UA73245U

UA73245U - Wind power unit

Info

Publication number: UA73245U
Application number: UAU201205513U
Authority: UA
Inventors: Нвер Мнацаканович Мхитарян; Владимир Петрович Коханевич; Николай Александрович Шихайлов; Владимир Михайлович Головко; Надежда Вячеславовна Марченко
Original assignee: Институт Возобновляемой Энергетики Нан Украины
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2012-09-10

Abstract

A wind power unit includes a rotor with vertical shaft and brake aerodynamical screens that are rigidly fixed on the shafts arranged with possibility of rotation with respect to own axis, at that one ends of the shafts are rigidly connected to conical wheels that are kinematically connected to conical pinion, spring and support. On the axle of the conical pinion a lever is rigidly fixed, its one end at one side is hinged to intermediate lever that in its turn is hinged to a rotary holder at the free end of which a centrifugal load is rigidly fixed, and with the opposite side it is connected to a spring, at that the other end of the lever interacts with the support at the side opposite to torque of spring tension.

Description

Корисна модель належить до вітроенергетики та може бути використана для регулювання обертів та потужності вітроустановок з вертикальною віссю обертання ротора.The useful model belongs to wind energy and can be used to regulate the speed and power of wind turbines with a vertical axis of rotation of the rotor.

Відомо ряд вітроенергетичних установок з ротором Дар'є (кн. Д. де Рензо Ветрознергетика, -A number of wind power plants with a Darier rotor are known (book D. de Renzo Vetroznergetik, -

М.: Знергоатомиздат, 1982. - С. 26-27), які складаються з вертикального вала, навколо якого обертається ротор з лопатями. Обертання ротора через трансмісію передається на електрогенератор або інше навантаження. Основним недоліком таких установок є те, що в них відсутня система регулювання обертів та потужності, що призводить до руйнування даного типу установок при великих швидкостях вітру, або раптовому від'єднанню навантаження.M.: Znergoatomizdat, 1982. - P. 26-27), which consist of a vertical shaft around which a rotor with blades rotates. The rotation of the rotor is transmitted to the generator or other load through the transmission. The main disadvantage of such installations is that they lack a speed and power regulation system, which leads to the destruction of this type of installation at high wind speeds, or sudden disconnection of the load.

Також відома вітроенергетична установка (Ас. 1364772 СССР, МПК БОЗО 7/00.A wind power plant is also known (As. 1364772 of the USSR, IPC BOZO 7/00.

Ветрозлектрический агрегат. Опубл. 17.02.88, Бюл. Мо 45), яка складається з вертикального вала, на якому встановлений ротор з поворотними лопатями і несучими траверсами, електрогенератор та пристрій повороту лопатей. При цьому пристрій повороту лопатей включає кривошипно-шатуновий механізм та тяги, які кінематично зв'язані з лопатями. В такому варіанті установка працює тільки тоді, коли вітер набігає на ротор в одному напрямку. Тобто зникає основна перевага вертикально-осьових вітроустановок, можливість працювати при різних напрямках дії вітру без механізму орієнтації, що практично виключає можливість використання вітроустановки в такому варіанті. Для розширення можливостей авторами запропоновано додатково ввести флюгерний пристрій та в пристрій управління включити планетарну передачу, планетарні колеса якої пов'язані з кривошипно-шатуновим механізмом, а центральне колесо її з флюгерним пристроєм.Wind power unit. Publ. 17.02.88, Bull. Mo 45), which consists of a vertical shaft on which a rotor with rotating blades and supporting traverses, an electric generator and a device for turning the blades are installed. At the same time, the device for turning the blades includes a crank-rod mechanism and rods that are kinematically connected to the blades. In this version, the installation works only when the wind hits the rotor in one direction. That is, the main advantage of vertical-axis wind turbines, the ability to work in different wind directions without an orientation mechanism, disappears, which practically excludes the possibility of using a wind turbine in this version. In order to expand the possibilities, the authors proposed to additionally introduce a vane device and to include a planetary gear in the control device, the planetary wheels of which are connected to the crank-connecting mechanism, and its central wheel to the vane device.

В даній вітроенергетичній установці пристрій повороту є доволі складним як конструктивно, так і технологічно, тому що потребує використання планетарної передачі і при цьому додатково потребує пристрою орієнтації. Крім цього, сама конструкція не забезпечує надійної та безпечної експлуатації вітроустановки, так як не захищає її від штормових вітрів та раптового від'єднання навантаження.In this wind power installation, the turning device is quite complex both constructively and technologically, because it requires the use of a planetary gear and additionally requires an orientation device. In addition, the design itself does not ensure reliable and safe operation of the wind turbine, as it does not protect it from stormy winds and sudden disconnection of the load.

Із відомих пристроїв найбільш близьким за технічною суттю і вибрана, як прототип, вітроенергетична установка (Ас. 5 1511457 А1ї СССР, МПК РОЗО 77/04, 1984.Of the known devices, the closest in terms of technical essence was chosen as a prototype, a wind power plant (As. 5 1511457 A1i USSR, MPK ROZO 77/04, 1984.

Ветрознергетическая установка. Опубл. 30.09.89, Бюл. Мо 36) що включає ротор з вертикальною віссю, яка з'єднана за допомогою зубчатої передачі та обгінної муфти з валомWind energy installation. Publ. 30.09.89, Bull. Mo 36) which includes a rotor with a vertical axis, which is connected by means of a gear and an overrunning clutch to the shaft

Зо електродвигуна, що задає необхідну кутову швидкість обертання ротора. При цьому зубчата передача виконана у вигляді самогальмівної черв'ячної пари. Ротор вітроенергетичної установки включає гальмівні елементи, що виконані у вигляді поворотних аеродинамічних щитків, з упорами для обмеження кута повороту щитків. Аеродинамічні гальмівні щитки кінематично зв'язані з валом електродвигуна, що задає необхідну кутову швидкість.From the electric motor, which sets the required angular speed of rotation of the rotor. At the same time, the gear transmission is made in the form of a self-braking worm pair. The rotor of the wind power plant includes braking elements made in the form of rotating aerodynamic shields with stops to limit the angle of rotation of the shields. Aerodynamic brake shields are kinematically connected to the shaft of the electric motor, which sets the required angular speed.

Кінематичний зв'язок здійснюється за допомогою конічної пари коліс, одне з яких жорстко закріплене на осі аеродинамічних гальмівних щитків, а інше на одному з кінців проміжного вала, що розміщений в порожнині вала ротора. Протилежний кінець проміжного вала з'єднаний з валом електродвигуна, що задає необхідну кутову швидкість. При цьому проміжний вал та вал ротора з'єднані між собою пружиною.The kinematic connection is carried out using a conical pair of wheels, one of which is rigidly fixed on the axis of the aerodynamic brake shields, and the other on one of the ends of the intermediate shaft, which is placed in the cavity of the rotor shaft. The opposite end of the intermediate shaft is connected to the shaft of the electric motor, which sets the required angular speed. At the same time, the intermediate shaft and the rotor shaft are connected by a spring.

Дана вітроенергетична установка є багатоелементною конструкцією, кожний з елементів якої впливає на загальну надійність установки в цілому і відмова одного з них веде до відмови установки та можливого її руйнування. При цьому слід зауважити, що такі елементи, як черв'ячна пара та обгінна муфта, відзначаються високою ненадійністю. Крім того, живлення електродвигуна, що задає необхідну кутову швидкість, потребує електроенергії з певними її параметрами, для забезпечення яких також необхідне додаткове обладнання.This wind energy installation is a multi-element structure, each of its elements affects the overall reliability of the installation as a whole, and the failure of one of them leads to the failure of the installation and its possible destruction. At the same time, it should be noted that elements such as a worm pair and an overrunning clutch are characterized by high unreliability. In addition, powering the electric motor, which sets the required angular velocity, requires electricity with certain parameters, for which additional equipment is also required.

В основу корисної моделі поставлено задачу спрощення та удосконалення конструкції вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора та аеродинамічними гальмівними щитками шляхом використання для повороту аеродинамічних гальмівних щитків відцентрового регулятора, що дозволяє спростити конструкцію установки та підвищити її надійність.The useful model is based on the task of simplifying and improving the design of a wind power plant with a vertical axis of rotor rotation and aerodynamic brake flaps by using a centrifugal regulator to rotate the aerodynamic brake flaps, which allows to simplify the design of the plant and increase its reliability.

Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованій конструкції, яка включає ротор з вертикальним валом та гальмівними аеродинамічними щитками, які жорстко закріплені на валах, що виконані з можливістю обертання навколо власної осі, при цьому один кінець валів жорстко з'єднаний з конічними колесами, що кінематично з'єднані з конічною шестірнею, пружиною та упором, згідно з корисною моделлю, на осі конічної шестірні жорстко закріплений важіль, один кінець якого з однієї сторони шарнірно з'єднаний з проміжним важелем, що, в свою чергу, шарнірно з'єднаний з поворотною державкою, на вільному кінці якої жорстко закріплений віддентровий тягарець, а протилежною стороною з'єднаний з пружиною, при цьому другий кінець важеля взаємодіє з упором зі сторони, що протилежна моменту від натягання пружини. бо Пружина, яка одним кінцем з'єднана з важелем, іншим кінцем з'єднана з пристроєм попереднього натягання. В свою чергу пристрій попереднього натягання пружини виконаний у вигляді гвинт-гайкової передачі.The task is solved by the fact that in the proposed design, which includes a rotor with a vertical shaft and braking aerodynamic shields, which are rigidly fixed on shafts made with the possibility of rotation around their own axis, while one end of the shafts is rigidly connected to conical wheels, which kinematically connected to a bevel gear, a spring and a stop, according to a useful model, a lever is rigidly fixed on the axis of the bevel gear, one end of which is hinged on one side to an intermediate lever, which, in turn, is hinged to a rotating holder, on the free end of which a weight is rigidly fixed, and the opposite side is connected to a spring, while the other end of the lever interacts with the stop from the side opposite to the moment from the tension of the spring. because the spring, which is connected to the lever at one end, is connected to the pretensioner at the other end. In turn, the device for pre-tensioning the spring is made in the form of a screw-nut transmission.

Таке технічне рішення дозволяє відносно простими засобами регулювати оберти ротора та обертальний момент на валу ротора вітроенергетичної установки, що підвищує надійність та, в свою чергу, забезпечує безпеку при її експлуатації.Such a technical solution allows relatively simple means to regulate the rotor revolutions and the torque on the rotor shaft of the wind power plant, which increases reliability and, in turn, ensures safety during its operation.

Суть запропонованої корисної моделі пояснюється фігурами 1, 2.The essence of the proposed useful model is explained by figures 1, 2.

Запропонована конструкція містить вертикальний вал 1, на якому встановлено ротор 2 з аеродинамічними гальмівними щитками 3, що жорстко закріплені на поворотних осях 4. На одному з кінців осей 4 жорстко закріплені конічні колеса 5, які кінематично з'єднані з конічною шестірнею 6. На осі конічної шестірні б жорстко закріплений важіль 7. Один кінець важеля 7 з однієї сторони шарнірно з'єднаний з проміжним важелем 8, що, в свою чергу, шарнірно з'єднаний з поворотною державкою 9. Одним кінцем державка 9 шарнірно з'єднана з віссю 10, а на протилежному вільному кінці державки жорстко кріпляться відцентрові тягарці 11. З цього ж кінця важіль 7 протилежною стороною з'єднаний з пружиною регулювання 12, яка іншим кінцем з'єднана з пристроєм попереднього натягання 13. Протилежний кінець важеля 7 контактує з упором 14 зі сторони, що протилежна моменту від натягання пружини, коли лопаті ротора 2 знаходяться на початковому куті установлення. Пристрій попереднього натягання пружини виконаний у вигляді гвинт-гайкової передачі. Вертикальний вал 1 обертається в підшипникових вузлах в опорі 15. В нижній частині опори розміщена конічна пара шестерен 16, що кінематично поєднує вертикальний вал 1 з електрогенератором або іншим навантаженням 17.The proposed design includes a vertical shaft 1, on which a rotor 2 is mounted with aerodynamic brake shields 3, which are rigidly fixed on rotary axes 4. At one of the ends of the axes 4, conical wheels 5 are rigidly fixed, which are kinematically connected to a bevel gear 6. On the axis bevel gear b has a rigidly fixed lever 7. One end of the lever 7 is hinged on one side with an intermediate lever 8, which, in turn, is hinged to a rotary holder 9. One end of the holder 9 is hinged to the axis 10 , and on the opposite free end of the holder, centrifugal weights 11 are rigidly attached. From the same end, the opposite side of the lever 7 is connected to the adjustment spring 12, which is connected to the pretensioning device 13 at the other end. The opposite end of the lever 7 is in contact with the stop 14 with the side that is opposite to the moment from the tension of the spring, when the blades of the rotor 2 are at the initial installation angle. The device for pre-tensioning the spring is made in the form of a screw-nut transmission. The vertical shaft 1 rotates in the bearing units in the support 15. A conical pair of gears 16 is placed in the lower part of the support, which kinematically connects the vertical shaft 1 with the electric generator or other load 17.

Працює вітроелектрична установка наступним чином. При набіганні повітряного потоку на ротор 2 він починає обертатись разом з вертикальним валом 1 і аеродинамічними гальмівними щитками З в підшипниках опори 15 та передає свій обертальний момент через конічну пару шестерен 16 на вал електрогенератора або інше навантаження 17.The wind power plant works as follows. When the air flow hits the rotor 2, it begins to rotate together with the vertical shaft 1 and the aerodynamic brake shields З in the bearings of the support 15 and transmits its torque through a conical pair of gears 16 to the shaft of the electric generator or another load 17.

До початку обертання ротора 2 положення аеродинамічних гальмівних щитків З визначається упором 14 за рахунок того, що попередньо натягнута пружина 12 підтискає до нього один кінець важеля 7 та визначає положення осі шестірні 6, яка через конічні колеса 5 з'єднана з осями 4 аеродинамічних гальмівних щитків 3.Before the start of rotation of the rotor 2, the position of the aerodynamic brake flaps C is determined by the stop 14 due to the fact that the pre-tensioned spring 12 presses one end of the lever 7 against it and determines the position of the axis of the gear 6, which is connected through the bevel wheels 5 to the axes 4 of the aerodynamic brake flaps 3.

При обертанні ротора на віддентровому тягарці 11 виникає відцентрова сила, яка будеWhen the rotor rotates on the centrifugal weight 11, there is a centrifugal force, which will

Зо намагатися розвертати державку 9 навколо осі 10. Даний момент через проміжний важіль 8 передається на важіль 7 та врівноважується початковим натягом пружини регулювання 12.Try to rotate the holder 9 around the axis 10. This moment is transmitted through the intermediate lever 8 to the lever 7 and is balanced by the initial tension of the adjustment spring 12.

Система буде знаходитись в рівновазі до того моменту, поки оберти ротора не досягнуть номінального значення, яке відповідає номінальній швидкості вітру. При подальшому збільшенні швидкості вітру та, відповідно, обертів ротора 2 відцентрова сила і момент перевищать початкове натягання пружини 12 і почнуть розвертати важіль 7 та конічну шестірню б і, відповідно, конічні колеса 5 та осі 4 з аеродинамічними гальмівними щитками 3. Розвертання щитків З приведе до збільшення аеродинамічного опору в напрямку протилежному обертанню ротора 2, що, відповідно, призведе до стабілізації обертів та потужності вітроенергетичної установки.The system will be in equilibrium until the rotor revolutions reach the nominal value corresponding to the nominal wind speed. With a further increase in the wind speed and, accordingly, the rotation of the rotor 2, the centrifugal force and moment will exceed the initial tension of the spring 12 and will begin to unfold the lever 7 and the bevel gear b and, accordingly, the bevel wheels 5 and the axis 4 with the aerodynamic brake flaps 3. The unfolding of flaps C will lead to an increase in aerodynamic resistance in the direction opposite to the rotation of the rotor 2, which, accordingly, will lead to the stabilization of the revolutions and power of the wind power plant.

При раптовому від'єднанні навантаження оберти ротора значно збільшуються і процес регулювання буде відбуватись, як і в попередньому випадку.When the load is suddenly disconnected, the rotor revolutions increase significantly and the adjustment process will take place as in the previous case.

Пристрій попереднього натягу пружини 13, який виконаний у вигляді гвинт-гайкової передачі, дозволяє змінювати величину попереднього натягу пружини і, відповідно, регулювати номінальні оберти ротора та встановлювати необхідну номінальну швидкість вітру.The spring pretension device 13, which is made in the form of a screw-nut transmission, allows you to change the value of the spring pretension and, accordingly, to adjust the nominal revolutions of the rotor and set the required nominal wind speed.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. Wind energy installation, including a rotor with a vertical shaft and braking aerodynamic shields, which are rigidly fixed on shafts, made with the possibility of rotation around their own axis, while one end of the shafts is rigidly connected to conical wheels, which are kinematically connected to a bevel gear, a spring and a stop, which differs in that a lever is rigidly fixed on the axis of the bevel gear, one end of which is hinged on one side with an intermediate lever, which, in turn, is hinged with a rotary holder, on the free end to which a centrifugal weight is rigidly fixed, and the opposite side is connected to a spring, while the other end of the lever interacts with the stop from the side opposite to the moment from the tension of the spring.

2. The wind energy installation according to claim 1, which is characterized by the fact that the spring, which is connected to the lever at one end, is connected to the pre-tensioning device at the other end.

3. Wind energy installation according to claims 1 and 2, which differs in that the device for pre-tensioning the spring is made in the form of a screw-nut transmission.