UA76894C2

UA76894C2 - Windmill

Info

Publication number: UA76894C2
Application number: UAA200500405A
Authority: UA
Inventors: Mykola Stepanovych Holubenko; Serhii Ivanovych Dovhaliuk; Oleksandr Leonidovyc Kadatskyi; Serhii Dmytrovych Kurdiukov; Serhii Viktorovych Piddubnyi; Oleksandr Mykhailovych Feldman; Valerii Oleksandrovyc Tsyhanov
Original assignee: Ltd Liability Company Design R
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2006-09-15

Abstract

A windmill consists of a rotary head with wind wheel on which wind energy transformers are installed, with additional wind wheels, and a fixed support. Axis of rotation of the wind wheel is placed in horizontal position. Each transformer of electric energy is equipped with two additional wind wheels, those are installed in sequence, have opposite direction of rotation, and axles of rotation of those coincide. Such implementation of the unit makes it possible to provide increase of coefficient of utilization of wind flow energy by additional wind wheels.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Пропонуємий пристрій відноситься до вітроенергетичного устаткування, а саме до вітродвигунів. 2 Відомо вітродвигун (перший аналог), який включає поворотну головку з вітроколесом, котре з'єднано з перетворювачем енергії, який виконано у вигляді генератора, і нерухому опору, при цьому вісь обертання вітроколеса розміщено горизонтально (міжнародна заявка РСТ/ОА9У4/00023 Мо публікації УУ095/21326 від 10.08.95). Горизонтальне розміщення осі обертання вітроколеса дозволяє краще використовувати енергію вітрового потоку.The proposed device refers to wind energy equipment, namely to wind engines. 2 A wind engine (the first analogue) is known, which includes a rotating head with a wind wheel, which is connected to an energy converter, which is made in the form of a generator, and a fixed support, while the axis of rotation of the wind wheel is placed horizontally (international application PCT/OA9U4/00023 Publication Mo UU095/21326 dated 10.08.95). The horizontal placement of the axis of rotation of the windmill allows better use of the energy of the wind flow.

Ознаками першого аналогу, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, котрий заявляється, є: наявність поворотної головки з вітроколесом, перетворювача енергії і нерухомої опори, а також горизонтальне розміщення осі обертання вітроколеса.The features of the first analogue, which coincide with the essential features of the claimed device, are: the presence of a rotating head with a windmill, an energy converter and a fixed support, as well as the horizontal location of the axis of rotation of the windmill.

Головною причиною, що перешкоджає одержанню у першому аналогу технічного результату пристрою, котрий заявляється, є значне зростання ваги і вартості редуктора, що з'єднує генератор з вітроколесом, або 12 генератора (при відсутності редуктора) у випадку збільшення потужності вітродвигуна.The main reason that prevents the first analogue from obtaining the technical result of the device, which is claimed, is a significant increase in the weight and cost of the reducer connecting the generator to the wind wheel, or 12 generators (in the absence of a reducer) in the case of an increase in the power of the wind engine.

Відомо вітродвигун (другий аналог), який містить поворотну головку з вітроколесом, додаткові вітроколеса, перетворювач енергії, котрий виконано у вигляді генераторів і нерухому опору, при цьому між лопатями вітроколеса і його маточиною установлено подовжувачі на котрих розміщено генератори, додаткові вітроколеса закріплено на валах генераторів, а вісь обертання вітроколеса розміщено горизонтально (патент Мо49970, МКВ 7A wind engine (the second analogue) is known, which contains a rotating head with a wind wheel, additional wind wheels, an energy converter, which is made in the form of generators and a fixed support, while extensions are installed between the blades of the wind wheel and its hub, on which the generators are placed, additional wind wheels are fixed on the shafts of the generators , and the axis of rotation of the windmill is placed horizontally (patent Mo49970, MKV 7

РОЗО1/00, БВ Мо10, 15.10.2002р.). Наявність додаткових вітроколіс і розміщення їх на валах генераторів, котрі закріплено на подовжувачах, дозволяє використовувати легкі і відносно дешеві швидкохідні генератори без редукторів (мультиплікаторів).ROZO1/00, BV Mo10, October 15, 2002). The presence of additional wind wheels and their placement on generator shafts, which are fixed on extensions, allows the use of light and relatively cheap high-speed generators without gearboxes (multipliers).

Ознаками другого аналогу, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, є: наявність поворотної головки з вітроколесом, на якому розміщено перетворювачі вітрової енергії з додатковими с вітроколесами, нерухомої опори і 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 wind wheel, on which wind energy converters with additional wind wheels are placed, a fixed support and horizontal placement of the axis of rotation of the wind wheel. Gee)

Головними причинами, що перешкоджають одержанню у другому аналогу технічного результату пристрою, котрий заявляється, є зменшення коефіцієнта використання енергії вітрового потоку (внаслідок великої швидкості обертання додаткових вітроколіс) і дія гіроскопічного моменту роторів генераторів на лопаті вітроколеса. ЗThe main reasons preventing the achievement of the claimed technical result of the device in the second analog are the decrease in the energy utilization factor of the wind flow (due to the high speed of rotation of the additional windmills) and the effect of the gyroscopic moment of the generator rotors on the windmill blade. WITH

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

Наявності в прототипі сукупності ознак, що збігаються з частиною суттєвих ознак пристрою, котрий Ге) заявляється, недостатньо для одержання технічного результату, який очікується від пристрою, котрий заявляється, тому що в прототипі неможливо використати енергію повітряних струмів, котрі змінюють напрямок - руху після обтікання лопатей додаткових вітроколіс, і неможливо виключити гіроскопічний момент роторів генераторів.The 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 in the prototype it is impossible to use the energy of air currents that change the direction of movement after flowing blades of additional wind wheels, and it is impossible to exclude the gyroscopic moment of generator rotors.

В основу винаходу поставлено задачу удосконалення вітродвигуна шляхом спорядження кожного « перетворювача вітрової енергії двома додатковими вітроколесами, котрі встановлено послідовно, мають З протилежний напрямок обертання і осі обертання яких співпадають і одержання в результаті вказаних с удосконалень підвищення коефіцієнта використання енергії вітрового потоку додатковими вітроколесами, аThe basis of the invention is the task of improving the wind engine by equipping each wind energy converter with two additional wind wheels, which are installed in series, have the opposite direction of rotation and the axes of rotation of which coincide, and obtaining, as a result of the indicated improvements, an increase in the coefficient of use of the energy of the wind flow by additional wind wheels, and

Із» також можливості обертання елементів перетворювачів вітрової енергії у різні напрямки при будь-яких варіантах виконання пристрою чи умовах його застосування, а також шляхом виконання перетворювачів вітрової енергії у вигляді генераторів, котрі мають один статор і два ротори, осі обертання яких співпадають, з'єднання кожного ротора з окремим додатковим вітроколесом і одержання в результаті цих додаткових удосконалень виключення і дії гіроскопічного моменту і зменшення навантажень на статори генераторів їх ваги і розмірів.With" also the possibility of rotating the elements of wind energy converters in different directions in any version of the device or conditions of its use, as well as by making wind energy converters in the form of generators, which have one stator and two rotors, the axes of rotation of which coincide, with the connection of each rotor with a separate additional wind wheel and obtaining as a result of these additional improvements the exclusion and action of the gyroscopic moment and the reduction of the loads on the stators of the generators, their weight and size.

Ге»! Суттєвими ознаками, що характеризують пристрій, котрий заявляється, є: наявність поворотної головки з вітроколесом, на котрому розміщено перетворювачі вітрової енергії з додатковими вітроколесами, і нерухомої со опори, горизонтальне розміщення осі обертання вітроколеса, спорядження кожного перетворювача вітровоїGee! The essential features characterizing the claimed device are: the presence of a rotating head with a wind wheel, on which wind energy converters with additional wind wheels are placed, and a fixed support, the horizontal location of the axis of rotation of the wind wheel, the equipment of each wind energy converter

Те) 20 енергії двома додатковими вітроколесами, котрі встановлено послідовно, мають протилежний напрямок обертання і осі обертання яких співпадають, а також виконання перетворювачів вітрової енергії у виглядіTe) 20 energy by two additional wind wheels, which are installed in series, have the opposite direction of rotation and the axes of rotation of which coincide, as well as the implementation of wind energy converters in the form

Т» генераторів, котрі мають один статор і два ротори, осі обертання яких співпадають і з'єднання кожного ротора з окремим додатковим вітроколесом.T" generators, which have one stator and two rotors, the axes of rotation of which coincide and the connection of each rotor with a separate additional wind wheel.

З них відмінними від прототипу суттєвими ознаками є: спорядження кожного перетворювача вітрової енергії 25 двома додатковими вітроколесами, котрі встановлено послідовно, мають протилежний напрямок обертання і осіAmong them, the essential features that differ from the prototype are: the equipment of each wind energy converter 25 with two additional wind wheels, which are installed in series, have the opposite direction of rotation and axis

ГФ) обертання яких співпадають, а також виконання перетворювачів вітрової енергії у вигляді генераторів, котрі юю мають один статор і два ротори, осі обертання яких співпадають, і з'єднання кожного ротора з окремим додатковим вітроколесом.GF) whose rotations coincide, as well as the implementation of wind energy converters in the form of generators, which have one stator and two rotors, the axes of rotation of which coincide, and the connection of each rotor with a separate additional wind wheel.

Відмінними ознаками, необхідними для одержання зазначеного технічного результату в будь-яких варіантах 60 виконання пристрою, що заявляється, чи умовах його використання (варіантах і умовах на які поширюється правовий захист) є: спорядження кожного перетворювача вітрової енергії двома додатковими вітроколесами, котрі у кожній парі мають протилежний напрямок обертання, встановлено послідовно і осі обертання яких співпадають.Distinctive features necessary to obtain the specified technical result in any variants 60 of the claimed device, or conditions of its use (variants and conditions covered by legal protection) are: equipping each wind energy converter with two additional wind wheels, which in each pair have the opposite direction of rotation, are installed in series and whose rotation axes coincide.

До суттєвих ознак, що характеризують пристрій котрий заявляється, тільки в окремих випадках його бо виконання, відносяться: виконання перетворювачів вітрової енергії у вигляді генераторів, котрі мають один статор і два ротори, осі обертання яких співпадають, і з'єднання кожного ротора з окремим додатковим вітроколесом.The essential features characterizing the claimed device, only in certain cases of its implementation, include: implementation of wind energy converters in the form of generators, which have one stator and two rotors, the axes of rotation of which coincide, and the connection of each rotor with a separate additional windmill

Спорядження кожного перетворювача вітрової енергії двома додатковими вітроколесами, котрі у кожній парі мають протилежний напрямок обертання, встановлено послідовно і осі обертання яких співпадають, забезпечує разом (у сукупності) з відомими ознаками (наявністю поворотної головки з вітроколесом, на котрому розміщено перетворювачі вітрової енергії з додатковими вітроколесами, нерухомої опори і горизонтальним розміщенням осі обертання вітроколеса) використання другим (у напрямку вітру) додатковим вітроколесом енергії відхиленого лопатями першого додаткового вітроколеса вітрового потоку, що призводить до збільшення коефіцієнта 7/0 Використання енергії вітрового потоку додатковими вітроколесами, дозволяє мати різні розміри ії швидкість обертання додаткових вітроколіс (для забезпечення оптимальних умов роботи елементів перетворювача вітрової енергії, а також у випадку виконання перетворювача вітрової енергії у вигляді генератора, використовувати два ротора з різними напрямками обертання.Equipping each wind energy converter with two additional wind wheels, which in each pair have the opposite direction of rotation, installed in series and whose rotation axes coincide, provides together (in total) with known features (the presence of a rotating head with a wind wheel on which wind energy converters with additional windmills, fixed support and horizontal placement of the axis of rotation of the windmill) use by the second (in the direction of the wind) additional windmill of the energy of the wind flow deflected by the blades of the first additional windmill, which leads to an increase in the coefficient of 7/0 The use of the energy of the wind flow by additional windmills allows to have different sizes and speeds rotation of additional wind wheels (to ensure optimal working conditions of the elements of the wind energy converter, as well as in the case of a wind energy converter in the form of a generator, use two rotors with different directions of rotation.

Виконання перетворювачів вітрової енергії у вигляді генераторів, котрі мають один статор і два ротори, /5 осі обертання яких співпадають і з'єднання кожного ротора з окремим додатковим вітроколесом забезпечує (разом з вище зазначеними ознаками) обертання роторів кожного генератора у різні боки і відповідно взаємне урівноваження їх гіроскопічних моментів (для виключення їх дії на лопаті вітроколеса), а також більш ефективну електромагнітну взаємодію статора і роторів генератора, що дозволяє зменшити вагу, розміри і вартість генераторів.The implementation of wind energy converters in the form of generators, which have one stator and two rotors, whose /5 axes of rotation coincide and the connection of each rotor with a separate additional wind wheel ensures (along with the above-mentioned features) the rotation of the rotors of each generator in different directions and, accordingly, mutual balancing their gyroscopic moments (to eliminate their action on the blade of the windmill), as well as more effective electromagnetic interaction of the stator and rotors of the generator, which allows reducing the weight, size and cost of generators.

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

Де на Фіг.1, Фіг.2 зображено загальний вигляд вітродвигуна, а на Фіг.3 - поперечний переріз перетворювача вітрової енергії. На Фіг.4 - вітровий потік, котрий діє на лопаті додаткових вітроколіс. На Фіг.5, Фіг.б зображено деякі варіанти окремих випадків виконання генератора пристрою, котрий заявляється. сWhere Fig. 1, Fig. 2 shows the general view of the wind engine, and Fig. 3 shows the cross-section of the wind energy converter. Fig. 4 shows the wind flow acting on the blades of additional windmills. Fig. 5, Fig. b show some variants of individual cases of implementation of the device generator, which is claimed. with

Пристрій, котрий заявляється, містить нерухому опору 1 (Фіг.1), поворотну головку 2 з вітроколесом З на лопатях 4 якого встановлено генератори 5, котрі містять один статор 6 (Фіг.3) і два ротори 7, 8 на валах яких і) закріплено додаткові вітроколеса 9, 10.The claimed device includes a fixed support 1 (Fig. 1), a rotating head 2 with a windmill Z on the blades 4 of which generators 5 are installed, which contain one stator 6 (Fig. 3) and two rotors 7, 8 on the shafts of which and) additional wind wheels 9, 10 are attached.

Робота пристрою, що заявляється здійснюється таким чином. Під дією вітру лопаті 4 (Фіг.1, Фіг.2) вітроколеса З обертаються разом з генераторами 5 і додатковими вітроколесами 9, 10. При цьому додаткові «гThe claimed device works as follows. Under the action of the wind, the blades 4 (Fig. 1, Fig. 2) of windmills C rotate together with generators 5 and additional windmills 9, 10. At the same time, additional "g

Зо Вітроколеса 9, 10 рухаються по колу і швидкість потоку повітря, що діє на них складається з геометричної суми швидкості вітру і лінійної швидкості руху додаткових вітроколіс 9, 10 по колу і тому вони мають значно менший Ме розмір і значно більшу швидкість обертання у порівнянні з вітроколесом 3. соWindwheels 9, 10 move in a circle, and the speed of the air flow acting on them consists of the geometric sum of the wind speed and the linear speed of movement of additional windmills 9, 10 in a circle, and therefore they have a much smaller Me size and a much higher rotation speed compared to by windmill 3. so

Енергія повітряних струменів, що змінюють свій напрямок після обтікання лопатей першого додаткового вітроколеса 9 (фіг.4), використовується лопатями другого вітроколеса 10, котре обертається у протилежному ісе) зв напрямку і таким чином збільшується коефіцієнт використання вітрової енергії. Відповідно у протилежних ї- напрямках обертаються і ротори 7, 8 (Фіг.3) генераторів 5, при цьому гіроскопічні моменти, котрі діють на них, мають протилежний напрямок і компенсують один одного, що виключає дію будь якого з них на лопаті 4 вітроколеса 3. Крутильні моменти, що діють на статори 6 з боку роторів 7 і 8 також урівноважують один одного, до того ж вказане розміщення елементів генераторів забезпечує більш ефективну електромагнітну взаємодію « статорів 6 і роторів 7, 8 генераторів. з с При змінах напрямку вітру, поворотна головка 2 (Фіг.1) повертається і весь час орієнтує вітроколесо З на вітер. ;» Слід зазначити, що конструктивні особливості пристрою, котрий заявляється надають широкі можливості для його виготовлення відповідно до конкретних умов його використання (дивись Фіг.5, Фіг.б).The energy of the air jets, which change their direction after flowing around the blades of the first additional windmill 9 (Fig. 4), is used by the blades of the second windmill 10, which rotates in the opposite direction and thus increases the coefficient of wind energy utilization. Accordingly, the rotors 7, 8 (Fig. 3) of the generators 5 also rotate in opposite directions, while the gyroscopic moments acting on them have the opposite direction and compensate for each other, which excludes the action of any of them on the blade 4 of the windmill 3 The torques acting on the stators 6 from the side of the rotors 7 and 8 also balance each other, in addition, the indicated placement of the generator elements ensures a more effective electromagnetic interaction of the stators 6 and the rotors 7, 8 of the generators. z с When the direction of the wind changes, the rotary head 2 (Fig. 1) turns and all the time orients the windmill Z to the wind. ;" It should be noted that the design features of the claimed device provide wide opportunities for its manufacture in accordance with the specific conditions of its use (see Fig. 5, Fig. b).

Таким чином пристрій, котрий заявляється має суттєві переваги перед прототипом і іншими відомими -І пристроями аналогічного призначення.Thus, the claimed device has significant advantages over the prototype and other known devices of similar purpose.

Все це сприяє швидкому впровадженню пропонуємого пристрою. (22) боAll this contributes to the rapid implementation of the proposed device. (22) because

Claims

The formula of the invention is 50

Their" 1. A wind engine containing a rotating head with a wind wheel, on which wind energy converters with additional wind wheels are placed, and a fixed support, while the axis of rotation of the wind wheel is placed horizontally, which differs in that each wind energy converter is equipped with two additional wind wheels, which installed in series, have the opposite direction of rotation and the axes of rotation of which coincide.

(F) 2. The wind engine according to claim 1, which is characterized by the fact that the wind energy converters are made in the form of GI generators, which have one stator and two rotors, the axes of rotation of which coincide, while each rotor is connected to a separate additional wind wheel.

60 b5