RU2727276C1 - Wind-driven power plant with two windwheels - Google Patents
Wind-driven power plant with two windwheels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2727276C1 RU2727276C1 RU2019142597A RU2019142597A RU2727276C1 RU 2727276 C1 RU2727276 C1 RU 2727276C1 RU 2019142597 A RU2019142597 A RU 2019142597A RU 2019142597 A RU2019142597 A RU 2019142597A RU 2727276 C1 RU2727276 C1 RU 2727276C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- nut
- screw
- windwheels
- electric motor
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/02—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor having a plurality of rotors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D15/00—Transmission of mechanical power
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относятся к ветроэнергетике и может быть использовано при управлении ветроэнергетической установкой (ВЭУ) с двумя ветроколесами.The invention relates to wind energy and can be used to control a wind power plant (WPP) with two wind wheels.
Известно устройство-аналог (Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии.: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат. 1990. На стр. 241 задача 9.7 и ее решение на стр. 242) управления ветроэнергетической установкой с двумя ветроколесами с вращением их в разные стороны. Согласно линейной теории при расположении двух идеальных ветроколес одного диаметра последовательно удается достичь максимального коэффициента мощности СР=0.64 (по сути это КПД двух идеальных ветроколес). Для одного идеального ветроколеса согласно той же теории максимальный коэффициент мощности равен критерию Жуковского-Бетца, т.е. равен СРмах=16/27=0.593 (это КПД одного идеального ветроколеса). Таким образом, выигрыш по мощности составляет примерно 5%, т.е. использование ветроэнергетической установкой энергии ветра увеличилось тоже на 5% - несколько больше, чем по критерию Жуковского-Бетца.Known device-analogue (Twidell J., Weir A. Renewable energy sources .: Transl. From English. - M .: Energoatomizdat. 1990. On page 241 problem 9.7 and its solution on page 242) control of a wind power plant with two wind wheels with their rotation in different directions. According to the linear theory, with the location of two ideal wind turbines of the same diameter, it is consistently possible to achieve the maximum power factor С Р = 0.64 (in fact, this is the efficiency of two ideal wind turbines). For one ideal wind turbine, according to the same theory, the maximum power factor is equal to the Zhukovsky-Betz criterion, i.e. is equal to C Pmax = 16/27 = 0.593 (this is the efficiency of one ideal wind wheel). Thus, the power gain is approximately 5%, i.e. the use of wind power by the wind power plant also increased by 5% - slightly more than according to the Zhukovsky-Betz criterion.
Недостатком этого устройства - аналога является недоиспользование ветроэнергетической установкой энергии ветра со снижением скорости ветра.The disadvantage of this device - an analogue - is the underutilization of the wind power plant with a decrease in wind speed.
Известно устройство-прототип: (Цгоев Р.С. Ветроэнергетическая установка с двумя ветроколесами - пункт 2 формулы патента РФ №2522256), согласно которому ветроэнергетическая установка с двумя ветроколесами содержит лопасти ветроколес, ступицы и общий вал ветроколес, электрогенератор, энергосистему, при этом общий вал ветроколес соединен с валом электрогенератора, статорная обмотка которого подсоединена к энергосистеме, расположенный на общем валу ветроколес блок управления углом между ветроколесами с электродвигателем и с системой передачи "винт - гайка",A prototype device is known: (Tsgoev R.S. Wind power plant with two wind wheels -
Недостатком устройства-прототипа является наличие двух шлицевых пар. Первую образует ступица второго ветроколеса с общим валом винтовую шлицевую пару. Вторую шлицевую пару образует гайка системы передачи "винт - гайка" с остовом механизма поворота и перемещения второго ветроколеса относительно первого ветроколеса, в которой шлицы выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в специальных пазах в остове. Наличие двух шлицевых пар усложняет конструкцию всей ветроэнергетической установки.The disadvantage of the prototype device is the presence of two spline pairs. The first is formed by the hub of the second propeller with a common shaft, a helical spline pair. The second spline pair is formed by the nut of the "screw-nut" transmission system with the frame of the mechanism for turning and moving the second wind wheel relative to the first wind wheel, in which the splines are made with the possibility of reciprocating movement in special grooves in the frame. The presence of two spline pairs complicates the design of the entire wind turbine.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности ветроэнергетической установки с двумя ветроколесами путем исключения из конструкции шлицевых пар.The technical problem solved by the invention is to improve the reliability of a wind power plant with two wind wheels by eliminating spline pairs from the design.
Технический результат заключается в упрощении конструкции ветроэнергетической установки и, следовательно, в ее удешевлении и упрощении условий эксплуатации.The technical result consists in simplifying the design of the wind power plant and, consequently, in making it cheaper and simplifying the operating conditions.
Поставленная техническая задача решается тем, что известная ветроэнергетическая установка с двумя ветроколесами, содержащая лопасти ветроколес, ступицы и общий вал ветроколес, электрогенератор, энергосистему, при этом общий вал ветроколес соединен с валом электрогенератора, статорная обмотка которого подсоединена к энергосистеме, расположенный на общем валу ветроколес блок управления углом между ветроколесами с электродвигателем и с системой передачи "винт - гайка", ступица второго ветроколеса и общий вал выполнены с возможностью взаимного вращения и снабжены жестко закрепленными на них стойками, соединенные между собой электродвигателем с системой передачи "винт - гайка", при этом статор электродвигателя подсоединен шарнирно к одной из стоек, ротор электродвигателя выполнен полым в виде гайки системы передачи "винт - гайка", винт которой шарнирно соединен со второй стойкой.The technical problem posed is solved by the fact that a well-known wind power plant with two wind wheels, containing wind wheel blades, hubs and a common shaft of wind wheels, an electric generator, an energy system, while the common shaft of the wind wheel is connected to the shaft of an electric generator, the stator winding of which is connected to the power system, located on the common shaft of the wind wheels the control unit for the angle between the wind turbines with an electric motor and with a "screw - nut" transmission system, the hub of the second wind wheel and the common shaft are made with the possibility of mutual rotation and are equipped with stands rigidly fixed to them, connected by an electric motor with the "screw - nut" transmission system, when The stator of the electric motor is pivotally connected to one of the posts, the rotor of the electric motor is made hollow in the form of a nut of the "screw-nut" transmission system, the screw of which is pivotally connected to the second post.
Предлагаемое устройство схематично представлено на рисунках.The proposed device is schematically shown in the figures.
На Фиг. 1 представлена общая схема ветроэнергетической установки с двумя ветроколесами.FIG. 1 shows a general diagram of a wind turbine with two wind wheels.
На Фиг. 2 представлены стойки с электродвигателем и с системой передачи "винт - гайка" в разрезе (разрез по А-А).FIG. 2 shows racks with an electric motor and a "screw-nut" transmission system in section (section along A-A).
Ветроэнергетическая установка с двумя ветроколесами 1 и 2, содержащая лопасти ветроколес, ступицы 3 и 4 и общий вал 5 ветроколес, электрогенератор 6, энергосистему 7, при этом общий вал 5 ветроколес соединен с валом электрогенератора 6, статорная обмотка которого подсоединена к энергосистеме 7, расположенный на общем валу ветроколес блок 8 управления углом между ветроколесами с электродвигателем 9 и с системой передачи "винт - гайка", ступица 4 второго ветроколеса и общий вал 5 выполнены с возможностью взаимного вращения и снабжены жестко закрепленными на них стойками 10 и 11, соединенные между собой электродвигателем 9 с системой передачи "винт - гайка", при этом статор 12 электродвигателя 9 подсоединен шарнирно к одной из стоек 10 или 11, ротор 13 электродвигателя выполнен полым в виде гайки системы передачи "винт - гайка", винт 14 которой шарнирно соединен со второй стойкой. (1. Машиностроение. Энциклопедия. / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. М.: Машиностроение. 2. Детали машин. Конструкционная прочность. Трение, износ, смазка. T.IV-1 / Д.Н. Решетов, А.П. Гусенков и др. Под общ. ред. Д.Н. Решетова. 864 с: ил.). На Фиг. 2 приведен разрез электродвигателя 9 со статорной обмоткой 15 и подшипниковым узлом 16 для вращения ротора-гайки 13 относительно статора 12. Согласно Фиг. 1, ветроэнергетическая установка с двумя ветроколесами 1 и 2 также содержит подшипниковый узел 17 для синхронного вращения ступицы 4 и общего вала 5 относительно неподвижного остова 18. Кроме того вход блока 8 управления углом между ветроколесами соединен с выходом датчика 19 скорости ветра, выполненного, например, в виде анемометра. Стойка 11 с одной стороны через шарнирное соединение 20 присоединена статору 12 электродвигателя 9, а с другой стороны жестко присоединена к ступице 4. Стойка 10 с одной стороны через шарнирное соединение 21 присоединена к винту 14 системы передачи "винт - гайка", а с другой стороны жестко присоединена к общему валу 5. Устройство работает следующим образом.A wind power plant with two
Под действием потока ветра ветроколеса 1 и 2 ветроэнергетической установки вращаются синхронно в одну и ту же сторону и через общий вал 5 приводят во вращение электрогенератор 6, электроэнергия которого передается в энергосистему 7. Блок 8 управления по сигналу датчика 19 скорости ветра формирует управляющий сигал, например, пропорциональный скорости ветра, который поступает на управляющий вход полупроводникового преобразователя частоты (на рисунках не приводится), выход которого соединен со статорной обмоткой 15, и тем самым приводит во вращение ротор 13 электродвигателя 9, выполненный в виде гайки системы передачи "винт - гайка", преобразующей вращательное движение гайки 13 в поступательное движение винта 14.Under the action of the wind flow, the
Взаимное перемещение винта 14 винтовой передачи, соединенный через шарнирное соединение 21 и стойку 10, в свою очередь соединенную через общий вал 5 с ветроколесом 1, и ротора-гайки 13 через статор 12 электродвигателя, свое шарнирное соединение 20 и стойку 11, соединенную через ступицу 4 с ветроколесом 2, вызывает поворот ветроколеса 2 относительно ветроколеса 1.Mutual movement of the
Например, если ветроколесо 1 и ветроколесо 2 выполнены трехлопастными, то при номинальной скорости ветра (или номинальной мощности ВЭУ) при нулевом угле между ветроколесами лопасти ветроколеса 2 находятся "в тени" лопастей ветроколеса 1. При этом угол между стойками 10 и 11 минимальный. Со снижением скорости ветра меньше номинального значения угол между стойками 10 и 11 увеличивается при одновременном увеличении угла между ветроколесами 1 и 2 до максимального значения в 60°. При этом угол между стойками 10 и 11 также максимальный.For example, if the
Таким образом, в предлагаемой ветроэнергетической установке с двумя ветроколесами переход из режима работы с нулевым углом между ветроколесами при скоростях ветра, больших номинального значения, в режим работы с максимальным углом позволяет для одномеговаттной ВЭУ увеличить выработку энергии почти на 20%, что говорит о существенном повышении эффективности ветроэнергетической установки при одновременном упрощении устройства путем исключения шлицевых передач.Thus, in the proposed wind power plant with two wind turbines, the transition from the operation mode with a zero angle between the wind turbines at wind speeds higher than the nominal value to the operation mode with the maximum angle allows for a one-megawatt wind turbine to increase energy production by almost 20%, which indicates a significant increase the efficiency of the wind turbine while simplifying the device by eliminating splined gears.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019142597A RU2727276C1 (en) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | Wind-driven power plant with two windwheels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019142597A RU2727276C1 (en) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | Wind-driven power plant with two windwheels |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2727276C1 true RU2727276C1 (en) | 2020-07-21 |
Family
ID=71741417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019142597A RU2727276C1 (en) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | Wind-driven power plant with two windwheels |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2727276C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1301919A (en) * | 1999-12-30 | 2001-07-04 | 孙庆达 | Method for high efficient utilizing of wind power and full rotor double wind wheel wind generator |
RU2247860C1 (en) * | 2003-09-22 | 2005-03-10 | Белашов Алексей Николаевич | Windmill |
WO2013063621A1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Groenewald Felix Errol | Generator |
RU2522256C1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | Control method of wind-driven power plant with two windwheels, and device for its implementation |
DE102017126691A1 (en) * | 2017-11-14 | 2019-05-16 | Dieter Hurnik | Wind turbine |
-
2019
- 2019-12-19 RU RU2019142597A patent/RU2727276C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1301919A (en) * | 1999-12-30 | 2001-07-04 | 孙庆达 | Method for high efficient utilizing of wind power and full rotor double wind wheel wind generator |
RU2247860C1 (en) * | 2003-09-22 | 2005-03-10 | Белашов Алексей Николаевич | Windmill |
WO2013063621A1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Groenewald Felix Errol | Generator |
RU2522256C1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | Control method of wind-driven power plant with two windwheels, and device for its implementation |
DE102017126691A1 (en) * | 2017-11-14 | 2019-05-16 | Dieter Hurnik | Wind turbine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2031273B1 (en) | Integrated medium-speed geared drive train | |
US20120074712A1 (en) | Multi-rotor fluid turbine drive with speed converter | |
CN201730751U (en) | Megawatt-level vertical axis wind driven generator with adjustable angle of attack | |
EP2587056B1 (en) | Wind turbine with single-stage compact drive train | |
CN102116264A (en) | Megawatt-stage vertical shaft wind power generator with adjustable attack angle | |
SE419113B (en) | WIND POWER PLANT FOR MAIN MECHANICAL TRANSMISSION OF A VARIABLE TURBINE SPEED TO A SYNCHRONOUS OUTPUT SPEED | |
DK2116721T3 (en) | Wind turbine with wireless pitch control | |
US20140167414A1 (en) | Variable diameter and angle vertical axis turbine | |
CN106150916A (en) | A kind of bilobed wheel synchro wind generator group | |
CN201496204U (en) | Grid-connected hybrid-driven variable-pitch variable-speed constant frequency wind turbine generator system | |
CN101806290B (en) | Megawatt double-wind-wheel wind power generation machine | |
RU2727276C1 (en) | Wind-driven power plant with two windwheels | |
CN103967700A (en) | Drum-shaped scalable wind wheel and horizontal-axis wind turbine adopting same | |
CN201650612U (en) | Megawatt-level double-wind wheel wind-power generation device | |
US6713893B2 (en) | Efficient wind generator | |
CN103470720A (en) | Low-speed-ratio hydraulic torque converter and guide blade regulating method | |
CN103953504B (en) | Electric direct-driven type wind power variable-pitch device | |
TWI798045B (en) | Wind blade arm length automatic adjustment mechanism of wind turbine | |
CN210714927U (en) | Novel adjustment mechanism of umbrella-shaped wind turbine | |
CN114607561A (en) | Typhoon-resistant wind driven generator | |
JP4546097B2 (en) | Wind power generator | |
RU2522256C1 (en) | Control method of wind-driven power plant with two windwheels, and device for its implementation | |
CN206246284U (en) | A kind of bilobed wheel synchro wind generator group | |
CN202971048U (en) | Direct-drive wind power generator | |
CN108361148B (en) | Real-time variable-pitch H-shaped vertical axis wind turbine |