RU2008512C1

RU2008512C1 - Wind unit with sail-propeller engine

Info

Publication number: RU2008512C1
Application number: SU914950404A
Authority: RU
Inventors: Валерий Ишберданович Асеев
Original assignee: Валерий Ишберданович Асеев
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: wind power engineering. SUBSTANCE: unit has main radial spokes 2 fastened to bush 22 of horizontal shaft 1 and positioned in two rows between which rims 3 are positioned. Propeller blades 6 and cantilevers 15 are fastened to the rims. The cantilevers connect articulated bush 14 to rotary platform 11 on which the wind unit is positioned. The unit also has tension member-stop 16 connected to the upper part of front support 9 of shaft 1. Rims 3 are connected to oppositely located radial spokes by thrusts 4 and tension members 5. Horizontal shaft 1 is mounted in two supports 9, 10. Rotary platform 11 has armature 13. Mounting of additional radial spokes located between main radial spokes 2 is provided. Back main radial spokes are fastened to bush 22 moving along the axis of shaft 1, the bush has limiting helical slots 23 in which guide pins fastened to shaft 1 are mounted. EFFECT: improved structure. 3 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может найти широкое применение во всех регионах страны. The invention relates to the field of wind energy and can be widely used in all regions of the country.

Ветроагрегат предназначен для установки как на ровных плоских поверхностях (земля, вода - на платформах, плотах или морских судах-катамаранах), так и на возвышенных поверхностях. The windmill is designed for installation both on flat flat surfaces (land, water - on platforms, rafts or marine catamaran vessels), and on elevated surfaces.

Известен ветроагрегат барабанного типа с продольными винтовыми лопастями, расположенный на поворотной платформе [1] . Known wind turbine drum type with longitudinal helical blades located on a rotary platform [1].

Недостатки известной конструкции - малая удельная мощность, необходимость наличия флюгерной пластины, а также низкая надежность поворотной платформы. The disadvantages of the known design - low power density, the need for a weather vane, as well as low reliability of the turntable.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является ветроустановка, содержащая вал, на котором на односторонней опоре закреплено ветроколесо с коаксиально расположенными ярусами с лопастями между ними [2] . The closest in technical essence to the claimed solution is a wind turbine containing a shaft on which a wind wheel with coaxially located tiers with blades between them is fixed on a one-sided support [2].

Недостатки известной конструкции - стационарность, большая нагрузка на поворотную головку и башню-опору при попытке увеличения габаритов колеса - с увеличением парусности возрастает по экспоненте нагрузка на опору и опрокидывающий момент. Наличие односторонней опоры ограничивает размеры ветроколеса как по диаметру, так и по его вершине. The disadvantages of the known design — stationarity, heavy load on the swivel head and the support tower when trying to increase the dimensions of the wheel — with increasing windage, the load on the support and the overturning moment increase exponentially. The presence of a one-sided support limits the size of the wind wheel both in diameter and at its top.

Данная конструкция требует дополнительных ориентирующих по ветру устройств (флюгеров и т. п. ). Кроме того, конструкция материалоемка, габаритная, сложна, а также низкотехнологична, а также немобильна и сложна в эксплуатации. This design requires additional wind-orienting devices (weathercocks, etc.). In addition, the design is material-intensive, dimensional, complex, as well as low-tech, as well as immobile and difficult to operate.

Цель изобретения - повышение мощности, прочности, мобильности, упрощение конструкции, технологичности и эксплуатации. The purpose of the invention is to increase power, strength, mobility, simplifying the design, manufacturability and operation.

Указанная цель достигается тем, что ветроагрегат с парусно-винтовым двигателем, содержащий горизонтальный вал с опорами и коаксиально расположенными ободьями, на которых закреплены винтовые лопасти, генератор, кинематически связанный с валом, и токосъемник, снабжен основными радиальными спицами, на которых закреплены ободья, а между противоположными спицами закреплены под углом упоры-растяжки, а вал установлен между двумя устойчивыми к боковым нагрузкам опорами, закрепленными на поворотной платформе, удерживаемой с помощью якоря, закрепленного относительно центра поворота платформы и соединенного через поворотную втулку, на которой закреплены консоли, с платформой и с помощью растяжки-упора с верхней частью передней опоры, а лопасти по их длине ориентированы под углом к оси вала. This goal is achieved by the fact that the wind turbine with a sail-screw engine, containing a horizontal shaft with bearings and coaxially located rims on which screw blades are mounted, a generator kinematically connected with the shaft, and a current collector, is equipped with basic radial spokes on which the rims are fixed, and between the opposite knitting needles are fixed at an angle of the stop-braces, and the shaft is installed between two lateral load-resistant supports mounted on a turntable held by an anchor eplennogo rotation center relative to the platform and connected via rotatable sleeve on which the fixed console platform and via-stretching abutment with the upper portion of the front supports and the blades along their length oriented at an angle to the shaft axis.

Кроме того, при увеличении диаметра колеса между основными радиальными спицами закреплены дополнительные радиальные спицы. In addition, with increasing wheel diameter between the main radial spokes, additional radial spokes are fixed.

С целью повышения надежности работы при повышении ветровых нагрузок и увеличении количества ярусов с лопастями, задние основные радиальные спицы закреплены на подвижной вдоль оси вала и поворотной вокруг этой оси втулке, имеющей ограничительные винтовые прорези, в которых установлены направляющие штифты, закрепленные на валу, при этом упоры и растяжки установлены под углом к оси вала, равным углу установки лопастей.
На фиг. 1 представлена схема ветроагрегата, вид сбоку; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - профили лопастей; на фиг. 4 - узел снижения ветровой нагрузки, продольное сечение; на фиг. 5 - вид по стрелке Б на фиг. 4 (выполнение винтовых пазов на подвижной поворотной втулке); на фиг. 6 - расположение и ориентация лопастей и упоров-растяжек и изменение угла атаки лопастей и угла наклона упоров-растяжек при ветровой нагрузке выше допустимой; на фиг. 7 - вид сверху на платформу и колесные опоры; на фиг. 8 - вид спереди на лопасти; на фиг. 9 - сечение В-В на фиг. 8; на фиг. 10 - вид сверху на тягу синхронного поворота и пружину управления; на фиг. 11 - вид спереди на ветровое колесо; на фиг. 12 - то же, вид сверху.In order to increase the reliability of work when increasing wind loads and increasing the number of tiers with blades, the rear main radial spokes are mounted on a sleeve movable along the axis of the shaft and rotatable around this axis, having restrictive screw slots in which guide pins are mounted on the shaft, while stops and extensions are installed at an angle to the axis of the shaft equal to the angle of installation of the blades.
In FIG. 1 shows a diagram of a wind turbine, side view; in FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. 1; in FIG. 3 - profiles of the blades; in FIG. 4 - node to reduce wind load, longitudinal section; in FIG. 5 is a view along arrow B in FIG. 4 (execution of screw grooves on a movable rotary sleeve); in FIG. 6 - the location and orientation of the blades and stops, stretch marks and the change in the angle of attack of the blades and the angle of inclination of the stops, stretch marks with a wind load above the permissible; in FIG. 7 is a top view of the platform and wheel supports; in FIG. 8 is a front view of the blades; in FIG. 9 is a cross-section BB in FIG. 8; in FIG. 10 is a top view of the synchronous rotation thrust and control spring; in FIG. 11 is a front view of a wind wheel; in FIG. 12 - same, top view.

Ветроагрегат содержит вал 1 с радиальными основными спицами 2, на которых закреплены коаксиальные ободья 3 (в данном примере выполнения использовано три обода), соединенные наклонными к оси вала 1 упорами 4 и растяжками 5. The wind turbine unit contains a shaft 1 with radial main spokes 2, on which coaxial rims 3 are fixed (three rims are used in this embodiment), connected by stops 4 and extensions 5 inclined to the axis of the shaft 1.

На ободьях 3 и спицах 2 закреплены лопасти 6, которые по длине ориентированы под углом к оси вала 1. Упоры 4 и растяжки 5 ориентированы под тем же углом, что и лопасти 6. On the rims 3 and knitting needles 2 fixed blades 6, which are oriented along the length at an angle to the axis of the shaft 1. The stops 4 and stretch marks 5 are oriented at the same angle as the blades 6.

Лопасти 6 имеют первоначально прямоугольную форму с последующим профилированием и различное сечение (фиг. 3), а ободья меньшего диаметра имеют по длине закрутку на некоторый угол. The blades 6 have an initially rectangular shape with subsequent profiling and a different section (Fig. 3), and the rims of a smaller diameter have a twist along the length of a certain angle.

При увеличении числа ярусов и количества ободьев 3 устанавливают промежуточные спицы 7 между основными спицами 2, которые в этом случае увеличивают по длине с целью увеличения пространственной прочности ветроколеса. With an increase in the number of tiers and the number of rims 3, intermediate spokes 7 are installed between the main spokes 2, which in this case are increased in length in order to increase the spatial strength of the wind wheel.

Вал 1 расположен на подшипниковых опорах 8 и установлен на двух устойчивых к боковым нагрузкам опорах 9 и 10, соответственно передней и задней, например, треугольной формы, закрепленных на поворотной платформе 11, которая может иметь различные опоры, например колеса 12. The shaft 1 is located on the bearing bearings 8 and mounted on two lateral loads resistant bearings 9 and 10, respectively, front and rear, for example, triangular in shape, mounted on a rotary platform 11, which may have various bearings, for example wheels 12.

Платформа 11 удерживается якорем 13, выполненным для облегчения его заглубления и упрочнения фиксации в грунте фиксируемым в центре оси вращения платформы 11 и соединенным через шарнирную втулку 14 с консолями 15 с платформой и по меньшей мере одной растяжкой-упором 16 с верхней частью передней опоры 9 вала 1. На валу 1 установлен шкив 17, связанный кинематически например ременной трансмиссией 18, со шкивом 19 генератора 20, вырабатывающего электрический ток, который через токосъемник (щеточный узел) 21, смонтированный на якоре 13, передается потребителю. The platform 11 is held by an anchor 13, made to facilitate its deepening and hardening of fixation in the ground, fixed in the center of the axis of rotation of the platform 11 and connected through a hinge sleeve 14 with consoles 15 with the platform and at least one stretching stop 16 with the upper part of the front shaft support 9 1. A pulley 17 is mounted on the shaft 1, kinematically connected, for example, by a belt transmission 18, with a pulley 19 of a generator 20 that generates an electric current, which is transmitted through the current collector (brush assembly) 21 mounted on the armature 13, th.

Для предотвращения ветровых перегрузок спицы 2 со стороны задней опоры 10 закреплены на подвижной вдоль вала 1 и поворотной вокруг его оси втулке 22, имеющей ограничительные винтовые пазы 23, в которых расположены штифты 24, закрепленные на валу 1. To prevent wind overloads, the spokes 2 from the side of the rear support 10 are fixed on the sleeve 22 that is movable along the shaft 1 and rotates around its axis, which has bounding screw grooves 23 in which the pins 24 are mounted on the shaft 1.

Втулка 22 установлена на пружинах растяжения 25, зафиксированных относительно вала 1 или спиц 2. Между торцом втулки 22 и опорой 8 со стороны задней опоры 10 выполняется промежуток-рабочий зазор Х на длину развертки винтового паза 23. The sleeve 22 is mounted on tensile springs 25 fixed relative to the shaft 1 or the spokes 2. Between the end of the sleeve 22 and the support 8 from the side of the rear support 10, a gap-working clearance X is made for the length of the recess of the screw groove 23.

Каждая из лопастей 6 в зависимости от длины разделена на несколько частей, в данном примере выполнения - на две части (жалюзи) 6₁ и 6₂.Each of the blades 6, depending on the length, is divided into several parts, in this embodiment, into two parts (shutters) 6 ₁ and 6 ₂ .

На поперечинах 26 установлены рамки 27, на которых на осях 28 жестко закреплена каждая из частей лопасти 6, причем так, что часть - делится на два неравных по длине участка, один длиной L₁, а другой длиной L₂.On the cross members 26 there are frames 27 on which each of the parts of the blade 6 is rigidly fixed on the axes 28, so that the part is divided into two sections unequal in length, one of length L ₁ and the other of length L ₂ .

На осях 28 также закреплены рычаги поворота 29, с одним из которых соединена пружина 30 управления ветровой нагрузкой. Рычаги 29 соединены между собой тягой 31 синхронного поворота. The rotation levers 29 are also fixed on the axes 28, with one of which a wind load control spring 30 is connected. The levers 29 are interconnected by a thrust 31 synchronous rotation.

Ветроагрегат работает следующим образом. Windmill operates as follows.

Предварительно выбирают место для его установки, желательно плоское или возвышенное место и достаточно твердое основание - окружность для перемещения тележки - платформы 11. Фиксируют якорь 13 и производят все необходимые электрические соединения. Pre-choose a place for its installation, preferably a flat or elevated place and a sufficiently solid base - a circle to move the cart - platform 11. Fix the anchor 13 and make all the necessary electrical connections.

Под воздействием ветра колесо начинает вращаться и одновременно ориентироваться на ветер. Этому способствует устойчивое смещенное положение центра тяжести колеса относительно точки опоры оси якоря 13. При совпадении направления ветра с осью вала 1 имеет место наибольшая производительность ветродвигателя. Under the influence of wind, the wheel begins to rotate and at the same time focus on the wind. This contributes to a stable offset position of the center of gravity of the wheel relative to the fulcrum of the axis of the armature 13. When the direction of the wind coincides with the axis of the shaft 1, the greatest performance of the wind turbine takes place.

При увеличении скорости ветра нагрузка на ветроколесо увеличивается, однако это не влияет на прочность установки, поскольку система консоли 15 и растяжка 16 работают на растяжение, а на опоры 9 и 10 приходится нагрузка практически от веса ветроколеса. Это обстоятельство позволяет существенно облегчить конструкцию, не применяя тяжелой и громоздкой башни - основы, что традиционно используется в известных конструкциях. When the wind speed increases, the load on the wind wheel increases, but this does not affect the strength of the installation, since the console system 15 and the stretch 16 work in tension, and the supports 9 and 10 bear the load almost from the weight of the wind wheel. This circumstance makes it possible to significantly simplify the design without using a heavy and bulky tower - the foundation that is traditionally used in known structures.

Если ветровая нагрузка все же превышает предельное значение, влияющее на допустимую прочность колеса, то под воздействием ветра подвижная задняя часть ветроколеса начинает относительно неподвижной передней части одновременно поворачиваться и смещаться, соответственно вокруг и вдоль оси вала 1, преодолевая сопротивление пружин 25, за счет направленного движения втулки 22, на которой и смонтирована вся задняя часть колеса, с пазами 23 по штифтам 24. If the wind load still exceeds the limit value that affects the permissible strength of the wheel, then under the influence of the wind, the movable rear of the wind wheel starts to rotate and move relatively relatively to the stationary front, respectively, around and along the axis of the shaft 1, overcoming the resistance of the springs 25, due to directional movement bush 22, on which the entire rear part of the wheel is mounted, with grooves 23 along the pins 24.

Вместе с задней частью начинают pазвоpот лопасти 6, упоры 4 и растяжки 5, и в результате этого уменьшается угол атаки лопастей 6 преимущественно больших диаметров, на ярусы которых приходится наибольшая нагрузка. Together with the rear part, the turn of the blade 6, stops 4 and stretch marks 5 begin, and as a result of this, the angle of attack of the blades 6 is predominantly large, the tiers of which bear the greatest load.

При ветре со скоростью, превышающей допустимую, в результате воздействия ветрового потока на части 6₁ и 6₂ лопасти происходит их синхронный поворот и пропуск потока мимо частей 6₁ и 6₂.When the wind is at a speed exceeding the permissible, as a result of the influence of the wind flow on parts 6 ₁ and 6 _{2 of the} blade, they synchronously turn and pass the flow past parts 6 ₁ and 6 ₂ .

При большом удалении коаксиальных ярусов n= 36, 42, 48. . . с лопастями 6 от центра вращения ветроколеса достигается значительная парусность, а значит и мощность. With a large removal of coaxial tiers n = 36, 42, 48.. . with blades 6 from the center of rotation of the wind wheel, significant windage is achieved, and hence the power.

При большом удалении коаксиальных ярусов целесообразна установка генератора 20 на оси 1 ветроколеса с дополнительным щеточным узлом 32. With a large removal of coaxial tiers, it is advisable to install the generator 20 on the axis 1 of the wind wheel with an additional brush assembly 32.

При уменьшении угла ветровой атаки лопастей 6 количество их на ярусах можно увеличивать или устанавливать лопасти 6 большой длины. Ветровое колесо можно изготовить большой шириной и пространственной прочности. When reducing the angle of wind attack of the blades 6, their number on the tiers can be increased or install the blades 6 of great length. The wind wheel can be made of large width and spatial strength.

Ветроагрегат не требует дефицитных материалов в большом количестве, а также сложного оборудования для его изготовления и установки. Надежность работы и долговечность делают данный ветроагрегат перспективным для использования в экологически чистой и беззатратной, с точки зрения топливных ресурсов, энергетике. The windmill does not require scarce materials in large quantities, as well as sophisticated equipment for its manufacture and installation. Reliability of work and durability make this wind turbine promising for use in environmentally friendly and cost-free, from the point of view of fuel resources, energy.

(56) 1. Патент США N 4086026, кл. F 03 D 1/06, опублик. 1978. (56) 1. US Pat. No. 4,086,026, cl. F 03 D 1/06, published. 1978.

2. Заявка ФРГ N 2909781, кл. F 03 D 1/06, опублик. 1980. 2. Application of Germany N 2909781, CL F 03 D 1/06, published. 1980.

Claims

1. A WIND UNIT WITH A SAILING SCREW ENGINE, comprising a horizontal shaft mounted on a rotary platform with a hub and with coaxially mounted rims, on which screw blades are mounted, a generator kinematically connected to the shaft, and a current collector, characterized in that, in order to increase reliability and to increase power, it is equipped with two main rows of radial spokes fixed to the sleeve, between which rims are mounted, connected to opposite spokes by stop-extensions, the shaft is installed m Between two supports placed on a turntable held by an anchor fixed relative to the center of rotation of the platform and connected through the hinge assembly, with consoles connecting the hinge assembly to the platform, and a stretch-stop connected to the upper part of the front support, with the blades along their length oriented at an angle to the axis of the shaft.

2. The wind generator according to claim 1, characterized in that between the main radial spokes are installed additional radial spokes.

3. The wind generator according to claim 1, characterized in that the rear main radial spokes are mounted on a sleeve movable along the axis of the shaft and rotatable around this axis, having restrictive screw slots in which guide pins are mounted, fixed on the shaft, with stops and braces installed at an angle to the axis of the shaft equal to the angle of installation of the blades.