Ветродвигатель

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям с постоянной скоростью вращения ветроколеса, вращающего электрогенератор. Ветродвигатель содержит корпус, несущий вал, ветроколесо в виде ступицы с закрепленными на ней поворотными лопастями и регулятор мощности. Регулятор мощности состоит из пружины, упора, регулировочной гайки, регулируемого трубчатого упора, тяговой тарелки с двухзвенными шарнирными рычагами и валиками поворота лопастей. Коаксиально к регулируемому трубчатому упору на корпусе установлен электромагнит. Кольцевой ферромагнитный электропроводящий якорь этого электромагнита установлен на наружной поверхности упора с возможностью регулирования и ограничения хода якоря в направлении сжатия пружины и фиксирования его от поворота. На конце несущего вала со стороны ветроколеса установлен регулируемый упор. На внутренней поверхности сердечника электромагнита выполнены продольно-поперечные пазы. Обмотка электромагнита включена последовательно в цепь нагрузки электрогенератора. Изобретение позволяет обеспечить постоянство частоты напряжения электрогенератора при любой скорости ветра и различной электрической нагрузке. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, касается конструкции ветродвигателей, обеспечивающих постоянство частоты напряжения приводимого генератора.

Известен ветродвигатель по [а.с. СССР №1216415, F03D 1/00, 1984 г.], содержащий ветроколесо с установленной на полом валу втулкой и поворотными лопастями, снабженными закрепленными на них попарно центробежными грузами и махами, кинематически соединенными с поворотным синхронизирующим элементом, размещенным во втулке, электрогенератор, входной валик которого при помощи мультипликатора связан с валом, и механизмом торможения.

Недостатком устройства является сложность конструкции, содержащей мультипликатор и сложную коническую передачу в синхронизирующем узле.

Известен ветродвигатель по [а.с. СССР №1346847, F03D 1/00, 1986 г.], содержащий полые лопасти, установленные на валу, центробежные грузы, расположенные в полости каждой лопасти.

Недостатком устройства является значительная инерционность, снижающая основные динамические характеристики регулятора частоты вращения ветродвигателя, что приводит к низкой надежности всего устройства.

Известен ветродвигатель по [а.с. СССР №1337548, F03D 1/00, 1985 г.], содержащий установленные на махах лопастей стержни, снабженные центробежными грузами, и подпружиненные рычаги, жестко связанные с махами.

Недостатком устройства является недостаточная точность регулирования из-за инерционности элементов, реагирующих на изменение скорости ветра, и отсутствие элементов, демпфирующих колебания ветроколеса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является ветродвигатель для ветроустановки [патент RU №2165544, F03D 1/00, 2001 г.], содержащий корпус, несущий вал, установленное на нем рабочее колесо со ступицей и закрепленными на ней лопастями, сопряжение несущего вала со ступицей выполнено в виде подвижного зацепления, регулятор мощности, состоящий из пружины, упорной шайбы, регулировочной гайки, регулируемого трубчатого упора, тяговой тарелки, двухзвенных шарнирных рычагов, валиков поворота лопастей рабочего колеса. При этом валики поворота лопастей кинематически связаны между собой и с несущим валом при помощи тяговой тарелки, закрепленной на торце несущего вала, и шарнирных двухзвенных рычагов.

К недостаткам такого устройства относится то, что при изменении нагрузки число оборотов рабочего колеса (далее ветроколеса) остается непостоянным. Регулирование скорости происходит только при изменении лобового давления ветра. Крутильные и аксиальные колебания ветроколеса, неизбежно возникающие при воздействии ветра, в этом устройстве не гасятся. Это приводит к усилению шума и снижает срок службы ветродвигателя. В том случае, когда нагрузкой ветродвигателя является электрический генератор, непостоянство числа оборотов ведет к непостоянству частоты вырабатываемого напряжения.

Задача изобретения - достижение постоянной частоты напряжения электрогенератора ветродвигателя при изменении скорости ветра и электрической нагрузки на электрогенератор и демпфирование крутильных и аксиальных колебаний вала ветроколеса, возникающих от дискретности воздушного потока, разницы его скоростей, воздействующих на верхнюю и нижнюю лопасти, упругих колебаний лопастей, вала и т.д.

Поставленная задача достигается тем, что в ветродвигателе, приводящем электрогенератор, содержащем корпус, несущий вал, ступицу, с закрепленными на ней поворотными лопастями, регулятор мощности, состоящий из пружины, упора, регулировочной гайки, регулируемого трубчатого упора, тяговой тарелки, с двухзвенными шарнирными рычагами и валиками поворота лопастей, согласно изобретению, коаксиально к регулируемому трубчатому упору, снабженному стопором упора, на корпусе установлен электромагнит, на внутренней поверхности сердечника которого выполнены продольные и поперечные пазы, ферромагнитный электропроводящий якорь которого установлен на наружной поверхности трубчатого упора с возможностью регулирования в направлении сжатия пружины и фиксирования его от поворота стопором якоря. На конце несущего вала со стороны ветроколеса для ограничения хода ступицы установлен регулируемый упор. Обмотка электромагнита включена последовательно в цепь нагрузки электрогенератора. Демпфирование крутильных и аксиальных колебаний ветроколеса происходит от взаимодействия вихревых токов, наводимых на наружной поверхности ферромагнитного электропроводящего якоря, с магнитным потоком зубцов, находящихся на внутренней поверхности сердечника электромагнита.

Кроме того, для повышения эффективности демпфирования крутильных и аксиальных колебаний ветроколеса, на наружной поверхности ферромагнитного электропроводящего якоря могут быть выполнены продольные и поперечные пазы, причем в пазы ферромагнитного электропроводящего якоря уложена короткозамкнутая обмотка с высокой электрической проводимостью.

Кроме того, число продольных и поперечных пазов на внутренней поверхности сердечника электромагнита имеет соотношение с числом пазов на якоре в диапазоне от 5/3 до 4/3.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен продольный разрез общего вида ветродвигателя, на фиг.2. даны поперечные разрезы электромагнита ферромагнитным электропроводящим якорем и трубчатым упором, на фиг.3 показан элемент ветродвигателя при наличии продольно-поперечных пазов на внутренней поверхности сердечника магнитопровода и продольно-поперечных пазов на наружной поверхности якоря с короткозамкнутой обмоткой, на фиг.4 показана фигура, которую представляет собой короткозамкнутая обмотка ферромагнитного электропроводящего якоря электромагнита без сердечника.

Ветродвигатель содержит корпус 1, установленный на нем электромагнит 2, коаксиально которому установлен на подшипниках несущий вал 3, на шлицевой части которого закреплена ступица 4 с ограничителем хода - регулируемым упором 5, с поворотными лопастями 6, закрепленными на радиально расположенных валиках поворота лопастей 7, соединенных с двухзвенными шарнирными рычагами 8 и тяговой тарелкой 9, закрепленной к торцу несущего вала 3 переходником 10, на котором установлен обтекатель 11, закрепленный коком 12, установленные на несущем валу 3 упор 13 с регулировочной гайкой 14 и упирающаяся в них пружина 15; установленные на ступице 4 регулируемый трубчатый упор 16, с возможностью фиксации его стопором упора 17 от их относительного перемещения, ферромагнитный электропроводящий якорь 18 электромагнита 2, установленный на наружной поверхности трубчатого упора с возможностью регулирования в осевом направлении и фиксацией от их относительного перемещения стопором якоря 19; электрогенератор 20, приводимый несущим валом 3.

Ветродвигатель работает следующим образом. Пружина 15 упирается ступицу 4. При отсутствии и очень малом ветре, не развивающем достаточного усилия для деформации пружины, ступица 4 находится в исходном крайнем правом положении. Угол атаки поворотных лопастей 6 имеет заданное для данного режима значение. При малой скорости ветра (1-3 м/с) на поворотных лопастях 6, расположенных под углом, например, (55-60°) к потоку, возникает вращающая сила, создающая крутящий момент на несущем валу 3, который начинает вращаться. Одновременно ветровой поток создает силу лобового давления, направленную параллельно оси несущего вала 3, которая стремится сдвинуть ступицу 4 влево, сжав пружину 15. При малых скоростях ветра (1-3 м/с) усилия пружины 15 хватает, чтобы удержать ступицу 4 в исходном положении и сохранить установленные углы атаки (55-60°). Жесткость пружины в исходном положении устанавливается регулировочной гайкой 14, навинчиванием или свинчиванием ее на упор 13. При дальнейшем увеличении скорости ветра одновременно с увеличением вращающей силы и ростом частоты вращения несущего вала 3, увеличивается сила лобового давления на ветроколесо, которая сдвигает ступицу 4, сжимая пружину 15, при этом, под действием шарнирных двухзвенных рычагов 8 и тяговой тарелки 9, происходит поворот валиков поворота лопастей 7. При этом изменяется угол атаки поворотных лопастей 6 в зависимости от скорости ветра.

Таким образом, устройство обеспечивает следующий режим регулирования: с увеличением скорости ветра угол атаки уменьшается, с уменьшением скорости ветра угол атаки увеличивается. При этом скорость вращения ветродвигателя автоматически остается практически постоянной. Это положение сохраняется при условии постоянной электрической нагрузки на зажимах генератора и, соответственно, неизменной механической нагрузки на несущем валу, сочленном с валом генератора.

При увеличении нагрузки на генератор (при постоянной скорости ветра) и, соответственно, возрастании момента на несущем валу ветроколеса, оно стремится замедлить свое вращение. Для удержания частоты вращения необходимо увеличить угол атаки поворотных лопастей ветроколеса, т.е., согласно вышеописанному режиму, необходимо препятствовать сжатию пружины 15 (растянуть пружину) и перемещению ступицы 4 влево. Эту задачу выполняет ферромагнитный электропроводящий якорь 18 электромагнита 2. Сила, развиваемая электромагнитом 2, пропорциональна электрической нагрузке на электрогенераторе 20. При уменьшении нагрузки на электрогенераторе 20 электромагнит 2 не препятствует сжатию пружины 15 силой лобового давления. Ступица 4, удерживаемая только пружиной 15, может перемещаться влево и посредством тяговой тарелки 9 и двухзвенных шарнирных рычагов 8 поворачивать поворотные лопасти 6 на меньший угол атаки. Таким образом, при правильной настройке исходных положений якоря электромагнита 2, регулировочной гайки 14 и упора 13, скорость (частота) вращения ветродвигателя будет стабилизирована не только при изменении скорости ветра, но и при изменении нагрузки на электрогенераторе 20.

Демпфирование колебаний ветроколеса происходит следующим образом. Между внутренней поверхностью сердечника электромагнита 2 и наружной поверхностью якоря создается магнитное поле, которое на поверхности перемещающегося ферромагнитного электропроводящего якоря 18 наводит вихревые токи, взаимодействующие с полем в зазоре и тем самым оказывающие противодействие (демпфирование) продольным и крутильным колебаниям ветроколеса. При этом энергия колебаний преобразуется в тепло, нагревающее ферромагнитный электропроводящий якорь 18, и рассеивается в окружающую среду.

Для повышенной эффективности демпфирования в ферромагнитном электропроводящем якоре 18 выполняются продольно-поперечные пазы, и в них укладывается короткозамкнутая обмотка, выполненная из высокопроводящего сплава, часто методом литья (алюминиевые сплавы АД-5, типа АК и т.д.). Повышение электрической проводимости ферромагнитного электропроводящего якоря 18 приводит к увеличению наводимых токов и, соответственно, к увеличению рассеиваемой энергии. При наличии короткозамкнутой обмотки электропроводность сердечника ферромагнитного электропроводящего якоря 18 не играет существенной роли в эффективности демпфирования. В этом случае допустимо применять ферромагнитные материалы с высокими магнитными свойствами и низкой электропроводностью.

Как показывают расчеты и эксперимент, наиболее эффективная работа достигается при соотношении пазов с обмоткой на ферромагнитном электропроводящем якоре 18 в диапазоне 5/3-4/3.

Настройка устройства на заданный алгоритм управления происходит при отсутствии ветра или зафиксированным в крайнем правом положении ступицы 4 упором следующим образом.

Регулируемый трубчатый упор 16 перемещением (например, по резьбе) относительно ступицы настраивается на зазор γ, обеспечивающий границу минимального угла атаки поворотных лопастей 6 (флюгирования, иначе минимальной эффективности), при этом ступица 4 будет занимать крайнее левое положение. Настроенный регулируемый трубчатый упор 16 фиксируется стопором упора 17. Максимальный угол, т.е. наиболее эффективный угол атаки поворотных лопастей, обеспечивающий максимальный момент, устанавливается регулируемым упором 5, установленным на конце несущего вала и ограничивающим перемещение ступицы 4 вправо.

Ферромагнитный электропроводящий якорь 18 аксиальным перемещением (например, по резьбе) относительно регулируемого трубчатого упора 16 устанавливается в положение минимального зазора δ (например, 0,35 мм) между торцевой частью сердечника электромагнита 2 и торцевой частью ферромагнитного электропроводящего якоря 18, который в этом положении фиксируется на поверхности регулируемого трубчатого упора 16 стопором якоря 19.

Для исключения касания ферромагнитного электропроводящего якоря 18 с сердечником электромагнита 2 настройка зазора δ должна выполняться при крайнем правом положении ступицы 4 в контакте с настроенным и зафиксированным регулируемым упором 5.

Жесткость пружины 15 устанавливается перемещением регулировочной гайки 14 относительно упора 13. Рабочий диапазон деформации пружины 15 и ее конструктивная жесткость определяют в конечном счете диапазон скоростей ветра, в котором работает ветродвигатель. Т.е. при неизменной геометрии ветроколеса начальное сжатие пружины 15 силой, например, 10 H подразумевает начало регулирования при скорости ветра 4 м/с. Максимальное сжатие, например, силой 300 H будет соответствовать скорости ветра 9 м/с и верхнему пределу регулирования.

1. Ветродвигатель, содержащий корпус, несущий вал, ветроколесо, состоящее из ступицы с закрепленными на ней поворотными лопастями, регулятор мощности, состоящий из пружины, упора, регулировочной гайки, регулируемого трубчатого упора, тяговой тарелки с двухзвенными шарнирными рычагами и валиками поворота лопастей, отличающийся тем, что коаксиально к регулируемому трубчатому упору на корпусе установлен электромагнит, кольцевой ферромагнитный электропроводящий якорь которого установлен на наружной поверхности упора с возможностью регулирования и ограничения хода якоря в направлении сжатия пружины и фиксирования его от поворота, причем на конце несущего вала со стороны ветроколеса установлен регулируемый упор, а на внутренней поверхности сердечника электромагнита выполнены продольно-поперечные пазы, и обмотка электромагнита включена последовательно в цепь нагрузки электрогенератора.

2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности ферромагнитного электропроводящего якоря выполнены продольные и поперечные пазы с уложенной в них короткозамкнутой обмоткой.

3. Ветродвигатель по п.2, отличающийся тем, что число продольных и поперечных пазов на внутренней поверхности сердечника электромагнита соотносится с числом пазов на якоре как 5/3-4/3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам. .

Изобретение относится к системам и способам для ослабления влияния ветровых турбин на расположенную вблизи радарную систему. .

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании ветрогенераторов, турбин и винтов всех типов для контроля и защиты вращающихся частей. .

Изобретение относится к энергетике, а именно к устройствам для получения электрической энергии. .

Изобретение относится к энергетике, к управлению торможением ветровой турбины. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах, работающих параллельно с сетью или синхронным генератором. .

Изобретение относится к ветротехнике, а конкретно к механизму поворота лопастей. .

Изобретение относится к ветроэнергетике

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам автономного электроснабжения с диффузорным ускорителем воздушного потока, повышающим эффективность и безопасность установки. Ветроэнергетическая установка содержит диффузорный ускоритель и размещенное внутри него ветроколесо. Ветроколесо соединено с электрогенератором, к которому подключен преобразователь-распределитель электроэнергии. С преобразователем-распределителем электроэнергии электрически связаны инвертор, солнечная и аккумуляторная батареи, а также дополнительно подключен термоэлектрический нагреватель. Указанный нагреватель размещен на диффузорном ускорителе. Изобретение позволяет повысить эффективность работы ветроэнергетической установки, а также в расширить температурный и влажностный диапазоны ее эксплуатации. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к ветроэнергетике и предназначена для регулирования скорости вращения ветроколеса. Способ управления ветроэлектрической установкой включает аэродинамическое ограничение мощности, развиваемой ветроколесом, за счет изменения положения его лопастей относительно ветра и остановку ветроколеса путем понижения мощности на ветроколесе до его номинального значения регулированием разницы вращающих моментов. Регулирование разницы вращающих моментов осуществляют перераспределением моментов между двумя роторами генератора путем изменения их электрической загрузки. Имеется устройство для осуществления упомянутого способа. Группа изобретений направлена на повышение точности регулирования, на повышение быстродействия при резких порывах ветра и на повышение коэффициента использования энергии ветра. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области гелио- и ветроэнергетики. Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка содержит установленный с возможностью вращения вертикальный вал в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную полую ось. Неподвижная полая ось закреплена на основании. На вертикальном валу соосно между двумя защитными куполами закреплены ротор Савониуса и ротор Дарье. Защитные купола покрыты препятствующим обледенению слоем. Ротор Савониуса установлен внутри ротора Дарье. Лопасти ротора Дарье выполнены в виде скрученных полос, покрытых препятствующим обледенению слоем. На всей поверхности лопастей ротора Савониуса, выполненных в виде скрученных пластин, с двух сторон закреплены фотоэлектрические преобразователи. Выходы фотоэлектрических преобразователей соединены с силовым входом устройства управления. На вертикальном валу закреплен датчик скорости вращения вала. Выход датчика скорости вращения вала соединен с сигнальным входом устройства управления. Первый силовой выход устройства управления соединен через первый ключ с входом бесколлекторного двигателя постоянного тока. Второй силовой выход устройства управления соединен через второй ключ с входом индукционного передатчика энергии. Выход индукционного передатчика энергии соединен через контроллер заряда с первым входом накопителя электрической энергии. Второй вход накопителя соединен через контроллер заряда с выходом электромагнитного генератора. Электромагнитный генератор закреплен в нижней части вертикального вала. Технический результат - увеличение вырабатываемой электроэнергии за счет использования ветровой и солнечной энергии всесезонно при переменных погодных условиях. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к электротехнике, а именно к средствам защиты ветроэнергетических установок при значительном увеличении скорости ветра. Технический результат заключается в обеспечении возможности полной остановки ветроколеса при его торможении. Устройство для реализации способа торможения ветроколеса ветроэнергетической установки, содержащей электрический генератор, включает датчик оборотов вала генератора, контроллер, переключающее устройство и аккумуляторную батарею. Переключающее устройство выполнено в виде двунаправленного транзисторного ключа, содержащего соединенные между собой эмиттерами первый и второй транзисторы p-n-p-n структуры и два диода, отрицательные электроды которых соединены соответственно с коллекторами первого и второго транзисторов, а положительные электроды соединены между собой и с эмиттерами транзисторов. Двунаправленный транзисторный ключ включен коллекторами транзисторов между одним концом обмотки статора генератора и положительным полюсом аккумуляторной батареи, отрицательный полюс которой соединен с другим концом обмотки статора генератора. Датчик оборотов вала генератора подключен к первому входу контроллера, первый и второй выходы которого подключены к затворам соответственно первого и второго транзисторов, а третий выход контроллера соединен с эмиттерами транзисторов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к установкам по использованию ветровой энергии. Ветроэнергетическое сооружение оборудовано ветродвигателем лопастного типа. Лопасти получают давление ветра под углом к рабочим поверхностям. На вертикально расположенной опоре установлена ось в вертикальном положении. На ось смонтирован приводной рабочий орган, состоящий из рамы, с возможностью поворота рамы вокруг оси. На ось установлен передний приводной шкив на два посадочных места приводных ремней. На другом конце рамы установлена ось в вертикальном положении с устройством натяжения ремня, на ось установлен приводной шкив. Приводные шкивы между собой соединены бесконечным приводным ремнем. На бесконечный приводной ремень снаружи в вертикальном положении установлены лопасти на шарнирах с возможностью поворота в горизонтальное положение и установлены с интервалом между собой. Лопасти имеют полки, опирающиеся на пластину П-образной формы, установленную сзади лопастей переднего ряда вдоль рамы в вертикальном положении и горизонтальными стенками наружу. На раме под рабочим углом А к пластине установлена флюгарка. На раме установлен электрогенератор с ведомым шкивом и соединенным приводным бесконечным ремнем с передним приводным шкивом на два посадочных места приводных ремней. Спереди сооружение и лопасти защищены от движения ветра ширмой, смонтированной на раме. Изобретение направлено на более полное использование энергии ветра и снижение торможения между трущимися поверхностями. 6 ил.

Изобретение относится к способу эксплуатации ветроэнергетической установки, содержащей аэродинамический ротор по меньшей мере с одной роторной лопастью. Способ эксплуатации ветроэнергетической установки содержит стадии эксплуатации ветроэнергетической установки в зависящей от скорости ветра рабочей точке, измерения рабочего параметра рабочей точки, сравнения измеренного рабочего параметра с заданной эталонной величиной и нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти, когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины, при этом продолжают эксплуатацию ветроэнергетической установки. Роторная лопасть выполнена с возможностью нагревания. Ветряной парк содержит несколько связанных друг с другом ветроэнергетических установок. Техническим результатом является повышение эффективности ветроэнергетической установки. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу конфигурирования ветроэнергетической установки, к ветроэнергетической установке, которая подготовлена для такого конфигурирования и к системе ветроэнергетической установки с ветроэнергетической установкой и банком данных управления. Способ конфигурирования ветроэнергетической установки (100) содержит следующие этапы: выбор предопределенных параметров, соотнесенных с ветроэнергетической установкой, из банка (6) данных управления для конфигурирования ветроэнергетической установки (100), сохранение выбранных параметров на мобильном носителе данных (8), передача выбранных параметров с мобильного носителя данных (6) на ветроэнергетическую установку (100), реализация выбранных параметров в ветроэнергетической установке (100), считывание параметров, реализованных в ветроэнергетической установке (100), из устройства (11) контроля, объединенного в сеть с ветроэнергетической установкой (100) и банком (6) данных управления, и сравнение считанных параметров с предопределенными параметрами, соотнесенными с ветроэнергетической установкой (100) и сохраненными в банке (6) данных управления. Изобретение направлено на минимизацию риска неверного программирования ветроэнергетической установки при вводе ее в эксплуатацию. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Система ограничения частоты вращения и мощности ветроагрегата содержит установленный горизонтально в корпусе подшипника вал с пропущенной через него штангой, одним концом системой тяг связанной с закрепленными на валу с возможностью поворота вокруг осей, перпендикулярных валу, лопастями, а другим - с регулирующим органом, выполненным в виде винта с навинченным на него и зафиксированным от продольного перемещения диском с приводом для вращения от первого исполнительного органа устройства управления, другой конец штанги связан с винтом регулирующего органа через упорный подшипник, винт регулирующего органа зафиксирован от проворачивания и механически связан с датчиком угла установки лопастей, устройство управления снабжено вторым исполнительным органом, установленным между электрической сетью и обмотками генератора, а к соответствующим входам устройства управления подключены выходы датчиков: угла установки лопастей, скорости ветра, частоты вращения, мгновенных значений тока и напряжения генератора. Изобретение направлено на повышение точности ограничения мощности и частоты вращения ветроагрегата. 1 ил.
Наверх