its axis by the working edge of the UIFK, realizing the working moment, and then again each wing at the next entrance to the shape-changing zone changes the working moment to the braking one.

В ВЭУ оси крыльев сверху и снизу жестко закрепляются на опорных дисках, перпендикулярных основной оси и жестко связанных с ней, причем оси крыльев закрепляются на радиусах этих дисков, а углы между этими радиусами β=2π/N, где N - количество крыльев.In wind turbines, the wing axes above and below are rigidly fixed on supporting disks perpendicular to the main axis and rigidly connected to it, and the axis of the wings are fixed on the radii of these disks, and the angles between these radii are β = 2π / N, where N is the number of wings.

При реализации данного способа сигналом с ДООО ВЭУ управляют углами атаки α всех крыльев, причем, когда этот сигнал не превышает номинального значения, получают максимально-возможные обороты основной оси ВЭУ при данной нагрузке с помощью ЭРО. Когда сигнал с ДООО ВЭУ достигает номинального значения, обеспечивают стабилизацию оборотов основной оси с помощью РСО.When implementing this method, the signal from the DOOO wind turbine control the angle of attack α of all wings, and when this signal does not exceed the nominal value, the maximum possible revolutions of the main axis of the wind turbine at a given load with the help of ERO are obtained. When the signal from the DOOO wind turbine reaches its nominal value, they provide stabilization of the revolutions of the main axis with the help of RSO.

При движении по окружности в зонах изменения формы крыльев на симметричную, относительно базового листа - (90 градусов +Δ и 270 градусов +Δ относительно вектора ВП, где Δ - зона изменения формы крыла по Фиг. 4) форма каждого крыла автоматически изменяется скачком. Эффективная защита ВЭУ от штормовых ВП обеспечивается следующим образом. Сигнал с ДООО ограничивается номинальным значением U_n для конкретной ВЭУс помощью РСО на базе контроллера, управляя углами атаки α всех крыльев (уменьшают угол атаки α вплоть до нуля и таким образом уменьшают рабочий момент каждого крыла, защищая ВЭУ от повреждения конструкции)..When moving in a circle in the zones of changing the shape of the wings to a symmetrical one, relative to the base sheet - (90 degrees + Δ and 270 degrees + Δ relative to the airspace vector, where Δ is the zone of changing the shape of the wing in Fig. 4), the shape of each wing automatically changes abruptly. Effective protection of wind turbines from stormy EaP is provided as follows. The signal with DOOO is limited by the nominal value U _n for a specific wind turbine using a controller-based RSO, controlling the angle of attack α of all wings (reduce the angle of attack α to zero and thus reduce the working moment of each wing, protecting the wind turbine from structural damage) ..

Патентуемый способ поясняется вариантом конкретной конструкции ВЭУ и прилагаемыми чертежами:The patented method is illustrated by a variant of a specific design of a wind turbine and the accompanying drawings:

Фиг. 3 - общий вид ВЭУ.FIG. 3 - a general view of a wind turbine.

Фиг. 4 - изображает движение отдельного крыла ВЭУ вначале пуска.FIG. 4 - depicts the movement of a separate wing of a wind turbine at the start of launch.

Фиг. 5 - разрез крыла по Б-Б,FIG. 5 - section of the wing BB,

Фиг. 6 - конструкция крыла без фигурной двухсторонней аэродинамической обшивки по разрезу В-В на фиг. 5.FIG. 6 - wing structure without curly double-sided aerodynamic sheathing along section BB in FIG. 5.

Фиг. 7 - узел изменения формы крыла УИФК по разрезу Е-Е на фиг.6FIG. 7 - node changes in the shape of the wing UIFK along the section EE in Fig.6

На Фиг. 3 каркас 1 обеспечивает вертикальное положение основной оси 2, концы которой заходят в верхнюю 3 и нижнюю 4 опоры. Гайки основной оси 5 закрепляют верхний 6 и нижний 12 опорные диски к основной оси. На дисках жестко In FIG. 3, the frame 1 provides a vertical position of the main axis 2, the ends of which go into the upper 3 and lower 4 bearings. The nuts of the main axis 5 fix the upper 6 and lower 12 support discs to the main axis. Hard drives

фиксируются оси 7 отдельных крыльев 8 с помощью гаек 11. Снизу каждое крыло 8 опирается на свою внешнюю опору 10. Важной деталью конструкции являются закрылки 9, примыкающие к каждому крылу. Ось каждого крыла 7 сверху и снизу через опорные диски 6, 12 жестко соединена с основной осью 2 ВЭУ.the axles 7 of the individual wings 8 are fixed using nuts 11. From the bottom, each wing 8 is supported by its external support 10. An important structural detail is the flaps 9 adjacent to each wing. The axis of each wing 7 above and below through the supporting disks 6, 12 is rigidly connected to the main axis 2 of the wind turbine.

На Фиг. 4 отображена основная ось 2, ось каждого крыла 7, крыло 8, закрылок 9, зоны изменения формы 13 каждого крыла на симметричную относительно базового листа.In FIG. 4 shows the main axis 2, the axis of each wing 7, wing 8, flap 9, the zone of change of shape 13 of each wing symmetrical relative to the base sheet.

На фиг. 5 (в разрезе Б-Б) отображены отдельны детали в конструкции контрольного крыла. Его ось 7, закрылок 9, ЭТ 15, УИФК 16, передняя АО крыла 17, задняя АО крыла 18, оси поворота АО 19, контроллер с серводвигателем (на остальных крыльях только серводвигатель) 20, ось закрылка 24.In FIG. 5 (section BB), the individual parts in the design of the control wing are displayed. Its axis 7, flap 9, ET 15, UIFK 16, the front AO of the wing 17, the rear AO of the wing 18, the axis of rotation of the AO 19, the controller with a servomotor (on the other wings only a servomotor) 20, the axis of the flap 24.

На Фиг. 6 отображена конструкция остальных крыльев (по разрезу В-В). Закрылок 9, внешняя опора крыла 10, ЭТ 15, УИФК 16, оси поворота АО 19, серводвигатель закрылка 20 с крепежом 14, опоры осей поворота 22, планка закрылка 23, ось закрылка 24, внутренние опоры крыла 25, передняя часть базового листа 26, задняя часть базового листа 27.In FIG. 6 shows the design of the remaining wings (along section BB). Flap 9, external wing support 10, ET 15, UIFK 16, axis of rotation AO 19, servomotor of flap 20 with fasteners 14, support of axis of rotation 22, flap 23, axis of flap 24, internal wing supports 25, front of base sheet 26, back of base sheet 27.

На Фиг. 7 (разрез Е-Е) дана конструкция УИФК внутри его корпуса. Ось крыла 7, передняя часть базового листа 26, пружины 30, рабочий край УИФК 31, КВР 32, толкатель 33, подшипник 34, корпус УИФК 35.In FIG. 7 (section EE) given the design of the UIFK inside its body. The axis of the wing 7, the front of the base sheet 26, the spring 30, the working edge of the UIFK 31, KVR 32, the pusher 33, the bearing 34, the housing UIFK 35.

На Фиг. 4 показан упрощенный режим движения одного крыла 8 при запуске ВЭУ, когда скорость ВП V_ВП намного превосходит линейную скорость вращения отдельных крыльев. При вращении каждого крыла в пределах корпуса 35 УИФК смещается его ось 7. На каждой оси 7 закреплен подшипник 34 (см. Фиг. 7), который внутри корпуса УИФК при его движении относительно оси крыла снижает трение между осью и деталями УИФК (толкатель 33, корпус 35, рабочий край УИФК 31) в процессе работы ВЭУ. В зоне изменения формы крыла 13 при возникновении тормозного момента крыла корпус УИФК смещается относительно оси 7 с подшипником 34 в сторону ЭКВР 32, нажимая на толкатель 33. ЭКВР 32 замыкает свой контакт, передавая сигнал на срабатывание ЭТ 15, который по команде ЭКВР 32 поочередно выдвигает верхний или нижний грибовидный шток, изменяя в зонах 13 круговой траектории конфигурацию каждого крыла 8 симметрично относительно базового листа. При этом меняет свое положение передняя 17 и задняя 18 АО крыла с осями поворота 19.In FIG. 4 shows a simplified mode of movement of one wing 8 when starting a wind turbine, when the speed of the VP V _{VP is} much higher than the linear speed of rotation of the individual wings. When each wing rotates within the UIFK body 35, its axis 7 shifts. A bearing 34 is mounted on each axis 7 (see Fig. 7), which inside the UIFK body when it moves relative to the wing axis reduces friction between the axis and the UIFK parts (pusher 33, building 35, the working edge of UIFK 31) in the process of operation of a wind turbine. In the zone of changing the shape of the wing 13, when the braking moment of the wing occurs, the UIFK body shifts relative to the axis 7 with the bearing 34 towards ECR 32, pushing the pusher 33. ECR 32 closes its contact, transmitting a response signal for ET 15, which, by the command of ECR 32, pushes the upper or lower mushroom stock, changing the configuration of each wing 8 in zones 13 of the circular path symmetrically with respect to the base sheet. In this case, the front 17 and rear 18 AO wings with rotation axes 19 change their position.

ЭРО, получая текущие сигналы от ДООО, обеспечивает оптимальное положение каждого закрылка и крыла при оборотах основной оси 2 в рабочем направлении не превышающих номинального значения U_n.ERF, receiving current signals from DOOO, provides the optimal position of each flap and wing at revolutions of the main axis 2 in the working direction not exceeding the nominal value U _n .

ДООО на основной оси 2 ВЭУ обеспечивает управление углами атаки α всех крыльев от регуляторов (ЭРО, РСО) контрольного крыла за счет запоминания его траектории движения во времени и вычисления запаздывания для остальных крыльев к положению этого контрольного крыла на траектории движения по кругу с помощью контроллера и индивидуальных серводвигателей закрылков.DOOO on the main axis 2 of the wind turbine provides control of the angles of attack α of all wings from the control wing regulators (ERO, RSO) by storing its trajectory of movement in time and calculating the delay for the remaining wings to the position of this control wing on the trajectory of movement in a circle using the controller and individual flap servomotors.

Высокая эффективность ВЭУ, использующих оптимальный режим работы каждого крыла, позволяет создавать экономически целесообразные ВЭУ даже при малых скоростях ВП. Способ, как и ВЭУ его реализующие, являются универсальными, так The high efficiency of wind turbines using the optimal mode of operation of each wing, allows you to create economically feasible wind turbines even at low speeds VP. The method, as well as the wind turbines implementing it, are universal, so

как в них могут применяться без какой-либо доработки широко распространенные в настоящее время контроллеры, датчики оборотов, электромеханические триггеры, конечные выключатели, электрогенераторы и т.д.how they can be applied without any modification to the currently widely used controllers, revolution sensors, electromechanical triggers, limit switches, power generators, etc.

Claims

1. The method of converting the energy of the air flow into the rotational movement of the wind power installation, which consists in the fact that the main axis of the wind power installation is installed perpendicular to the direction of movement of the air flow and wings are placed at some distance from the main axis, the axes of which are parallel to the main axis, around which each wing under the action the air flow rotates in a circular orbit and oscillates around its own axis, characterized in that when receiving at the output of the speed sensor of the main axis of the wind power installation of signals that do not exceed the nominal value, the extreme controller of the main axis revolutions on the basis of the controller controls the angles of attack α of the control wing relative to the total air flow vector at all points of the circular orbit, except for the zones of change in the shape of the wing, acting through it the flap servomotor to the position of the control wing, at the same time the controller remembers the commands given to the flap servomotor of the control wing in at the points of the circular orbit at each revolution of the wind power plant and calculates the delay of rotation in the circular orbits of the remaining wings relative to the control, and then these data are transmitted as control commands directly to the servos of the flaps of the remaining wings, when a signal exceeds the nominal value at the output of the speed sensor the output signal is switched to the input of the regulator of stabilization of revolutions of the main axis also based on the controller, which controls the angles of attack α control about the wing relative to the total airflow vector at all points of the circular orbit, except for the areas of changing the shape of the wing, acting through its flap servomotor on the position of the control wing, the controller simultaneously remembers the commands sent to the flap servomotor of the control wing at all points of the circular orbit at each revolution wind power plant and calculates the delay of rotation in the circular orbits of the remaining wings relative to the control wing, and then these data are transmitted as a command control directly with the servos remaining flaps of the wings.

2. The method according to p. 1, characterized in that the axis of each wing passes through the wing shape changing unit based on the base sheet, to which two-sided movable aerodynamic casing is attached along the front and rear edges on the axes, and in the zones of changing the shape of each wing when the braking moment during the movement of the node changing the shape of the wing relative to the axis of the wing, the wing axis with the bearing presses the reverse reverse switch and, when moving in a circular orbit, periodically closes its contact, which sends a signal to trigger the electromechanical trigger, which alternately extends the upper or lower mushroom-shaped rod, changing the configuration of the wings in these zones symmetrically with respect to the base sheet, while the front and rear aerodynamic wing skins on the axes of their rotation changes its position, and the nature of the moment changes, passing from the braking mode to the operating mode, and each wing carries out the working edge of the wing shape changing unit on its axis, realizing the operating moment, and then again each wing at the next entrance to the change zone eniya forms of working time changes on the brake.

3. The method according to p. 1, characterized in that in the wind power installation the wing axes above and below are rigidly fixed on the supporting disks perpendicular to the main axis and rigidly connected to it, the wing axes being fixed on the radii of these disks, and the angles between these radii β = 2π / N, where N is the number of wings.