RU2030777C1

RU2030777C1 - Wind power plant

Info

Publication number: RU2030777C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Дмитриевич Жупахин
Original assignee: Анатолий Дмитриевич Жупахин
Priority date: 1990-11-01
Filing date: 1990-11-01
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: wind power. SUBSTANCE: plant has vertical shaft 1 with traverses 14 and electric generator. The shaft is mounted on a foundation. Blades 19 with sprockets 20,21 is mounted on the traverses. The sprockets are coupled with sprockets 4,5 through a chain transmission having 1:2 transmission ratio. Stator 3 of the electric generator is rigidly secured to the vertical shaft. The stator and shaft are axially alined. Sprockets 4,5 are secured to the shaft. The vertical shaft is mounted for permitting rotation. The traverses with blades and rotor 2 of the electric generator are mounted for rotation at the top end of the shaft. Each sprocket of the shaft is connected with one of the halves of blade sprockets through chain 25. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэлектроэнергетике и касается установок с ветродвигателями, имеющими вертикальную ось вращения. The invention relates to wind energy and relates to installations with wind turbines having a vertical axis of rotation.

Известна ветроэлектроустановка (а.с. N 1307081, 1987, Бюл. N 16), содержащая вертикальный вращающийся вал с размещенными на нем по ярусам лопастями, имеющими для повышения КПД возможность разнесения по радиусу от вала и разворота вокруг собственной оси в зависимости от силы и направления ветра на различных высотах по ярусам. A known wind turbine (a.s. N 1307081, 1987, Bull. N 16), containing a vertical rotating shaft with blades placed on it in tiers, having to increase the efficiency of the possibility of spacing along the radius from the shaft and turning around its own axis depending on the force and wind directions at different heights in tiers.

Недостатками такой установки являются сложность определения потоков ветра в общем вихре при вращении лопастей и регулирования последних, а также увеличение трения в опорных подшипниках, особенно в основании вращающегося вала за счет его прогиба при усилении силы ветра. The disadvantages of this installation are the difficulty of determining wind flows in a common vortex during rotation of the blades and the regulation of the latter, as well as an increase in friction in the thrust bearings, especially at the base of the rotating shaft due to its deflection when the wind force is increased.

Известна ветроэлектроустановка (пат. Великобритании N 1486 338, 1977), включающая вращающийся вал с размещенными на нем траверсами с лопастями и втулкой с рулевой лопастью. При этом каждая из звездочек лопасти сообщена со своей звездочкой на втулке и положением рулевой лопасти корректируется положение лопастей ветроэлектроустановки. Соотношение зубьев звездочек 1:2 использовано из ранее известного изобретения. Known wind turbine (US Pat. UK N 1486 338, 1977), including a rotating shaft with traverses with blades placed on it and a sleeve with a steering blade. In this case, each of the sprocket blades is in communication with its sprocket on the sleeve and the position of the steering blades adjusts the position of the blades of the wind turbine. The ratio of the teeth of the stars 1: 2 is used from a previously known invention.

Недостатками являются ненадежная корректировка положения лопастей рулевой лопастью из-за наличия аэродинамического следа из турбулентных вихрей позади мачты в ветровом потоке (ж. ИР 87/9, с. 8, абз.7), снижение КПД из-за большого числа цепных передач и перекоса подшипника в основании прогнутого по ветру вращающегося вала. The disadvantages are the unreliable adjustment of the position of the blades by the steering blade due to the presence of an aerodynamic trail from the turbulent vortices behind the mast in the wind flow (J. IR 87/9, p. 8, para. 7), reduced efficiency due to the large number of chain transmissions and skew bearing at the base of the rotating shaft bent in the wind.

Наиболее близким по совокупности признаков (прототипом) является техническое решение, включающее вращающийся вертикальный вал с лопастями, звездочки которых в соотношении 1:2 сообщены со звездочками, расположенными соосно на валу. Причем звездочки вала не вращаются вместе с валом, а посредством шестерен, втулок и муфт сообщены с центробежным регулятором, который, регулируя положение лопастей в зависимости от изменения скорости ветра или нагрузки на электрогенераторе, стабилизирует скорость вращения лопастей вокруг вала. The closest set of features (prototype) is the technical solution, including a rotating vertical shaft with blades, the stars of which are in a 1: 2 ratio communicated with the stars located coaxially on the shaft. Moreover, the sprockets of the shaft do not rotate together with the shaft, but by means of gears, bushings and couplings are communicated with a centrifugal regulator, which, adjusting the position of the blades depending on changes in wind speed or load on the generator, stabilizes the speed of rotation of the blades around the shaft.

Недостатками устройства являются большое количество цепных передач, снижающих КПД установки и сложные и громоздкие металлоконструкции, удерживаю- щие вал от перегиба при ветровой нагрузке, и в то же время резко снижающие полезную площадь лопастей в занятом под ветроустановку пространстве. The disadvantages of the device are a large number of chain transmissions that reduce the efficiency of the installation and complex and bulky metal structures that keep the shaft from bending under wind load, and at the same time sharply reduce the useful area of the blades in the space occupied by the wind turbine.

Сущностью изобретения является то, что в ветроэлектроустановке, содержащей расположенный на фундаменте вертикальный вал с траверсами с установленными на них лопастями со звездочками, связанными в соотношении 1:2 цепной передачей с блоком звездочек, соосно размещенном на валу, и электрогенератор, вертикальный вал с жестко и соосно закрепленными на нем статором электрогенератора и двумя звездочками установлен с возможностью поворота, а траверсы с лопастями и ротором электрогенератора установлены с возможностью вращения на верхнем конце вала, при этом каждая из звездочек вала связана цепью с одной из половин звездочек лопастей. The essence of the invention is that in a wind turbine containing a vertical shaft located on the foundation with traverses with blades mounted on them with sprockets, connected in a 1: 2 ratio by a chain drive with a sprocket block coaxially placed on the shaft, and an electric generator, a vertical shaft with rigid and the coaxial stator of the electric generator and two sprockets mounted rotatably, and traverses with blades and rotor of the electric generator mounted rotatably at the upper end shaft, while each of the sprockets of the shaft is connected by a chain with one of the half sprockets of the blades.

На фиг. 1 изображена предлагаемая ветроэлектроустановка, общий вид; на фиг.2 - схема положения лопастей, цепей. In FIG. 1 shows the proposed wind turbine, General view; figure 2 - diagram of the position of the blades, chains.

Ветроэлектроустановка (фиг. 1) состоит из вала 1 с закрепленным на нем статором 2, который установлен также внутри ротора 3 электрогенератора. На валу 1 закреплены звездочки 4 и 5 одинакового диаметра и колесо 6е, выполненное совместно с червяком 7, например, в виде червячной пары. Червяк 7 сообщен со штурвалом 8, закрепленным на опорной стойке 9, внутри которой установлен вал 1 с опорой на подшипник 10. Опорная стойка 9 закреплена на фундаменте 11. На верхний торец вала 1 через подшипник 12 и 13 навешена траверса 14, состоящая из верхнего 15 и нижнего 16 коромысла, связанных между собой для жесткости связями 17. На периферии коромысел 15 и 16 в узлах подшипников 18 установлены лопасти 19, на осях вращения лопастей установлены звездочки 20 и 21 удвоенного по отношению к звездочкам 4 и 5 диаметра, которые охвачены планетарно цепью 22 и 23 со звездочками 4 и 5 соответственно. Нижнее коромысло 16 жестко связано с ротором 3 электрогенератора, который для защиты от атмосферных осадков и защиты от тока закрыт кожухом 24. Если на траверсе 14 закреплено несколько пар лопастей, то цепь 25 (см. фиг.2) охватывает планетарно одну из звездочек 4 (или 5) и все звездочки 21 удвоенного диаметра одной половины лопастей 19, другая цепь 26 огибает также планетарно другую звездочку 5 (или 4) и звездочки 21 удвоенного диаметра второй половины лопастей 19. Деление звездочек лопастей пополам произвольное. Wind turbine (Fig. 1) consists of a shaft 1 with a fixed stator 2, which is also installed inside the rotor 3 of the generator. On the shaft 1 are fixed sprockets 4 and 5 of the same diameter and the wheel 6e, made in conjunction with the worm 7, for example, in the form of a worm pair. The worm 7 is in communication with the steering wheel 8, mounted on a support post 9, inside of which a shaft 1 is mounted with a bearing on the bearing 10. The support post 9 is mounted on a foundation 11. A beam 14, consisting of the top 15, is mounted on the upper end of the shaft 1 through the bearing 12 and 13 and lower 16 of the rocker arm connected to each other for stiffness by bonds 17. On the periphery of the rocker arm 15 and 16 in the bearing assemblies 18 are mounted blades 19, on the axes of rotation of the blades mounted sprockets 20 and 21 of a diameter doubled with respect to sprockets 4 and 5, which are covered by a planetary chain 22 and 23 with stars riders 4 and 5, respectively. The lower beam 16 is rigidly connected to the rotor 3 of the electric generator, which is closed by a casing 24 to protect it from atmospheric precipitation and to protect against current. If several pairs of blades are attached to the beam 14, then chain 25 (see Fig. 2) covers planetary one of the sprockets 4 ( or 5) and all the sprockets 21 of doubled diameter of one half of the blades 19, the other chain 26 also envelops another planetary sprocket 5 (or 4) and sprockets 21 of doubled diameter of the second half of the blades 19. The division of the sprocket of the blades in half is arbitrary.

При монтаже одну лопасть устанавливают вдоль диаметра круга, а на другом конце диаметра перпендикулярно к нему. В этом положении лопастей звездочки 20 и 21 охватывают цепью, соответственно, со звездочками 4 и 5. Если на ветроэлектроустановке несколько пар лопастей, то каждую последующую лопасть устанавливают с поворотом на угол α относительно предыдущей лопасти. Угол α конкретной лопасти находят по формуле
α_i=

(n_i-1) где n - число лопастей,
n_i - конкретные лопасти - 1, 2, 3 и т.д.During installation, one blade is installed along the diameter of the circle, and at the other end of the diameter perpendicular to it. In this position of the blades,

sprockets

20 and 21 are spanned by a chain, respectively, with sprockets 4 and 5. If there are several pairs of blades on a wind turbine, then each subsequent blade is installed with rotation through an angle α relative to the previous blade. The angle α of a particular blade is found by the formula
α _i =

(n _i -1) where n is the number of blades,
n _i - specific blades - 1, 2, 3, etc.

180^о - угол поворота лопасти за один оборот траверсы.180 ^about - the angle of rotation of the blade for one revolution of the traverse.

После установки лопастей звездочки фиксируют цепями. After installing the blades, the sprockets are fixed in chains.

Ветроустановка работает следующим образом. Имея одинаковое соотношение передачи 1:2 между звездочками вала и лопастей, лопасти занимают требуемое положение при переходе от одной позиции к другой всего с двумя цепями при любом количестве лопастей. Wind turbine works as follows. Having the same transmission ratio of 1: 2 between the sprockets of the shaft and the blades, the blades occupy the required position when moving from one position to another with only two chains for any number of blades.

Минимальное количество цепей при любом количестве лопастей уменьшает трение и повышает КПД установки. The minimum number of chains for any number of blades reduces friction and increases the efficiency of the installation.

Перенос подшипника 12 на верхний конец вала и поддерживающего подшипника 13 в основание нижней траверсы существенно влияет на характер вращения ветроэлектроустановки. Сам вал может прогибаться и даже наклонять траверсы с лопастями, но это мало влияет на трение в подшипнике на верхнем конце вала. Сам вал не вращается и поэтому снижается общая масса вращающихся частей. На вращение не влияет увеличение трения в подшипника в основании вала от прогиба последнего при ветре. Эти преимущества позволяют работать установке при более слабом ветре и повысить КПД. The transfer of the bearing 12 to the upper end of the shaft and the supporting bearing 13 to the base of the lower crosshead significantly affects the nature of the rotation of the wind turbine. The shaft itself can bend and even tilt the yoke with blades, but this has little effect on the friction in the bearing at the upper end of the shaft. The shaft itself does not rotate and therefore the total mass of the rotating parts is reduced. The rotation is not affected by the increase in friction in the bearing at the base of the shaft from the deflection of the latter in the wind. These advantages allow the installation to work in a weaker wind and increase efficiency.

Регулирование скорости вращения лопастей осуществляют поворотом вала. От прогиба вала подшипник в основании может быть и перекошен, но он не влияет на вращение электрогенератора. Звездочки 4 и 5 закреплены на валу, поэтому положение лопастей не меняется относительно вала, но меняется относительно ветра. Поворотом штурвала 8 уменьшают площадь восприятия ветра правой стороной и увеличивают левую, либо наоборот, что приведет к уменьшению или увеличению разности воспринимаемых от ветра давлений на стороны траверсы и, соответственно, скорости вращения. При этом штурвал может приводиться в движение автоматически известными способами, а направление ветра определяют датчиками, установленными на расстоянии от ветроустановки, исключающими влияние собственных вихрей. The rotation speed of the blades is controlled by turning the shaft. From the deflection of the shaft, the bearing at the base may be skewed, but it does not affect the rotation of the generator. Sprockets 4 and 5 are fixed on the shaft, so the position of the blades does not change relative to the shaft, but changes relative to the wind. By turning the steering wheel 8, the area of wind perception is reduced by the right side and the left side is increased, or vice versa, which will lead to a decrease or increase in the difference in pressure perceived from the wind on the yoke sides and, accordingly, the rotation speed. In this case, the helm can be set in motion automatically by known methods, and the direction of the wind is determined by sensors installed at a distance from the wind turbine, eliminating the influence of their own vortices.

При большом количестве использования ветроэлектроустановок в семейных, фермерских, арендных и хозяйствах других форм собственности может произойти резкое снижение расхода энергии из государственных электросетей, что может являться альтернативной атомной энергетике, приведет к улучшению экологической обстановки в регионах. With a large amount of use of wind turbines in family, farm, rental, and other forms of ownership, a sharp decrease in energy consumption from state power grids can occur, which can be an alternative to nuclear energy, and will lead to an improvement in the environmental situation in the regions.

Claims

A WIND POWER PLANT containing a vertical shaft located on the foundation with traverses with blades mounted on them with sprockets, connected in a 1: 2 ratio by a chain transmission with a sprocket block coaxially placed on the shaft, and an electric generator, characterized in that the vertical shaft is rigidly and coaxially fixed to with a stator of the electric generator and two sprockets mounted rotatably, and traverses with blades and rotor of the electric generator mounted rotatably on the upper end of the shaft, while giving from the sprockets of the shaft is connected by a chain with one of the half sprockets of the blades.