RU2796044C1 - Wind generator and method to control it - Google Patents
Wind generator and method to control it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796044C1 RU2796044C1 RU2022106043A RU2022106043A RU2796044C1 RU 2796044 C1 RU2796044 C1 RU 2796044C1 RU 2022106043 A RU2022106043 A RU 2022106043A RU 2022106043 A RU2022106043 A RU 2022106043A RU 2796044 C1 RU2796044 C1 RU 2796044C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- rotor
- rotors
- frame
- generator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Уровень техникиState of the art
Из существующего уровня техники известен карусельный ветродвигатель (Патент RU 2 426 005 С1), содержащий установленное на вертикальном валу рабочее колесо, выполненное в виде размещенных между верхним и нижним ободами поворотных лопастей, закрепленных на кронштейнах, связанных с валом, сочлененным с электрогенератором, отличающийся тем, что лопасти закреплены на поворотных валах консольно, а валы лопастей установлены между верхними и нижними кронштейнами и зафиксированы в подшипниках скольжения, при этом нижний опорный подшипник имеет шариковый подпятник, ширина поворотной лопасти больше расстояния между осями валов, которые служат ограничителями поворота лопастей, вертикальный вал рабочего колеса выполнен полым и зафиксирован на оси подшипниками качения, ось закреплена на неподвижном основании и служит опорой ветродвигателя.From the existing prior art, a carousel wind turbine is known (
Ветродвигатель имеет следующие недостатки: в известном карусельном ветродвигателе лопасти под действием ветра самостоятельно устанавливаются в нужном направлении, однако лопасти при свободном движении в результате порывов и завихрений ветра могут беспорядочно колебаться и ударяться о кронштейны. Отсутствует регулировка скорости вращения ротора, кроме того, ветродвигатель не защищен от бури.The wind turbine has the following disadvantages: in the well-known carousel wind turbine, the blades under the action of the wind are independently installed in the right direction, however, the blades during free movement as a result of gusts and eddies of the wind can oscillate randomly and hit the brackets. There is no adjustment of the rotor speed, in addition, the wind turbine is not protected from the storm.
Из существующего уровня техники известен ветроагрегат (Патент РФ 2008517 С1), содержащий установленный на опоре и кинематически связанный с генератором полый вертикальный вал с закрепленными на нёмFrom the existing prior art, a wind turbine is known (RF Patent 2008517 C1), containing a hollow vertical shaft mounted on a support and kinematically connected to the generator with
нижней и верхней крестовинами, расположенные между последними на вертикальных осях поворотные лопасти, устройство поворота лопастей, механизм ориентации лопастей с флюгерным устройством, связанным токосъемными щетками с преобразователем электрической энергии и с контактными секторами, закрепленными со сдвигом относительно друг друга на 90° и электрически связанными с первым и вторым реле, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД вертикальные оси лопастей установлены со смещением относительно продольных осей симметрии лопастей, флюгерное устройство выполнено в виде ветроколеса с горизонтальной осью вращения, кинематически связанного с преобразователем электрической энергии, устройство поворота лопастей в виде установленных на вертикальных осях лопастей подпружиненных кулачковых муфт и электромагнитов, штоки которых контактируют с муфтами, а обмотки параллельно подключены к контактам первого реле, электрически связанным через токосъемные щетки и контактные секторы с преобразователем электрической энергии, при этом катушка первого реле связана с контактами второго реле, подключенными к генератору при помощи переменного резистора.lower and upper crosses, rotary blades located between the latter on vertical axes, a device for turning the blades, a mechanism for orienting the blades with a vane device connected by current-collecting brushes to an electrical energy converter and with contact sectors fixed with a shift relative to each other by 90 ° and electrically connected with the first and second relays, characterized in that, in order to increase the efficiency, the vertical axes of the blades are installed with an offset relative to the longitudinal axes of symmetry of the blades, the vane device is made in the form of a wind wheel with a horizontal axis of rotation, kinematically connected to the electric energy converter, the device for turning the blades in the form of installed on the vertical axes of the blades of spring-loaded cam clutches and electromagnets, the rods of which are in contact with the clutches, and the windings are connected in parallel to the contacts of the first relay, electrically connected through current-collecting brushes and contact sectors with an electric energy converter, while the coil of the first relay is connected to the contacts of the second relay, connected to the generator with a variable resistor.
Ветроагрегат имеет следующие недостатки: механизм поворота лопастей и рамы усложнен, поскольку он содержит дополнительные ветроколесо и вспомогательное к нему оборудование. Часть оборудования размещена на верху опоры, что затрудняет его обслуживание. Разблокированная лопасть при повороте ее вдоль ветра будет беспорядочно колебаться. При сильном ветре напряжение на выходе генератора не стабильно из-за периодических разгонов и торможений ветроколеса. Лопасти не защищены от бури.The wind turbine has the following disadvantages: the mechanism for turning the blades and the frame is complicated, since it contains additional wind wheels and auxiliary equipment. Part of the equipment is placed on top of the support, which makes it difficult to maintain. An unlocked blade will oscillate randomly when turned along with the wind. In a strong wind, the voltage at the generator output is not stable due to periodic acceleration and deceleration of the wind wheel. The blades are not protected from the storm.
Наиболее близким по сущности к заявляемому изобретению является поливиндроторный энергокомплекс материкового назначения (Патент RU 2504686 С1), состоящий из несущей мачты, на вершине которой имеется поворотный узел с радиально и противоположно направленными траверсамиThe closest in essence to the claimed invention is a polywinder power complex for mainland purposes (Patent RU 2504686 C1), consisting of a carrier mast, on top of which there is a rotary assembly with radially and oppositely directed traverses
равной длины, отличающийся тем, что на упомянутых траверсах установлены, по меньшей мере, две идентичные опорные решетки, в равновеликих ячейках которых находятся виндроторы с одинаковыми массогабаритными данными, их ортогональные турбины объединены в блоки на вертикальных валах, передающих вращение через 1-2-ступенчатые мультипликаторы; решетки симметрично мачте сходятся в вертикальных плоскостях под острым углом, их центры тяжести в сборе с виндроторами отбалансированы относительно оси вращения поворотного узла. Энергокомплекс отличающийся тем, что в одном из горизонтальных ярусов опорных решеток от оси их вертикальной симметрии и в подветренную сторону установлены плоские ориентирующие элементы выступающими за контур базовой конструкции.of equal length, characterized in that at least two identical support grids are installed on the mentioned traverses, in equal cells of which there are windrotors with the same weight and size data, their orthogonal turbines are combined into blocks on vertical shafts that transmit rotation through 1-2-stage multipliers; gratings converge symmetrically to the mast in vertical planes at an acute angle, their centers of gravity assemblies with windrotors are balanced relative to the axis of rotation of the swivel assembly. The energy complex is characterized in that in one of the horizontal tiers of the support grids, from the axis of their vertical symmetry and to the leeward side, flat orienting elements are installed protruding beyond the contour of the base structure.
Поливиндроторный энергокомплекс имеет следующие недостатки: опорные решетки с турбинами располагают под острым углом к ветру, в результате этого площадь используемого потока ветра меньше суммарной площади траверс с турбинами. Поток ветра ослабевает после первой и последующими за ней турбинами. Движение лопастей двух рядом стоящих турбин противоположны, что также снижает скорость потока ветра в рабочей зоне турбины. Лопасть турбины виндротора, двигающаяся против ветра, испытывает тормозящее противодействие ветра. Все это снижает эффективность использования энергии ветра, омывающего турбины. Кроме того, мультипликатор, подключенный к генератору, содержится в каждом блоке, что также усложняет конструкцию энергокомплекса.The polyvindrotor power complex has the following disadvantages: the support grids with turbines are placed at an acute angle to the wind, as a result of which the area of the used wind flow is less than the total area of the traverses with turbines. The wind flow weakens after the first and subsequent turbines. The movement of the blades of two adjacent turbines are opposite, which also reduces the wind speed in the working area of the turbine. A windrotor turbine blade moving against the wind experiences a decelerating counteraction from the wind. All this reduces the efficiency of using wind energy washing the turbines. In addition, the multiplier connected to the generator is contained in each block, which also complicates the design of the power complex.
При исследовании отличительных признаков аналогов изобретения не выявлены решения, позволяющие достаточно просто поддерживать стабильность работы генератора, осуществлять эффективную работу ветрогенератора и осуществлять защиту ротора от бурь при достаточно простой конструкции ветрогенератора.In the study of the distinctive features of analogues of the invention, no solutions have been identified that make it possible to simply maintain the stability of the generator, to carry out efficient operation of the wind generator and to protect the rotor from storms with a fairly simple design of the wind generator.
СущностьEssence
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка ветрогенератора и способа его управления, позволяющих достаточно просто поддерживать стабильность напряжения на выходе генератора, наиболее полно использовать энергию ветра и осуществлять защиту ротора от бури.The task to be solved by the claimed invention is the development of a wind generator and a method for its control, which make it possible to simply maintain the stability of the voltage at the output of the generator, make the most of the wind energy and protect the rotor from the storm.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение достигается за счет того, что ветрогенератор, содержащий опору, роторы ветрогенератора с лопастями, раму, отличающийся тем, что дополнительно содержит редуктор, выход которого подключен к входу генератора, а вход через систему шестерен подключен к валам роторов, расположенными на плоской раме; реверсивный электродвигатель, установленный предпочтительно на раме, через червячно-шестеренчатую передачу соединенный с опорой, вход которого подключен к выходу блока управления, входы которого подключены к выходам генератора и датчикам направления и силы ветра; щитки, расположенные по бокам рамы, перед крайними турбинами; обтекатели, расположенные с наветренной и подветренной сторон роторов, причем роторы содержат поворотные лопасти, охваченные закрепленными на раме направляющими, в рабочей зоне ротора направляющие отстоят от поверхности ротора на максимальную величину раскрытия лопасти, а в зоне движения лопастей против ветра направляющие отстоят от ротора на расстоянии, необходимом для прохода прижатой к ротору лопасти.The technical result to which the claimed invention is directed is achieved due to the fact that a wind generator containing a support, wind generator rotors with blades, a frame, characterized in that it additionally contains a gearbox, the output of which is connected to the generator input, and the input through the gear system is connected to the shafts rotors located on a flat frame; a reversible electric motor, preferably mounted on the frame, through a worm-gear transmission connected to the support, the input of which is connected to the output of the control unit, the inputs of which are connected to the generator outputs and wind direction and force sensors; shields located on the sides of the frame, in front of the extreme turbines; fairings located on the windward and leeward sides of the rotors, moreover, the rotors contain rotary blades covered by guides fixed on the frame; necessary for the passage of the blade pressed against the rotor.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение достигается за счет того, что по другому варианту ветрогенератор, отличающийся тем, что в качестве поворотных лопастей на роторе используют гибкий материал, предпочтительно парусину, ось ротора выполнена в виде коленвала, закрепленного на раме, на шатунных шейках коленвала вращается первый ротор, на коренных шейках коленвала вращается второй ротор, диаметр которого больше диаметра первого ротора на высотуThe technical result to which the claimed invention is directed is achieved due to the fact that according to another version of the wind generator, characterized in that flexible material, preferably canvas, is used as rotary blades on the rotor, the rotor axis is made in the form of a crankshaft mounted on a frame, on connecting rods. the first rotor rotates on the crankshaft journals, the second rotor rotates on the main journals of the crankshaft, the diameter of which is greater than the diameter of the first rotor by a height
раскрытой лопасти и высоту прижатой к ротору лопасти; к свободно вращающейся втулке на боковом стержне одного из роторов крепится полоса парусины, второй конец которой крепится к втулке на стержне другого ротора, причем эта втулка может быть соединена со стержнем ротора спиральной пружиной или на втулке могут быть закреплены колеса, которые в зоне закрытия лопасти катятся по направляющим.the open blade and the height of the blade pressed against the rotor; a strip of canvas is attached to a freely rotating sleeve on the side rod of one of the rotors, the second end of which is attached to the sleeve on the rod of the other rotor, and this sleeve can be connected to the rotor rod by a spiral spring or wheels can be fixed on the sleeve, which roll in the closing zone of the blade along the guides.
Сущность изобретения поясняется на чертежах ветрогенератора с вертикальной осью вращения, которые приведены в качестве примеров для пояснения работы ветрогенератора.The essence of the invention is illustrated in the drawings of a wind turbine with a vertical axis of rotation, which are given as examples to explain the operation of the wind generator.
На фиг. 1 представлена кинематическая схема ветрогенератора, содержащего роторы с направляющими, вид с боку.In FIG. 1 shows a kinematic diagram of a wind generator containing rotors with guides, side view.
На фиг.2 представлена кинематическая схема ветрогенератора, содержащего роторы с направляющими, обтекателями и щитками, вид с верху.Figure 2 shows a kinematic diagram of a wind generator containing rotors with guides, fairings and shields, top view.
На фиг. 3 представлена схема ротора с лопастями из парусины, вид с боку.In FIG. 3 shows a diagram of a rotor with canvas blades, side view.
Ветрогенератор содержит неподвижную вертикальную опору 1, внутри которой вращается вал 2 плоской рамы 3, в подшипниках 4 которой вращаются установленные в ряд роторы 5 с лопастями 6, вращение которых синхронизируют с помощью промежуточного вала 7 и шестерен 8. Вал одного из роторов 5 подключен через редуктор 9 ко входу генератора 10, выход которого через токосъемники подключен к потребителям (на схеме не показан). Раму 3 поворачивают с помощью реверсивного электродвигателя 11, закрепленного на раме 3 и соединенного с опорой 1 через, предпочтительно червячно-шестеренчатую пару 12. Управляющие сигналы на реверсивный электродвигатель 11 поступают из блока управления 13, входы которого подключены к выходу генератора 10 и выходам датчиков скорости ветра и егоThe wind generator contains a fixed
направления (на схеме не показаны). На раме установлены обтекатели 14, направляющие потоки воздуха на лопасти 6 роторов 5, и щитки 15, прикрывающие роторы 5 от бокового ветра. Ротор 5 содержит поворотные лопасти 6, охваченные закрепленными на раме направляющими 16, в рабочей зоне ротора направляющие 16 отстоят от поверхности ротора 5 на максимальную величину раскрытия лопасти 6, а в зоне движения лопастей против ветра направляющие 16 отстоят от ротора на расстоянии, необходимом для прохода прижатой к ротору лопасти.directions (not shown in the diagram).
Ветрогенератор работает следующим образом:The wind generator works as follows:
Блок управления 13 выдает управляющие сигналы на реверсивный электродвигатель 11, зависящие от знака разности между заданным напряжением и напряжением на выходе генератора 10. По этим сигналам поворот рамы 3 осуществляют в ту сторону, в которой эта разница сигналов уменьшается. При повороте рамы 3 поперек направления ветра обороты роторов 5 возрастают. При повороте рамы 3 вдоль направления ветра поток воздуха на роторы 5 уменьшается и напряжение на выходе генератора 10 тоже уменьшается. При установке рамы 3 вдоль потока ветра огибатели 14 и боковые щитки 15 прикрывают роторы 5 от ветра, обороты роторов практически прекращаются и напряжение на выходе генератора 10 уменьшается до нуля.The
По другому варианту в качестве поворотных лопастей 17 на роторе используют гибкий материал, предпочтительно парусину, ось ротора выполнена в виде коленвала 18, закрепленного на раме 3. На шатунных шейках 19 коленвала 18 вращается первый ротор 20, на коренных шейках коленвала вращается второй ротор 21, диаметр которого больше диаметра первого ротора 20 на высоту раскрытой лопасти 17 и высоту прижатой к ротору лопасти. К свободно вращающейся втулке 22 на боковом стержне одного из роторов крепится полоса парусины, второй конец которой крепится к втулке 22 на стержне другого ротора, причем втулка на первом роторе или на втором роторе может быть соединена со стержнем ротора спиральной пружиной (на схеме не показана) или на втулке могут быть закреплены колеса (на схеме не показаны), которые в зоне закрытия лопасти катятся по неподвижным направляющим (на схеме не показаны), наматывая на втулку парусину.Alternatively, a flexible material, preferably canvas, is used as the
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного результата по предлагаемому ветрогенератору:Information confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the specified result for the proposed wind generator:
при относительно большом количестве роторов на раме боковая нагрузка на ось рамы и на опору может быть уменьшена установкой с двух или с трех сторон рамы стоек с колесами. При этом поворот рамы может быть осуществлен с помощью реверсивного электродвигателя, закрепленного на оси колеса одной из стоек. Противоположное вращение соседних роторов в ряду позволяет более эффективно использовать энергию ветра, поскольку лопасти соседних роторов движутся в одну и туже сторону. Использование реверсивного электродвигателя для поворота рамы вместо киля позволяет уменьшить нагрузку на вал рамы, позволяет более плавно поворачивать раму вслед за хаотическим изменением направления ветра, позволяет сделать более компактной конструкцию ветрогенератора. Механизмы, осуществляющие ориентацию рамы по ветру по конструкции достаточно просты и компактны, поэтому они могут быть размещены в доступной нижней части рамы и герметично упакованы.with a relatively large number of rotors on the frame, the lateral load on the frame axle and on the support can be reduced by installing racks with wheels on two or three sides of the frame. In this case, the frame can be rotated using a reversible electric motor mounted on the wheel axle of one of the racks. Opposite rotation of adjacent rotors in a row allows more efficient use of wind energy, since the blades of adjacent rotors move in the same direction. The use of a reversible electric motor to rotate the frame instead of the keel makes it possible to reduce the load on the frame shaft, allows the frame to turn more smoothly following a chaotic change in wind direction, and makes the design of the wind generator more compact. The mechanisms that orient the frame to the wind are quite simple and compact in design, so they can be placed in the accessible lower part of the frame and hermetically packed.
Применение направляющих для поворота на определенный угол лопастей на роторе при движении их по кругу позволяет уменьшить противодействие воздуха вращению ротора, уменьшить вибрации лопастей ротора, вызванных изменением силы и направления ветра. На концах лопастей, скользящих по внутренней поверхности направляющих, предпочтительно должны быть закреплены подпружиненные ролики. Использование направляющих, огибателей и противоположное вращение соседних роторов повышают эффективность использования энергии ветра как виндроторов, так и роторов с поворотными лопастями. Гибкие, например, парусиновые, лопасти могут быть использованы, когда предпочтительны лопасти сравнительно большой длины. Долговечность работы парусины может быть увеличена за счет крепления ее боковых краев к ремням.The use of guides for turning the blades on the rotor at a certain angle when moving them in a circle makes it possible to reduce the resistance of air to the rotation of the rotor, to reduce the vibration of the rotor blades caused by changes in the strength and direction of the wind. At the ends of the blades sliding along the inner surface of the guides, spring-loaded rollers should preferably be fixed. The use of guides, benders and counter-rotation of adjacent rotors increase the wind energy efficiency of both windrotors and rotary-blade rotors. Flexible, eg canvas, blades may be used when relatively long blade lengths are preferred. The durability of the canvas can be increased by attaching its side edges to the straps.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU2426 005 С1, Карусельный ветродвигатель, МПК F03D 3/06, F03D 11/04.1. Patent RU2426 005 C1, Carousel wind turbine, IPC F03D 3/06, F03D 11/04.
2. Патент РФ 2008517 С1, Ветроагрегат, МПК F03D 5/02.2. RF patent 2008517 C1, Wind turbine, IPC F03D 5/02.
3. Патент RU 2504686 С1, Поливиндроторный энергокомплекс материкового назначения, МПК F 03D 3/02.3. Patent RU 2504686 C1, Polyvindrotor power complex for mainland purposes, IPC
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2796044C1 true RU2796044C1 (en) | 2023-05-16 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU8992A1 (en) * | 1927-09-23 | 1929-04-30 | Б.Б. Кажинский | Vetrosilov installation |
US4365935A (en) * | 1979-12-12 | 1982-12-28 | Chousei Zukeran | Wind-driven prime mover |
RU2066395C1 (en) * | 1993-11-09 | 1996-09-10 | Николай Андреевич Сидоров | Wind-electric power plant |
KR20030093084A (en) * | 2002-05-31 | 2003-12-06 | 주장식 | A wind power generation apparatus |
RU2536065C2 (en) * | 2010-01-14 | 2014-12-20 | Шанхаи Фанхонг Энвайронментал Протекшн Текнолоджи Девелопмент Ко., Лтд. | Wind-driven power system with vertical shaft, and device for automatic adjustment of blade angle |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU8992A1 (en) * | 1927-09-23 | 1929-04-30 | Б.Б. Кажинский | Vetrosilov installation |
US4365935A (en) * | 1979-12-12 | 1982-12-28 | Chousei Zukeran | Wind-driven prime mover |
RU2066395C1 (en) * | 1993-11-09 | 1996-09-10 | Николай Андреевич Сидоров | Wind-electric power plant |
KR20030093084A (en) * | 2002-05-31 | 2003-12-06 | 주장식 | A wind power generation apparatus |
RU2536065C2 (en) * | 2010-01-14 | 2014-12-20 | Шанхаи Фанхонг Энвайронментал Протекшн Текнолоджи Девелопмент Ко., Лтд. | Wind-driven power system with vertical shaft, and device for automatic adjustment of blade angle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7399162B2 (en) | Wind turbine | |
EP1482172B1 (en) | Rotor supporting structure of a windmill | |
US4350895A (en) | Wind turbine and method for power generation | |
US4545729A (en) | Wind turbine apparatus | |
US4260325A (en) | Panemone wind turbine | |
US7709971B2 (en) | Linear wind-powered electric generator | |
WO2007126129A1 (en) | Wind power generating rotor blades utilizing inertial force, wind power generating apparatus using the rotor blades, and wind power generating system | |
GB2474080A (en) | Rotor with variable helix blades | |
WO2010030895A2 (en) | Wind turbine | |
AU2008222708B2 (en) | Hubless windmill | |
RU2796044C1 (en) | Wind generator and method to control it | |
WO2012007934A1 (en) | Dual vertical wind turbine | |
KR101525553B1 (en) | Wind power generator with vertical rotor | |
RU120152U1 (en) | WIND ELECTRIC GENERATOR | |
WO2001086140A1 (en) | Vertical axis wind turbine | |
RU71707U1 (en) | ROTARY WIND ENGINE | |
KR102691833B1 (en) | A system for wind power generation controlling blade, method for controlling it | |
KR101230231B1 (en) | Apparatus for wind power generation with vertical axis | |
RU81266U1 (en) | WINDWATER WHEEL | |
JP7377975B2 (en) | wind power generation system | |
RU2461733C1 (en) | Wind-driven unit | |
RU82785U1 (en) | WINDWATER WHEEL | |
RU86255U1 (en) | WINDWATER WHEEL | |
RU122450U1 (en) | WIND ELECTRIC GENERATOR | |
RU2101554C1 (en) | Wind-electric power unit |