RU79313U1

RU79313U1 - WIND POWER PLANT

Info

Publication number: RU79313U1
Application number: RU2008132501/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Фёдорович Яковлев; Анатолий Викторович Москаленко; Юрий Герасимович Бурков; Владимир Александрович Горюнов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Союз"
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2008-12-27

Abstract

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям с осью вращения ротора перпендикулярной направлению ветра. Техническим результатом является увеличение коэффициента полезного действия, расширение возможностей регулирования потоков и упрощение конструкции. Ветроэлектростанция содержит основание с вертикальной осью на которой установлена рама с ротором, шторки для изменения направления потока ветра и систему передачи вращения ротора к электрогенератору. Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что рама установлена консольно относительно оси основания, при этом ось ротора и ось основания параллельны друг другу; на свободном конце рамы закреплен хвостовик для ориентации рамы по отношению к направлению ветра; шторки выполнены регулируемыми по углу поворота вокруг своей оси и установлены на рейке, соединенной с рамой таким образом, что при положении шторок перпендикулярном направлению ветра они полностью закрывают лопасти, движущиеся навстречу потоку ветра, а при положении шторок параллельном направлению ветра они не препятствуют движению потока; ротор выполнен многоярусным, каждый ярус ротора состоит из двух лопастей, имеющих П-образный профиль, и установленных симметрично относительно оси вращения ротора так, что в месте их соединения образуется труба прямоугольного сечения, а каждая лопасть согнута в середине на угол примерно 45°, таким образом, что ее выпуклая часть направлена в сторону вращения ротора; соседние ярусы соединены между собой посредством уголков, при этом лопасти каждого яруса повернуты относительно лопастей соседнего яруса на угол 180°:n, где n - чиThe utility model relates to wind energy, namely to wind motors with an axis of rotation of the rotor perpendicular to the direction of the wind. The technical result is to increase the efficiency, expand the capabilities of regulating flows and simplify the design. The wind farm contains a base with a vertical axis on which a frame with a rotor is installed, shutters for changing the direction of the wind flow and a system for transmitting rotor rotation to the generator. The proposed device differs from the known ones in that the frame is mounted cantilever relative to the axis of the base, while the axis of the rotor and the axis of the base are parallel to each other; a shank is fixed on the free end of the frame to orient the frame with respect to the direction of the wind; the curtains are made adjustable in angle of rotation around their axis and are mounted on a rail connected to the frame so that when the curtains are perpendicular to the direction of the wind, they completely cover the blades moving towards the wind flow, and when the curtains are parallel to the wind direction, they do not interfere with the flow; the rotor is multi-tiered, each tier of the rotor consists of two blades having a U-shaped profile and installed symmetrically with respect to the axis of rotation of the rotor so that a rectangular tube is formed at their junction, and each blade is bent in the middle by an angle of about 45 °, so so that its convex part is directed towards the rotation of the rotor; adjacent tiers are interconnected by means of corners, while the blades of each tier are rotated relative to the blades of the next tier by an angle of 180 °: n, where n is

Description

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям с осью вращения ротора перпендикулярной направлению ветра.The utility model relates to wind energy, namely to wind motors with an axis of rotation of the rotor perpendicular to the direction of the wind.

Известен ветродвигатель (патент RU №2170366, F03D 7/06, опубликован 10.07.2001) содержащий не менее двух лопастей в виде роторов Савониуса, установленных на осях с возможностью их поворота. Двигатель содержит остов, а роторы Савониуса установлены на поворотной платформе с вертикальным валом и их оси кинематически соединены с остовом ветродвигателя.Known wind turbine (patent RU No. 2170366, F03D 7/06, published July 10, 2001) containing at least two blades in the form of Savonius rotors mounted on axles with the possibility of rotation. The engine contains a skeleton, and the Savonius rotors are mounted on a rotary platform with a vertical shaft and their axes are kinematically connected to the skeleton of the wind turbine.

Данный двигатель работает за счет разности давлений на лопасти ротора со стороны их вогнутой и выпуклой стороны и для создания значительного крутящего момента приходится использовать нескольких роторов на одной поворотной платформе. Это усложняет конструкцию и требует применения большого количества кинематических элементов (зубчатые зацепления, шарнирный параллелограмм), что снижает КПД двигателя из-за потерь в кинематических парах.This engine operates due to the difference in pressure on the rotor blades from the side of their concave and convex sides, and to create significant torque it is necessary to use several rotors on one rotary platform. This complicates the design and requires the use of a large number of kinematic elements (gearing, articulated parallelogram), which reduces the efficiency of the engine due to losses in kinematic pairs.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является ветряной двигатель с вращением вокруг вертикальной оси (патент RU №2294452, F03D/00, опубликован 27.02.2007), имеющий ротор с лопастями цилиндрической формы и снабженный статором, расположенным вокруг ротора. Статор имеет направляющие лопатки также цилиндрической формы, но большего радиуса, чем лопасти ротора. Статор увеличивает площадь используемого потока воздуха, производит предварительную его закрутку и устраняет его давление на лопасти ротора, вращающиеся против направления ветра, что увеличивает крутящий момент ротора и, следовательно, мощность двигателя.Closest to the proposed utility model is a wind turbine with rotation around a vertical axis (patent RU No. 2294452, F03D / 00, published 02.27.2007), having a rotor with cylindrical blades and equipped with a stator located around the rotor. The stator has guide vanes also of a cylindrical shape, but of a larger radius than the rotor blades. The stator increases the area of the used air flow, pre-twists it and eliminates its pressure on the rotor blades rotating against the direction of the wind, which increases the rotor torque and, therefore, the engine power.

Недостатком данного двигателя является то, что направляющие лопатки статора неподвижны, что не позволяет регулировать поток, поступающий на лопасти ротора. Кроме того, двигатель достаточно сложен в изготовлении, так как содержит большое количество элементов криволинейной формы.The disadvantage of this engine is that the stator guide vanes are stationary, which does not allow you to adjust the flow entering the rotor blades. In addition, the engine is quite complicated to manufacture, as it contains a large number of curved elements.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение коэффициента полезного действия, расширение возможностей регулирования потоков и упрощение конструкции.The technical result of the proposed technical solution is to increase the efficiency, expand the possibilities of regulating flows and simplify the design.

Указанный технический результат достигается тем, что у ветроэлектростанции включающей в себя основание с вертикальной осью, на которой установлена рама с ротором, шторки для изменения направления потока ветра и систему передачи вращения ротора к электрогенератору, рама установлена консольно относительно оси основания, The specified technical result is achieved by the fact that the wind farm includes a base with a vertical axis, on which a frame with a rotor is installed, shutters for changing the direction of wind flow and a system for transmitting rotor rotation to an electric generator, the frame is mounted cantilever relative to the axis of the base,

при этом ось ротора и ось основания параллельны друг другу; на свободном конце рамы закреплен хвостовик для ориентации рамы по отношению к направлению ветра; шторки выполнены регулируемыми по углу поворота вокруг своей оси и установлены на рейке, соединенной с рамой таким образом, что при положении шторок перпендикулярном направлению ветра они полностью закрывают лопасти, движущиеся навстречу потоку ветра, а при положении шторок параллельном направлению ветра они не препятствуют движению потока; ротор выполнен многоярусным, каждый ярус ротора состоит из двух лопастей, имеющих П-образный профиль, и установленных симметрично относительно оси вращения ротора так, что в месте их соединения образуется труба прямоугольного сечения, а каждая лопасть согнута в середине на угол примерно 45°, таким образом, что ее выпуклая часть направлена в сторону вращения ротора; соседние ярусы соединены между собой посредством уголков, при этом лопасти каждого яруса повернуты относительно лопастей соседнего яруса на угол 180°:n, где n - число ярусов.while the axis of the rotor and the axis of the base are parallel to each other; a shank is fixed on the free end of the frame to orient the frame with respect to the direction of the wind; the curtains are made adjustable in angle of rotation around their axis and are mounted on a rail connected to the frame so that when the curtains are perpendicular to the direction of the wind, they completely cover the blades moving towards the wind flow, and when the curtains are parallel to the wind direction, they do not interfere with the flow; the rotor is multi-tiered, each tier of the rotor consists of two blades having a U-shaped profile and installed symmetrically with respect to the axis of rotation of the rotor so that a rectangular tube is formed at their junction, and each blade is bent in the middle by an angle of about 45 °, so so that its convex part is directed towards the rotation of the rotor; adjacent tiers are interconnected by means of corners, while the blades of each tier are rotated relative to the blades of the next tier by an angle of 180 °: n, where n is the number of tiers.

Предлагаемая конструкция, несложная в изготовлении и монтаже, позволяет увеличить степень использования энергии ветра. Поток ветра, оказав воздействие на одну лопасть и пройдя через трубную соединительную часть, воздействует на противоположную лопасть, тем самым увеличивает крутящий момент ротора. Регулируемые шторки позволяют выбирать оптимальные режимы работы ветроэлектростанции и осуществлять торможение при больших (буревых) скоростях ветра. Выполнение ротора многоярусным с двумя лопастями в каждом ярусе, сдвинутыми относительно лопастей соседних ярусов на определенный угол, позволяет обеспечить равномерность вращения ротора.The proposed design, simple in manufacturing and installation, allows to increase the degree of use of wind energy. The wind flow, having influenced one blade and passing through the pipe connecting part, acts on the opposite blade, thereby increasing the torque of the rotor. Adjustable curtains allow you to choose the optimal operating modes of the wind farm and to brake at high (storm) wind speeds. The execution of the rotor is multi-tiered with two blades in each tier, shifted relative to the blades of adjacent tiers by a certain angle, to ensure uniform rotation of the rotor.

Сущность полезной модели поясняется рисунками. На фиг.1 изображен общий вид ветроэлектростанции. На фиг.2 представлен разрез по А-А с указанием направления потоков ветра при проходе его через шторки и внутри ротора. Пунктиром изображены возможные положения шторок и лопастей ротора при его вращении.The essence of the utility model is illustrated by drawings. Figure 1 shows a General view of a wind farm. Figure 2 presents a section along aa showing the direction of wind flows when it passes through the curtains and inside the rotor. The dotted line shows the possible positions of the shutters and rotor blades during its rotation.

Ветроэлектростанция включает в себя основание 1 на котором укреплена ось 2. На этой оси консольно установлена рама 3, имеющая возможность кругового вращения в подшипниковых узлах 4 и 5. На раме 3 в подшипниковых узлах 6 и 7 установлен многоярусный ротор с лопастями 8, имеющий две цапфы: верхнюю 9 и нижнюю 10, которые установлены в подшипниковые узлы 7 и 6 соответственно. На нижней цапфе 10 закреплен приводной шкив клиноременной передачи 11. Ротор имеет n ярусов. Ярус состоит из двух лопастей 8, каждая из которых согнута в середине под углом β≈45°. Лопасти каждого яруса в сечении имеет П-образный профиль и установлены симметрично относительно оси ротора таким образом, что в месте их соединения образуется The wind farm includes a base 1 on which the axis 2 is mounted. On this axis, a frame 3 is mounted cantileverly rotatable in the bearing units 4 and 5. On the frame 3 in the bearing units 6 and 7 there is a multi-tier rotor with blades 8 having two axles : upper 9 and lower 10, which are installed in the bearing units 7 and 6, respectively. A drive pulley of a V-belt drive is fixed on the lower pin 10. The rotor has n tiers. The tier consists of two blades 8, each of which is bent in the middle at an angle β≈45 °. The blades of each tier in the section have a U-shaped profile and are installed symmetrically with respect to the axis of the rotor so that at their junction

прямоугольная труба (см. поз.12, фиг.1). Каждый ярус ротора соединен с соседними ярусами посредством соединительных уголков 13 и 14. Таким же образом верхний ярус соединяется с верхней цапфой, а нижний ярус - с нижней цапфой. К раме 3, выполненной из труб прямоугольного сечения, прикреплена рейка 15 (фиг.2), на которой установлены на осях 16 шторки 17, для изменения направления потока ветра. Шторки имеют возможность поворота на угол α от 0° до 90° (механизм поворота и фиксации шторок на рисунке не показан). На раме 3 установлен хвостовик 18. В нижней части рамы 3 закреплен электрогенератор 19, который посредством клиноременной передачи 11 соединен с ротором.rectangular pipe (see pos. 12, figure 1). Each rotor tier is connected to adjacent tiers by connecting angles 13 and 14. In the same way, the upper tier is connected to the upper trunnion and the lower tier to the lower trunnion. To the frame 3, made of rectangular pipes, a rail 15 is attached (Fig. 2), on which the blinds 17 are mounted on the axes 16, to change the direction of the wind flow. The curtains have the ability to rotate through an angle α from 0 ° to 90 ° (the mechanism for turning and fixing the curtains is not shown in the figure). A shank 18 is installed on the frame 3. An electric generator 19 is fixed in the lower part of the frame 3, which is connected to the rotor by means of a V-belt transmission 11.

Работа ветроэлектростанции осуществляется следующим образом.The operation of the wind farm is as follows.

При наличии ветра рама 3 (см. фиг.1) разворачивается вокруг оси 2. Разворот рамы 3 осуществляется за счет парусности хвостовика 18.In the presence of wind, the frame 3 (see Fig. 1) is rotated around the axis 2. The rotation of the frame 3 is due to the windage of the shank 18.

Вращение ротора осуществляется за счет разности давлений потоков ветра на вогнутую и выпуклую части лопастей 8. При этом, чем больше эта разность, тем больше крутящий момент создаваемый ротором и тем выше мощность, передаваемая электрогенератору 19.The rotation of the rotor is due to the pressure difference between the wind flows on the concave and convex parts of the blades 8. Moreover, the larger this difference, the greater the torque created by the rotor and the higher the power transmitted to the generator 19.

При изменении угла α поворота шторок 17 (см. фиг.2) от 0° до 90° возможны следующие варианты воздействия потока ветра на лопасти 8:When changing the angle α of rotation of the blind 17 (see figure 2) from 0 ° to 90 °, the following options are possible for the influence of the wind flow on the blades 8:

1. Если угол α равен 0°, то поток ветра, действуя на выпуклую сторону лопастей 8, затормаживает вращение ротора (режим торможения);1. If the angle α is equal to 0 °, then the wind flow, acting on the convex side of the blades 8, inhibits the rotation of the rotor (braking mode);

2. Если угол α равен 90°, то поток ветра не действует на выпуклую сторону лопастей 8.2. If the angle α is 90 °, then the wind flow does not act on the convex side of the blades 8.

3. Если шторки 17 повернуты на угол 45°±35°, то поток ветра воздействует на вогнутые части лопастей 8, и пройдя по их П-образному желобу поступает в трубу 12, образованную лопастями 8. Пройдя эту трубу, поток попадает на вогнутую часть второй (противоположной) лопасти яруса. В этом случае поток ветра дополнительно положительно воздействует на противоположные лопасти 8, увеличивая величину крутящего момента ротора (режим максимального крутящего момента).3. If the curtain 17 is rotated at an angle of 45 ° ± 35 °, then the wind flow acts on the concave parts of the blades 8, and passing through their U-shaped groove enters the pipe 12 formed by the blades 8. After passing through this pipe, the flow enters the concave part the second (opposite) blade of the tier. In this case, the wind flow additionally positively affects the opposing blades 8, increasing the value of the rotor torque (maximum torque mode).

4. При остальных значениях угла а воздействие потока близко к воздействию, описанному в п.1 и п.2.4. For other values of the angle a, the effect of the flow is close to the effect described in paragraphs 1 and 2.

Таким образом, предлагаемая конструкция ветроэлектростанции проста в изготовлении и монтаже, обладает большими возможностями с точки зрения оптимизации режима работы и имеет высокий КПД за счет более полного использования энергии потока ветра, который, воздействовав на одну лопасть, пойдя через соединительную трубу, дополнительно воздействует на противоположную лопасть яруса.Thus, the proposed design of the wind farm is easy to manufacture and install, has great potential from the point of view of optimizing the operating mode and has high efficiency due to more complete use of wind flow energy, which, acting on one blade, going through the connecting pipe, additionally acts on the opposite tier blade.

Claims

1. Wind farm, including a base with a vertical axis, on which a frame with a rotor is mounted, shutters for changing the direction of wind flow and a system for transmitting rotor rotation to an electric generator, characterized in that the frame is mounted cantilever relative to the axis of the base, while the rotor axis and axis the bases are parallel to each other.

2. Wind power station according to claim 1, characterized in that a shank is fixed on the free end of the frame to orient the frame with respect to the direction of the wind.

3. The wind farm according to claim 1, characterized in that the curtains are made adjustable in angle of rotation around their axis and are mounted on a rail connected to the frame so that when the position of the curtains is perpendicular to the direction of the wind, they completely cover the blades moving towards the wind flow , and when the blinds are parallel to the direction of the wind, they do not impede the flow.

4. The wind farm according to claim 1, characterized in that the rotor is multi-tiered, each tier of the rotor consists of two blades having a U-shaped profile and installed symmetrically with respect to the axis of rotation of the rotor so that a rectangular tube is formed at their junction, and each the blade is bent in the middle by an angle of approximately 45 ° so that its convex part is directed towards the rotation of the rotor.

5. The wind farm according to claim 1, characterized in that the adjacent tiers are interconnected by means of corners, while the blades of each tier are rotated relative to the blades of the next tier by an angle of 180 °: n, where n is the number of tiers.