UA75359C2

UA75359C2 - Windmill

Info

Publication number: UA75359C2
Application number: UA20021210254A
Authority: UA
Inventors: Mykola Stepanovych Holubenko; Serhii Ivanovych Dovhaliuk; Oleksandr Leonidovyc Kadatskyi; Oleksandr Mykhailovych Feldman
Original assignee: Ltd Liability Company Design R
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2006-04-17

Abstract

A windmill has a rotary head with wind wheel, a power transformer, this is arranged as generators, a cable network and a fixed support; at that the axis of rotation of the windwheel is placed in horizontal position. Generators are placed at the blades of the wind-wheel at distance between 0.4 and 0.8 of the length of the blade from the axis of rotation of the wind-wheel. On the shafts of the generators additional wind-wheels are fixed. Such implementation of the windmill makes it possible to provide increase of its reliability and decrease of load on the elements of the wind-wheel.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Пропонуємий пристрій відноситься до вітроенергетичного устаткування, а саме до вітродвигунів. 2 Відомо вітродвигун (перший аналог), який включає нерухому опору з перетворювачем енергії і вітроколесо, при цьому вісь обертання вітроколеса розміщено вертикально |дивись, наприклад, а.с. Мо1605018, СРСР, МКВThe proposed device refers to wind energy equipment, namely to wind engines. 2 A wind engine (the first analog) is known, which includes a stationary support with an energy converter and a windmill, while the axis of rotation of the windmill is placed vertically | see, for example, A.S. Mo1605018, USSR, MKV

БРОЗ О 3/06, БВ Мо41, 1990р.). Вітродвигун має просту конструкцію і високу надійність. Головним його недоліком є низький коефіцієнт корисної дії вітродвигуна, обумовлений тим, що вісь обертання вітроколеса розміщено вертикально.BROZ O 3/06, BV Mo41, 1990). The wind engine has a simple design and high reliability. Its main drawback is the low efficiency of the wind engine, due to the fact that the axis of rotation of the wind wheel is placed vertically.

Ознаками вітродвигуна, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, котрий заявляється, є: наявність нерухомої опори, перетворювача енергії і вітроколеса.The features of a wind engine that coincide with the essential features of the claimed device are: the presence of a fixed support, an energy converter and a wind wheel.

Головною причиною, що перешкоджають одержанню у першому аналогу технічного результату пристрою, котрий заявляється, є обов'язкове вертикальне розміщення осі обертання вітроколеса і відповідно низький коефіцієнт корисної дії при будь яких варіантах виконання вітродвигуна, що обумовлює відносно велику вартість 12 електричної або механічної енергії, котру він виробляє.The main reason that prevents the first analog from obtaining the technical result of the device, which is claimed, is the mandatory vertical placement of the axis of rotation of the wind wheel and, accordingly, the low coefficient of useful action in any version of the wind engine, which causes a relatively high cost of 12 electrical or mechanical energy, which he produces

Вітродвигун згідно міжнародної заявки РСТ/ОА9А/00023 Мо публікації УУ095/21326 від 10.08.95 (другий аналог) містить поворотну головку з вітроколесом, перетворювач енергії, котрий виконано у вигляді генератора, кабельну мережу і нерухому опору, при цьому вісь обертання вітроколеса розміщено горизонтально, а вітроколесо з'єднано з генератором за допомогою редуктора таким чином, що ротор і статор генератора обертаються у протилежні боки. У цьому вітродвигуні горизонтальне розміщення осі обертання вітроколеса забезпечує високий коефіцієнт корисної дії вітродвигуна, а взаємний рух ротора і статора генератора дозволяє використати більш швидкохідний і, відповідно, більш легкий і дешевий генератор.The wind engine according to the international application PCT/OA9A/00023 Mo of the publication UU095/21326 dated 10.08.95 (the second analogue) contains a rotating head with a wind wheel, an energy converter, which is made in the form of a generator, a cable network and a fixed support, while the axis of rotation of the wind wheel is placed horizontally , and the windmill is connected to the generator by means of a reducer in such a way that the rotor and stator of the generator rotate in opposite directions. In this wind engine, the horizontal arrangement of the axis of rotation of the wind wheel ensures a high efficiency of the wind engine, and the mutual movement of the rotor and stator of the generator allows the use of a faster and, accordingly, lighter and cheaper generator.

Ознаками другого аналогу, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, котрий заявляється, є: наявність поворотної головки з вітроколесом, перетворювача енергії, котрий виконано у вигляді генератора, кабельної с мережі і нерухомої опори, а також горизонтальне розміщення осі обертання вітроколеса. Ге)The features of the second analogue, which coincide with the essential features of the claimed device, are: the presence of a rotating head with a windmill, an energy converter, which is made in the form of a generator, a cable network and a fixed support, as well as the horizontal location of the axis of rotation of the windmill. Gee)

Головною причиною, що перешкоджає одержанню у другому аналогу технічного результату пристрою, який заявляється, є наявність редуктора, що підвищує вартість і зменшує надійність вітродвигуна.The main reason that prevents the second analogue from obtaining the technical result of the device, which is claimed, is the presence of a reducer, which increases the cost and reduces the reliability of the wind engine.

Таким чином, другий аналог по сукупності ознак, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, і по призначенню більш близький до пристрою, що заявляється, і тому його прийнято за прототип. оThus, the second analogue in terms of the set of features that coincide with the essential features of the claimed device, and in terms of purpose is closer to the claimed device, and therefore it is accepted as a prototype. at

Наявності в прототипі сукупності ознак, що збігаються з частиною суттєвих ознак пристрою, котрий ою заявляється, недостатньо для одержання технічного результату, який очікується від пристрою, котрий заявляється, тому що без редуктора прототип не може працювати бо швидкість обертання вітроколеса значно о менше швидкості обертання вала генератора, а зменшення швидкості обертання вала генератора (для ю спрощення редуктора) веде до значного зростання розмірів, ваги і вартості генератора і відповідно аналогічних 3о параметрів вітродвигуна. вThe presence in the prototype of a set of features that coincide with part of the essential features of the device that is claimed is not enough to obtain the technical result expected from the device that is claimed, because without a reducer the prototype cannot work because the speed of rotation of the windmill is significantly less than the speed of rotation of the shaft generator, and reducing the speed of rotation of the generator shaft (to further simplify the gearbox) leads to a significant increase in the size, weight and cost of the generator and, accordingly, similar parameters of the wind engine. in

В основу винаходу поставлено задачу удосконалення вітродвигуна шляхом його спорядження додатковими вітроколесами, розміщення генераторів на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса, закріплення додаткових вітроколіс на валах генераторів і одержання в результаті « вказаних удосконалень підвищення надійності, зменшення навантажень на елементи вітроколеса, розмірів, ваги З 70 | вартості пристрою, що заявляється (завдяки забезпеченню можливості використання швидкохідних генераторів с без редуктора і, відповідно, вилучення останнього із вітродвигуна, а також відсутності редуктора і з» генераторів у поворотній головці) при будь-яких варіантах виконання пристрою чи умовах його застосування, а також шляхом його спорядження механізмом повороту лопатей, струмознімачем, який з'єднує електричні кабелі генераторів з електричним кабелем нерухомої опори, і пружним елементом, котрий одним кінцем закріплено на нерухомій опорі, а другим з'єднано з струмознімачем, розміщення електричного кабелю нерухомої опори 7 всередині пружного елемента, шарнірного розміщення лопатей, розміщення струмознімача таким чином, що сл його вісь суміщено з віссю обертання вітроколеса, і зменшення в результаті цих додаткових удосконалень навантажень на вітроколесо при великих швидкостях вітру, а також спрощення електричної мережі. о Суттєвими ознаками, що характеризують пристрій, що заявляється, є: наявність поворотної головки з сл 20 вітроколесом, вісь обертання якого розміщено горизонтально, перетворювача енергії, котрий виконано у вигляді генераторів, кабельної мережі, нерухомої опори, додаткових вітроколіс, розміщення генераторів на лопатях со вітроколеса на відстані від 0,4 до 0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса і закріплення додаткових вітроколіс на валах генераторів, а також наявність механізму повороту лопатей, струмознімача, який з'єднує електричні кабелі генераторів з електричним кабелем нерухомої опори, і пружного елемента, який одним кінцем 29 закріплено на нерухомій опорі, а другим з'єднано з струмознімачем, розміщення струмознімача таким чином, щоThe invention is based on the task of improving the wind engine by equipping it with additional wind wheels, placing generators on the blades of the wind wheel at a distance of 0.4 to 0.8 blade length from the axis of rotation of the wind wheel, fixing additional wind wheels on the shafts of the generators and obtaining, as a result of "the specified improvements, increased reliability , reduction of loads on the elements of the windmill, sizes, weight From 70 | the cost of the claimed device (due to the provision of the possibility of using high-speed generators without a gearbox and, accordingly, removing the latter from the wind engine, as well as the absence of a gearbox and generators in the rotating head) in any version of the device or conditions of its use, as well as by equipping it with a mechanism for turning the blades, a pantograph that connects the electric cables of the generators with the electric cable of the fixed support, and an elastic element, one end of which is fixed on the fixed support, and the other end is connected to the pantograph, placing the electric cable of the fixed support 7 inside the elastic element, the hinged placement of the blades, the placement of the pantograph in such a way that its axis is aligned with the axis of rotation of the windmill, and as a result of these additional improvements, the load on the windmill at high wind speeds is reduced, as well as the simplification of the electrical network. o Essential features characterizing the claimed device are: the presence of a rotary head with a 20-degree wind wheel, the axis of rotation of which is placed horizontally, an energy converter, which is made in the form of generators, a cable network, a fixed support, additional wind wheels, placement of generators on the blades of windmills at a distance of 0.4 to 0.8 blade length from the axis of rotation of the windmill and fixing additional windmills on the shafts of the generators, as well as the presence of a mechanism for turning the blades, a current collector that connects the electric cables of the generators with the electric cable of the fixed support, and an elastic element , which one end 29 is fixed on a fixed support, and the other is connected to the current collector, placing the current collector in such a way that

ГФ) його вісь суміщено з віссю обертання вітроколеса, електричного кабелю нерухомої опори всередині пружного елемента і шарнірного закріплення лопатей. о З них відмінними від прототипу суттєвими ознаками є: наявність додаткових вітроколіс, розміщення генераторів на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса і 60 закріплення додаткових вітроколіс на валах генераторів, а також наявність механізму повороту лопатей, струмознімача, який з'єднує електричні кабелі генераторів з електричним кабелем нерухомої опори, і пружного елемента, який одним кінцем закріплено на нерухомій опорі, а другим з'єднано з струмознімачем, розміщення струмознімача таким чином, що його вісь суміщено з віссю обертання вітроколеса, електричного кабелю нерухомої опори всередині пружного елемента і шарнірного закріплення лопатей. бо Відмінними ознаками, необхідними для одержання зазначеного технічного результату в будь-яких варіантах виконання пристрою, що заявляється, чи умовах його використання (варіантах і умовах на які поширюється правовий захист) є: наявність додаткових вітроколіс, розміщення генераторів на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса і закріплення додаткових вітроколіс на валах генераторів.GF) its axis is combined with the axis of rotation of the windmill, the electric cable of the stationary support inside the elastic element and the hinged fastening of the blades. Among them, the essential features that differ from the prototype are: the presence of additional wind wheels, the placement of generators on the blades of the wind wheel at a distance of 0.4 to 0.8 blade length from the axis of rotation of the wind wheel and 60 fixing of additional wind wheels on the shafts of the generators, as well as the presence of a mechanism for turning the blades , a pantograph that connects the electric cables of the generators with the electric cable of the fixed support, and an elastic element, which is fixed at one end to the fixed support and the other is connected to the pantograph, placing the pantograph in such a way that its axis is aligned with the axis of rotation of the windmill, the electric cable of the fixed support inside the elastic element and the hinged fastening of the blades. because Distinctive features necessary to obtain the specified technical result in any version of the claimed device or the conditions of its use (variants and conditions covered by legal protection) are: the presence of additional windmills, placement of generators on the blades of the windmill at a distance from 0 .4 to 0.8 blade length from the axis of rotation of the windmill and fixing additional windmills on the generator shafts.

До суттєвих ознак, що характеризують пристрій, котрий заявляється, тільки в окремих випадках його виконання, відносяться: наявність механізму повороту лопатей, струмознімача, котрий з'єднує електричні кабелі генераторів з електричним кабелем нерухомої опори, і пружного елемента, який одним кінцем закріплено на нерухомій опорі, а другим з'єднано з струмознімачем, розміщення струмознімача таким чином, що його вісь /о буміщено з віссю обертання вітроколеса, електричного кабелю нерухомої опори всередині пружного елемента і шарнірного закріплення лопатей.The essential features characterizing the claimed device, only in certain cases of its implementation, include: the presence of a mechanism for turning the blades, a current collector that connects the electric cables of the generators with the electric cable of the fixed support, and an elastic element, which is fixed at one end to the fixed support, and the second is connected to the current collector, placing the current collector in such a way that its /o axis is aligned with the axis of rotation of the windmill, the electric cable of the fixed support inside the elastic element and the hinged attachment of the blades.

Наявність додаткових вітроколіс, розміщення генераторів на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса і закріплення додаткових вітроколіс на валах генераторів, забезпечує обертання генераторів разом з лопатями вітроколеса і відповідно швидкість набігання вітрового /5 потоку на додаткові вітроколеса, достатню для використання генераторів без редукторів, а також використовування відносно легких і дешевих швидкохідних генераторів. До того ж аеродинамічні і відцентрові сили, котрі діють на додаткові вітроколеса і генератори сприяють зменшенню навантажень на елементи вітроколеса, відсутність генераторів у поворотній головці дозволяє зменшити її розміри і конструктивно просто розмістити механізм повороту лопатей, струмознімач (таким чином, що його вісь суміщено з віссю обертання Вітроколеса) і з'єднати з струмознімачем кабель нерухомої опори, який розміщено у пружному елементі.The presence of additional windmills, the placement of generators on the blades of the windmill at a distance of 0.4 to 0.8 of the length of the blade from the axis of rotation of the windmill and the fastening of additional windmills on the shafts of the generators ensures the rotation of the generators together with the blades of the windmill and, accordingly, the speed of the wind /5 flow on the additional wind wheel, sufficient for the use of generators without gearboxes, as well as the use of relatively light and cheap high-speed generators. In addition, the aerodynamic and centrifugal forces that act on additional windmills and generators contribute to reducing the loads on the elements of the windmill, the absence of generators in the rotating head allows to reduce its dimensions and structurally simply place the mechanism for turning the blades, the current collector (in such a way that its axis is aligned with the axis rotation of the Windmill) and connect the fixed support cable, which is placed in the elastic element, to the current collector.

Наявність механізму повороту лопатей і шарнірного закріплення лопатей дозволяє зменшити відхилення швидкості обертання додаткових вітроколіс від потрібної і зменшити навантаження на вітроколесо при значному зростанні швидкості вітру (шляхом повороту лопатей у флюгерне положення).The presence of a mechanism for turning the blades and hinged fastening of the blades allows to reduce the deviation of the speed of rotation of additional wind wheels from the required one and to reduce the load on the wind wheel with a significant increase in wind speed (by turning the blades to the vane position).

Наявність струмознімача, котрий з'єднує електричні кабелі генераторів з електричним кабелем нерухомої сч ов опори, ії пружного елемента, котрий одним кінцем закріплено на нерухомій опорі, а другим з'єднано з струмознімачем, розміщення струмознімача таким чином, що його вісь суміщено з віссю обертання вітроколеса, і) електричного кабелю нерухомої опори всередині пружного елемента дозволяє зменшити кількість струмознімачів і спростити електричну мережу.The presence of a current collector, which connects the electrical cables of the generators with the electric cable of the stationary support, and the elastic element, one end of which is fixed on the stationary support, and the other is connected to the current collector, the placement of the current collector in such a way that its axis is aligned with the axis of rotation windmills, and) electric cable of a fixed support inside an elastic element allows to reduce the number of current collectors and simplify the electrical network.

Для більш детального роз'яснення роботи пристрою, що заявляється, далі представлено креслення і його б зо докладний опис.For a more detailed explanation of the operation of the claimed device, a drawing and its detailed description are presented below.

На Фіг.1, Фіг.2 зображено загальний вигляд вітродвигуна. На Фіг.3 зображено поперечний перетин поворотної о головки вітродвигуна. соFig. 1, Fig. 2 shows the general view of the wind engine. Fig. 3 shows a cross-section of the rotary head of the wind engine. co

Пристрій, що заявляється, містить нерухому опору 1 (Фіг.1), поворотну головку 2 з вітроколесом, яке включає маточину З і шарнірно встановлені лопаті 4, додаткові вітроколеса 5, які закріплено на валах о генераторів 6, механізм повороту лопатей 7 (Фіг.3), струмознімач 8, вісь котрого суміщено з віссю обертання ї- вітроколеса, електричний кабель 9 і пружній елемент 10 всередині котрого розміщено електричний кабель 11.The claimed device contains a fixed support 1 (Fig. 1), a rotating head 2 with a wind wheel, which includes a hub C and hinged blades 4, additional wind wheels 5, which are fixed on the shafts of generators 6, a mechanism for turning the blades 7 (Fig. 3), current collector 8, the axis of which is aligned with the axis of rotation of the flywheel, an electric cable 9 and an elastic element 10 inside which the electric cable 11 is placed.

Робота пристрою, котрий заявляється здійснюється таким чином. Під дією вітру лопаті 4 обертаються разом із маточиною З, при цьому генератори б разом з додатковими вітроколесами 5 рухаються по колу і тому швидкість набігаючого на вітроколеса 5 потоку повітря складається з геометричної суми швидкості вітру і « лінійної швидкості їх руху по колу. При цьому лінійна швидкість руху додаткових вітроколіс 5 значно перевищує ств) с швидкість вітру і тому вони мають швидкість обертання достатню для використовування швидкохідних генераторів без редукторів (мультиплікаторів). ;» Конструктивні особливості вітродвигуна, котрий пропонується, дозволяють змінювати місце розміщення генераторів 6 відносно осі обертання вітроколеса, для найбільш повного використовування енергії вітру.The claimed device works as follows. Under the influence of the wind, the blades 4 rotate together with the hub C, while the generators b together with the additional windmills 5 move in a circle, and therefore the speed of the air stream approaching the windmills 5 consists of the geometric sum of the wind speed and the linear speed of their movement in a circle. At the same time, the linear speed of movement of additional windmills 5 significantly exceeds the speed of the wind, and therefore they have a speed of rotation sufficient for the use of high-speed generators without gearboxes (multipliers). ;" Design features of the proposed wind engine allow changing the location of generators 6 relative to the axis of rotation of the wind wheel, for the most complete use of wind energy.

При змінах швидкості вітру механізм повороту 7 повертає лопаті 4 підтримуючи таким чином постійну -І швидкість обертання вітроколеса і, відповідно, постійну швидкість руху генераторів 6 і додаткових вітроколіс 5 по колу. о Електричний струм від генераторів 6 передається по кабелю 9, котрий розташовано всередині лопатей 4 на 2) струмознімач 8, а з нього по кабелю 11, який розташовано в нерухомій опорі 1 споживачу.When the wind speed changes, the rotation mechanism 7 rotates the blades 4, thereby maintaining a constant -I speed of rotation of the windmill and, accordingly, a constant speed of movement of the generators 6 and additional windmills 5 in a circle. o Electric current from generators 6 is transmitted through cable 9, which is located inside blades 4 on 2) current collector 8, and from it through cable 11, which is located in fixed support 1 to the consumer.

При змінах напрямку вітру, поворотна головка 2 повертається і весь час орієнтує лопаті 4 на вітер, при о цьому пружний елемент 10 згинається (але не закручується), його верхня частина переміщується (обкочуєтьсяWhen the direction of the wind changes, the rotating head 2 turns and all the time orients the blades 4 to the wind, while the elastic element 10 bends (but does not twist), its upper part moves (rolls

Ге) по колу навколо вісі обертання поворотної головки) разом із струмознімачем 8 і, таким чином, виключається закручування або пошкодження розміщеного в поворотній головці кабелю 11.Ge) in a circle around the axis of rotation of the rotary head) together with the current collector 8 and, thus, twisting or damage of the cable 11 placed in the rotary head is excluded.

Особливістю конструкції вітродвигуна є те, що вона дозволяє усю вітрову енергію, котра сприймається дв лопатями 4, передавати за допомогою додаткових вітроколіс 5 на швидкохідні генератори 6 і таким чином відмовитися від редукторів, які обов'язково використовуються разом з швидкохідними генераторами, а також відA feature of the design of the wind engine is that it allows all the wind energy perceived by the two blades 4 to be transmitted with the help of additional wind wheels 5 to the high-speed generators 6 and thus to abandon the gearboxes, which are necessarily used together with the high-speed generators, as well as from

Ф) перетворювачів, які у більшості відомих сучасних вітродвигунів розміщуються у поворотній головці 2 і які ка являють собою великі, важкі і, відносно, дорогі тихохідні генератори.F) converters, which are placed in the rotary head 2 in most known modern wind engines and which are large, heavy and, relatively, expensive low-speed generators.

Пристрій, що пропонується, має суттєві переваги перед відомими вітродвигунами при розміщені генераторів во на відстані 0,4...0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса.The proposed device has significant advantages over known wind engines when the generators are placed at a distance of 0.4...0.8 blade length from the axis of rotation of the wind wheel.

Коли вказана відстань менше зазначеного діапазону, швидкість обертання генераторів зменшується до значень, коли потрібна довжина лопатей додаткових вітроколіс перебільшує відстань від генераторів до вісі вітроколеса, а коли більше - значно зменшується коефіцієнт корисної дії вітродвигуна.When the specified distance is less than the specified range, the speed of rotation of the generators is reduced to values when the required length of the blades of the additional wind wheels exceeds the distance from the generators to the axis of the wind wheel, and when it is greater, the efficiency of the wind engine is significantly reduced.

Таким чином, у пристрої, що заявляється, забезпечується можливість використовування швидкохідних 65 генераторів (без зменшення коефіцієнта корисної дії вітродвигуна) без редукторів, завдяки великій швидкості обертання додаткових вітроколіс і передачі через них на генератори усієї вітрової енергії, яку сприймає вітроагрегат.Thus, in the claimed device, it is possible to use high-speed 65 generators (without reducing the efficiency of the wind engine) without gearboxes, due to the high speed of rotation of additional wind wheels and transmission through them to the generators of all the wind energy perceived by the wind unit.

Все це сприяє швидкому впровадженню пропонуємого пристрою і його широкому застосовуванню в енергетичній промисловості.All this contributes to the rapid implementation of the proposed device and its wide application in the energy industry.

Claims

The formula of the invention

1. A wind engine containing a rotating head with a wind wheel, an energy converter, which is made in the form of 70 generators, a cable network and a fixed support, while the axis of rotation of the wind wheel is placed horizontally, which differs in that it contains additional wind wheels, and the generators are placed on the blades of the wind wheel at a distance from 04 to 0.8 of the length of the blade from the axis of rotation of the windmill, while additional windmills are fixed on the shafts of the generators.

2. The wind engine according to claim 1, which is characterized by the fact that it contains a mechanism for turning the blades, while the blades are hinged.

Q. The wind turbine according to claim 1, which is characterized by the fact that it contains a pantograph that connects the electric cables of the generators to the electric cable of the fixed support, and an elastic element that is fixed at one end to the fixed support and the other is connected to the pantograph, while the current collector is installed in such a way that its axis is aligned with the axis of rotation of the windmill, and the electric cable of the fixed support is placed inside the spring element. c schi 6) (o) IF) (ze) IF) and -

- and? -i 1 (95) 1 iChe) ime) 60 b5