UA99662C2 - Direct-drive vertical-axle wind-power unit - Google Patents
Direct-drive vertical-axle wind-power unit Download PDFInfo
- Publication number
- UA99662C2 UA99662C2 UAA201100474A UAA201100474A UA99662C2 UA 99662 C2 UA99662 C2 UA 99662C2 UA A201100474 A UAA201100474 A UA A201100474A UA A201100474 A UAA201100474 A UA A201100474A UA 99662 C2 UA99662 C2 UA 99662C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- rotor
- support
- wind
- wings
- ring
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 239000002889 diamagnetic material Substances 0.000 description 3
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Винахід належить до вітроенергетики, зокрема до конструювання та виробництва вітроенергетичних установок середньої та великої потужності для використання в регіонах зі слабкими вітрами.The invention belongs to wind energy, in particular to the design and production of wind energy installations of medium and large power for use in regions with weak winds.
Серед безлічі проблем, пов'язаних з розробкою вертикально-осьових вітроенергоустановок (ВЕУ), існує проблема зменшення навантажень на вузол кріплення ротора, а також гасіння вібрацій трансмісійного вала. Ці проблеми загострюються і виходять на перший план при створенні ВЕУ великої потужності, а також для ВЕУ, що встановлюються не на спеціалізованих опорах, а на житлових будинках або виробничих будівлях. У вертикально-осьових ВЕУ типуAmong the many problems associated with the development of vertical-axis wind turbines (VUE), there is the problem of reducing the loads on the rotor mounting assembly, as well as damping transmission shaft vibrations. These problems are exacerbated and come to the fore when creating wind turbines of large capacity, as well as for wind turbines installed not on specialized supports, but on residential buildings or industrial buildings. In vertical-axis wind turbines of the type
Дар'є рушійна сила, що обертає вал, утворюється різницею підйомних сил, що діють на активну і пасивну групи лопатей (крил) ротора. Природна мінливість швидкості вітру та нерівномірний розподіл тиску потоку по площинах крил (дрейфуючий градієнт тиску) створює деформуючі навантаження, збільшені моментами сил. Виникаючі при цьому вібрації, передаються на вал сумісно з обертовим моментом і суттєво ускладнюють умови роботи маточини і опорно- підшипникового вузла.It provides the driving force that rotates the shaft, formed by the difference in lifting forces acting on the active and passive groups of blades (wings) of the rotor. The natural variability of the wind speed and the uneven distribution of the flow pressure on the wing planes (drifting pressure gradient) creates deforming loads, increased by moments of forces. The resulting vibrations are transmitted to the shaft together with the torque and significantly complicate the working conditions of the hub and support-bearing unit.
Для ефективної роботи ВЕУ вал необхідно захистити від вібрацій, а ротор повинен надійно фіксуватися в межах необхідної траєкторії руху. Таким чином, ротор має потребу не тільки в надійній підвісці (опорному вузлі), а й у системі стабілізації руху лопатей. Огляд патентної літератури показує, що ці проблеми перебувають у зоні помітної активності розробників.For the efficient operation of the wind turbine, the shaft must be protected from vibrations, and the rotor must be reliably fixed within the required trajectory of movement. Thus, the rotor needs not only a reliable suspension (support unit), but also a system for stabilizing the movement of the blades. A review of the patent literature shows that these problems are in the zone of noticeable activity of developers.
Так, відомий опорний вузол ротора вітродвигуна за а. с. СРСР Мо 1714188 МПК" РОЗО 11/00.So, the support node of the rotor of the wind engine is known by a. with. USSR Mo. 1714188 IPC" ROZO 11/00.
Він містить нерухому опору і ємність, частково заповнену робочою магнітною рідиною. У ємності розміщений понтон, який має відкриту з боку опори порожнину, заповнену газом. У нижній частині ємності встановлено постійні магніти, орієнтовані один до одного однойменними полюсами і розділеними прокладкою з діамагнітного матеріалу. До складу магнітної рідини входять рідина-носій і колоїдні частинки феромагнетика, стабілізовані в рідині поверхнево- активними добавками. Тиск вала зближує полюсні площини магнітів, магнітна рідина, намагнічуючись набуває в'язкість, і працює як пружина, що демпфірує вертикальне навантаження. Спільна та односпрямована дія сил магнітного відштовхування і сил пружності забезпечує корекцію положення торцевої зони вала ВЕУ, що не має прямого механічного контакту з опорою.It contains a fixed resistance and a container partially filled with a working magnetic fluid. A pontoon is placed in the container, which has a gas-filled cavity open from the side of the support. In the lower part of the container, permanent magnets are installed, oriented to each other by the poles of the same name and separated by a spacer made of diamagnetic material. The composition of the magnetic liquid includes a carrier liquid and colloidal ferromagnetic particles stabilized in the liquid by surface-active additives. The pressure of the shaft brings the pole planes of the magnets closer together, the magnetic fluid, being magnetized, becomes viscous and works as a spring that dampens the vertical load. The joint and unidirectional action of magnetic repulsion forces and elastic forces ensures the correction of the position of the end zone of the wind turbine shaft, which does not have direct mechanical contact with the support.
Зо До недоліків описаного способу розвантаження вала ротора можна віднести те, що магнітний "замок", утворений за допомогою постійних магнітів, що при такій орієнтації полюсів не дають досить жорсткої бічної фіксації. Наявність піддатливих зв'язків створює ще один ступінь свободи, в шкалі якого можуть виникати небажані вібрації. Крім того, при роботі спостерігається сильне розсіювання магнітних потоків, яке, хоч і пом'якшується наявністю магнітної рідини, але не усуває його.З One of the disadvantages of the described method of unloading the rotor shaft is the fact that the magnetic "lock" is formed with the help of permanent magnets, which with such an orientation of the poles do not provide sufficiently rigid lateral fixation. The presence of flexible connections creates another degree of freedom, in the scale of which unwanted vibrations can occur. In addition, during operation, a strong dispersion of magnetic fluxes is observed, which, although softened by the presence of a magnetic fluid, does not eliminate it.
Найбільш близьким технічним рішенням, узятим як прототип, є опорний вузол ротора вітроенергоустановки за пат. України Мо 86143 МПК (2009) РОЗО 11/00, 3/00, авториThe closest technical solution, taken as a prototype, is the support node of the rotor of the wind power installation according to pat. Mo of Ukraine 86143 IPC (2009) ROZO 11/00, 3/00, authors
Дзензерський В.О., Тарасов СВ., Костюков 1.Ю., Буряк О.А., заявка а2007 08837, пріоритет від 31.07. 2007, опубл. 25.03. 2009, Бюл. Мо 6. Пристрій містить магнітовзаємодіючі елементи, розміщені з зазором на площинах ротора і опори. Постійні магніти встановлені тільки на диску ротора і служать магнітами збудження. Площиною опори є статорна платформа, яка виконана двоярусною. На її верхньому ярусі встановлені модулі лінійного генератора, а на нижньому - короткозамкнені котушки. Диск ротора поміщений в зазорі між ярусами статора, а магніти встановлені так, що при роботі ВЕУ входять протилежними полюсними гранями в магнітне зачеплення з модулями і котушками відповідно.Dzenzerskyi V.O., Tarasov SV., Kostyukov 1.Yu., Buryak O.A., application a2007 08837, priority from 31.07. 2007, publ. 25.03. 2009, Bull. Mo 6. The device contains magnetically interacting elements placed with a gap on the rotor and support planes. Permanent magnets are installed only on the rotor disk and serve as excitation magnets. The support plane is a two-tiered stator platform. Linear generator modules are installed on its upper tier, and short-circuited coils are installed on the lower tier. The rotor disk is placed in the gap between the stator tiers, and the magnets are installed in such a way that when the wind turbine is operating, the opposite pole faces enter into magnetic engagement with the modules and coils, respectively.
До недоліків прототипу слід віднести те, що лопаті вітрового ротора деформуються неоднорідним потоком, що призводить до виникнення вібрацій, які передаються на вал. При цьому цей негативний ефект прогресує зі збільшенням габаритів ротора.The shortcomings of the prototype include the fact that the blades of the wind rotor are deformed by a non-uniform flow, which leads to the occurrence of vibrations that are transmitted to the shaft. At the same time, this negative effect progresses with an increase in the dimensions of the rotor.
В основу запропонованого технічного рішення поставлена задача збільшення ККД установки за рахунок розвантаження опорного вузла вітроротора, а також розширення функціональних можливостей ВЄУ за рахунок зменшення вібрацій вала установки шляхом додаткової фіксації крил і корекції деформацій вітроротора.The basis of the proposed technical solution is the task of increasing the efficiency of the installation due to the unloading of the support unit of the wind rotor, as well as expanding the functional capabilities of the wind turbine due to the reduction of vibrations of the shaft of the installation by means of additional fixing of the wings and correction of deformations of the wind rotor.
Поставлена задача вирішується тим, що в вертикально-осьовому вітроагрегаті, що містить вітроротор, встановлений на спільному трансмісійному валу з електрогенератором, і опорний вузол, обладнаний магнітовзаємодіючими елементами, вітроротор виконаний двоярусним і обрамлений бандажною кліткою, встановленою на опорі, кожен ярус містить крила аеродинамічного профілю , закріплені обома кінцями на різновисоких опорних кільцях, які жорстко пов'язані із спільним валом за допомогою системи спиць, при цьому крила нижнього ярусу повернуті по колу щодо крил верхнього ярусу на 60" в трилопатевому варіанті виконання, бо середнє кільце є спільним для обох ярусів і має збільшений діаметр за рахунок функціонального виступу, бандажна клітка складається з двох опорних дисків, з'єднаних між собою за допомогою стійок, нижній і верхній диски виконані суцільними, і оснащені опорно- підшипниковими вузлами для кріплення вала, опорний вузол перенесений з ротора електрогенератора на бандажну клітку вітроротора і містить підвісне кільце, закріплене на стійках, кільце виконано у вигляді профільованої кругової балки, що має швелерний профіль, звернений жолобом до осі ротора, на верхній полиці швелера встановлено феромагнітне кільце, рівне ширині полиці, на нижній полиці встановлена магнітна доріжка, виконана з брусків постійних магнітів, укладених з інтервалами і з змінною полярністю, між магнітним і феромагнітним шарами виконаний мінімальний повітряний зазор, в який без торкання входить виступ середнього кільця ротора електрогенератора.The task is solved by the fact that in a vertical-axis wind unit containing a wind rotor installed on a common transmission shaft with an electric generator and a support unit equipped with magnetically interacting elements, the wind rotor is made of two tiers and is framed by a cage mounted on a support, each tier contains wings of an aerodynamic profile , fixed at both ends on support rings of different heights, which are rigidly connected to the common shaft by means of a system of spokes, while the wings of the lower tier are turned in a circle relative to the wings of the upper tier by 60" in the three-blade version, because the middle ring is common to both tiers and has an increased diameter due to a functional protrusion, the tire cage consists of two support disks connected to each other with the help of racks, the lower and upper disks are made solid, and equipped with support-bearing units for fastening the shaft, the support unit is transferred from the rotor of the electric generator to wind rotor cage and contains a suspended ring fixed on racks, the ring is made in the form of a profiled circular beam, which has a channel profile, the channel is facing the axis of the rotor, a ferromagnetic ring is installed on the upper shelf of the channel, equal to the width of the shelf, a magnetic track is installed on the lower shelf, made of bars of permanent magnets, arranged at intervals and with variable polarity, between the magnetic and ferromagnetic layers, a minimal air gap is made, into which the protrusion of the middle ring of the rotor of the electric generator enters without touching.
Проведемо детальний аналіз технічного рішення.We will conduct a detailed analysis of the technical solution.
Відмінні ознаки: вітроротор виконаний двоярусним і обрамлений бандажною кліткою, встановленою на опорі; бандажна клітка складається з двох опорних дисків, з'єднаних між собою за допомогою стійок, нижній і верхній диски виконані суцільними і оснащені опорно- підшипниковими вузлами для кріплення вала, характеризують як проведену модернізацію вітроротора, так і особливості введеного вузла.Distinctive features: the wind rotor is two-tiered and framed by a cage mounted on a support; the truss cage consists of two supporting disks connected to each other by means of racks, the lower and upper disks are made solid and equipped with support-bearing units for fastening the shaft, characterize both the carried out modernization of the wind rotor and the features of the introduced unit.
Механічна міцність вітроротора установки, що патентується, істотно збільшується в порівнянні з прототипом за рахунок застосування зовнішньої бандажної клітки. Вона являє собою циліндричну просторову конструкцію, прозору для вітрового потоку, що дає можливість фіксувати вал в районі вітроротора як мінімум у двох точках, розміщуючи опорно-підшипникові вузли на протилежних дисках клітки. Клітка стає додатковою несучою конструкцією, що має істотну жорсткість, і здатна протистояти швидкісному напору вітру та інерційним навантаженням без критичних деформацій. Ця опора здатна частково гасити вібрації крил ротора, а також блокувати чинники деформацій трансмісійного вала, які неминучі при одноточковому закріпленні виносу вала під вітроротор.The mechanical strength of the wind rotor of the patented installation is significantly increased compared to the prototype due to the use of an external cage. It is a cylindrical spatial structure, transparent to the wind flow, which makes it possible to fix the shaft in the area of the wind rotor at least in two points, placing the support-bearing units on the opposite discs of the cage. The cage becomes an additional load-bearing structure that has significant rigidity and is able to withstand high-speed wind pressure and inertial loads without critical deformations. This support is capable of partially damping the vibrations of the rotor wings, as well as blocking the factors of transmission shaft deformations, which are inevitable when the shaft is fixed at one point under the wind rotor.
Що стосується аеродинамічних проблем, то трилопатевий ротор при зростанні обертової швидкості створює слідовими хвостами фіктивну контурну огорожу, що має форму циліндричного тіла, яке обтікає надлишковий повітряний потік. Потік же, оточуючий циліндричне тіло, буде створювати поля швидкостей і тисків, що сприяють підвищенню підйомної сили крилAs far as aerodynamic problems are concerned, the three-bladed rotor, when the rotational speed increases, creates a fictitious contour fence with trailing tails, which has the shape of a cylindrical body, which flows around the excess air flow. The flow surrounding the cylindrical body will create fields of velocities and pressures that contribute to increasing the lifting force of the wings
Зо ротора. Наявність бандажної клітки неістотно змінює структуру повітряного потоку.From the rotor. The presence of a bandage cage does not significantly change the structure of the air flow.
Відмінні ознаки: кожен ярус містить крила аеродинамічного профілю, закріплені обома кінцями на різновисоких опорних кільцях, які жорстко пов'язані із спільним валом за допомогою системи спиць, при цьому крила нижнього ярусу зсунені по колу щодо крил верхнього ярусу на 60" в трилопатевому варіанті виконання, конкретизують конструктивні зміни вітроротора.Distinctive features: each tier contains airfoil wings fixed at both ends on support rings of different heights, which are rigidly connected to the common shaft by means of a spoke system, with the wings of the lower tier offset circumferentially relative to the wings of the upper tier by 60" in the three-blade version , specify the structural changes of the wind rotor.
Горизонтально-осьові репелери часто оснащують ободами, що зв'язують кінці їх лопаті, що не тільки збільшує їх механічну міцність, але і знімає негативну дію кінцевого ефекту, створюваного пульсуючими зривними вихорами. Зв'язування закінцівок вертикально-осьових роторів Дар'є призводить до схожого позитивного результату.Horizontal-axial repellers are often equipped with rims connecting the ends of their blades, which not only increases their mechanical strength, but also removes the negative effect of the final effect created by pulsating shear vortices. Binding the ends of vertical-axis Darier rotors leads to a similar positive result.
Крім того, двоярусна структура ротора, з двох- або трилопатевою вітроприймальною системою створює м'який розтягнутий пусковий момент, оскільки в робочий хід вступає більше крил. При досить великому діаметрі ротора можуть створитися умови аеродинамічного самозапуску, що дає можливість скасувати додаткові механізми для розкрутки ротора.In addition, the two-tier structure of the rotor, with a two- or three-bladed wind-receiving system, creates a soft, extended starting moment, since more wings enter the working stroke. With a sufficiently large diameter of the rotor, the conditions of aerodynamic self-start can be created, which makes it possible to cancel additional mechanisms for spinning the rotor.
Відмінні ознаки: опорний вузол перенесений з ротора електрогенератора на бандажну клітку вітрового ротора І! містить підвісне кільце, закріплене на стійках, підвісне кільце виконано у вигляді профільованої кругової балки, що має швелерний профіль, звернений жолобом до осі ротора, на верхній полиці швелера встановлено феромагнітне кільце, рівне ширині полиці, на нижній полиці встановлена магнітна доріжка, виконана з брусків постійних магнітів, укладених з інтервалами, між магнітним і феромагнітним шарами зроблено мінімальний повітряний зазор, в який без торкання входить виступ середнього кільця ротора генератора, яке має збільшений діаметр за рахунок функціонального виступу, є основними для пристрою, що патентується.Distinctive features: the support node is transferred from the rotor of the electric generator to the cage of the wind rotor And! contains a suspension ring fixed on racks, the suspension ring is made in the form of a profiled circular beam, which has a channel profile, the channel is turned to the axis of the rotor, a ferromagnetic ring equal to the width of the shelf is installed on the upper shelf of the channel, a magnetic track made of bars is installed on the lower shelf permanent magnets placed at intervals, between the magnetic and ferromagnetic layers, a minimal air gap is made, into which the protrusion of the middle ring of the generator rotor, which has an increased diameter due to the functional protrusion, enters without touching, are the main ones for the patented device.
Одним з основних недоліків прототипу полягає в тому, що вага вітроротора поєднується з вагою ротора генератора, і при цьому масивна магнітна система установки змонтована на роторі. Навіть при високій несучій здатності самарій-кобальтових магнітів підвіс здійснюється з серйозним збільшенням інерційності всього кінематичного вузла. У пристрої, що патентується, розвантаження вітроротора проводиться за рахунок магнітної системи, встановленої на нерухомій бандажній клітці.One of the main disadvantages of the prototype is that the weight of the wind rotor is combined with the weight of the rotor of the generator, and at the same time the massive magnetic system of the installation is mounted on the rotor. Even with a high bearing capacity of samarium-cobalt magnets, the suspension is carried out with a serious increase in the inertia of the entire kinematic unit. In the patented device, the unloading of the wind rotor is carried out due to a magnetic system installed on a fixed cage.
Введення вузла магнітної стабілізації вітроротора, що має опорну базу у вигляді бандажної клітки, створює локальну систему амортизації, що істотно збільшує ефективність гасіння вібрацій. По-перше, вузол магнітної стабілізації працює як коректор ходу. Сила бо електродинамічного гальмування залежить від швидкості обертання ротора, і вона вносить коригуючий вплив в баланс сил кінематичної системи ВЕУ. По-друге, зменшення і навіть зняття вертикальних навантажень з підшипникових кріплень полегшують режим роботи підшипників, так як підшипники розраховані на протидію, в основному, горизонтальних навантажень. Таким чином, цей вузол, здійснюючи магнітне демпфірування деформаційних напруг, є засобом зменшення впливу власної ваги ротора на його роботу.The introduction of the magnetic stabilization unit of the wind rotor, which has a support base in the form of a bandage cage, creates a local damping system, which significantly increases the effectiveness of damping vibrations. First, the magnetic stabilization unit works as a course corrector. Because the power of electrodynamic braking depends on the speed of rotation of the rotor, and it has a corrective effect on the balance of forces of the wind turbine kinematic system. Secondly, the reduction and even removal of vertical loads from the bearing mounts facilitate the operating mode of the bearings, as the bearings are designed to counteract, mainly, horizontal loads. Thus, this node, performing magnetic damping of deformation stresses, is a means of reducing the effect of the rotor's own weight on its operation.
Важливим ефектом перенесення вузла стабілізації на клітки є стабілізація зазору між магнітною системою збудження і модулями статора в генераторі. Параметр продуктивності генератора дуже чутливий до зміни цього зазору. Тому жорстка фіксація ротора позитивно позначається на ККД генератора. Виступ середнього кільця електрогенератора є активною площадкою, на яку діють сили корекції з боку магнітної доріжки.An important effect of transferring the stabilization node to cages is the stabilization of the gap between the magnetic excitation system and the stator modules in the generator. The generator performance parameter is very sensitive to changes in this gap. Therefore, the rigid fixation of the rotor has a positive effect on the efficiency of the generator. The protrusion of the middle ring of the electric generator is an active platform on which correction forces from the side of the magnetic track act.
Феромагнітне кільце виконує функцію концентратора потоку магнітної індукції. Збільшення щільності магнітної енергії в зазорі кругової балки підвищує ефективність корекції відхилень траєкторії руху навантажуваних елементів ротора. Так як магнітна доріжка встановлена на бандажній клітці, то їхня маса не впливає на роботу самого ротора.A ferromagnetic ring performs the function of a magnetic induction flux concentrator. An increase in the density of magnetic energy in the gap of the circular beam increases the efficiency of correction of deviations of the movement trajectory of the loaded elements of the rotor. Since the magnetic track is installed on the tire cage, their mass does not affect the operation of the rotor itself.
Всі перелічені ознаки сприяють розширенню області застосування тихохідних вертикальноосьових вітроенергоустановок. За рахунок спроможності подавления вібрацій, такі установки можна встановлювати на дахах житлових будинків, на корпусах промислових приміщень і т.і. Таким чином, за рахунок використання готових висотних опор, підіймаючих ВЕУ над землею у вигляді споруд іншого призначення зменшуються капітальні витрати.All the listed features contribute to the expansion of the field of application of low-speed vertical axis wind turbines. Due to the ability to suppress vibrations, such installations can be installed on the roofs of residential buildings, on the housings of industrial premises, etc. Thus, capital costs are reduced due to the use of ready-made high-rise supports that raise wind turbines above the ground in the form of structures of a different purpose.
За наявними в авторів відомостями запропоновані суттєві ознаки, що характеризують суть винаходу, не відомі в даному розділі техніки.According to the information available to the authors, the proposed essential features characterizing the essence of the invention are not known in this section of technology.
Запропоноване технічне рішення може бути використане при проектуванні вітроенергоустановок збільшеною потужністю з ротором Дар'є у ролі вітроприймального вузла.The proposed technical solution can be used in the design of wind power plants with increased power with a Darier rotor as a wind receiving unit.
Критерій «промислове застосування» підтверджується актуальністю проблематики на сучасному етапі розвитку вітроенергетики та його практичною прив'язкою до реальних виробничих технологій.The "industrial application" criterion is confirmed by the relevance of the issue at the current stage of wind energy development and its practical connection to real production technologies.
Опис вітроагрегату, що патентується, ілюструється кресленнями. На фіг. 1 наведено загальний вигляд вітроагрегату; на фіг.2 - переріз вітроротора по АА; на фіг.3 - переріз вітроротора по ВВ; на фіг.4 - переріз вітроротора по СС; на фіг.5 - вертикальний перерізThe description of the patented wind unit is illustrated by drawings. In fig. 1 shows the general view of the wind turbine; Fig. 2 - section of the wind rotor along AA; Fig. 3 - cross-section of the wind rotor along the VV; Fig. 4 - a section of the wind rotor along SS; Fig. 5 is a vertical section
Зо вітроротора.From a wind turbine.
Безредукторний вертикально-осьовий вітроагрегат (фіг.1) містить ротор 1 (вітротурбінуGearless vertical-axis wind turbine (Fig. 1) contains rotor 1 (wind turbine
Дар'є), укладений у бандажну клітку 2, встановлену на опорі 3, і трансмісійний вал 4, що з'єднує ротор з електрогенератором 5. Ротор 1 виконаний двоярусним. Кожен ярус являє собою дво,- трилопатевий ротор, що містить крила (лопаті) 6 аеродинамічного профілю (переріз по АА на фіг. 2), закріплені обома кінцями на опорних кільцях - верхньому 7, середньому 8 і нижньому 9, які жорстко пов'язані із спільним валом 4 за допомогою системи спиць 10. (переріз по ВВ на фіг.3). Крила б нижнього ярусу зміщені по колу щодо крил верхнього ярусу (переріз по СС на фіг.4) на 907 у дволопатевому варіанті виконання і на 60" у трилопатевому варіанті. Середнє кільце 8 є спільним для обох ярусів і має збільшений діаметр за рахунок функціонального виступу. Кільця виготовлені з діамагнітного матеріалу. Бандажна клітка 2 складається з двох опорних дисків - верхнього 11 і нижнього 12, а також середнього підвісного кільця 13, що з'єднані між собою за допомогою стійок 14. Кількість стійок залежить від діаметра ротора і для легкої ВЕУ дорівнює двом. Нижній 12 і верхній 11 диски виконані суцільними і оснащені центральними опорно-підшипниковими вузлами 15 для кріплення вала 4. Нижній диск 12 жорстко закріплений на опорі 3, яка безпосередньо встановлюється на перекриття будівлі, або ж на дах цеху. Середнє підвісне кільце 13 закріплено на стійках 14 і не пов'язане з валом 4.Darier), enclosed in a cage 2 mounted on a support 3, and a transmission shaft 4 connecting the rotor to the electric generator 5. The rotor 1 is made of two tiers. Each tier is a two- or three-bladed rotor containing wings (blades) 6 of an aerodynamic profile (section AA in Fig. 2), fixed at both ends on support rings - upper 7, middle 8 and lower 9, which are rigidly connected with a common shaft 4 using a system of spokes 10. (section along BB in Fig. 3). The wings of the lower tier are offset in a circle relative to the wings of the upper tier (cross-section along SS in Fig. 4) by 907 in the two-blade version and by 60" in the three-blade version. The middle ring 8 is common to both tiers and has an increased diameter due to the functional protrusion . The rings are made of diamagnetic material. The tire cage 2 consists of two support disks - the upper 11 and the lower 12, as well as the middle suspension ring 13, which are connected to each other with the help of racks 14. The number of racks depends on the diameter of the rotor and for a light wind turbine is equal to two. The lower 12 and upper 11 disks are made continuous and equipped with central support-bearing assemblies 15 for fastening the shaft 4. The lower disk 12 is rigidly fixed on the support 3, which is directly installed on the ceiling of the building, or on the roof of the workshop. The middle suspension ring 13 fixed on the racks 14 and not connected to the shaft 4.
Диски і кільце виконані з легкого діамагнітного матеріалу, наприклад з дуралюміну. Підвісне кільце 13 (вертикальний переріз на фіг.5) виконує функцію безконтактної магнітної підтримки ротора і виконано у вигляді профільованої кругової балки, що має швелерний профіль, звернений жолобом до осі ротора. На верхній полиці швелера встановлено феромагнітне кільце 16, рівне ширині полиці. На нижній полиці встановлена магнітна доріжка, виконана з брусків постійних магнітів 17, укладених з інтервалами і змінною полярністю. Між магнітним 17 і феромагнітним 16 шарами встановлено мінімальний повітряний зазор, у який входить виступ середнього кільця 8 ротора. Цей вузол компенсує деформації, що виникають при роботі вітроагрегату.The disks and the ring are made of light diamagnetic material, for example, duralumin. The hanging ring 13 (vertical cross-section in Fig. 5) performs the function of non-contact magnetic support of the rotor and is made in the form of a profiled circular beam, which has a channel profile facing the axis of the rotor. A ferromagnetic ring 16, equal to the width of the shelf, is installed on the upper shelf of the channel. A magnetic track is installed on the lower shelf, made of bars of permanent magnets 17, arranged at intervals and with variable polarity. A minimum air gap is established between the magnetic 17 and ferromagnetic 16 layers, which includes the protrusion of the middle ring 8 of the rotor. This unit compensates for the deformations that occur during the operation of the wind turbine.
Описаний вітроагрегат працює наступним чином.The described wind turbine works as follows.
Вітроагрегат, що патентується, належить до пристроїв, які не потребують орієнтування вітроприймальних елементів щодо максимального потенціалу потоку. Він приймає енергію з будь-якого румба.The patented wind turbine belongs to the devices that do not require the orientation of the wind-receiving elements with respect to the maximum flow potential. It accepts energy from any room.
Передачу привідної потужності (крутильного моменту) на електрогенератор 5 можна здійснити через муфту зчеплення (не показана), для того, щоб зняття енергії починалося при оптимальній швидкості обертання вала. Агрегат, що приводиться в дію, проходить наступні режимні стадії. При розкручуванні ротора його середнє кільце 8, що входить виступом в зазор підвісного кільця 13 бандажної клітки 2, перетинає магнітний потік, зосереджений між полюсними гранями магнітів 17 і феромагнітним кільцем 16. Оскільки магнітна доріжка укладена з зазорами, а полярність магнітів чергується, то виникають пульсації потоку, які наводять вихрові струми в матеріалі кільця 8. При малих швидкостях обертання підйомна сила невелика, а сила електродинамічного гальмування зростає поступово, досягаючи максимуму тоді, коли ротор вже отримує достатній запас кінетичної енергії. Подальше збільшення швидкості обертання веде до експоненціального спадання гальмівної сили. Паралельно цьому електродинамічне відштовхування кільця 8 від магнітів 17 створює сили підпору, які вирівнюють деформації ротора, зумовлені його власною вагою і напругами, що передаються з крил 6.The transmission of the driving power (torque) to the electric generator 5 can be carried out through the clutch (not shown), so that the energy extraction begins at the optimal speed of rotation of the shaft. The activated unit goes through the following operational stages. When the rotor spins, its middle ring 8, which protrudes into the gap of the suspension ring 13 of the tire cage 2, crosses the magnetic flux concentrated between the pole faces of the magnets 17 and the ferromagnetic ring 16. Since the magnetic track is laid with gaps, and the polarity of the magnets alternates, pulsations occur flow, which induce eddy currents in the material of the ring 8. At low rotation speeds, the lifting force is small, and the force of electrodynamic braking increases gradually, reaching a maximum when the rotor already receives a sufficient supply of kinetic energy. A further increase in rotation speed leads to an exponential decrease in braking force. In parallel, the electrodynamic repulsion of the ring 8 from the magnets 17 creates support forces that equalize the deformations of the rotor caused by its own weight and the voltages transmitted from the wings 6.
Компенсація ваги і навантажувальних тисків дозволяє утримувати форму ротора в розрахункових обводах, що має наслідком стабілізацію режиму вітроприйому, а також профілактику виникнення вібрацій, спровокованих формуванням локальних деформацій крил і елементів підвіски. Крім того, перенесення опорного вузла магнітної підтримки з ротора генератора на вітроротор дає можливість істотно підвищити потужність вітроагрегату шляхом збільшення габаритів ротора.Compensation of weight and loading pressures allows you to keep the shape of the rotor in the calculated contours, which has the effect of stabilizing the windproof mode, as well as preventing the occurrence of vibrations caused by the formation of local deformations of the wings and suspension elements. In addition, the transfer of the magnetic support support unit from the generator rotor to the wind rotor makes it possible to significantly increase the power of the wind turbine by increasing the size of the rotor.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201100474A UA99662C2 (en) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | Direct-drive vertical-axle wind-power unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201100474A UA99662C2 (en) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | Direct-drive vertical-axle wind-power unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA99662C2 true UA99662C2 (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=50850196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201100474A UA99662C2 (en) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | Direct-drive vertical-axle wind-power unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA99662C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU196180U1 (en) * | 2019-12-19 | 2020-02-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | Wind wheel rotor |
-
2011
- 2011-01-17 UA UAA201100474A patent/UA99662C2/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU196180U1 (en) * | 2019-12-19 | 2020-02-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | Wind wheel rotor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20090191057A1 (en) | Multi-Axis Wind Turbine With Power Concentrator Sail | |
| CN104389741B (en) | A kind of vertical axes outer rotor magnetic suspending wind turbine generator | |
| US8258647B2 (en) | Vertical axis wind turbine | |
| CN103089547B (en) | Balanced vertical-axis large wind power generation unit | |
| AU2012100203A4 (en) | Multiple Generator Wind Turbines with Rotary Blade Cage | |
| WO2011088377A2 (en) | Wind energy conversion device | |
| WO2009075872A1 (en) | Vertical axis wind turbine with rotating cantilever shaft | |
| CN101349249A (en) | Suspended type vertical shaft wind power generator apparatus | |
| CN109488541A (en) | The double wind power generation plants of magnetic suspension bearing vertical axis | |
| UA99662C2 (en) | Direct-drive vertical-axle wind-power unit | |
| CN101571162B (en) | Non-equilibrium magnetic bearing | |
| KR101049452B1 (en) | Wind power system | |
| CN111021568A (en) | Tuned mass damper for controlling eddy current through vibration of fan tower | |
| RU196180U1 (en) | Wind wheel rotor | |
| CN205036509U (en) | Vertical axis wind turbine | |
| RU2693554C1 (en) | Wind-driven power generating unit | |
| AU2015385097B2 (en) | Wind power system | |
| WO2017071444A1 (en) | Magnetic suspension generator | |
| CN209569120U (en) | The double wind-driven generators of hybrid magnetic bearing based on radial battery and permanent magnetism | |
| CN202991350U (en) | Balanced type perpendicular-shaft large-sized wind-power generator set | |
| CN201412450Y (en) | Unbalance magnetic suspension bearing | |
| CN102748232A (en) | Drag-lift type composite medium-sized magnetic suspension wind driven generator | |
| CN216518396U (en) | Wind power generation equipment | |
| WO2019172792A1 (en) | Vertical wind turbine | |
| CN202746105U (en) | Resistance and lifting force combined type medium-size magnetic suspension wind driven generator |