RU84067U1

RU84067U1 - WIND ENGINE

Info

Publication number: RU84067U1
Application number: RU2009105938/22U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Есаков; Сергей Михайлович Есаков; Екатерина Сергеевна Есакова
Original assignee: Михаил Сергеевич Есаков; Сергей Михайлович Есаков; Екатерина Сергеевна Есакова
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2009-06-27

Abstract

1. Ветряной двигатель, включающий ветроколесо, укрепленное на вертикальном валу, содержащее горизонтальные оси и установленные на них лопасти, отличающийся тем, что ветроколесо снабжено оголовком, жестко соединенным с верхним концом вала, горизонтальные оси установлены в оголовке на разной высоте с возможностью их вращения, лопасти жестко укреплены на горизонтальных осях, причем лопасти, укрепленные на одной оси, расположены в плоскостях, угол между которыми составляет 90±5°, при этом двигатель снабжен ограничителями поворота горизонтальных осей. ! 2. Ветряной двигатель по п.1, отличающийся тем, что ограничители поворота горизонтальных осей выполнены в виде консолей, укрепленных на горизонтальных осях и соответствующих им упоров, выполненных на оголовке с возможностью взаимодействия с указанными консолями.1. A wind turbine including a wind wheel mounted on a vertical shaft, containing horizontal axes and blades mounted on them, characterized in that the wind wheel is equipped with a head rigidly connected to the upper end of the shaft, horizontal axes are mounted in the head at different heights with the possibility of rotation, the blades are rigidly fixed on horizontal axes, and the blades mounted on one axis are located in planes, the angle between which is 90 ± 5 °, while the engine is equipped with horizontal rotation limiters axes of. ! 2. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the rotation limiters of the horizontal axes are made in the form of consoles mounted on horizontal axes and their corresponding stops made on the head with the possibility of interaction with these consoles.

Description

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована, в частности, для преобразования энергии воздушного потока в электрическую энергию.The utility model relates to the field of wind energy and can be used, in particular, to convert the energy of the air flow into electrical energy.

Известен ветряной двигатель, содержащий размещенное на вертикальном валу ветроколесо с поворотными лопастями, ограничители поворота лопастей, снабженные секторными дисками и подпружиненными стержнями, установленными с возможностью контактирования с дисками, механизм перевода лопастей во флюгерное положение, RU 1787208.Known is a wind engine containing a wind wheel placed on a vertical shaft with rotary blades, blade rotation limiters equipped with sector disks and spring-loaded rods installed with the possibility of contacting with disks, a mechanism for transferring the blades to the vane position, RU 1787208.

Недостатками этого устройства являются низкий КПД, интенсивная вибрация при работе, быстрый износ и ненадежность механизма, неравномерность вращения ветроколеса.The disadvantages of this device are low efficiency, intense vibration during operation, rapid wear and unreliability of the mechanism, uneven rotation of the wind wheel.

Известен ветряной двигатель, включающий ветроколесо, содержащее установленные на вертикальном валу горизонтальные махи (оси) и шарнирно закрепленные на них лопасти, причем на каждом махе закреплена пара лопастей, имеющих общую ось вращения, параллельную A wind engine is known, including a wind wheel, comprising horizontal blades (axes) mounted on a vertical shaft and blades articulated thereon, with a pair of blades having a common axis of rotation parallel to each swing

оси вращения ветроколеса, на каждой лопасти шарнирно закреплена тяга, соединенная с ползуном, имеющим возможность передвигаться по направляющей, закрепленной горизонтально перпендикулярно маху, на котором установлен подпружиненный ползун, взаимодействующий с одной из лопастей, RU 2057969.the axis of rotation of the wind wheel, on each blade a link is pivotally connected, connected to a slider that can move along a guide fixed horizontally perpendicular to the flywheel, on which a spring-loaded slider is mounted, interacting with one of the blades, RU 2057969.

Данное устройство имеет относительно постоянную скорость вращения ветроколеса, однако оно сохраняет остальные недостатки описанного выше аналога.This device has a relatively constant speed of rotation of the wind wheel, however, it retains the remaining disadvantages of the analog described above.

Известен ветряной двигатель, включающий ветроколесо, укрепленное на вертикальном валу, содержащее жестко соединенные с валом горизонтальные оси (махи), а также пары лопастей, которые установлены с возможностью поворота относительно друг друга на вертикальных осях, размещенных на каретках, установленных на горизонтальных осях с возможностью перемещения вдоль последних. К каждой лопасти прикреплена тяга, шарнирно соединенная с ползуном, установленным с возможностью перемещения на горизонтальной направляющей, перпендикулярной горизонтальной оси (маху). Каретки подпружинены относительно упоров, выполненных на концах горизонтальных осей, RU 2313691.Known wind turbine, including a wind wheel mounted on a vertical shaft, containing rigidly connected to the shaft horizontal axis (swing), as well as a pair of blades that are mounted to rotate relative to each other on vertical axes placed on carriages mounted on horizontal axes with the possibility moving along the last. A thrust is attached to each blade, pivotally connected to a slider mounted for movement on a horizontal guide perpendicular to the horizontal axis (swing). The carriages are spring-loaded relative to the stops made at the ends of the horizontal axes, RU 2313691.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.This technical solution was made as a prototype of this utility model.

Его недостатком является нарушение центровки ветроколеса относительно вала из-за того, что каретки при их возвратно-поступательном перемещении находятся на разных расстояниях от вала, что приводит к радиальному биению вала относительно его подшипников. Серьезным недостатком устройства является незащищенность подшипников, кареток и др. движущихся элементов от атмосферных воздействий. Это приводит к коррозии этих элементов, обмерзанию при отрицательных температурах, что может привести к нарушению работоспособности устройства или выходу его из строя. Следует также Its disadvantage is a violation of the alignment of the wind wheel relative to the shaft due to the fact that the carriages, at their reciprocating movement, are at different distances from the shaft, which leads to a radial runout of the shaft relative to its bearings. A serious drawback of the device is the insecurity of bearings, carriages and other moving elements from weathering. This leads to corrosion of these elements, freezing at low temperatures, which can lead to disruption of the device or its failure. Should also

отметить сложность и ненадежность данной «зонтичной» конструкции, необходимость регулярного и частого технического обслуживания: смазки, контроля состояния элементов устройства, что весьма затруднено на значительной высоте (практически, более 10 м).note the complexity and unreliability of this "umbrella" design, the need for regular and frequent maintenance: lubrication, monitoring the state of the device elements, which is very difficult at a considerable height (almost more than 10 m).

Задачей полезной модели является устранение дисбаланса системы относительно вала и тем самым исключение радиального биения вала в подшипниках, защита подшипников от атмосферных воздействий, а также упрощение и повышение надежности конструкции и облегчение эксплуатации.The objective of the utility model is to eliminate the imbalance of the system relative to the shaft and thereby eliminate radial runout of the shaft in the bearings, protect the bearings from atmospheric influences, as well as simplify and increase the reliability of the design and facilitate operation.

Согласно полезной модели в ветряном двигателе, включающем ветроколесо, укрепленное на вертикальном валу, содержащее горизонтальные оси и установленные на них лопасти, ветроколесо снабжено оголовком, жестко соединенным с верхним концом вала, горизонтальные оси установлены в оголовке на разной высоте с возможностью их вращения, лопасти жестко укреплены на горизонтальных осях, причем лопасти, укрепленные на одной оси, расположены в плоскостях, угол между которыми составляет 90±5°, при этом двигатель снабжен ограничителями поворота горизонтальных осей; ограничители поворота горизонтальных осей выполнены в виде консолей, укрепленных на горизонтальных осях и соответствующих им упоров, выполненных на оголовке с возможностью взаимодействия с указанными консолями.According to a utility model, in a wind turbine including a wind wheel mounted on a vertical shaft, containing horizontal axes and blades mounted on them, the wind wheel is equipped with a head rigidly connected to the upper end of the shaft, horizontal axes are mounted in the head at different heights with the possibility of rotation, the blades are rigidly mounted on horizontal axes, and the blades mounted on one axis are located in planes, the angle between which is 90 ± 5 °, while the engine is equipped with horizontal rotation limiters total axes; limiters of rotation of horizontal axes are made in the form of consoles mounted on horizontal axes and their corresponding stops made on the head with the possibility of interaction with these consoles.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed one, which allows us to conclude that the utility model meets the criterion of "novelty."

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - вид спереди при отсутствии ветра;figure 1 is a front view in the absence of wind;

на фиг.2 - устройство в аксонометрии при воздействии ветра;figure 2 - device in a perspective view when exposed to wind;

на фиг.3 - вид сверху на фиг.2.figure 3 is a top view of figure 2.

Ветряной двигатель включает ветроколесо, укрепленное на вертикальном валу 1. Ветроколесо содержит горизонтальные оси 2, 3 и оголовок 4, который жестко соединен с валом 1 в верхней части вала, например, с помощью сварки или разъемного соединения. Горизонтальные оси 2, 3 установлены в оголовке 4 на разной высоте в подшипниках 5 и 6, соответственно. Подшипники 5 и 6 жестко закреплены внутри оголовка 4 и благодаря этому в значительной степени закрыты; кроме того, они могут быть дополнительно защищены от попадания атмосферных осадков с помощью щитков 7, 8, прикрепленных к оголовку 4. В конкретном примере щитки 7 защищают подшипники на оси 2, а щитки 8 - на оси 3. Щитки 7, 8 представляют собой кольцевые конические элементы (на фиг.1, 2 - условно не показаны).The wind engine includes a wind wheel mounted on a vertical shaft 1. The wind wheel contains horizontal axes 2, 3 and a head 4, which is rigidly connected to the shaft 1 in the upper part of the shaft, for example, by welding or detachable connection. The horizontal axes 2, 3 are installed in the head 4 at different heights in bearings 5 and 6, respectively. Bearings 5 and 6 are rigidly fixed inside the head 4 and due to this are largely closed; in addition, they can be further protected from atmospheric precipitation by means of shields 7, 8 attached to the head 4. In a specific example, shields 7 protect bearings on axis 2, and shields 8 on axis 3. Shields 7, 8 are annular conical elements (figure 1, 2 - conditionally not shown).

На концах оси 2 жестко укреплены лопасти 9 и 10, а на концах оси 3 жестко укреплены лопасти 11 и 12. Лопасти, укрепленные на одной оси, расположены в плоскостях, угол между которыми составляет 90±5°. При меньших или больших углах значительно снижается коэффициент полезного действия ветряного двигателя, так как при вертикальном положении лопасти на одном конце горизонтальной оси возникает противодействие вращению вала 1 со стороны лопасти, находящейся на другом конце этой оси. Оптимальным является угол между лопастями 9 и 10 и, соответственно, между лопастями 11 и 12, равный 90°±5°. 5° - величина допустимого отклонения от взаимноперпендикулярного положения лопастей на противоположных концах осей 2 и 3.The blades 9 and 10 are rigidly fixed at the ends of the axis 2, and the blades 11 and 12 are rigidly fixed at the ends of the axis 3. The blades mounted on the same axis are located in planes, the angle between which is 90 ± 5 °. At smaller or larger angles, the efficiency of the wind turbine is significantly reduced, since with the vertical position of the blade at one end of the horizontal axis, there is a counteraction to the rotation of the shaft 1 from the side of the blade located at the other end of this axis. The optimum angle between the blades 9 and 10 and, respectively, between the blades 11 and 12, equal to 90 ° ± 5 °. 5 ° - the value of the permissible deviation from the mutually perpendicular position of the blades at the opposite ends of the axes 2 and 3.

Для фиксации лопастей в вертикальном положении и передачи крутящего момента на вал 1 двигатель снабжен ограничителями поворота осей 2 и 3. В данном случае ограничители поворота содержат консоли 13, которые укреплены на осях 2 и 3 по обе стороны от оголовка 4 между оголовком и лопастями, и соответствующие консолям 13 упоры 14, выполненные на оголовке 4 с возможностью упирания в них консолей 13 при повороте осей 2, 3. Вал 1 установлен на основании 15 посредством For fixing the blades in a vertical position and transmitting torque to the shaft 1, the engine is equipped with rotation limiters of the axes 2 and 3. In this case, the rotation limiters contain consoles 13, which are mounted on the axles 2 and 3 on both sides of the head 4 between the head and the blades, and stops 14 corresponding to the consoles 13, made on the head 4 with the possibility of supporting the consoles 13 in them when the axles 2, 3 are turned. The shaft 1 is mounted on the base 15 by

упорного подшипника 16 с возможностью вращения в подшипниках скольжения 17, 18. Вал 1 и подшипники 17, 18 размещены в полом трубчатом корпусе (на чертежах не показан). Вращение от вала 1 через передачу 19 передается к ротору электрического генератора или к другому исполнительному механизму.thrust bearing 16 rotatably in sliding bearings 17, 18. Shaft 1 and bearings 17, 18 are placed in a hollow tubular housing (not shown in the drawings). The rotation from the shaft 1 through the transmission 19 is transmitted to the rotor of the electric generator or to another actuator.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При отсутствии ветра устройство находится в положении на фиг.1, лопасти висят на осях 2, 3 под действием силы тяжести.In the absence of wind, the device is in the position in figure 1, the blades hang on the axes 2, 3 under the action of gravity.

Под воздействием ветра лопасть, находящаяся с наветренной стороны (на фиг.2, 3 - лопасть 12), занимает вертикальное положение, а лопасть 11 занимает горизонтальное положение. При этом ветровую нагрузку воспринимает только лопасть 12, которая через ось 3, консоль 13 и упор 14 передает вращающий момент на оголовок 4 и вал 1. При повороте вала 1 позицию, которую занимала лопасть 12, займет лопасть 10, затем лопасть 11 и далее лопасть 9, которые также воспринимают ветровую нагрузку и передают ее через оси, консоли и упоры на оголовок 4 и вал 1.Under the influence of the wind, the blade located on the windward side (in figure 2, 3 - the blade 12) occupies a vertical position, and the blade 11 occupies a horizontal position. In this case, only the blade 12 accepts the wind load, which transfers the torque to the head 4 and shaft 1 through the axis 3, the console 13 and the stop 14. When the shaft 1 is rotated, the position occupied by the blade 12 will be taken by the blade 10, then the blade 11 and then the blade 9, which also perceive the wind load and transmit it through the axles, consoles and stops on the head 4 and shaft 1.

Конструкция ветряного двигателя обеспечивает положение центра тяжести системы, практически, на продольной оси симметрии вала 1, что исключает дисбаланс системы и радиальное биение в подшипниках 17, 18. Благодаря тому, что подшипники осей 2, 3 вмонтированы в оголовок (а также благодаря тому, что они могут быть дополнительно закрыты щитками) значительно уменьшается попадание в них атмосферных осадков, в связи с чем не требуется частое их обслуживание (контроль, смазка и т.п.). Конструкция ветряного двигателя весьма простая, поскольку не содержит элементов (лопастей) сложной аэродинамической формы и надежная в эксплуатации.The design of the wind engine ensures the position of the center of gravity of the system, practically, on the longitudinal axis of symmetry of the shaft 1, which eliminates the imbalance of the system and radial runout in the bearings 17, 18. Due to the fact that the bearings of the axes 2, 3 are mounted in the head (and also due to the fact that they can be additionally covered by shields) the ingress of atmospheric precipitation into them is significantly reduced, and therefore their frequent maintenance is not required (control, lubrication, etc.). The design of the wind engine is very simple, because it does not contain elements (blades) of complex aerodynamic shape and reliable in operation.

Claims

1. A wind turbine including a wind wheel mounted on a vertical shaft, containing horizontal axes and blades mounted on them, characterized in that the wind wheel is equipped with a head rigidly connected to the upper end of the shaft, horizontal axes are mounted in the head at different heights with the possibility of rotation, the blades are rigidly fixed on horizontal axes, and the blades mounted on one axis are located in planes, the angle between which is 90 ± 5 °, while the engine is equipped with horizontal rotation limiters axes of.

2. The wind turbine according to claim 1, characterized in that the rotation limiters of the horizontal axes are made in the form of consoles mounted on horizontal axes and their corresponding stops made on the head with the possibility of interaction with these consoles.