WO2009082186A1 - Wind power plant - Google Patents

Wind power plant Download PDF

Info

Publication number
WO2009082186A1
WO2009082186A1 PCT/KZ2008/000002 KZ2008000002W WO2009082186A1 WO 2009082186 A1 WO2009082186 A1 WO 2009082186A1 KZ 2008000002 W KZ2008000002 W KZ 2008000002W WO 2009082186 A1 WO2009082186 A1 WO 2009082186A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wheels
stator
rotor
wind
generator
Prior art date
Application number
PCT/KZ2008/000002
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Valeryi Aleksandrovich Petrov
Evgeniy Viktorovna Petrova
Oleg Gennadyevich Kalinichenko
Original Assignee
Valeryi Aleksandrovich Petrov
Evgeniy Viktorovna Petrova
Oleg Gennadyevich Kalinichenko
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeryi Aleksandrovich Petrov, Evgeniy Viktorovna Petrova, Oleg Gennadyevich Kalinichenko filed Critical Valeryi Aleksandrovich Petrov
Publication of WO2009082186A1 publication Critical patent/WO2009082186A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F03D1/025Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors coaxially arranged
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70Bearing or lubricating arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/10Stators
    • F05B2240/13Stators to collect or cause flow towards or away from turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/40Transmission of power
    • F05B2260/403Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05B2260/4031Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to wind energy and can be used to convert wind energy into electrical energy in areas with low average annual wind speeds.
  • I e.s. power generators in the event of a change in the speed of the wind acting on the wind wheels, and there is no automatic change in the orientation of the wind wheels in case of a change in the direction of the wind.
  • the technical result of the invention is to increase the rotational speed of the rotor relative to the stator of the generator at low wind speeds and increase the emf created when this generator, as well as the ability to maintain constant rotational speed of the impeller wheels (to maintain a constant value of the emf) and changing the orientation of the entire installation towards the wind in case of a change in its direction.
  • the wind power installation consisting of modules containing one impeller mounted on the axis of the electric generator, and placed on one mast, contains one module with two impellers and one electric generator, made in such a way that its rotor and the stator can rotate relative to the horizontal axis in different directions due to these impeller wheels, one of which is connected with the rotor, and the second with the stator, the wheel blades are turned in opposite directions Orons and are located on both sides of the generator; on the rotor and stator there are bevel wheels with teeth facing each other with a bevel gear located between them with an axle outside the installation and connected to the speed controller, the installation case being a hollow cylindrical diffuser, inside which a generator with two impeller wheels is placed.
  • the paddle wheels help each other rotate. This is especially important in case of a difference in masses and moments of inertia of the rotor and stator.
  • the bevel gear is used to connect the speed controller device through its axis. At moments of strong wind speeds, this device can ensure the constancy of the speed of rotation of the impeller wheels, and hence the emf generated by the electric generator.
  • Such a device can be a centrifugal regulator, widely used in other samples of wind power plants, or a load electric generator that will operate on an energy storage system.
  • the device of the wind power installation is shown in FIG. It consists of a diffuser 29, which is the installation body, which is attached to the mast ⁇ l with the help of a rotation bearing 32 and can rotate relative to it (shown by arrow).
  • the diffuser 29 has a cylindrical shape with an expanding part at the outlet of the air flow.
  • the base plate 13 is attached to the diffuser 29 using brackets 30.
  • On the plate 13 are mounted bearing housings: left 1 and the rotor 22 and stator 23 are fixed, which can rotate relative to each other and relative to the plate 13. For their rotation in different directions on the left side of the generator, the impeller 20 is fixed on the axis of the rotor 22, and the impeller 21 is fixed on the right side.
  • a conical wheel 2 is fixed to the rotor shaft 18 with a key 25.
  • the bearings 19, in which the rotor shaft 18 is mounted, are closed by a cover 28.
  • the stator 23 has a similar conical wheel 3.
  • the bearing 26 of the right housing 12 is also closed by a cover 11.
  • an expansion sleeve 17 is installed between the bevel wheels 2 and 3, an expansion sleeve 17 is installed.
  • teeth are made to coordinate the relative speed of their movement. This is ensured by the presence of a bevel gear 14, which rotates in the bearings 24 installed in the gear housing 16.
  • the axis of the bevel gear 14 is fixed in the bearings 24 with a cover 15, extended outside the bottom plate of the base 13 and has a place for connecting the number control device at the end generator revolutions (not shown in FIG.).
  • On the stator there is a housing-cover 4 and a disk-insulator 5, on which the collector rings are installed 6.
  • the windings of the stator coils 27 are connected to these rings.
  • the voltage generated by the generator during operation is removed by means of the sliding contacts 10 installed in the insulators 7, which are pressed to the collector rings by means of springs 8.
  • the contact system of the collector is closed by a cover 9.
  • the presented wind-driven installation works as follows.
  • the cylindrical diffuser 29 the entire installation (module) is installed along the direction of the wind so that the narrow side of the diffuser becomes towards the air flow. Thanks to the bearing 32, the diffuser rotates relative to the mast 32 following the changing wind flow. Under the influence of air flow, the wind wheel 20 at the inlet of the diffuser 29 begins to rotate in one direction. It transmits rotation to the rotor 22, which is located inside the stator 23 and is mounted in bearings 28 on the strut 1. Together with the rotor 22, the bevel wheel 2 rotates. This wheel transmits the rotation by means of the bevel gear 14 to the bevel gear 3 connected to the stator 23.
  • the wind flow inside the diffuser 29 blows around the generator housing and lands on the impeller 21, which is located on the axis of the stator 23.
  • the axis of the stator on the right side is fixed in bearings 26 mounted in the rack 12.
  • the conic rotates with it skoe wheel 3 which through bevel pinion 14 transmits the rotation of the rotor 22 through the bevel gear 2.
  • the rotor 22 and stator 23 rotate synchronously in different directions, and the ratio of their speeds determined by the ratio of the kinematic transmission teeth formed therebetween.
  • an emf occurs in the circuit of the stator coil 27 under the influence of rotation of a group of magnets mounted on the rotor 22.
  • the winding of the stator coils is connected to the collector rings 6 and 10, on the disk-insulator 5.
  • the sliding contacts 10 installed in the insulators 7 and pressed to the collector rings 6 by means of springs 8, the electric transmission current to the consumer (not shown in FIG.).
  • the electric transmission current to the consumer (not shown in FIG.).
  • the same emf value is maintained at the air flow rate in the circuit
  • the speed of rotation of the wind wheels 20 and 21 is controlled by a bevel gear 14, to which a centrifugal speed controller (not shown) can be connected or a load generator with an electronic speed measuring system.
  • a centrifugal speed controller not shown
  • the bevel gear 14 may spin idle. In this case, the wind power installation can work on the accumulation of electrical energy (battery).
  • the wind power installation can operate at low wind speeds, providing a sufficient rotor speed relative to the stator to achieve maximum power and emf.
  • Orientation to change the direction of the wind is carried out by means of a diffuser.
  • the presence of a kinematic connection between the rotor and the stator serves for the fastest acceleration of the impeller wheels of the rotor and stator and for controlling the speed of their rotation in case of wind gusts and a significant increase in its speed, and this ensures the emf generated by the generator
  • the proposed wind power installation was implemented on a model ' in which a DC motor (instead of a generator) was used for a supply voltage of 9 V with a power of 5 watts.
  • Windwheels consisted of three blades and their the span was 1 meter in diameter.
  • the external diffuser had 1.2 m on the one hand and 1.5 m on the other.
  • the tests were carried out at an air flow rate from 1 m / s to 10 m / s.
  • a powerful fan was used with the ability to control the air flow rate, which was measured using an anemometer.
  • the operation of the generator was compared with a fixed stator (and without a wind wheel) when the emf the circuit was provided by rotation of the rotor only (prototype), and the operation of the generator in the presence of two impeller wheels (on the rotor and stator) when they rotated in opposite directions (proposed technical solution).
  • a conical rubber wheel was introduced, on the axis of which a centrifugal regulator of three flat springs was mounted, movably fixed along the edges to the axis, and with weights in the middle. With increasing speed of rotation of the spring with weights under the action of centrifugal force, they changed their shape and ensured the constancy of the rotation speeds of the rotor and stator. E.s. in the generator circuit was measured using a conventional voltmeter.
  • the impeller is right.

Abstract

The known wind power plant which consists of modules comprising each one bucket wheel, which wheels are mounted on the axis of an electric generator and are located on a common mast, also comprises a module with two bucket wheels and an electric generator. Said electric generator is designed in such a way that the rotor and stator thereof can be rotated about a horizontal axis in opposite directions by means the above-mentioned bucket wheels, one of the bucket wheels is coupled to the rotor, the other bucket wheel being coupled to the stator. The buckets of the two wheels are oriented in opposite directions and the wheels are situated on the opposite sides of the generator. The rotor and the stator are provided with bevel gearwheels, the teeth of which are oriented towards each other, and a bevel gear with an axis, which extends outside the plant and is connected to a rotation speed governor, is located between said bevel wheels. The body of the plant is designed in the form of a cylindrical diffuser inside of which the generator with the two bucket wheels is arranged.

Description

ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию в районах с низкими значениями среднегодовой скорости ветра. WIND POWER INSTALLATION The invention relates to wind energy and can be used to convert wind energy into electrical energy in areas with low average annual wind speeds.
В последнее время все больше внимания уделяется использованию энергии ветра для получения электрической энергии. Разработано и выпускается разными производителями огромное количество ветроэлектрических установок лопастного типа, которые уже длительное время используются на практике. Основным недостатком всех этих установок является то, что они наиболее производительно начинают работать при сравнительно высоких скоростях ветра (больше 3-5 м/с). Это ограничивает их область использования, т.к. во многих районах отсутствуют постоянно действующие сильные ветровые потоки. Причина заключается в том, что используемые в ветроэлектрических установках генераторы в таких условиях не могут развить оптимальную скорость вращения ротора относительно статора и не выдают максимально возможную мощность. Применение повышающих редукторов между ветровым колесом и ротором электрогенератора не всегда оправдано и не нашло широкого распространения на практике.Recently, more and more attention has been paid to the use of wind energy for generating electrical energy. A huge number of blade-type wind-driven installations that have been used in practice for a long time have been developed and produced by different manufacturers. The main disadvantage of all these plants is that they start to work most efficiently at relatively high wind speeds (more than 3-5 m / s). This limits their scope of use, as in many areas there are no persistent strong wind currents. The reason is that the generators used in wind power installations under these conditions cannot develop the optimal rotor speed relative to the stator and do not give out the maximum possible power. The use of step-up gears between the wind wheel and the rotor of the generator is not always justified and is not widely used in practice.
. Известна ветроэлектрическая установка, используемая в комбинированной электростанции KЭC-1,5 (Харитонов В. П. Автономные ветроэлектрические установки. - M.: ГНУ ВИЭСХ, 2006, - 280 с.) в которой работают два ветроагрегата, каждый из которых содержит лопастные колеса, установленные на осях генераторов. Недостатком установки является то, что она выходит на оптимальный по мощности режим только при наличии достаточно высокой скорости ветра. Использование сразу двух электрических генераторов усложняет конструкцию установки, что снижает ее надежность и характеризует ее стоимость в сторону повышения примерно в 2 раза.. Known wind power installation used in the combined power station KEC-1,5 (V. Kharitonov. Autonomous wind power plants. - M .: GNU VIESH, 2006, - 280 p.) In which there are two wind turbines, each of which contains paddle wheels, mounted on the axes of generators. The disadvantage of the installation is that it reaches the optimum power mode only when the presence of a sufficiently high wind speed. The use of two electric generators at once complicates the design of the installation, which reduces its reliability and characterizes its cost upward by about 2 times.
Наиболее близким к предлагаемой является установка ветроэлектрическая двух модульная BЭ-5T-2M (Инженерная наука и новации: ESI - 2006. Каталог / Сост. Ю.Г. Кульевская, Г.Г. Улезько, Т.В. Жигайлова, И.А. Власова. - Алматы: НЦ НТИ PK, 2006. - 184 с), которая состоит из двух модулей, содержащих по одному лопастному колесу, установленному на оси электрогенератора и размещенных на одной мачте. Недостатком этой ветроэлектрической установки является то, что она работает с наивысшим к.п.д. только при сравнительно высоких скоростях ветра. Электрогенераторы не в состоянии развить максимальные обороты при низких скоростях ветра и выйти на оптимальные режимы работы. Наличие двух модулей в установке усложняет ее конструкцию и требует больших затрат на проведение операций по техническому обслуживанию. Это также адриводит к высокой стоимости всей установки, что увеличивает сроки окупаемости затрат, понесенных на ее приобретение и установку. В установке не используется регулирование оборотов ветроколес для обеспечения постоянстваClosest to the proposed installation is a two-module wind-driven installation BE-5T-2M (Engineering and Innovation: ESI - 2006. Catalog / Comp. Yu.G. Kulievskaya, G.G. Ulezko, T.V. Zhigaylova, I.A. Vlasova. - Almaty: NTs NTI PK, 2006. - 184 s), which consists of two modules, each containing one impeller mounted on the axis of the electric generator and placed on one mast. The disadvantage of this wind power installation is that it works with the highest efficiency. only at relatively high wind speeds. Power generators are not able to develop maximum speed at low wind speeds and reach optimal operating conditions. The presence of two modules in the installation complicates its design and requires high costs for maintenance operations. This also leads to the high cost of the entire installation, which increases the payback period of the costs incurred for its purchase and installation. The installation does not use wind speed control to ensure constancy
I э.д.с. электрогенераторов в случае изменения скорости ветра, действующего на ветровые колеса, а также не предусмотрено автоматическое изменение ориентации ветровых колес в случае изменения направления ветра.I e.s. power generators in the event of a change in the speed of the wind acting on the wind wheels, and there is no automatic change in the orientation of the wind wheels in case of a change in the direction of the wind.
Техническим результатом изобретения является повышение скорости вращения ротора относительно статора генератора при низких скоростях ветра и повышение э.д.с, создаваемой при этом генератором, а также возможность поддерживать постоянными скорости вращения лопастных колес (для поддержания постоянного значения э.д.с.) и изменение ориентации всей установки навстречу ветру в случае перемены его направления.The technical result of the invention is to increase the rotational speed of the rotor relative to the stator of the generator at low wind speeds and increase the emf created when this generator, as well as the ability to maintain constant rotational speed of the impeller wheels (to maintain a constant value of the emf) and changing the orientation of the entire installation towards the wind in case of a change in its direction.
Технический результат изобретения достигается тем, что ветроэлектрическая установка, состоящая из модулей, содержащих по одному лопастному колесу, установленному на оси электрогенератора, и размещенных на одной мачте, содержит один модуль с двумя лопастными колесами и одним электрогенератором, выполненным таким образом, что его ротор и статор могут вращаться относительно горизонтальной оси в разные стороны за счет этих лопастных колес, одно из которых связано с ротором, а второе со статором, лопасти колес повернуты в противоположные стороны и расположены по обе Стороны от генератора; на роторе и статоре выполнены конические колеса с зубьями навстречу друг другу с расположенной между ними конической шестерней с осью, выведенной за пределы установки и подключенной к регулятору скорости вращения, причем корпусом установки является полый цилиндрический диффузор, внутри которого помещается генератор с двумя лопастными колесами.The technical result of the invention is achieved in that the wind power installation, consisting of modules containing one impeller mounted on the axis of the electric generator, and placed on one mast, contains one module with two impellers and one electric generator, made in such a way that its rotor and the stator can rotate relative to the horizontal axis in different directions due to these impeller wheels, one of which is connected with the rotor, and the second with the stator, the wheel blades are turned in opposite directions Orons and are located on both sides of the generator; on the rotor and stator there are bevel wheels with teeth facing each other with a bevel gear located between them with an axle outside the installation and connected to the speed controller, the installation case being a hollow cylindrical diffuser, inside which a generator with two impeller wheels is placed.
<\ В результате предлагаемого технического решения удается достичь высокой относительной скорости ротора по отношению к статору, что приводит к высоким значениям э.д.с. электрогенератора при малых скоростях ветра. Это обеспечивается за счет двух лопастных колес, которые вращаются в разные стороны. Воздушный поток после воздействия на первое лопастное колесо проходит дальше внутри цилиндрического диффузора и заставляет вращаться в другую сторону второе колесо. Для сохранения энергии воздушного потока служит диффузор, внутри которого располагаются оба ветровых колеса и сам генератор. Этот диффузор работает также в качестве устройства, позволяющего изменять ориентацию установки по ветру в случае изменения направления ветра. Кинематическая связь между ротором и статором обеспечивает постоянство соотношения скорости ротора к скорости статора в случае изменения скорости ветра. Кроме того, в момент начала вращения лопастные колеса помогают друг другу вращаться. Это особенно важно в случае разницы в массах и моментах инерции ротора и статора. Коническая шестерня служит для подключения устройства регулятора скорости через ее ось. В моменты сильных скоростей ветра это устройство может обеспечить постоянство скорости вращения лопастных колес, а значит и э.д.с, вырабатываемой электрогенератором. Таким устройством может быть центробежный регулятор, широко используемый в других образцах ветроэлектрических установок, или нагрузочный электрический генератор, который будет работать на систему аккумулирования энергии.<\ As a result of the proposed technical solution, it is possible to achieve a high relative rotor speed with respect to the stator, which leads to high emf values generator at low wind speeds. This is ensured by two impeller wheels that rotate in different directions. The air flow after acting on the first impeller passes further inside cylindrical diffuser and makes the second wheel rotate in the opposite direction. To preserve the energy of the air flow, a diffuser is used, inside which both wind wheels and the generator itself are located. This diffuser also works as a device that allows you to change the orientation of the installation in the wind in case of a change in wind direction. The kinematic connection between the rotor and the stator ensures a constant ratio of the rotor speed to the stator speed in case of a change in wind speed. In addition, at the start of rotation, the paddle wheels help each other rotate. This is especially important in case of a difference in masses and moments of inertia of the rotor and stator. The bevel gear is used to connect the speed controller device through its axis. At moments of strong wind speeds, this device can ensure the constancy of the speed of rotation of the impeller wheels, and hence the emf generated by the electric generator. Such a device can be a centrifugal regulator, widely used in other samples of wind power plants, or a load electric generator that will operate on an energy storage system.
Устройство ветроэ'лектрической установки приведено на фиг. Она состоит из диффузора 29, являющегося корпусом установки, который крепится к мачте Зl с помощью подшипника вращения 32 и может вращаться относительно ее (показано стрелкой). Диффузор 29 имеет цилиндрическую форму с расширяющейся частью на выходе воздушного потока. Плита основания 13 крепится к диффузору 29 с помощью кронштейнов 30. На плите 13 закреплены корпуса подшипников: левого 1 и закреплены ротор 22 и статор 23, которые могут вращаться относительно друг друга и относительно плиты 13. Для их вращения в разные стороны в левой части генератора на оси ротора 22 закреплено лопастное колесо 20, а с правой стороны - лопастное колесо 21. Лопасти этих колес наклонены таким образом, что при обдувании их потоком ветра они вращаются в разные стороны (показано стрелками). На валу ротора 18 закреплено коническое колесо 2 с помощью шпонки 25. Подшипники 19, в которых установлен вал ротора 18, закрываются крышкой 28. Аналогичное коническое колесо 3 имеется у статора 23. Подшипник 26 правого корпуса 12 также закрываются крышкой 11. Между коническими колесами 2 и 3 установлена распорная втулка 17. На конических колесах 2 и 3 выполнены зубья для согласования относительной скорости их движения. Это обеспечивается за счет наличия конической шестерни 14, которая вращается в подшипниках 24, установленных в корпусе шестерни 16. Ось конической шестерни 14 закреплена в подшипниках 24 с крышкой 15, выведена за пределы нижней плиты основания 13 и имеет на конце место для подсоединения устройства регулирования числа оборотов генератора (на фиг. не показано). На статоре имеется корпус-крышка 4 и диск-изолятор 5, на котором установлены токосъемные кольца 6. К этим кольцам присоединены обмотки катушек статора 27. Съем напряжения, вырабатываемого генератором при работе, осуществляется посредством скользящих контактов 10, установленных в изоляторах 7, которые прижимаются к токосъемным кольцам посредством пружин 8. Система контактов токосъема закрывается крышкой 9. Представленная ветроэлектрическая установка работает следующим образом. Благодаря цилиндрическому диффузору 29 вся установка (модуль) устанавливается вдоль направления ветра так, что узкая сторона диффузора становится навстречу воздушному потоку. Благодаря подшипнику 32 диффузор вращается относительно мачты 32 вслед за изменяющимся потоком ветра. Под воздействием воздушного потока ветровое колесо 20 на входе диффузора 29 начинает вращаться в одном направлении. Оно передает вращение ротору 22, который располагается внутри статора 23 и закреплен в подшипниках 28 на стойке 1. Вместе с ротором 22 вращается коническое колесо 2. Это колесо передает вращение посредством конической зубчатой шестерни 14 коническому колесу 3, связанному со статором 23. Ветровой поток внутри диффузора 29 обдувает корпус генератора и попадает на лопастное колесо 21, которое находится на оси статора 23. Ось статора с правой стороны закреплена в подшипниках 26, установленных в стойке 12. При вращении статора 23 вместе с ним вращается коническое колесо 3, которое посредством конической шестерни 14 передает вращение ротору 22 через коническое колесо 2. Таким образом, и ротор 22 и статор 23 вращаются синхронно в разные стороны, а отношение их скоростей определяется соотношением зубьев кинематической передачи, выполненной между ними. При вращении ротора и статора в разные стороны в цепи катушки статора 27 возникает э.д.с. под воздействием вращения группы магнитов, закрепленных на роторе 22. Обмотка катушек статора подключена к токосъемным кольцам 6 и 10, на диске-изоляторе 5. Посредством скользящих контактов 10, установленных в изоляторах 7 и прижимаемых к токосъемным кольцам 6 посредством пружин 8, осуществляется передача электрического тока к потребителю (на фиг. не показано). При неизменной скорости потока воздуха в цепи поддерживается примерно одинаковое значение э.д.с.The device of the wind power installation is shown in FIG. It consists of a diffuser 29, which is the installation body, which is attached to the mast Зl with the help of a rotation bearing 32 and can rotate relative to it (shown by arrow). The diffuser 29 has a cylindrical shape with an expanding part at the outlet of the air flow. The base plate 13 is attached to the diffuser 29 using brackets 30. On the plate 13 are mounted bearing housings: left 1 and the rotor 22 and stator 23 are fixed, which can rotate relative to each other and relative to the plate 13. For their rotation in different directions on the left side of the generator, the impeller 20 is fixed on the axis of the rotor 22, and the impeller 21 is fixed on the right side. The blades of these wheels are inclined so that when they are blown by the wind stream rotate in different directions (shown by arrows). A conical wheel 2 is fixed to the rotor shaft 18 with a key 25. The bearings 19, in which the rotor shaft 18 is mounted, are closed by a cover 28. The stator 23 has a similar conical wheel 3. The bearing 26 of the right housing 12 is also closed by a cover 11. Between the bevel wheels 2 and 3, an expansion sleeve 17 is installed. On the bevel wheels 2 and 3, teeth are made to coordinate the relative speed of their movement. This is ensured by the presence of a bevel gear 14, which rotates in the bearings 24 installed in the gear housing 16. The axis of the bevel gear 14 is fixed in the bearings 24 with a cover 15, extended outside the bottom plate of the base 13 and has a place for connecting the number control device at the end generator revolutions (not shown in FIG.). On the stator there is a housing-cover 4 and a disk-insulator 5, on which the collector rings are installed 6. The windings of the stator coils 27 are connected to these rings. The voltage generated by the generator during operation is removed by means of the sliding contacts 10 installed in the insulators 7, which are pressed to the collector rings by means of springs 8. The contact system of the collector is closed by a cover 9. The presented wind-driven installation works as follows. Thanks to the cylindrical diffuser 29 the entire installation (module) is installed along the direction of the wind so that the narrow side of the diffuser becomes towards the air flow. Thanks to the bearing 32, the diffuser rotates relative to the mast 32 following the changing wind flow. Under the influence of air flow, the wind wheel 20 at the inlet of the diffuser 29 begins to rotate in one direction. It transmits rotation to the rotor 22, which is located inside the stator 23 and is mounted in bearings 28 on the strut 1. Together with the rotor 22, the bevel wheel 2 rotates. This wheel transmits the rotation by means of the bevel gear 14 to the bevel gear 3 connected to the stator 23. The wind flow inside the diffuser 29 blows around the generator housing and lands on the impeller 21, which is located on the axis of the stator 23. The axis of the stator on the right side is fixed in bearings 26 mounted in the rack 12. When the stator 23 rotates, the conic rotates with it skoe wheel 3 which through bevel pinion 14 transmits the rotation of the rotor 22 through the bevel gear 2. Thus, the rotor 22 and stator 23 rotate synchronously in different directions, and the ratio of their speeds determined by the ratio of the kinematic transmission teeth formed therebetween. When the rotor and the stator rotate in different directions, an emf occurs in the circuit of the stator coil 27 under the influence of rotation of a group of magnets mounted on the rotor 22. The winding of the stator coils is connected to the collector rings 6 and 10, on the disk-insulator 5. Through the sliding contacts 10 installed in the insulators 7 and pressed to the collector rings 6 by means of springs 8, the electric transmission current to the consumer (not shown in FIG.). At constant approximately the same emf value is maintained at the air flow rate in the circuit
В случае усиления скорости ветра осуществляется регулирование скорости вращения ветровых колес 20 и 21 за счет конической шестерни 14, к которой может быть подключен центробежный регулятор скорости (на фиг. не показан) или нагрузочный генератор с электронной системой измерения скорости. За счет этого обеспечивается поддержание скоростей ветровых колес 21 и 20 на одном уровне, а это соответствует одному и тому же значению э.д.с. генератора. В случае отсутствия такой необходимости коническая шестерня 14 может крутиться вхолостую. При этом ветроэлектрическая установка может работать на накопление электрической энергии (аккумулятор).In the case of increasing wind speed, the speed of rotation of the wind wheels 20 and 21 is controlled by a bevel gear 14, to which a centrifugal speed controller (not shown) can be connected or a load generator with an electronic speed measuring system. This ensures that the speeds of the wind wheels 21 and 20 are maintained at the same level, and this corresponds to the same value of the emf. generator. In the absence of such a need, the bevel gear 14 may spin idle. In this case, the wind power installation can work on the accumulation of electrical energy (battery).
Благодаря предлагаемому техническому решению ветроэлектрическая установка может работать при низких скоростях ветра, обеспечивая достаточную скорость ротора относительно статора для достижения максимальной мощности и э.д.с. Ориентация на изменение направления ветра осуществляется посредством диффузора. Наличие кинематической связи между ротором и статором служит для наиболее быстрого разгона лопастных колес ротора и статора и для управления скоростью их вращения в случае порывов ветра и значительного увеличения его скорости, а это обеспечивает постоянство выдаваемой генератором э.д.с.Thanks to the proposed technical solution, the wind power installation can operate at low wind speeds, providing a sufficient rotor speed relative to the stator to achieve maximum power and emf. Orientation to change the direction of the wind is carried out by means of a diffuser. The presence of a kinematic connection between the rotor and the stator serves for the fastest acceleration of the impeller wheels of the rotor and stator and for controlling the speed of their rotation in case of wind gusts and a significant increase in its speed, and this ensures the emf generated by the generator
Предлагаемая ветроэлектрическая установка была реализована на модели,' в которой использовался двигатель постоянного тока (вместо генератора) на напряжение питания 9 В Мощностью 5 Вт. Ветроколеса состояли из трех лопастей и их размах был в диаметре 1 метр. Внешний диффузор имел с одной стороны 1,2 м, а с другой 1,5 м. Испытания проводили при скорости набегающего потока воздуха с 1 м/с и до 10 м/с. Для этой цели использовали мощный вентилятор с возможностью регулирования скорости воздушного потока, которую измеряли с помощью анемометра. Сравнивали работу генератора с закрепленным статором (и без ветрового колеса), когда э.д.с. в цепи обеспечивалась вращением только ротора (прототип), и работу генератора при наличии двух лопастных колес (на роторе и статоре) при их вращении в противоположные стороны (предлагаемое техническое решение). Для поддержания постоянства скоростей вращения лопастных колес между вращающимися в противоположные стороны частями установки вводили коническое резиновое колесо, на ось которого крепили центробежный регулятор из трех плоских пружин, закрепленными подвижно по краям к оси, и с грузиками посредине. При возрастании скорости вращения пружины с грузиками под действием центробежной силы изменяли форму и обеспечивали постоянство скоростей вращения ротора и статора. Э.д.с. в цепи генератора измеряли с помощью обычного вольтметра.The proposed wind power installation was implemented on a model ' in which a DC motor (instead of a generator) was used for a supply voltage of 9 V with a power of 5 watts. Windwheels consisted of three blades and their the span was 1 meter in diameter. The external diffuser had 1.2 m on the one hand and 1.5 m on the other. The tests were carried out at an air flow rate from 1 m / s to 10 m / s. For this purpose, a powerful fan was used with the ability to control the air flow rate, which was measured using an anemometer. The operation of the generator was compared with a fixed stator (and without a wind wheel) when the emf the circuit was provided by rotation of the rotor only (prototype), and the operation of the generator in the presence of two impeller wheels (on the rotor and stator) when they rotated in opposite directions (proposed technical solution). To maintain constant rotational speeds of the impellers between the parts of the installation rotating in opposite directions, a conical rubber wheel was introduced, on the axis of which a centrifugal regulator of three flat springs was mounted, movably fixed along the edges to the axis, and with weights in the middle. With increasing speed of rotation of the spring with weights under the action of centrifugal force, they changed their shape and ensured the constancy of the rotation speeds of the rotor and stator. E.s. in the generator circuit was measured using a conventional voltmeter.
Сравнительные испытания показали, что предлагаемое техническое решение обеспечивает достаточные режимы генерации электрического тока по сравнению с известным решением даже при малых скоростях ветра. Одно лопастное колесо при этом давало э.д.с. примерно в два раза меньше, чем в предлагаемом нами техническом решении. При изменении направления ветра (переносили нагнетающий вентилятор относительно установки) обеспечивая ориентацию всей ветроэлектрической установки. Наличие кинематической связи между ротором и статором обеспечивало постоянство э.д.с. в цепи генератора. Таким образом, предлагаемое техническое решение может обеспечить нормальную работу ветрогенераторных установок даже в регионах с низкими скоростями ветра. На основе этого решения могут быть созданы принципиально новые типы генераторов, в которых ротор и статор могут вращаться в разные стороны. Comparative tests showed that the proposed technical solution provides sufficient modes of electric current generation in comparison with the known solution even at low wind speeds. At the same time, one impeller gave an emf. approximately two times less than in our proposed technical solution. When changing the direction of the wind (transferring the blower fan relative to the installation), ensuring the orientation of the whole wind power installation. The presence of a kinematic connection between the rotor and the stator ensured the constancy of the emf in the generator circuit. Thus, the proposed technical solution can ensure the normal operation of wind turbines even in regions with low wind speeds. Based on this solution, fundamentally new types of generators can be created in which the rotor and stator can rotate in different directions.
Перечень обозначений к описанию изобретения «Beтpoэлeктpичecкaя установка))The list of designations for the description of the invention "Electrical installation))
1. Корпус левого подшипника. 25. Шпонка.1. The housing of the left bearing. 25. Key.
2. Коническое колесо ротора. 26. Подшипник.2. The conical wheel of the rotor. 26. Bearing.
3. Коническое колесо статора. 27. Катушка статора.3. The conical wheel of the stator. 27. Stator coil.
4. Корпус-крышка. 28. Крышка.4. Case cover. 28. The cover.
5. Диск-изолятор. 29. Диффузор.5. Disk isolator. 29. Diffuser.
6. Токосъемные кольца. 30. Кронштейн.6. Current collection rings. 30. Bracket.
7. Изолятор. 31. Мачта.7. The insulator. 31. The mast.
8. Пружина. 32. Подшипник.8. The spring. 32. Bearing.
9. Крышка.9. The cover.
10. Скользящий контакт.10. Sliding contact.
11. Крышка подшипника.11. Bearing cover.
12. Корпус правого подшипника.12. The housing of the right bearing.
13. Плита.13. The stove.
14. Коническая шестерня.14. Bevel gear.
15. Крышка подшипника.15. Bearing cover.
16. Корпус.16. Case.
17. Распорная втулка.17. Spacer sleeve.
18. Вал ротора.18. The rotor shaft.
19. Подшипник.19. The bearing.
20. Лопастное колесо левое.20. The impeller is left.
21. Лопастное колесо правое.21. The impeller is right.
22. Ротор.22. The rotor.
23. Статор.23. The stator.
24. Подшипник. 24. Bearing.

Claims

Формула изобретения Ветроэлектрическая установка, состоящая из модулей, содержащих по одному лопастному колесу, установленному на оси электрогенератора и размещенных на общей мачте, отличающаяся тем, что она содержит один модуль с двумя лопастными колесами и одним электрогенератором, выполненным таким образом, что его ротор и статор могут вращаться относительно горизонтальной оси в разные стороны за счет этих лопастных колес, одно из которых связано с ротором, а второе со статором, лопасти колес повернуты в противоположные стороны и расположены по обе стороны от генератора; на роторе и статоре выполнены конические колеса с зубьями навстречу друг другу с расположенной между ними конической шестерней с осью, выведенной за пределы установки и подключенной, к регулятору скорости вращения, причем корпусом установки является полый цилиндрический диффузор, внутри которого помещается генератор с двумя лопастными колесами.  The claims A wind electric installation consisting of modules containing one impeller mounted on the axis of an electric generator and placed on a common mast, characterized in that it contains one module with two impeller wheels and one electric generator, made in such a way that its rotor and stator can rotate relative to the horizontal axis in different directions due to these impellers, one of which is connected to the rotor, and the second to the stator, the wheel blades are turned in opposite directions and laid on both sides of the generator; on the rotor and stator there are bevel wheels with teeth facing each other with a bevel gear located between them with an axis that is outside the installation and connected to the speed controller, the installation case being a hollow cylindrical diffuser inside which a generator with two impeller wheels is placed.
PCT/KZ2008/000002 2007-12-25 2008-05-06 Wind power plant WO2009082186A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ20071772 2007-12-25
KZ2007/1772.1 2007-12-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009082186A1 true WO2009082186A1 (en) 2009-07-02

Family

ID=40801377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KZ2008/000002 WO2009082186A1 (en) 2007-12-25 2008-05-06 Wind power plant

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2009082186A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102734073A (en) * 2011-04-07 2012-10-17 陆继荣 Turbofan-type double-blade horizontal axis axial torque balance wind turbine generator
ITGE20110127A1 (en) * 2011-11-10 2013-05-11 Enrico Valditerra "WIND IMPACT LOW ENVIRONMENTAL IMPACT AND ITS INSTALLATION METHOD"
CN103358917A (en) * 2012-04-05 2013-10-23 陆继荣 Parallel connection type wind energy oil-electricity hybrid power automobile
CN103358918A (en) * 2012-04-05 2013-10-23 陆继荣 Extended-range wind power petrol-electric hybrid vehicle
CN107143465A (en) * 2017-06-27 2017-09-08 湖北工业大学 A kind of Double-impeller type horizontal axis wind-driven generator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4213057A (en) * 1978-05-08 1980-07-15 Endel Are Wind energy conversion device
SU1523711A1 (en) * 1987-12-07 1989-11-23 Ч.-К.А. Будревич Wind motor
SU1787205A3 (en) * 1990-04-19 1993-01-07 Иhctиtуt Abtomatиkи Ah@ Pecпублиkи Kыpгызctah Wind power plant
RU2076946C1 (en) * 1994-08-09 1997-04-10 Ставропольская Государственная Сельскохозяйственная Академия Wind-electric power plant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4213057A (en) * 1978-05-08 1980-07-15 Endel Are Wind energy conversion device
SU1523711A1 (en) * 1987-12-07 1989-11-23 Ч.-К.А. Будревич Wind motor
SU1787205A3 (en) * 1990-04-19 1993-01-07 Иhctиtуt Abtomatиkи Ah@ Pecпублиkи Kыpгызctah Wind power plant
RU2076946C1 (en) * 1994-08-09 1997-04-10 Ставропольская Государственная Сельскохозяйственная Академия Wind-electric power plant

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102734073A (en) * 2011-04-07 2012-10-17 陆继荣 Turbofan-type double-blade horizontal axis axial torque balance wind turbine generator
CN102734073B (en) * 2011-04-07 2014-05-28 陆继荣 Turbofan-type double-blade horizontal axis axial torque balance wind turbine generator
ITGE20110127A1 (en) * 2011-11-10 2013-05-11 Enrico Valditerra "WIND IMPACT LOW ENVIRONMENTAL IMPACT AND ITS INSTALLATION METHOD"
CN103358917A (en) * 2012-04-05 2013-10-23 陆继荣 Parallel connection type wind energy oil-electricity hybrid power automobile
CN103358918A (en) * 2012-04-05 2013-10-23 陆继荣 Extended-range wind power petrol-electric hybrid vehicle
CN107143465A (en) * 2017-06-27 2017-09-08 湖北工业大学 A kind of Double-impeller type horizontal axis wind-driven generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9206788B2 (en) Electrical generator
JP3368536B1 (en) Fluid power generator
JP3989001B2 (en) Wind power generator combined with air purification equipment
US4006925A (en) Wind power energy generating system
US8362635B2 (en) Wind-driven electric power generation system adapted for mounting along the side of vertical, man-made structures such as large buildings
WO2009082186A1 (en) Wind power plant
RU2352810C2 (en) Windmill generator
US20160281679A1 (en) Fluid driven electric power generation system
US9234498B2 (en) High efficiency wind turbine
CN201515291U (en) Direct-drive wind generator
CN101841209B (en) Direct-drive wind driven generator
US20130200618A1 (en) High efficiency wind turbine
KR102026954B1 (en) System of wind focus type electricity from wind energy
JP2007107496A (en) Wind power generation device
EP3303826B1 (en) Power generator assembly
KR20190014827A (en) Small Wind Power System Developed by Fan Wind
RU2336433C1 (en) Windmill
US9297361B2 (en) Compact wind and water turbine
RU109806U1 (en) WIND GENERATOR (OPTIONS)
RU2352809C1 (en) Bolotov&#39;s wind-driven electric plant
JP2019504242A (en) Hydroelectric turbine system and method for controlling hydroelectric turbine
JP2003120509A (en) Wind power generating device
CN114072576A (en) Wind power generation device for street lamp
KR101995905B1 (en) Wind turbine and generator thereof
CN105569926A (en) Multiplied-rotating-speed vertical-axis wind power generator and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08766670

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08766670

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1