RU2788777C1 - Wind turbine speed limiter - Google Patents
Wind turbine speed limiter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788777C1 RU2788777C1 RU2022113667A RU2022113667A RU2788777C1 RU 2788777 C1 RU2788777 C1 RU 2788777C1 RU 2022113667 A RU2022113667 A RU 2022113667A RU 2022113667 A RU2022113667 A RU 2022113667A RU 2788777 C1 RU2788777 C1 RU 2788777C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind turbine
- drum
- swing
- blade
- head
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011022 operating instruction Methods 0.000 description 1
- 230000001340 slower Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для стабилизации частоты вращения ветротурбины при скорости ветра выше расчётной.The invention relates to wind energy and can be used to stabilize the rotational speed of a wind turbine when the wind speed is higher than the calculated one.
Известна ветроэнергетическая установка АВЭУ6-4М [1, 2] ограничение частоты вращения, в которой осуществляется центробежным регулятором частоты вращения прямого действия. Её недостатком является то, что грузы, за счёт которых осуществляется поворот лопастей, расположены в непосредственной близости к центру вращения, их силовое воздействие на лопасти направлено под углом к плоскости поворота близким к 90° за счёт этого для обеспечения достаточного момента требуется значительная масса грузов. Это также влияет и на точность ограничения частоты вращения.Known wind turbine AVEU6-4M [1, 2] limiting the speed, which is carried out by a centrifugal speed controller direct action. Its disadvantage is that the weights, due to which the rotation of the blades is carried out, are located in close proximity to the center of rotation, their force effect on the blades is directed at an angle to the plane of rotation close to 90 ° due to this, a significant mass of cargo is required to ensure sufficient moment. This also affects the accuracy of the speed limit.
От этого недостатка в значительной степени свободен принятый за прототип ограничитель частоты вращения ветротурбины с горизонтальной осью вращения, защищённый патентом SU 3203 А1, ошибочно поименованный, как «вертикальный ветряной двигатель» [3]. В нём лопасти прикреплены к махам, свободно вращающимся во втулках (в патенте фиг. 1), выполняющих функцию подшипников, установленных на определённом расстоянии от оси ветротурбины в жёстко связанной с осью головке ветроагрегата. В периферийной части полости махов каждой лопасти ветротурбины размещен груз (в патенте фиг. 16, 17), который с помощью троса (или штанги) может поворачивать барабан, свободно насаженный на вал ветротурбины, оттягиваемый в обратную сторону пружинами, прикреплёнными с одной стороны к головке ветроагрегата и, следовательно, к оси ветротурбины, а с другой стороны к пальцам, отходящим от барабана. From this shortcoming, the speed limiter of a wind turbine with a horizontal axis of rotation, adopted as a prototype, protected by patent SU 3203 A1, erroneously named as a “ vertical wind turbine” [3], is largely free from this drawback. In it, the blades are attached to the swings, freely rotating in bushings (fig. 1 in the patent), which act as bearings installed at a certain distance from the axis of the wind turbine in the head of the wind turbine rigidly connected to the axis. In the peripheral part of the cavity of the swings of each blade of the wind turbine there is a load (in the patent Fig. 16, 17), which, with the help of a cable (or rod), can turn the drum, loosely mounted on the wind turbine shaft, pulled in the opposite direction by springs attached on one side to the head wind turbine and, therefore, to the axis of the wind turbine, and on the other hand to the fingers extending from the drum.
При усилении ветра под действием центробежной силы груз преодолевает сопротивление пружины и поворачивает барабан. Барабан при этом через шарнирно-рычажное соединение (два диаметрально расположенных на барабане цилиндрических шарнира, V-образный рычаг и второй V-образный рычаг, связанный с махом через два диаметрально расположенных цилиндрических шарнира, установленных на махе на удалении от оси ветротурбины, превышающем расстояние от оси до подшипника) увеличивает угол установки лопасти, ограничивая тем самым частоту вращения ветротурбины. При этом рычаги, так как их взаимное перемещение при повороте барабана осуществляется в двух плоскостях, связаны между собой посредством сферического шарнира.When the wind increases under the action of centrifugal force, the load overcomes the resistance of the spring and turns the drum. In this case, the drum through a hinge-lever connection (two cylindrical hinges diametrically located on the drum, a V-shaped lever and a second V-shaped lever connected to the swing through two diametrically located cylindrical hinges installed on the swing at a distance from the axis of the wind turbine, exceeding the distance from axis to the bearing) increases the angle of installation of the blade, thereby limiting the speed of the wind turbine. In this case, the levers, since their mutual movement during rotation of the drum is carried out in two planes, are interconnected by means of a spherical hinge.
Так как в данном ограничителе второй рычаг поворота лопасти закреплён на махе на большом расстоянии от барабана, передача усилия между барабаном и рычагом осуществляется промежуточным рычагом достаточно больших размеров, работающим к тому же на изгиб. Это вынуждает связывать его с барабаном также с помощью двух смещённых относительно друг друга на некоторое расстояние цилиндрических шарниров. Всё это повышает габариты центральной части ограничителя частоты вращения, увеличивает число подвижных деталей и сочленений и в итоге негативно сказывается на надёжности и стоимости изделия. Кроме того поскольку плечо приложения силы, оказываемой на барабан со стороны груза, значительно меньше плеча приложения силы на рычаг поворота лопасти со стороны барабана для уверенного воздействия на лопасть требуется увеличенная масса груза. Всё это в совокупности снижает эксплуатационные свойства данного ограничителя частоты вращения.Since in this limiter the second lever for turning the blade is fixed on the swing at a large distance from the drum, the transfer of force between the drum and the lever is carried out by an intermediate lever of a sufficiently large size, which also works in bending. This forces it to be connected to the drum also with the help of two cylindrical hinges displaced relative to each other by a certain distance. All this increases the dimensions of the central part of the speed limiter, increases the number of moving parts and joints and, as a result, negatively affects the reliability and cost of the product. In addition, since the shoulder for applying the force exerted on the drum from the side of the load is much less than the shoulder for applying the force to the lever for turning the blade from the side of the drum, an increased mass of the load is required for a confident impact on the blade. All this together reduces the operational properties of this speed limiter.
Цель настоящего изобретения - повышение эксплуатационных свойств ограничителя частоты вращения ветротурбины.The purpose of the present invention is to improve the operational properties of the wind turbine speed limiter.
Эта цель достигается за счёт того, что в ограничителе частоты вращения ветротурбины, содержащем размещённый в периферийной части полости каждой лопасти ветротурбины или маха лопасти груз, мах лопасти установлен с возможностью поворота в подшипниках, установленных на определённом расстоянии от вала ветротурбины в неподвижно насаженной на вал головке, при этом ось маха смещена относительно осевой линии вала ветротурбины, на котором установлен с возможностью поворота барабан, механически связанный с одной стороны с грузом, а с другой стороны через шарнирно-рычажное соединение - с махом, при этом барабан зафиксирован в положении, соответствующем оптимальному углу установки лопасти, упором, закреплённым на головке, и противодействующей пружиной, прикреплённой одним концом к головке, а другим концом к барабану, рычажно-шарнирное соединение включает связанные жёсткой тягой эксцентрично прикреплённый к торцу маха первый сферический шарнир и эксцентрично прикреплённый к торцу барабана второй сферический шарнир.This goal is achieved due to the fact that in the wind turbine speed limiter, which contains a load placed in the peripheral part of the cavity of each wind turbine blade or blade stroke, the blade stroke is installed with the possibility of rotation in bearings installed at a certain distance from the wind turbine shaft in a head fixedly mounted on the shaft , while the swing axis is displaced relative to the axial line of the wind turbine shaft, on which the drum is installed with the possibility of rotation, mechanically connected on one side with the load, and on the other hand through a hinged-lever connection - with a swing, while the drum is fixed in a position corresponding to the optimal angle of installation of the blade, with a stop fixed on the head, and a counteracting spring attached at one end to the head, and at the other end to the drum, the lever-hinge connection includes the first spherical hinge eccentrically attached to the end of the swing connected by a rigid rod and the second spherical hinge eccentrically attached to the end of the drum eric hinge.
Схематично заявляемый ограничитель частоты вращения ветротурбины изображен на фигуре 1.Schematically claimed wind turbine speed limiter is shown in figure 1.
Он содержит размещённые в периферийной части полости 1 каждой лопасти 2 ветротурбины груз 3. При конкретном выполнении устройства из конструктивных соображений возможно размещение груза в полости маха 4, установленного с возможностью поворота в подшипнике 5. На чертеже изображён для каждой отдельной лопасти один конический подшипник скольжения, установленный на определённом расстоянии от вала 6 ветротурбины в неподвижно насаженной на вал головке 7. При конкретном выполнении устройства возможно применение двух разнесённых по радиусу подшипников самого различного типа (шариковых, роликовых, цилиндрических, конических, однорядных, двухрядных). Ось маха 4 смещена относительно осевой линии вала 6, на котором установлен с возможностью поворота барабан 8, механически связанный штангой 9 с грузом 3, а с другой стороны через шарнирно-рычажное соединение - с махом 4. Рычажно-шарнирное соединение включает связанные жёсткой тягой 10 эксцентрично закреплённые на торцах маха первый сферический шарнир 11 и барабана второй сферический шарнир 12.It contains placed in the peripheral part of the
Барабан зафиксирован в положении, при котором угол установки лопасти соответствует расчётному (оптимальному) углу установки, упором 13, закреплённым на головке, и противодействующей в данном конкретном исполнении спиральной пружиной 14, прикреплённой одним концом к головке ветроагрегата, а другим концом к барабану.The drum is fixed in a position in which the blade installation angle corresponds to the calculated (optimal) installation angle, with a
Работает ограничитель частоты вращения ветротурбины следующим образом. В исходном состоянии барабан 8 силой пружины 14 повёрнут в положение, изображённое на рисунке (против часовой стрелки до упора). Поскольку лопасти при этом повёрнуты на расчётный угол установки, при наличии ветра ветротурбина начинает вращаться. На грузы 3, действует при этом центробежная силаThe wind turbine speed limiter works as follows. In the initial state, the drum 8 is turned by the force of the
F=mω 2 R, F=mω 2 R ,
где m - масса грузов, кг;where m is the mass of goods, kg;
ω = πn/30 - угловая скорость вращения ветротурбины, рад/с;ω = π n /30 - angular speed of rotation of the wind turbine, rad/s;
n - частота вращения, об/мин; n - speed, rpm;
R - расстояние от оси вращения ветротурбины до центра массы грузов, м. R is the distance from the axis of rotation of the wind turbine to the center of mass of the cargo, m.
При частоте вращения ниже расчётной эта сила недостаточна для преодоления силы сопротивления пружины, поэтому лопасти продолжают находиться в начальном (расчётном) положении. И как только частота вращения вследствие усиления ветра или сброса нагрузки на валу ветротурбины станет несколько превышать заданную величину грузы, преодолевая сопротивление пружины, начнут поворачивать барабан (на чертеже по часовой стрелке) и через него посредством тяг 10 поворачивать лопасти в сторону флюгерного положения. Поскольку оси поворота лопастей и барабана не параллельны, закреплённые на них шарниры применены именно сферического типа. Коэффициент использования мощности ветрового потока при повороте лопастей уменьшается, а нарастание частоты вращения ветротурбины с возрастанием скорости ветра существенно замедляется. Она будет поддерживаться практически неизменной тем точнее, чем жёстче статическая характеристика ограничителя. Уровень ограничения задаётся при изготовлении ветроагрегата или при переналадке в предпусковой период путём изменением силы нажатия пружины.At a rotational speed below the calculated one, this force is insufficient to overcome the resistance force of the spring, so the blades continue to be in the initial (calculated) position. And as soon as the rotation frequency due to increased wind or load shedding on the wind turbine shaft becomes somewhat higher than the specified value, the loads, overcoming the resistance of the spring, will begin to turn the drum (clockwise in the drawing) and through it, by means of
Таким образом, за счёт крепления шарниров 11 на торцах махов в области между подшипниками 5 и валом ветротурбины в непосредственной близости от расположенного на валу ветротурбины барабана 8 упрощается передача усилий от барабана к махам, уменьшаются габариты всей системы передачи усилий (барабан - шарниры - тяги), уменьшается количество шарниров (2 против 5 в прототипе). Тяги передачи усилий в заявляемом ограничителе частоты вращения работают не на изгиб, как рычаги в прототипе, а на растяжение и сжатие, что повышает их нагрузочную способность. Кроме того для обеспечения достаточного усилия на поворот лопастей требуется меньшая масса грузов. В этом и заключается полезный эффект предлагаемого изобретения.Thus, due to the fastening of the
Источники информации.Sources of information.
1. Агрегат ветроэлектрический унифицированный типа АВЭУ6-4М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: ВЕТРОЭН, 1986. - 34 с.1. Unified wind power unit type AVEU6-4M. Technical description and operating instructions. - M.: VETROEN, 1986. - 34 p.
2. А.В. Бастрон, Н.В. Коровайкин, Л.П. Костюченко, Н.Б. Михеева, А.В. Чебодаев. Практикум по применению гидроветроэнергетических установок в сельском хозяйстве. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», Красноярск 2014, С. 18…21. [Элекотронный ресурс]. URL: http://www.kgau.ru/sveden/2017/energo/metod_350306_2.pdf2. A.V. Bastron, N.V. Korovaikin, L.P. Kostyuchenko, N.B. Mikheeva, A.V. Chebodaev. Workshop on the use of hydro-wind power plants in agriculture. Ministry of Agriculture of the Russian Federation, Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk 2014, pp. 18…21. [Electronic resource]. URL: http://www.kgau.ru/sveden/2017/energo/method_350306_2.pdf
3. Патент SU 3203 А1. МПК F03D 7/02. Вертикальный ветряной двигатель / Уфимцев А..Г., заявитель и патентообладатель Уфимцев А.Г. Заявка №5229, опубл. 30.06.1927.3. Patent SU 3203 A1. IPC F03D 7/02. Vertical wind turbine / Ufimtsev A.G., applicant and patentee Ufimtsev A.G. Application No. 5229, publ. 06/30/1927.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2788777C1 true RU2788777C1 (en) | 2023-01-24 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809264C1 (en) * | 2023-01-27 | 2023-12-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Wind wheel of wind power generator |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU3203A1 (en) * | 1925-12-05 | 1927-06-30 | А.Г. Уфимцев | Vertical wind motor |
FR2300233A1 (en) * | 1975-02-06 | 1976-09-03 | Girodin Marius | Windmill with variable pitch blades - pitch of blade is automatically reduced as wind force increases |
CN101936260A (en) * | 2010-08-26 | 2011-01-05 | 黄石华科新能源科技有限公司 | Pitch and revolving angle-changing wind power generator |
WO2012111913A2 (en) * | 2011-02-16 | 2012-08-23 | Lee Seung Geun | Rotary body for a wind power generating apparatus |
RU2696161C2 (en) * | 2015-10-20 | 2019-07-31 | Роман Николаевич Поляков | Wind wheel with alternating moment of inertia blades |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU3203A1 (en) * | 1925-12-05 | 1927-06-30 | А.Г. Уфимцев | Vertical wind motor |
FR2300233A1 (en) * | 1975-02-06 | 1976-09-03 | Girodin Marius | Windmill with variable pitch blades - pitch of blade is automatically reduced as wind force increases |
CN101936260A (en) * | 2010-08-26 | 2011-01-05 | 黄石华科新能源科技有限公司 | Pitch and revolving angle-changing wind power generator |
WO2012111913A2 (en) * | 2011-02-16 | 2012-08-23 | Lee Seung Geun | Rotary body for a wind power generating apparatus |
RU2696161C2 (en) * | 2015-10-20 | 2019-07-31 | Роман Николаевич Поляков | Wind wheel with alternating moment of inertia blades |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809264C1 (en) * | 2023-01-27 | 2023-12-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Wind wheel of wind power generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6979175B2 (en) | Downstream wind turbine | |
US4533297A (en) | Rotor system for horizontal axis wind turbines | |
US4183715A (en) | Adjustable vane windmills | |
JP4690776B2 (en) | Horizontal axis windmill | |
US9803616B2 (en) | Wind turbine having a plurality of airfoil rings and counter rotating generators | |
US20160208772A1 (en) | Wind Turbine Of Low Wind Speeds | |
NL2005954C2 (en) | Wind turbine. | |
US4909703A (en) | Motion damping apparatus for wind driven propellers | |
US20130216378A1 (en) | Passive Governor for Windpower Applications | |
CA1135628A (en) | Windmill | |
GB1599653A (en) | Form of windmill | |
US4653982A (en) | Windmill with controller for controlling rotor RPM | |
RU2788777C1 (en) | Wind turbine speed limiter | |
US4443154A (en) | Windmill tower shadow eliminator | |
US8702390B2 (en) | Automatic blade pitch angle control mechanism for small horizontal axis wind turbines | |
WO2008053134A1 (en) | Wind generator | |
US20170334549A1 (en) | Smooth Pitch Control for Propellers and Rotors | |
US20140227094A1 (en) | Sailing windmill, fully responsive vawt | |
WO2017009943A1 (en) | Downwind-type wind power generation system and method for controlling downwind-type wind power generation system | |
KR20120083586A (en) | Blade for vertical axis turbine system able to ragulate auto-pitch | |
JP6216918B2 (en) | Vertical axis windmill braking device | |
KR101061315B1 (en) | Wind generator that varies air resistance according to wind speed | |
JP2014145293A (en) | Wind turbine | |
RU2021113630A (en) | Wind turbine speed limiter | |
RU2159355C2 (en) | Rotor of windmill-electric generating plant with independently secured blades |