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invention
Fédération de Russie Patent RU2106525

Turbines éoliennes pour les éoliennes

Turbines éoliennes pour les éoliennes

Nom de l'inventeur: Kosenkov Nikolai
Le nom du titulaire du brevet: Nikolai Kosenkov
Adresse de correspondance:
Date de début du brevet: 25.05.1994

Utilisation: l'énergie éolienne, en particulier dans les constructions vetropriemnyh dispositifs assurant l'angle des pales de rotation optimale par rapport à la direction de l'écoulement du vent. L'éolienne selon l'invention comprend un dispositif sous la forme d'une hélice à pales réglables, équipé d'un dispositif de protection contre les surcharges et monté sur les tiges radiales, le mécanisme de dispositifs d'orientation de vetropriemnogo, lame mécanisme de rotation comprenant un engrenage planétaire avec les éléments du mécanisme Maltese turning vanes cinématiquement solidaires avec l'engrenage planétaire par satellite par paires engrenages et engrenages mécaniques flexibles.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

Vetrotehnike invention concerne en particulier des structures vetropriemnyh dispositifs assurant l' angle de rotation optimal des pales par rapport à la direction d'écoulement du vent.

Connu construction d'éoliennes avec roue éolienne comprenant monté sur un axe vertical et adapté pour faire tourner la lame, le mécanisme de rotation de la lame, qui est un dispositif d'entraînement de type vindroz, l'énergie mécanique qui, via un réducteur, un engrenage à deux étages et l'intermédiaire est transféré à l'engrenage de pale de rotor pour les mettre sous optimale angle de l'écoulement du vent venant en sens inverse [1].

Le dispositif connu est caractérisé par un faible coefficient de l'énergie éolienne, il contient un complexe et technologiquement difficile à réaliser la construction du mécanisme d'alignement de roue éolienne et le mécanisme de rotation des pales.

construction connue, la turbine éolienne comprenant une roue éolienne montée sur un châssis à axe vertical avec des lames monté à rotation dans le plan horizontal, et relié cinématiquement au mécanisme des pales de rotation et l'alignement mécanisme hélice, qui est une pale disposée dans la partie médiane du tuyau rotatif relié à l'axe de rotation hélice [2]. Par rapport à l'analogue ci-dessus [1] Cette construction est moins complexe et plus sophistiquée, cependant, ne permet pas une utilisation élevée de l'énergie éolienne, en particulier dans les charges de vent faible, la fiabilité insuffisante.

La décision technique le plus proche de l'invention revendiquée et choisi comme le prototype est un dispositif vetropriemnoe éolienne comprenant configurée comme une hélice montée à rotation autour d'un axe vertical fixe et muni de pales avec des plans montés sur des arbres rotatifs autour de leurs propres axes verticaux et placées aux extrémités des tiges radiales qui relient le moyeu à l'arbre d'hélice supports de palier, des lames de rouleau mécanisme de rotation en fonction de l'angle de rotation du dispositif d'alignement de vetropriemnogo mécanisme d'hélice par rapport au flux du vent [3].

rollers mécanisme de rotation comprend un support monté sur les rouleaux de lames de roulement le long des goulottes de guidage du plateau tournant horizontal. La forme et la disposition des rainures de guidage assurent le retournement nécessaire des pales en fonction de l'angle de rotation de l'hélice. Dispositif de rapport d'orientation à la direction de l'écoulement du vent est effectuée en tournant la plate-forme autour de l'arbre d'hélice.

Cette construction assure une valeur satisfaisante de l'utilisation de l'énergie du vent, permet à l'aube de toute conception. Cependant, cette solution ne peut pas résoudre un certain nombre de caractéristiques négatives inhérentes à degrés les plus célèbres appareils designs vetropriemnyh variable. Ceux-ci comprennent:

- Mise en place progressive de l'angle d'attaque de la lame sur le grand arc de rotation de l'hélice de la nécessité pour le mécanisme de travail sans contrainte des lames tourner, de sorte qu'il est impossible de parvenir à un taux élevé de l'énergie éolienne;

- Plateau tournant dans la conception du prototype peut avoir un diamètre inférieur au diamètre du cercle décrit par les crochets des lames, ce qui ne permet pas de résoudre le problème de la compacité du dispositif à hélice, ce qui réduit le poids et la facilité de mécanisme d'orientation;

- La conception de prototypes prévoit la nécessité d'assurer une grande rigidité des tiges radiales afin d'éviter tout blocage des rouleaux dans les rainures de guidage;

- L'utilisation du mécanisme de rouleau de rotation des lames réduit l'utilisation de l'énergie éolienne en raison des inévitables importants rouleaux de friction paires - la goulotte de guidage, le grand poids de la structure, en fonction de la force de rotation au moindre défaut d'alignement des parties du mécanisme;

- La conception de l'hélice ne fournit pas de protection contre la rupture des lames au-delà de la charge du vent admissible, protection contre les intempéries, en particulier dans le fonctionnement hivernal (gel de la glace sur les creux de guidage).

Le défi technique rencontré par l'inventeur, a été le développement de la conception de l'éolienne, offrant une grande valeur de l'utilisation de l'énergie éolienne en optimisant l'angle des pales configurations, une sensibilité accrue au vent et à la protection du vent contre les chocs accidentels, d'optimiser les mécanismes de compacité et fiabilité de l'éolienne dans son ensemble. Dans ce cas, la tâche était d'éliminer autant que possible l'impact des effets météorologiques défavorables sur les modalités de travail, quelle que soit la zone climatique de l'opération, avec la simplicité et la fabricabilité d'une turbine éolienne.

Le problème technique posé est résolu par la structure de turbine éolienne proposée comprenant périphérique vetropriemnoe configuré comme une hélice montée à rotation autour d'un axe vertical fixe et muni de pales avec des plans montés sur des arbres rotatifs autour de leurs propres axes verticaux placés aux extrémités des tiges radiales de liaison moyeu hélice à roulement supportant l'arbre, les lames mécanisme selon l'angle de rotation de l'hélice tournant, le mécanisme de dispositif d'orientation de vetropriemnogo par rapport à la direction d'écoulement du vent, chaque pale est munie d'un dispositif de protection contre le mécanisme de surcharge dispositif orientation vetropriemnogo comprend une palette montée de façon à tourner autour d' l'axe de l'hélice et le sabot de frein, avec une girouette et la lame du mécanisme de retournement est dans l'espace des nœuds séparés. Un nœud est situé dans le moyeu de la roue du vent et est un engrenage planétaire comprenant un nombre égal de lames du nombre de satellites sous la forme d'un mécanisme de Malte croix de Malte à quatre lames à denture externe, monté en rotation autour des axes d'hélices de moyeu fortifiés et d'interagir avec l'élément central, conçu comme une manivelle deux rouleaux. La manivelle est montée pivotante autour de l'axe de l'hélice et reliée à la mâchoire de frein par l'intermédiaire de la palette, qui fixe la position d'un point focal par rapport à l'axe de l'hélice. D'autres composants qui constituent le mécanisme de rotation de la lame, composée d'montées sur les extrémités des tiges radiales des engrenages, dont chacun est cinématiquement solidaire relie l'arbre de la lame avec la roue planétaire respective par une paire d'engrenages et d'une transmission mécanique flexible, par exemple lorsqu'un dessin spécifique est utilisé chaîne cinématique.

Le plan des lames relié à l'arbre par l'intermédiaire d'un accouplement élastique de sécurité, fournissant translation dans le plan horizontal au-delà de la charge admissible du vent, ce qui évite d'endommager les éléments de la conception de l'hélice. L'utilisation d'accouplement flexible permet, en outre, de changer facilement les lames de voile avec l'augmentation des charges de vent dépassant le estimé en raison du plan d'inclinaison élastique. Si vous déviez du plan vertical à un angle de 70 o accouplement flexible permet le retour automatique de l'avion à la position verticale après avoir réduit la charge à une valeur dans le règlement. Charge critique du vent provoque une flexion de la lame à un angle supérieur à 70 °, puis l'accouplement élastique prend l'avion jusqu'à une position horizontale et complètement hors de l'état de fonctionnement.

Le mécanisme d'entraînement par engrenage de l'unité de lames peut être utilisé réducteur ou toute autre transmission mécanique, fournissant la direction relative de rotation souhaitée de l'entraînement et l'élément entraîné.

La conception proposée de la rigidité radiale des tiges n'a pas d'impact direct sur la fiabilité des mécanismes de vetropriemnogo de dispositif pour réduire la section transversale de la tige, desserrez les exigences relatives à leur matériau de construction. Ainsi, en plus de la fiabilité, l'amélioration de la fabricabilité et la structure des coûts inférieurs matériau dans son ensemble. En outre, la réduction du poids réduit les éléments de rotation inertie dispositif vetropriemnogo et ainsi d'augmenter encore sa sensibilité au vent et l'énergie éolienne ratio d'utilisation. Ceci est réalisé par le dispositif de vetropriemnogo de réalisation structurel proposé.

Le résultat technique agrégé fourni par l'invention est obtenue en appliquant et en recevant des lames de dissection mécanisme de rotation dans l'espace de composants séparés: un mécanisme planétaire disposé dans le moyeu des pales d'hélice et de pignons d'entraînement placés aux extrémités des tiges radiales. Ces noeuds sont cinématiquement reliés de manière rigide par une transmission mécanique flexible. Une caractéristique de la conception proposée des lames mécanisme de rotation est d'utiliser comme point focal du mécanisme à manivelle planétaire avec deux rouleaux, et la présence d'une liaison cinématique rigide de chaque engrenage planétaire par satellite avec l'hélice de pale correspondante, les satellites sont des croix de Malte chtyrehlopastnye mécanisme avec denture extérieure. La présence de ces caractéristiques vous permet d'obtenir un résultat qui se traduit par une amélioration significative de l'efficacité de la turbine.

En outre, pour obtenir un résultat technique global influe sur le dispositif d'orientation mécanisme design vetropriemnogo, et la présence et la nature de la connexion de l'appareil avec l'élément central du mécanisme planétaire avec une hélice à axe fixe par frein à mâchoires contrôlé: il est cette connexion réglable, il est facile à installer dispositif de vetropriemnoe dans un optimal vetropotokah par rapport à la position et en même temps une protection fiable contre les effets nocifs.

Enfin, la présence du dispositif de protection contre les surcharges permet non seulement d'améliorer la fiabilité de la conception, mais aussi d'améliorer sa performance sous charge variable du vent qui est équivalent dans certains cas, d'améliorer le taux de l'énergie éolienne.

Une conséquence de l'application des techniques de base mentionnées ci-dessus est l'émergence d'opportunités pour l'utilisation d'autres techniques pour obtenir des résultats techniques supplémentaires:

- Mise en place du dispositif de protection contre les surcharges sous la forme d'accouplement flexible vous permet de réduire automatiquement les lames de la voile au - delà de la charge du vent calculée en faisant dévier le plan de la lame à un angle de 70 o avec un retour séparé du plan à la position verticale , tout en réduisant la charge à la valeur calculée, augmentant ainsi la fiabilité du dispositif de vetropriemnogo ;

- La possibilité de mécanismes d'hélice fermés peut améliorer la fiabilité, les mécanismes d'efficacité, et d'élargir la portée de l'utilisation prévue de la turbine éolienne dans les zones avec des conditions climatiques différentes;

- La possibilité de la version compacte des lames mécanisme de rotation supprime la restriction sur le nombre de lames installées sur le cercle de l'hélice qui permet, si nécessaire, en mettant un plus grand nombre de lames pour augmenter encore la sensibilité de l'hélice au vent, et ainsi étendre la portée de l'éolienne dans les zones à faible et constant charge du vent;

- L'utilisation d'un planétaire éléments du mécanisme d'engrenage des Maltese, avec denture extérieure avec un agencement multi-lignes de croix de Malte (satellites) vous permet d'activer le mécanisme de lame plus compact et d'améliorer le mécanisme de fabricabilité tourner les lames pour simplifier et réduire le coût de sa construction.

L'invention est illustré figures graphiques, qui montrent: Cinématique mécanisme moulin à vent (Figure 1.); Dispositif de circuit vetropriemnogo mécanisme d'orientation (figure 2). section transversale en place hélice frein à tambour arrangement (Figure 3). vue de dessus de la roue de vent (Figure 4.); un schéma de principe d'un mécanisme d'interaction de l'éolienne (Fig. 5).

Turbines éoliennes pour les éoliennes

Eolienne (fig. 1) comprend un arbre creux fixe vertical 1 sur lequel est monté en rotation le moyeu 2, un train d'engrenages planétaire par paires et 3. Le mécanisme d'engrenage planétaire comprend un élément central 4 sous la forme d'une manivelle à deux rouleaux 4 et 6 satellites établis sur des axes fixes dans le moyeu 7. les satellites sous la forme d'une croix de Malte avec des rainures radiales à quatre pales et sont disposées en deux rangées horizontales de quatre croix dans une rangée.

La manivelle 4 est monté mobile sur l'arbre 1 et est relié par l'intermédiaire d'un patin de freinage 8 à ailettes 9. De manière plus détaillée le mécanisme d'orientation est représentée sur la Fig. 2 et 3.

Sur le moyeu 2 fixé huit tiges radiales 10, qui sont situées aux extrémités des engrenages de transmission 11. Le mécanisme de transmission comprend une unité d'engrenage 12 comme une paire de pignons coniques 13 et un arbre monté dans le support de palier 14.

Le plan pale d'hélice 15 contient la forme désirée aérodynamique reliée à l'arbre 13 au moyen de la sécurité élastique d'accouplement 16. Chaque pale 11 par l'intermédiaire du mécanisme de transmission cinématiquement associé de manière rigide avec une roue planétaire respective d'engrenages planétaires moyens flexibles mécanique (cardan) 17 et une paire de pignons de transmission 3. Comme souple transmission manuelle à la place de l'organe de transmission 17, l'arbre flexible, une chaîne ou autre zubchatoremennaya de transfert assurant la connexion cinématique rigide peuvent être utilisés. Puissance au décollage de l'arbre 18.

Paire de roues dentées peut comprendre trois cylindrique ou conique (par exemple, lors de l'exécution d'une transmission mécanique flexible différent) pignons de forme circulaire ou non circulaire. engrenages non circulaires élimine une rotation de lacet des lames sur les sections d'arc de l'hélice I-II et III-IV (voir. Fig. 4), en raison de la fonction de la cinématique de mécanisme maltaise [4].

Dispositif vetropriemnogo mécanisme d'orientation (voir. Fig. 2) comprend une aube 9 montée sur un moyeu 19 monté à rotation autour d'un axe fixe d'une hélice. Le moyeu 19 et la console 20 est munie d'une fente, qui comprend un doigt 21 monté à l'extrémité du levier de came 22 de l'organe de détente 23. La came d'expansion axe 24 est monté à rotation dans l'alésage 25 de la collerette 26, la colonne rotative, tandis que l'arbre creux étant un maillon central (vilebrequin 4 rouleau 5) de l'engrenage planétaire.

mécanisme d'orientation comprend un frein d'hélice et de la chaussure (voir.. la figure 3), sous la forme de bornes 8 avec des patins de friction 27 couvrant 1 arbre d'hélice. Borne est reliée à la bride 25 (voir. Fig. 2) en utilisant le doigt 28. Sur le côté opposé du doigt 28, les parties planes des deux moitiés du cache-bornes 23. Dans la position de la came représentée sur la Fig. 3, la distance entre les parties planes des bornes moitiés de telle sorte que la came ne soit pas pincé. sensibilisation axe effort 1 (la force de freinage) est déterminée par le ressort de compression 29 et peut être réglé par le tendeur 30.

Les freins à tambour 8 tient la manivelle 4 contre la rotation en l'absence des effets de polarisation du vent sur la girouette 9, sans entraver les oscillations libres de la girouette sur le plan horizontal à un angle allant jusqu'à 20 °. Réglage de la valeur souhaitée de l'angle d'oscillations libres effectuées par girouettes variation constructive de l'axe horizontal 21 pour déplacer la fente de la console 20, et un profil de came 23 de l'extenseur.

Wind turbine fonctionne comme suit

Percevoir la charge du vent, le plan de la lame 15 qui est en position I (Fig. 4) perpendiculaire à la direction vetropotokah commence à tourner à travers un radial bar 10 hélice moyeu 2 y 6 satellites définis, conduisant dispositif de vetropriemnoe en rotation. Satellite 6, raids son groove sur le frein de bloc de rouleaux 5 est fixé 8 manivelle 4 commence à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre. Rotation du satellite par l'intermédiaire d'une paire de roues dentées 3, la chaîne cinématique 17, une unité de transfert 12 et l'arbre 13 est transmis avec un signe opposé à la pale correspondante, qui débute la phase discontinue de rotation autour de son axe dans le sens antihoraire. Dans le même temps, la même rotation de l'hélice de la lame en rotation dans le sens horaire. L'addition de ces deux lames perpendiculaires au mouvement conserve son plan d'emplacement vetropotokah jusqu'à une hélice arc de rotation en position II.

En phase de rotation II - III paddle tourne avec la roue éolienne dans son ensemble, reste stationnaire par rapport à son propre axe. A partir de la position III, la rotation des lames avec la roue de vent tourner par intermittence ajouté à la suite de son maillage de roue planétaire avec le deuxième rouleau de la dernière manivelle 4. Ainsi, à cette inversion de phase est assurée par fixer la lame parallèle au plan vetropotokah jusqu'à la position IV. section de rotation de phase sur IV - I phase rotation similaire à la section II - III. Poursuite de la rotation des lames du cycle décrit est répété.

lame Yaw (écart par rapport au plan de la position optimale, comme décrit ci-dessus) sur la rotation des phases de l'hélice I - II et III - IV, en raison de la fonction de la cinématique du mécanisme maltaises éliminé en utilisant des engrenages non circulaires paire engrenage composé de trois.

La conception des lames de mécanisme et le dispositif d'orientation mécanisme vetropriemnogo tournant assure une liaison rigide cinématique des pales les unes aux autres et à la manivelle 4, commandé par le patin de freinage 8 à aubes 9, d'effectuer une orientation optimale de l'ensemble dispositif de vetropriemnogo (et des pales d'hélice) par rapport à la direction d'écoulement du vent. Ceci est réalisé de la manière suivante.

En l'absence d'effets du vent sur le mécanisme 9 dispositif d'orientation vetropriemnogo guidage d'ailette est dans la position représentée sur la Fig. 2 et 3. Sous l'action du ressort 29 presses le bloc 8 d'axe fixe la borne 27 à 1, qui assure l'immobilité des bornes. Dans cette position reste flasque fixe reliée à la borne 25, la colonne rotative 26 et la manivelle 4.

Si vous changez la direction du vent quand surgi en relation avec la force de déviation sur la palette dépasse une valeur déterminée par les ressorts de compression 29, expander came 23 commence à tourner autour de son axe, poussant le terminal 8. Dans ce cas, les patins de friction 27 sont poussés loin de l'axe 3 et le terminal 8 commence à tourner après la girouette jusqu'à la position correspondant à la nouvelle direction vetropotokah. L'affaiblissement de la force de déviation sur la came de palette revient à sa position d'origine, et le terminal est de nouveau fixé sur l'axe. Au terminal vers la nouvelle position et la bride 25 sont mis en rotation, la colonne 26 et en tournant la manivelle 4, ce qui assure une orientation optimale de la direction de l'écoulement du vent de vetropriemnogo relatif de l'appareil.

SET POUR DISPOSITIF DE PROTECTION LAME SURCHARGE fonctionne comme suit

Dépasser le règlement de la valeur et la charge du vent admissible (c.-à-charge, qui peut causer des dommages à la lame ou la perturbation du dispositif des mécanismes) le plan de lame commence déviation élastique de la position verticale, à condition d'embrayage de sécurité 16. Si l'angle de la lame du plan vertical de déviation pas plus de 70 o, le manchon élastique 16 jusqu'à ce que la diminution de la charge valeur autorisée automatiquement (par la force du manchon élastique) retourne la lame à sa position initiale. Charge critique du vent, ce qui entraîne le rejet d'un plan à un angle supérieur à 70 °, ce qui provoque l'embrayage pour passer à une position qui fournit translation dans le plan horizontal de la position (arrêt). Dans ce cas, le réglage du plan de la lame dans la position de travail est réalisé manuellement ou à l'aide d'accessoires.

dispositif de vetropriemnogo de construction impose des restrictions techniques sur l'installation d'un nombre nécessaire de lames, de leur type et la conception (par exemple la voile, garde-boue et ainsi de suite. P.), la taille et la configuration qui permet de mettre en œuvre différents principes de partage interaction aérodynamique des pales avec l'écoulement du vent (telles que la résistance la résistance, la force de levage, et l'effet du diffuseur, etc.). Cela permet une utilisation maximale de l'énergie éolienne dans chaque cas d'une éolienne est un autre avantage encore de la conception proposée.

REVENDICATIONS

1. Eolienne dispositif comprenant des vetropriemnoe configurée comme une hélice montée à rotation autour d'un axe vertical fixe et pourvue d'aubes plans établis sur des arbres rotatifs autour de leur propre axe vertical et placés aux extrémités des tiges radiales qui relient le moyeu d'hélice avec des supports de palier des arbres, des lames mécanisme de rotation en fonction de l'angle de rotation de l'hélice, le mécanisme du dispositif de vetropriemnogo d'orientation par rapport à la direction d'écoulement du vent, caractérisé en ce que chaque pale est munie d'un dispositif de protection contre le mécanisme de surcharge dispositif orientation vetropriemnogo comprend une palette montée en rotation autour d'un axe d'hélice, et le frein de chaussure, mécanisme de palettes et de rotation de la lame contrôlée est faite des sites séparés spatialement, situé dans le moyeu de l'engrenage planétaire vent roue comprenant un nombre égal de lames du nombre de satellites sous la forme d'un à quatre pales croix de Malte, le mécanisme de Malte avec denture extérieure, monté en rotation autour d'un moyeu renforcé ветроколеса осей и взаимодействующих с центральным звеном, выполненным в виде кривошипа с двумя роликами, установленным с возможностью поворота вокруг оси ветроколеса и связанным с флюгером через колодочный тормоз, фиксирующий положение центрального звена относительно оси ветроколеса, а и установленных на концах радиальных штанг передаточных механизмов, каждый из которых кинематически жестко связывает вал лопасти с соответствующим сателлитом посредством пары зубчатых колес и гибкой механической передачи.

2. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что устройство защиты от перегрузки выполнено в виде упругой муфты, соединяющей плоскость лопасти с ее валом и обеспечивающей перевод лопасти в горизонтальное положение по мере превышения расчетной величины ветровой нагрузки.

3. Ветродвигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что лопасти установлены с возможностью автоматического возврата плоскости в вертикальное положение при отклонении от вертикали на угол до 70 o после снижения ветровой нагрузки до расчетной величины.

4. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что флюгер установлен с возможностью свободного колебания вокруг оси ветроколеса в пределах угла до 20 o без управляющего воздействия на колодочный тормоз.

5. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что сателлиты расположены в один или несколько горизонтальных рядов.

6. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что гибкая механическая передача выполнена в виде карданной передачи.

7. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что пара зубчатых колес содержит некруглые зубчатые колеса.

8. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что передаточный механизм содержит пару конических зубчатых колес.

9. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что все механизмы ветроколеса имеют закрытое исполнение.

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Date de publication 17.03.2007gg