WO2022271054A1 - Ветрогенератор - Google Patents
Ветрогенератор Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022271054A1 WO2022271054A1 PCT/RU2022/050248 RU2022050248W WO2022271054A1 WO 2022271054 A1 WO2022271054 A1 WO 2022271054A1 RU 2022050248 W RU2022050248 W RU 2022050248W WO 2022271054 A1 WO2022271054 A1 WO 2022271054A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- wind
- vertical shaft
- bearing
- energy
- fixed axle
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
- F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/06—Rotors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
- F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
Definitions
- the utility model relates to devices that use renewable energy sources based on wind and can be used as an autonomous power plant to meet their own electricity needs of individual consumers, as well as an additional source of energy in the overall energy system.
- a wind generator is understood as a device for converting the kinetic energy of the wind flow into the mechanical energy of the rotation of the rotor of an electric machine with its subsequent conversion into electrical energy.
- a wind turbine with rotation around a vertical axis containing a rotor capable of rotating under the action of the wind around its vertical axis with respect to the horizon, and a rotary shaft associated with the rotor (RU 2294452 Cl, F03D 3/00, publ. 27.02.2007 Bull. b).
- the specified wind turbine is rigidly mounted on several supports, is bulky and prone to destruction in conditions of hurricane gusts of wind, sharply changing weather conditions.
- a rotary wind turbine containing a frame with a shaft fixed on it with the help of bearings and working blades, which are connected to the shaft with the possibility of rotation with it and are made in the form of plates bent in a vertical plane in a spiral, and in a horizontal plane along an arc of plates (RU 2210000 C1, F03D 3/00, published 10.08.2003 Bulletin N°22).
- the disadvantage of this design is that in a cold climate and a sharp temperature drop, in the presence of an icy wind, ice accumulates on the working blades, their imbalance and destruction.
- a power plant for the use of wind energy containing a vertical shaft located on the foundation with an electric generator consisting of a stator and a rotor, and rocker arms on which the blades are installed, while a fixed axis is additionally installed on the foundation, made in the form of a cylindrical pipe, a vertical shaft made in the form of a cylindrical pipe enclosing a fixed axis and located coaxially with it (RU 2347942 Cl, F03D 3/00, publ. 27.02.2009 Bull. b).
- this power plant has low reliability and safety, it has a short service life.
- the specified power plant in its technical essence and purpose is the closest to the claimed utility model and is taken as a prototype.
- the utility model was given the task of providing an increase in reliability and safety, increasing the life of a power plant for the use of wind energy in conditions of strong gusts of wind and hurricane winds.
- the general essential features of the technical solution used in the prototype and in the claimed technical solution are characterized by the presence of a fixed axis in the form of a cylindrical pipe, an electric generator, a vertical shaft made in the form of a cylindrical pipe enclosing the fixed axis and located coaxially with it, with blades fixed on it .
- the technical result of the utility model is to increase the reliability and safety, increase the service life.
- the technical result is achieved due to the fact that in a power plant for the use of wind energy, containing a fixed axis in the form of a cylindrical pipe, an electric generator, a vertical shaft made in the form of a cylindrical pipe enclosing the fixed axis and located coaxially with it, with blades fixed on it , the vertical shaft is fixed on the fixed axis by means of two bearing assemblies, the upper one contains an angular contact bearing, and the lower one contains a self-aligning bearing.
- Angular contact (radial-axial) bearings can simultaneously perceive both radial and axial (axial) forces.
- angular contact bearings are designed for the prevailing radial loads inherent in the actual operating conditions of the wind turbine.
- a self-aligning ball bearing has two rows of balls with two independent raceways on one inner ring and one common spherical raceway on the outer ring. This design feature provides self-alignment of the bearing, allowing it to perceive angular misalignments and bends of the vertical shaft relative to the fixed axis in strong gusts of wind and hurricane winds.
- Self-aligning bearings are especially needed in units where significant shaft bends or various misalignments are possible. In addition, they have the lowest coefficient of friction of all rolling bearings, which makes them less susceptible to heat even when rotating at high speeds.
- the low coefficient of friction of the self-aligning ball bearing increases not only its reliability and safety, increases the service life, but also the entire wind turbine as a whole.
- self-aligning bearings are able to compensate for such misalignments of the shaft, in which other bearings wear out quickly.
- Self-aligning double row ball bearings thus self-align during operation, compensating for angular misalignment of the vertical shaft with the fixed axis, which occurs when bending and misaligning in.
- the drawing shows a wind turbine (side view).
- the vertical shaft 3 is made in the form of a cylindrical tube, covering the fixed axis 2, and is located coaxially with it. Blades 4 are rigidly attached to the shaft 3.
- the vertical shaft 3 is articulated with the rotor 5 of the generator, which is located coaxially with the rigidly fixed stator 6.
- the vertical shaft 3 is articulated with the fixed axis 2 by means of bearing assemblies, the upper of which contains an angular contact bearing 7, and the lower contains a self-healing bearing 8.
- the wind generator operates as follows.
- the wind load on the blades 5 rotates the vertical shaft 3 with the rotor 5 of the electric generator.
- the rotor 5 rotates relative to the fixed stator 6, the mechanical energy of the rotational movement is converted into electrical energy.
- the prepared prototypes of the wind generator confirmed the achievement of the claimed technical result. During operation, without failure, they withstood the effects of strong gusts of wind and hurricane winds.
- the claimed design of the wind generator is new, industrially applicable. It is easy to install and easy to maintain.
- the proposed technical solution is especially relevant in the context of global climate change, a sharp increase in the number of natural disasters, including hurricane winds, tornadoes, snowy and harsh winters.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам, использующим возобновляемые источники энергии на основе ветра, и может быть использована в качестве автономной энергоустановки для удовлетворения собственных нужд в электроэнергии отдельных потребителей, а также как дополнительный источник энергии в общей энергосистеме. Ветрогенератор содержит неподвижную ось, выполненную в виде цилиндрической трубы, электрогенератор, вертикальный вал, выполненный в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную ось, и расположенный соосно с ней, при этом вертикальный вал закреплен на неподвижной оси посредством двух подшипниковых узлов, верхний из которых содержит радиально-упорный подшипник, а нижний содержит самоустанавливающийся подшипник. Технический результат - повышение надежности и безопасности, увеличение срока эксплуатации.
Description
ВЕТРОГЕНЕРАТОР
Область техники
Полезная модель относится к устройствам, использующим возобновляемые источники энергии на основе ветра, и может быть использована в качестве автономной энергоустановки для удовлетворения собственных нужд в электроэнергии отдельных потребителей, а также как дополнительный источник энергии в общей энергосистеме.
Предшествующий уровень техники
Под ветрогенератором понимают устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора электрической машины с последующим ее преобразованием в электрическую энергию.
Изначально энергия ветра использовалась для ее преобразования в механическую энергию. Однако механическая энергия с трудом передавалась на расстояние.
С изобретением электрических машин механическая энергия ветрового потока стала сразу преобразовываться в электрическую энергию.
Известен ветряной двигатель с вращением вокруг вертикальной оси, содержащий ротор, способный вращаться под действием ветра вокруг своей вертикальной оси по отношению к горизонту, и поворотный вал, связанный с ротором (RU 2294452 Cl, F03D 3/00, опубл. 27.02.2007 Бюл. б). Указанный ветряной двигатель жестко крепится на нескольких опорах, отличается громоздкостью и подвержен разрушению в условиях ураганных порывов ветра, резко меняющихся погодных условий.
Известен роторный ветродвигатель, содержащий каркас с закрепленным на нем с помощью подшипников валом и рабочими лопастями, которые соединены с валом с возможностью вращения с ним и выполнены в виде изогнутых в вертикальной плоскости по спирали, а в горизонтальной плоскости по дуге пластин (RU 2210000 С1, F03D 3/00, опубл. 10.08.2003 Бюл. N°22). Недостатком данной конструкции является то, что в условиях холодного климата и резкого перепада температур, при наличии ледяного ветра происходит накопление льда на рабочих лопастях, их дисбаланс и разрушение.
Известна энергетическая установка по использованию ветровой энергии, содержащая расположенный на фундаменте вертикальный вал с электрогенератором, состоящим из статора и ротора, и коромыслами, на которых установлены лопасти, при этом на фундаменте дополнительно установлена неподвижная ось, выполненная в виде цилиндрической трубы, вертикальный вал, выполненный в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную ось, и расположенный соосно с ней (RU 2347942 Cl, F03D 3/00, опубл. 27.02.2009 Бюл. б). Однако данная энергетическая установка обладает низкой надежностью и безопасностью, у нее короткий срок эксплуатации. Эти недостатки вызваны низкой устойчивостью к разнонаправленным сильным порывам ветра во время штормов, ураганов, смерчей, проливных дождей, резко меняющихся погодных условий, вызывающих изгибающие осевые нагрузки на неподвижную ось и вертикальный вал.
Низкая устойчивость энергетической установки к сильным порывам ветра и ураганным ветрам объясняется креплением вертикального вала на неподвижной оси с помощью подшипниковых узлов, содержащих радиальные (аксиальные) подшипники, которые рассчитаны, преимущественно, на восприятие нагрузок с векторами, перпендикулярными к оси вращения вертикального вала (радиальных), и подвергаются разрушению при наличии осевых нагрузок.
Сущность полезной модели
Указанная энергетическая установка по своей технической сущности и назначению является наиболее близкой заявляемой полезной модели и принята за прототип.
Перед полезной моделью была поставлена задача - обеспечить повышение надежности и безопасности, увеличить срок эксплуатации энергетической установки по использованию ветровой энергии в условиях сильных порывов ветра и ураганных ветров.
Общие существенные признаки технического решения, используемые в прототипе и в заявляемом техническом решении, характеризуются наличием неподвижной оси в виде цилиндрической трубы, электрогенератора, вертикального вала, выполненного в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную ось, и расположенного соосно с ней, с закрепленными на нем лопастями.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и безопасности, увеличение срока эксплуатации.
Технический результат достигается за счет того, что в энергетической установке по использованию ветровой энергии, содержащей неподвижную ось в виде цилиндрической трубы, электрогенератор, вертикальный вал, выполненный в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную ось, и расположенный соосно с ней, с закрепленными на нем лопастями, вертикальный вал закреплен на неподвижной оси посредством двух подшипниковых узлов, верхний из которых содержит радиально- упорный подшипник, а нижний содержит самоустанавливающийся подшипник.
Радиально-упорные (радиально-аксиальные) подшипники могут одновременно воспринимать как радиальные, так и осевые (аксиальные) усилия. При этом радиально- упорные подшипники предназначены для преобладающих радиальных нагрузок, свойственных фактическим условиям эксплуатации ветрогенератора.
Достижению заявленного технического результата способствует также использование в предлагаемой конструкции ветрогенератора самоустанавливающегося (самовыравнивающегося) подшипника.
Самоустанавливающийся шарикоподшипник имеет два ряда шариков с двумя независимыми дорожками качения на одном внутреннем кольце и одной общей сферической дорожкой качения на наружном кольце. Эта особенность конструкции обеспечивает самоустанавливаемость подшипника, позволяя ему воспринимать угловые перекосы и изгибы вертикального вала относительно неподвижной оси при сильных порывах ветра и ураганных ветрах.
Самоустанавливающиеся подшипники особенно необходимы в узлах, где возможны значительные изгибы вала или различные перекосы. Кроме того, они имеют самый низкий коэффициент трения из всех подшипников качения, благодаря чему слабо подвержены нагреву даже при вращении с высокими скоростями. Низкий коэффициент трения самоустанавливающегося шарикоподшипника повышает не только его надежность и безопасность, увеличивает срок эксплуатации, но и всего ветрогенератора в целом. При этом самоустанавливающиеся подшипники способны компенсировать такие перекосы вала, при которых другие подшипники быстро изнашиваются.
Самоустанавливающиеся двухрядные шарикоподшипники, таким образом, самовыравниваются в процессе эксплуатации, компенсируя угловую несоосность вертикального вала с неподвижной осью, которая возникает при изгибах и перекосах в . На чертеже представлен ветрогенератор (вид сбоку).
На фундаменте 1 расположена неподвижная ось 2, выполненная в виде цилиндрической трубы. Вертикальный вал 3 выполнен в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную ось 2, и расположен соосно с ней. К валу 3 жестко прикреплены лопасти 4. Вертикальный вал 3 сочленен с ротором 5 генератора, который расположен соосно с жестко закрепленным статором 6. Вертикальный вал 3 сочленен с неподвижной осью 2 посредством подшипниковых узлов, верхний из которых содержит радиально-упорный подшипник 7, а нижний содержит самовосстанавливающийся подшипник 8.
Ветрогенератор действует следующим образом. Ветровая нагрузка на лопасти 5 приводит во вращение вертикальный вал 3 с ротором 5 электрогенератора. При вращении ротора 5 относительно неподвижного статора 6 происходит преобразование механической энергии вращательного движения в электрическую энергию.
Иготовленные опытные образцы ветрогенератора подтвердили достижение заявленного технического результата. В процессе эксплуатации без выхода из строя они выдерживали воздействие сильных порывов ветра и ураганных ветров.
Заявляемая конструкция ветрогенератора является новой, промышленно применимой. Она несложна при монтаже, проста в техническом обслуживании.
Предлагаемое техническое решение особенно актуально в условиях глобального изменения климата, резкого увеличения количества природных катаклизмов, в том числе, ураганных ветров, смерчей, снежных и суровых зим.
Claims
1. Энергетическая установка по использованию ветровой энергии, содержащая неподвижную ось, выполненную в виде цилиндрической трубы, электрогенератор, вертикальный вал, выполненный в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную ось, и расположенный соосно с ней, отличающаяся тем, что вертикальный вал закреплен на неподвижной оси посредством двух подшипниковых узлов, верхний из которых содержит радиально-упорный подшипник, а нижний содержит самоустанавливающийся подшипник.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021137112 | 2021-12-14 | ||
| RU2021137112 | 2021-12-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022271054A1 true WO2022271054A1 (ru) | 2022-12-29 |
Family
ID=84544588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2022/050248 WO2022271054A1 (ru) | 2021-12-14 | 2022-08-11 | Ветрогенератор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2022271054A1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2426005C1 (ru) * | 2010-04-07 | 2011-08-10 | Евгений Николаевич Лещенко | Карусельный ветродвигатель |
| RU2454564C2 (ru) * | 2010-05-31 | 2012-06-27 | Виктор Тихонович Фёдоров | Ветросиловая установка с ротором дарье |
| RU123850U1 (ru) * | 2012-04-26 | 2013-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" | Ветроэнергетическая установка |
| US20140377063A1 (en) * | 2013-06-20 | 2014-12-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Wind power plant having a sliding bearing |
| RU2551913C1 (ru) * | 2013-12-12 | 2015-06-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка |
-
2022
- 2022-08-11 WO PCT/RU2022/050248 patent/WO2022271054A1/ru unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2426005C1 (ru) * | 2010-04-07 | 2011-08-10 | Евгений Николаевич Лещенко | Карусельный ветродвигатель |
| RU2454564C2 (ru) * | 2010-05-31 | 2012-06-27 | Виктор Тихонович Фёдоров | Ветросиловая установка с ротором дарье |
| RU123850U1 (ru) * | 2012-04-26 | 2013-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" | Ветроэнергетическая установка |
| US20140377063A1 (en) * | 2013-06-20 | 2014-12-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Wind power plant having a sliding bearing |
| RU2551913C1 (ru) * | 2013-12-12 | 2015-06-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2561222B1 (en) | Vertical axis wind turbine | |
| US8459872B2 (en) | Bearing with alternative load path for extreme loads | |
| US6692230B2 (en) | Balanced, high output, rapid rotation wind turbine (Weathervane multi-rotor windmill) | |
| US8174144B2 (en) | Bearings having radial half cage | |
| US9322392B2 (en) | Enclosed vertical axis fluid rotor | |
| US20120027587A1 (en) | Wind turbine torque-speed control | |
| KR102607262B1 (ko) | 공기압축식 수직형 풍력발전기 세트 | |
| EP2386757A1 (en) | Fixing structure for generator shaft of wind driven generator of outer rotor coreless type | |
| WO2011071378A2 (en) | Main bearing for a wind turbine | |
| US20130170987A1 (en) | Wind Turbine Tower with Yaw Bearing System | |
| US8629570B1 (en) | Wind turbine blades with reinforcing, supporting and stabilizing components and enlarged swept area | |
| EP3742010A1 (en) | System and method for assembling a slewing ring bearing with a predetermined preload | |
| US20120134808A1 (en) | Wind turbine oil lubrication pump | |
| RU210487U1 (ru) | Ветрогенератор | |
| WO2022271054A1 (ru) | Ветрогенератор | |
| US20170002795A1 (en) | Pitch assembly for a wind turbine rotor blade | |
| US20130171002A1 (en) | Hybrid Wind Turbine Tower with Integrated Yaw Bearing System | |
| CN210769138U (zh) | 一种风叶偏转叶面垂直受风转速可控风力装置 | |
| CN111322197B (zh) | 风力发电机组及变桨轴承组件 | |
| EP2609328A1 (en) | Wind power plant structure | |
| CN213808478U (zh) | 一种风力发电机组独立变桨的三排圆柱滚子变桨轴承 | |
| WO2018109776A1 (en) | Design and fabrication of advanced vertical axis wind turbine with self-alignment blades | |
| US11454220B2 (en) | Bearing arrangement for a wind turbine and wind turbine | |
| US8134250B1 (en) | Wind generator system suitable for both small and big wind applications | |
| CN201730746U (zh) | 变桨距风力发电机组 |
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: 22828865 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |