RU89634U1

RU89634U1 - WIND POWER INSTALLATION (OPTIONS)

Info

Publication number: RU89634U1
Application number: RU2009132424/22U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Минасбекян
Original assignee: Михаил Сергеевич Минасбекян
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2009-12-10

Abstract

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая, по меньшей мере, три горизонтальных вала, радиально закрепленных на вертикальном валу, установленном в опорах вращения с возможностью передачи вращающего момента валу электрогенератора, ветронапорные лопасти, каждая из которых закреплена с возможностью поворота на одном из указанных горизонтальных валов, ограничители поворота ветронапорных лопастей и фиксаторы ветронапорных лопастей во флюгерном положении, выполненные в виде электромагнитных замков, подключенных к датчику скорости ветра. ! 2. Установка по п.1, в которой ограничители поворота выполнены с возможностью отклонения ветронапорных лопастей от вертикального положения на угол 80÷90º. ! 3. Установка по п.1, в которой ветронапорные лопасти выполнены в виде парусов, натянутых на жесткую раму. ! 4. Установка по п.1, в которой на ветронапорные лопасти, по меньшей мере, с одной стороны нанесены фотоэлектрические покрытия, выводы которых подключены к электрической нагрузке, например, к аккумулятору электроэнергии. ! 5. Установка по п.4, в которой электрогенератор и выводы фотоэлектрических покрытий ветронапорных лопастей подключены к общей электрической нагрузке, например, к аккумулятору электроэнергии. ! 6. Ветроэнергетическая установка, содержащая, по меньшей мере, три горизонтальных вала, радиально направленных к вертикальной оси и закрепленных на колесных тележках, которые гибко связаны в непрерывную цепь и установлены на замкнутом рельсовом полотне с возможностью передачи вращающего момента валу электрогенератора, ветронапорные лопасти, каждая из которых закреплена с возможностью поворота на одном из указ�1. A wind power installation containing at least three horizontal shafts radially mounted on a vertical shaft mounted in rotation bearings with the possibility of transmitting torque to the generator shaft, wind-driven blades, each of which is mounted rotatably on one of these horizontal shafts, limiters of rotation of wind-driven blades and clamps of wind-driven blades in the vane position, made in the form of electromagnetic locks connected to the wind speed sensor . ! 2. Installation according to claim 1, in which the rotation limiters are configured to deflect the wind-blades from a vertical position at an angle of 80 ÷ 90º. ! 3. The installation according to claim 1, in which the wind pressure blades are made in the form of sails, stretched over a rigid frame. ! 4. The installation according to claim 1, in which the wind pressure blades, at least on one side, are coated with photovoltaic coatings, the terminals of which are connected to an electric load, for example, to an electric power accumulator. ! 5. The installation according to claim 4, in which the electric generator and the conclusions of the photovoltaic coatings of the pressure blades are connected to a common electrical load, for example, to an electric power accumulator. ! 6. Wind power installation containing at least three horizontal shafts radially directed to the vertical axis and mounted on wheeled carts, which are flexibly connected in a continuous chain and mounted on a closed rail with the possibility of transmitting torque to the shaft of the generator, wind pressure blades, each of which is fixed with the possibility of rotation on one of the signs

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к ветродвигателям карусельного типа и может быть использована, например, в ветроэнергетике.The utility model relates to carousel-type wind turbines and can be used, for example, in wind energy.

Уровень техникиState of the art

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая горизонтальные валы, радиально закрепленные на вертикальном валу, установленном в опорах вращения с возможностью передачи вращающего момента валу электрогенератора, ветронапорные лопасти, каждая из которых закреплена с возможностью поворота на одном из горизонтальных валов, и ограничители поворота ветронапорной лопасти в одну сторону. [RU 2276285 МПК F03D 3/06, 2003 г.] В указанной установке имеются, кроме того, ограничители предельного отклонения лопастей, установленные так, что угол поворота лопасти между двумя такими ограничителями близок к 180 градусам. Фиксации лопастей известная установка не предусматривает.Known wind power installation containing horizontal shafts radially mounted on a vertical shaft mounted in the bearings of rotation with the possibility of transmitting torque to the shaft of the generator, wind-driven blades, each of which is mounted with the possibility of rotation on one of the horizontal shafts, and limiters of rotation of the wind-driven blades in one direction . [RU 2276285 IPC F03D 3/06, 2003] In this installation, in addition, there are limiters for the maximum deviation of the blades, set so that the angle of rotation of the blade between two such limiters is close to 180 degrees. The fixation of the blades of the known installation does not provide.

Недостаток известной ветроэнергетической установки состоит в том, что ее конструкция должна иметь запас прочности, рассчитанный на рабочую нагрузку при максимальной для данной местности скорости ветра (включая штормы и редкие порывы ветра). Это утяжеляет конструкцию и повышает ее металлоемкость.A disadvantage of the known wind power installation is that its design must have a margin of safety calculated for the working load at the maximum wind speed for a given area (including storms and rare gusts of wind). This makes the design heavier and increases its metal consumption.

Известна также ветроэнергетическая установка, содержащая горизонтальные валы, закрепленные на колесных тележках, которые гибко связаны в непрерывную цепь и установлены на замкнутом рельсовом полотне с возможностью передачи вращающего момента валу электрогенератора, и ветронапорные лопасти, каждая из которых закреплена на горизонтальном валу [RU 2125182 МПК F03D 5/04, 1999 г.]. Эта известная установка также обладает вышеуказанным недостатком.A wind power installation is also known, containing horizontal shafts mounted on wheeled trolleys that are flexibly connected in a continuous chain and mounted on a closed rail with the possibility of transmitting torque to the generator shaft, and wind pressure blades, each of which is mounted on a horizontal shaft [RU 2125182 IPC F03D 5/04, 1999]. This known installation also has the above disadvantage.

Сущность полезной моделиUtility Model Essence

Технический результат полезной модели - защищенность ветроэнергоустановки от сильных ветровых нагрузок и, как следствие, облегченность и пониженная материалоемкость конструкции.The technical result of the utility model is the protection of the wind power installation from strong wind loads and, as a result, the lightness and reduced material consumption of the structure.

Предметом полезной модели являются два варианта полезной модели, каждый из которых обеспечивает получение указанного технического результата.The subject of a utility model are two variants of a utility model, each of which provides a specified technical result.

По первому варианту полезной модели ветроэнергетическая установка содержит, по меньшей мере, три горизонтальных вала, радиально закрепленных на вертикальном валу, установленном в опорах вращения с возможностью передачи вращающего момента валу электрогенератора, ветронапорные лопасти, каждая из которых закреплена с возможностью поворота на одном из указанных горизонтальных валов, ограничители поворота ветронапорных лопастей и фиксаторы ветронапорных лопастей во флюгерном положении, выполненные в виде электромагнитных замков, подключенных к датчику скорости ветра.According to the first embodiment of the utility model, the wind power installation comprises at least three horizontal shafts radially mounted on a vertical shaft mounted in rotation bearings with the possibility of transmitting torque to the generator shaft, wind-driven blades, each of which is mounted rotatably on one of these horizontal shafts, rotation limiters of wind-driven blades and clamps of wind-driven blades in the vane position, made in the form of electromagnetic locks, connecting Directed to the wind speed sensor.

По второму варианту полезной модели ветроэнергетическая установка содержит, по меньшей мере, три горизонтальных вала, радиально направленных к вертикальной оси и закрепленных на колесных тележках, которые гибко связаны в непрерывную цепь и установлены на замкнутом рельсовом полотне с возможностью передачи вращающего момента валу электрогенератора, ветронапорные лопасти, каждая из которых закреплена с возможностью поворота на одном из указанных горизонтальных валов, ограничители поворота ветронапорных лопастей и фиксаторы ветронапорных лопастей во флюгерном положении, выполненные в виде электромагнитных замков, подключенных к датчику скорости ветра.According to the second embodiment of the utility model, the wind power installation contains at least three horizontal shafts radially directed to the vertical axis and mounted on wheeled carts, which are flexibly connected in a continuous chain and mounted on a closed rail track with the possibility of transmitting torque to the generator shaft, wind pressure blades , each of which is fixed with the possibility of rotation on one of the indicated horizontal shafts, rotation limiters of the wind-blades and wind-clamp molecular weight in the feathered position of the blades made in the form of electromagnetic locks connected to the wind speed sensor.

Каждый из приведенных вариантов полезной модели имеет развития, которые состоят в том, что:Each of the given variants of the utility model has development, which consists in the fact that:

- ограничители поворота выполнены с возможностью отклонения ветронапорных лопастей от вертикального положения на угол 80÷90 градусов;- rotation limiters are configured to deflect the wind-blades from a vertical position at an angle of 80 ÷ 90 degrees;

- ветронапорные лопасти выполнены в виде парусов, натянутых на жесткую раму;- wind pressure blades are made in the form of sails, stretched over a rigid frame;

- на ветронапорные лопасти, по меньшей мере, с одной стороны нанесены фотоэлектрические покрытия, выводы которых подключены к электрической нагрузке, например, к аккумулятору электроэнергии;- on the wind pressure blades, at least on one side, photovoltaic coatings are applied, the terminals of which are connected to an electric load, for example, to an electric power accumulator;

- электрогенератор и выводы фотоэлектрических покрытий ветронапорных лопастей подключены к общей электрической нагрузке, например, к аккумулятору электроэнергии.- the electric generator and the conclusions of the photovoltaic coatings of the wind blades are connected to a common electrical load, for example, to an electric power accumulator.

Ограничение угла поворота ветронапорных лопастей от вертикального положения величиной, лежащей в пределах 80÷90 градусов, обеспечивает самозапуск установки (подъем лопастей ветром из флюгерного положения) при достижении определенной скорости ветра любого направления.The limitation of the angle of rotation of the wind-driven blades from the vertical position to a value lying within 80 ÷ 90 degrees, provides self-starting of the installation (lifting the blades by the wind from the vane position) when a certain wind speed in any direction is reached.

Выполнение лопастей в виде парусов, натянутых на жесткую раму, дополнительно облегчает конструкцию установки и снижает ее металлоемкость.The implementation of the blades in the form of sails, stretched on a rigid frame, further facilitates the design of the installation and reduces its metal consumption.

Наличие фотоэлектрического покрытия снижает зависимость выходной мощности установки от переменной скорости ветра, а его размещение на вращающихся, поднимающихся и опускающихся лопастях обеспечивает самоочистку покрытия от пылевых наносов за счет встряхивания и воздушного обдува.The presence of a photovoltaic coating reduces the dependence of the output power of the installation on a variable wind speed, and its placement on rotating, rising and lowering blades ensures self-cleaning of the coating from dust deposits due to shaking and air blowing.

Осуществление полезной модели с учетом ее развитийImplementation of a utility model, taking into account its developments

Фиг.1 и 2 иллюстрируют пример осуществления полезной модели по первому варианту, фиг.3 - по второму варианту.Figure 1 and 2 illustrate an example implementation of a utility model according to the first embodiment, figure 3 - according to the second embodiment.

На фигурах показаны горизонтальные валы 1, радиально закрепленные на вертикальном валу 2, установленном в опорах 3 и 4 вращения с возможностью передачи вращающего момента валу 5 электрогенератора 6, и ветронапорные лопасти 7, каждая из которых закреплена с возможностью поворота на одном из горизонтальных валов 1. Для каждой из лопастей 7 установка содержит (см. фиг.2) ограничитель 8 поворота лопасти и фиксатор лопасти во флюгерном положении. Фиксатор выполнен в виде электромагнитного замка с пассивной частью 9 и активной частью 10. Активная часть 10, подключена к датчику 11 скорости ветра (см. фиг.1), через пороговый элемент, размещенный, например, в составе датчика 11 или в составе активной части 10 замка. Провода подключения могут быть проложены внутри элементов конструкции и на фигурах не показаны. На фиг.3 также показаны элементы 1, 7, 9, 10 и 11, и, кроме того, колесные тележки 12, гибко (шарнирно) связанные в непрерывную цепь тягами 13 и установленные на замкнутом рельсовом полотне 14. Дополнительно на фиг.3 показан троллей 15 и скользящий по нему контакт 16, связанный с выходом электрогенератора 6, который в этом варианте может быть установлен на колесной оси одной из тележек 12.The figures show horizontal shafts 1 radially mounted on a vertical shaft 2 mounted in rotation bearings 3 and 4 with the possibility of transmitting torque to the shaft 5 of the electric generator 6, and wind pressure blades 7, each of which is mounted rotatably on one of the horizontal shafts 1. For each of the blades 7, the installation contains (see Fig. 2) a blade rotation limiter 8 and a blade lock in the vane position. The latch is made in the form of an electromagnetic lock with a passive part 9 and an active part 10. The active part 10 is connected to the wind speed sensor 11 (see Fig. 1), through a threshold element placed, for example, as part of the sensor 11 or as part of the active part 10 locks. Connection wires can be laid inside structural elements and are not shown in the figures. Figure 3 also shows the elements 1, 7, 9, 10 and 11, and, in addition, wheeled trolleys 12, flexible (pivotally) connected in a continuous chain by rods 13 and mounted on a closed rail 14. In addition, figure 3 shows trolls 15 and sliding on it contact 16, connected with the output of the electric generator 6, which in this embodiment can be mounted on the wheel axis of one of the bogies 12.

В описываемых примерах осуществления установки возможность поворота лопасти 7 на валу 1 обеспечивается при помощи втулки 17 и подшипников 18. Во втулке 17 выполнена прорезь 19 (см. фиг.2), которая совместно с штифтом 20, зафиксированным на валу 1, образует ограничитель 8. При этом ограничитель 8 выполнен так, чтобы штифт 20 упирался в соответствующий край прорези 19 в двух положениях лопасти 7, одно из которых рабочее - вертикально, а другое флюгерное - близко к горизонтальному.In the described examples of the installation, the possibility of rotation of the blade 7 on the shaft 1 is provided using the sleeve 17 and bearings 18. In the sleeve 17 there is a slot 19 (see FIG. 2), which together with the pin 20 fixed on the shaft 1, forms a limiter 8. In this case, the limiter 8 is made so that the pin 20 abuts against the corresponding edge of the slot 19 in two positions of the blade 7, one of which is working - vertically, and the other weather vane - close to horizontal.

Лопасти 7 могут быть выполнены в виде парусов, натянутых на жесткую раму 21.The blades 7 can be made in the form of sails, stretched on a rigid frame 21.

На лопасти 7 (с одной или с обеих сторон) может быть нанесено фотоэлектрическое покрытие, выполненное, например, из выпускаемой японским производителем Tokyo Ohka Kogyo тонкой пленки типа CIGS, которую можно наносить как на плоские, так и на криволинейные поверхности. Выводы фотоэлектрического покрытия через токосъемник 22 подключены к нагрузке и к аккумулятору 23 (см. фиг.1). Электрогенератор 6 и фотоэлектрическое покрытие лопастей 7 могут быть подключены своими выводами к общей нагрузке, как показано на фиг.1. При этом, если электрогенератор 6 - генератор переменного тока (например, синхронный), то он подключается к общей нагрузке через выпрямитель 24.A photoelectric coating can be applied to the blades 7 (on one or both sides), made, for example, of a thin film of the CIGS type manufactured by the Japanese manufacturer Tokyo Ohka Kogyo, which can be applied to both flat and curved surfaces. The conclusions of the photoelectric coating through the current collector 22 are connected to the load and to the battery 23 (see figure 1). The generator 6 and the photoelectric coating of the blades 7 can be connected with their findings to the total load, as shown in figure 1. Moreover, if the electric generator 6 is an alternating current generator (for example, synchronous), then it is connected to the total load through the rectifier 24.

В варианте устройства, показанном на фиг.3, вышеописанное соединение электрогенератора 6 и фотоэлектрического покрытия с нагрузкой выполняется с использованием троллея 15.In the embodiment of the device shown in figure 3, the above connection of the generator 6 and the photovoltaic coating with the load is performed using troll 15.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При отсутствии ветра все лопасти 7 находятся во флюгерном положении, близком к горизонтальному (с отклонением от вертикального положения на 80÷90 градусов), и удерживаются ограничителями 8. Пассивная часть 9 электрозамка, закрепленная на лопасти 7 (например, на раме 21), находится при этом вблизи активной части 10, но не притянута к ней. Вал 2 (см. фиг.1) не вращается, тележки 12 (см. фиг.3) не движутся по полотну 14.In the absence of wind, all blades 7 are in a vane position close to horizontal (with a deviation from the vertical position by 80 ÷ 90 degrees) and are held by limiters 8. The passive part 9 of the electric lock, mounted on the blades 7 (for example, on frame 21), is while near the active part 10, but not drawn to it. The shaft 2 (see figure 1) does not rotate, the carts 12 (see figure 3) do not move along the web 14.

При появлении ветра та из лопастей 7, которая при данном его направлении воспринимает наибольший ветровой напор, поднимается ветром, поворачиваясь вокруг своего вала 1. По мере выхода этой лопасти 7 из горизонтального положения увеличивается поднимающая ее составляющая ветрового напора и лопасть 7 переходит в вертикальное положение. Другие лопасти 7 ветром данного направления либо прижимаются к ограничителям 8 во флюгерном (близком к горизонтальному) положении, либо не получают ветрового напора, достаточного для подъема в вертикальное положение.When the wind appears, that of the blades 7, which receives the greatest wind pressure in its direction, rises by the wind, turning around its shaft 1. As this blade 7 leaves the horizontal position, the component of the wind pressure that lifts it increases and the blade 7 goes into the vertical position. Other blades 7 with a wind of this direction either press against the limiters 8 in a weather vane (close to horizontal) position, or do not receive a wind pressure sufficient to rise to a vertical position.

Момент вращения, созданный напором ветра в поднятую лопасть 7, передается вертикальному валу 2 через соответствующий вал 1, радиально закрепленный на валу 2 (см. фиг.1). При вращении вала 2 лопасти 7 попеременно оказываются в положении наибольшего ветрового напора и попеременно поднимаются в вертикальное положение, в котором удерживаются напором ветра на ограничителе 8 (штифт 20 упирается в нижний край прорези 19), и опускаются в близкое к горизонтальному флюгерное положение, в котором также удерживаются напором ветра на ограничителе 8 (штифт 20 упирается в верхний край прорези 19). Вал 2, вращаясь в опорах 3 и 4, вращает вал 5 электрогенератора 6.The moment of rotation created by the pressure of the wind in the raised blade 7 is transmitted to the vertical shaft 2 through the corresponding shaft 1, radially mounted on the shaft 2 (see figure 1). When the shaft 2 rotates, the blades 7 alternately appear in the position of the highest wind pressure and alternately rise to a vertical position in which they are held by the wind pressure on the limiter 8 (pin 20 abuts against the lower edge of the slot 19), and fall to a close to horizontal vane position, in which also held by the pressure of the wind at the limiter 8 (pin 20 abuts against the upper edge of the slot 19). The shaft 2, rotating in the supports 3 and 4, rotates the shaft 5 of the electric generator 6.

Постоянный ток, вырабатываемый фотоэлектрическим покрытием, нанесенным на лопасти 7, поступает через токосъемник 22 (см. фиг.1) в нагрузку и заряжает аккумулятор 23. Туда же поступает ток от выпрямителя 24, питаемого электрогенератором 6.The direct current generated by the photoelectric coating deposited on the blades 7, enters through the current collector 22 (see Fig. 1) into the load and charges the battery 23. The current from the rectifier 24 supplied by the electric generator 6 also flows there.

Аналогичным образом поочередно поднимаются и опускаются лопасти 7, закрепленные с возможностью поворота на валах 1, радиально направленных к вертикальной оси и установленных, согласно второму варианту полезной модели, на колесных тележках 12 (см. фиг.3). При этом, колесные тележки 12 перемещаются по замкнутому рельсовому полотну 14 под ветровым напором, воздействующим на поднятые лопасти 7. Установленный на колесной оси одной из тележек 12 электрогенератор 6 через скользящий контакт 16 выдает вырабатываемое напряжение на троллей 15, к которому подключена нагрузка, например, аккумулятор 23.Similarly, the blades 7 are raised and lowered alternately, rotatably mounted on shafts 1 radially directed to the vertical axis and mounted, according to the second embodiment of the utility model, on wheeled trolleys 12 (see FIG. 3). In this case, the wheel carts 12 move along a closed rail track 14 under a wind pressure acting on the raised blades 7. The electric generator 6 mounted on the wheel axis of one of the carts 12 generates the generated voltage on the trolls 15 to the load 15, to which the load is connected, for example, battery 23.

Датчик 11 измеряет скорость ветра и выдает соответствующий электрический сигнал на пороговый элемент (на фигурах не показан), управляющий катушкой электромагнитного замка в составе активной части 10. Если скорость ветра превышает предельно допустимую, пороговый элемент подает ток в активную часть 10. Когда лопасть 7, вращающаяся вокруг вала 2, оказывается в положении, близком к горизонтальному, ее электромагнитный замок срабатывает (часть 10 притягивает часть 9, укрепленную на раме 21) и в дальнейшем удерживает лопасть 7, препятствуя ее подъему, до тех пор, пока скорость ветра не снизится до допустимой.The sensor 11 measures the wind speed and generates a corresponding electric signal to a threshold element (not shown in the figures) that controls the electromagnetic lock coil in the active part 10. If the wind speed exceeds the maximum permissible value, the threshold element supplies current to the active part 10. When the blade 7, rotating around the shaft 2, is in a position close to horizontal, its electromagnetic lock is activated (part 10 attracts part 9, mounted on the frame 21) and further holds the blade 7, preventing it from lifting, until the wind speed drops to acceptable.

Claims

1. A wind power installation containing at least three horizontal shafts radially mounted on a vertical shaft mounted in rotation bearings with the possibility of transmitting torque to the generator shaft, wind-driven blades, each of which is mounted rotatably on one of these horizontal shafts, limiters of rotation of wind-driven blades and clamps of wind-driven blades in the vane position, made in the form of electromagnetic locks connected to the wind speed sensor .

2. Installation according to claim 1, in which the rotation limiters are configured to deflect the wind-blades from a vertical position at an angle of 80 ÷ 90º.

3. The installation according to claim 1, in which the wind pressure blades are made in the form of sails, stretched over a rigid frame.

4. The installation according to claim 1, in which the wind pressure blades, at least on one side, are coated with photovoltaic coatings, the terminals of which are connected to an electric load, for example, to an electric power accumulator.

5. The installation according to claim 4, in which the electric generator and the conclusions of the photovoltaic coatings of the pressure blades are connected to a common electrical load, for example, to an electric power accumulator.

6. Wind power installation containing at least three horizontal shafts radially directed to the vertical axis and mounted on wheeled carts, which are flexibly connected in a continuous chain and mounted on a closed rail with the possibility of transmitting torque to the shaft of the generator, wind pressure blades, each of which are fixed with the possibility of rotation on one of the specified horizontal shafts, the rotation limiters of the wind-blades and the clamps of the wind-blades in the weather vane movements made in the form of electromagnetic locks connected to a wind speed sensor.

7. The installation according to claim 6, in which the rotation limiters are configured to deflect the wind-blades from a vertical position at an angle of 80 ÷ 90º.

8. Installation according to claim 6, in which the wind-driven blades are made in the form of sails, stretched over a rigid frame.

9. The installation according to claim 6, in which the wind pressure blades, at least on one side, are coated with photovoltaic coatings, the terminals of which are connected to an electric load, for example, to an electric power accumulator.

10. The installation according to claim 9, in which the electric generator and the conclusions of the photovoltaic coatings of the pressure blades are connected to a common electrical load, for example, to an electric power accumulator.