RU2589569C2 - Method for conversion of kinetic flow energy into rotation of wing and apparatus for realising said method - Google Patents
Method for conversion of kinetic flow energy into rotation of wing and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2589569C2 RU2589569C2 RU2014146593/06A RU2014146593A RU2589569C2 RU 2589569 C2 RU2589569 C2 RU 2589569C2 RU 2014146593/06 A RU2014146593/06 A RU 2014146593/06A RU 2014146593 A RU2014146593 A RU 2014146593A RU 2589569 C2 RU2589569 C2 RU 2589569C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wing
- axis
- flap
- main shaft
- angle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики и может быть использовано как источник электрической и механической энергии в гидро- и ветроустановках.The invention relates to the field of alternative energy and can be used as a source of electrical and mechanical energy in hydro and wind turbines.
Наиболее распространенные на сегодня энергоустановки (ЭУ) с горизонтальной осью вращения ветродвигатели, по оценкам экспертов, пока не могут превысить мощность 5-7 МВт, что, в свою очередь, ограничивает возможности снижения стоимости кВт-часа до конкурентоспособной величины. К примеру, самая мощная на сегодня введенная в эксплуатацию ветроустановка такого типа мощностью в 5 МВт создана в Германии. Длина лопасти ее ветроротора составляет 61 м, высота башни 120 м.According to experts, the most common power plants (EA) with a horizontal axis of rotation, according to experts, so far cannot exceed a power of 5-7 MW, which, in turn, limits the possibility of reducing the cost of kWh to a competitive value. For example, the most powerful 5 MW wind turbine of this type commissioned today has been created in Germany. The length of the blades of its wind rotor is 61 m, the height of the tower is 120 m.
В то же время мощность ЭУ с вертикальной осью вращения (ВОВ) ветроротора (типа ротора Дарье) может достигать 10-30 МВт. Можно перечислить такие преимущества этих ветроустановок, как: независимость функционирования от направления действия ветрового потока, возможность перехода от консольного крепления оси ветроротора к двухопорному, возможность размещения потребителя энергии, например электрогенератора или насоса в основании ветроустановки - при этом снижаются требования к высоте, прочности и жесткости опоры, упрощение конструкции лопастей и снижение их материалоемкости, а значит, и стоимости, уменьшение шумности ВЭУ с ВОВ.At the same time, the power of a power plant with a vertical axis of rotation (BOB) of a wind rotor (such as a Darier rotor) can reach 10-30 MW. You can list such advantages of these wind turbines as: independence of operation from the direction of action of the wind flow, the ability to switch from cantilever mounting the axis of the wind rotor to the double-bearing, the ability to place an energy consumer, such as an electric generator or pump at the base of the wind turbine, while reducing requirements for height, strength and rigidity support, simplifying the design of the blades and reducing their material consumption, and hence the cost, reducing the noise of a wind turbine with WWII.
Одним из главных недостатков ветророторов с ВОВ с жестко фиксированными относительно траверс лопастями являются высокая скорость ветрового потока (ВП), при которой происходит самозапуск ротора во вращение и более низкий коэффициент использования энергии потока, чем у традиционных пропеллерных ВЭУ. В результате проектировщики вынуждены снабжать такие ветроустановки дополнительными устройствами, например электродвигателем, ротором Савониуса и др., для раскрутки ротора и выведения его на рабочий режим.One of the main drawbacks of wind turbines with DOM with rigidly fixed relative to the traverse blades is the high speed of the wind flow (VP), at which the rotor self-starts in rotation and a lower coefficient of energy use of the flow than conventional propeller wind turbines. As a result, designers are forced to supply such wind turbines with additional devices, for example, an electric motor, a Savonius rotor, etc., for spinning the rotor and putting it into operation.
Высокая скорость самозапуска такого ветроротора вызвана тем, что фиксированные жестко относительно горизонтальных траверс вертикальные лопасти ротора в статическом состоянии не могут создать (при обтекании их ветровым потоком средней и малой скорости) необходимой величины и нужного направления действия аэродинамических сил на лопастях и тем самым достаточного крутящего момента на валу для приведения ротора во вращение. Применение в конструкции ветроротора механизма управления положением лопастей позволяет повернуть лопасти относительно траверс так, что величина и направление действия результирующей аэродинамической силы на лопастях позволяют осуществить самозапуск ветроротора даже при скоростях ВП 3-4 м/сек.The high self-starting speed of such a wind rotor is caused by the fact that the vertical rotor blades fixed rigidly relative to horizontal traverses in the static state cannot create (when the medium and low speed winds flow around them) the required magnitude and the desired direction of action of the aerodynamic forces on the blades and thereby sufficient torque on the shaft to bring the rotor into rotation. The use of a mechanism for controlling the position of the blades in the wind rotor design allows the blades to rotate relative to the traverse so that the magnitude and direction of the resulting aerodynamic force on the blades allow the wind rotor to self-start even at VP speeds of 3-4 m / s.
Известен карусельный ветродвигатель (см. патент RU 2042044 С1, МПК F03D 3/00 F03D 3/06, от 20.08.1995 г.), рассматриваемый в качестве аналога. Карусельный ветродвигатель содержит установленный на вертикальной оси ротор с лопастями, размещенными на радиальных штангах, и механизм изменения углов атаки лопастей путем поворота лопастей вокруг собственных осей, параллельных оси вращения ротора, выполненный в виде связанного с каждой лопастью устройства изменения угла атаки, соединенного с другими аналогичными устройствами радиальными штангами посредством согласующего узла, смонтированного на оси вращения ротора, причем каждая лопасть имеет аэродинамический симметричный профиль, ось вращения лопасти смещена к передней кромке, а устройство изменения угла атаки содержит смонтированный на каждой радиальной штанге корпус, в котором установлен пространственный кривошипно-шатунный механизм качающейся шайбы, связанный с осью лопасти посредством конической шестерни ориентации, сидящей на оси кривошипа, на которой установлен подшипник кронштейна, качающейся шайбой является втулка с двумя радиальными цапфами, установленная с возможностью поворота на наклонной оси, расположенной под углом α=45 к оси лопасти, а на цапфах шарнирно укреплены два вильчатых поводка, ось одного из которых установлена с возможностью вращения в подшипнике, размещенном на основании корпуса под углом β к линии оси лопасти, а ось второго вильчатого поводка установлена с возможностью поворота в подшипнике кронштейна, причем угол β не превышает угол α, а согласующий узел выполнен в виде конического дифференциала.Known rotary wind turbine (see patent RU 2042044 C1, IPC
Это известное устройство снабжено сложными дорогостоящими механическими узлами, надежность которых сомнительна, а эксплуатация требует серьезного обслуживания и неприемлема для широкого использования. Кроме того, оптимальный угол атаки крыла зависит от результирующего вектора воздушного потока (РВВП), величина которого зависит от скорости нагрузки, скорости воздушного потока и конкретной точки на траектории движения. А в аналоге эти факторы не учитываются при выборе угла атаки.This known device is equipped with complex and expensive mechanical components, the reliability of which is doubtful, and operation requires serious maintenance and is unacceptable for widespread use. In addition, the optimal angle of attack of the wing depends on the resulting airflow vector (RVVP), the value of which depends on the speed of the load, the speed of the air flow and a specific point on the trajectory. And in the analogue, these factors are not taken into account when choosing the angle of attack.
Интересная работа по усовершенствованию ротора Дарье проведена в Институте гидромеханики НАН Украины (Каян В.П., Лебедь А.Г. «Оптимизация рабочих характеристик полномасштабного макета ветроротора Дарье с прямыми управляемыми лопастями». - , -Прикладна гiдромеханiка. - 2010, Том 12, №4, с. 26-35), которая частично отражена в патенте Вiтросилова установка (см. Патент Украины №16097А на полезную модель, МПК F03D 3/00, F03D, 07.06.2006, №7. с. 174.), принятый за аналог.An interesting work on improving the Darier rotor was carried out at the Institute of Hydromechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine (Kayan VP, Lebed AG "Optimization of the performance characteristics of a full-scale model of the Darier wind turbine with straight controllable blades." - , -Applied Hydromechanics. - 2010,
Ветросиловая установка содержит ротор с вертикальным валом, с которым с помощью траверс и цапф связаны вертикальные лопасти, которые имеют вертикальные оси с шарнирными кольцами, с помощью которых они закреплены на траверсах с возможностью поворота около этих осей, и установленными на нижних концах лопастей дополнительными осями с вилками и роликами, которые стыкуются с кольцеобразной направляющей в форме жесткого обода, имеющего в плоскости форму окружности, а также аппаратуру управления силовой установкой, причем кольцеобразная направляющая соединена с механизмом управления положением лопастей ротора таким образом, что имеет возможность линейного перемещения вдоль направления ветрового потока, а механизм, размещенный на поворотной платформе, жестко связан с флюгером. Механизм управления положением лопастей ротора содержит электродвигатель, редукторы и подвижные направляющие, размещенные на платформе механизма, и червячные передачи, связанные с кольцеобразной направляющей, которая также имеет ролики для перемещения вдоль направляющих. Аппаратура управления ветросиловой установкой содержит программное устройство, которое определяет оптимальную величину смещения центра кольцеобразной направляющей в зависимости от параметров работы ротора ветросиловой установки.The wind power installation contains a rotor with a vertical shaft, with which, using traverses and pins, vertical blades are connected, which have vertical axes with hinged rings, with the help of which they are mounted on the traverses with the possibility of rotation around these axes, and additional axes mounted on the lower ends of the blades with forks and rollers that are joined with the ring-shaped guide in the form of a rigid rim having a circle shape in the plane, as well as the power plant control equipment, and the ring-shaped head ulation coupled with the mechanism controlling the position of the rotor blades so that a possibility of linear displacement along the direction of wind flow, and a mechanism disposed on rotatable platform rigidly connected with the vane. The mechanism for controlling the position of the rotor blades contains an electric motor, gearboxes and movable guides placed on the platform of the mechanism, and worm gears associated with an annular guide, which also has rollers for moving along the guides. The wind power installation control equipment contains a software device that determines the optimal displacement of the center of the annular guide depending on the operation parameters of the rotor of the wind power installation.
Эффективность этой ветросиловой установки существенно выше, чем у ветроротора Дарье в классическом исполнении. Это один из вариантов более или менее удачного экспериментального поиска предельных показателей ветроротора. Вычисляется значение эксцентриситета между двумя осями каждого крыла, которое обеспечивает максимальное значение мощности ветроротора при выбранном способе управления. К тому же реализация электромеханической программируемой системы управления достаточно сложна.The efficiency of this wind power installation is significantly higher than that of the Darier wind turbine in the classic version. This is one of the options for a more or less successful experimental search for the limiting values of the wind rotor. The value of the eccentricity between the two axes of each wing is calculated, which provides the maximum value of the power of the wind rotor for the selected control method. In addition, the implementation of an electromechanical programmable control system is quite complicated.
Известен способ преобразования кинетической энергии текучей среды во вращательное движение крыла и установка для осуществления этого способа по патенту RU 2157919, МПК F03D 3/00 опубл. 20.10.2000 г.A known method of converting the kinetic energy of a fluid into rotational movement of the wing and the installation for implementing this method according to patent RU 2157919, IPC F03D 3/00 publ. 10.20.2000 g.
Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики, используется как источник электрической и механической энергии в гидро- и ветроустановках и выбрано в качестве прототипа.The invention relates to the field of alternative energy, is used as a source of electrical and mechanical energy in hydro and wind turbines and is selected as a prototype.
Этот способ заключается в том, что в текучей среде устанавливают неподвижную ось перпендикулярно направлению движения потока этой текучей среды и на некотором расстоянии от этой оси помещают крыло, собственная продольная ось (О-О) которого параллельна неподвижной оси, вокруг которой это крыло под действием гидродинамических сил, действующих на него, совершает вращательное движение по круговой орбите и колебательное движение вокруг собственной продольной оси (О-О), причем при движении крыла по дуге круговой орбиты, обращенной к потоку текучей среды, величину угла α атаки крыла выдерживают постоянной с одним знаком, а при движении крыла по противоположной дуге круговой орбиты знак постоянной величины угла α атаки крыла изменяют также на противоположный, причем на дуге круговой орбиты, на которой крыло движется против направления движения потока текучей среды, и на дуге круговой орбиты, на которой крыло движется по направлению движения этого потока, значение угла α атаки устанавливают равным нулю.This method consists in the fact that a fixed axis is established in the fluid perpendicular to the direction of flow of the fluid and a wing is placed at some distance from this axis, its own longitudinal axis (O-O) which is parallel to the fixed axis, around which this wing is under the action of hydrodynamic forces acting on it, performs a rotational motion in a circular orbit and oscillatory motion around its own longitudinal axis (O-O), and when the wing moves along an arc of a circular orbit facing the flow of learning the environment, the angle of attack angle α of the wing is kept constant with one sign, and when the wing moves along the opposite arc of a circular orbit, the sign of the constant value of the angle of angle α of attack of the wing is also changed to the opposite one, and on the arc of a circular orbit on which the wing moves against the direction of flow of the fluid environment, and on an arc of a circular orbit on which the wing moves in the direction of this stream, the angle of attack α is set to zero.
В ряде случаев выгоднее при движении крыла (2) по круговой орбите (3) величину его угла α атаки устанавливать выше "критической" величины стационарного режима обтекания для выбранного профиля и формы крыла (2).In some cases, it is more profitable to set the wing angle α of attack above the “critical” value of the stationary flow regime for the selected profile and shape of the wing (2) when the wing (2) moves in a circular orbit (3).
Для повышения эффективности способа величину окружной скорости Vt крыла (2) выбирают больше величины скорости Vo потока (А) текучей среды.To increase the efficiency of the method, the value of the circumferential speed V t of the wing (2) is chosen greater than the value of the velocity V o of the fluid flow (A).
Установка для преобразования кинетической энергии текучей среды во вращательное движение крыла (2), содержащая неподвижную ось (1), установленную в потоке (А) текучей среды перпендикулярно направлению его движения, крыло (2), продольная ось (О-О) которого параллельна неподвижной оси (1), шарнирно связанное с неподвижной осью (1) с помощью по меньшей мере одного стержня (4), причем крыло (2) снабжено устройством управления его углом атаки, выполненным в виде крыловидного элемента (5), снабженного собственным приводом (6) для управления его угловым положением относительно крыла (2), отличающаяся тем, что привод (6) управления угловым положением крыловидного элемента (5) относительно крыла (2) обеспечивает угол α атаки крыла (2) при его движении по дуге круговой орбиты (3), обращенной к потоку (А) текучей среды, постоянным с одним знаком, по противоположной дуге - с обратным знаком, а при переходе крыла (2) с одной дуги на другую - равным нулю. Привод (6) для управления угловым положением крыловидного элемента (5) относительно крыла (2) обеспечивает диапазон углов α атаки крыла (2) выше "критических" величин стационарного режима обтекания для выбранного профиля и формы крыла (2), причем крыло (2) и/или крыловидный элемент (5) снабжены закрылком (7), связанным с приводом (6).Installation for converting the kinetic energy of a fluid into rotational movement of a wing (2), containing a fixed axis (1) mounted in a stream (A) of a fluid perpendicular to the direction of its movement, a wing (2), whose longitudinal axis (O-O) is parallel to the stationary axis (1), pivotally connected to the fixed axis (1) using at least one rod (4), and the wing (2) is equipped with a device for controlling its angle of attack, made in the form of a wing-shaped element (5), equipped with its own drive (6 ) to control its angular floor relative to the wing (2), characterized in that the actuator (6) controls the angular position of the wing-shaped element (5) relative to the wing (2) provides the angle α of attack of the wing (2) when it moves along an arc of a circular orbit (3) facing the stream (A) a fluid constant with one sign along the opposite arc with the opposite sign, and when the wing (2) moves from one arc to another, it is equal to zero. The drive (6) for controlling the angular position of the wing-shaped element (5) relative to the wing (2) provides a range of angles of attack α of the wing (2) above the “critical” values of the stationary flow regime for the selected profile and shape of the wing (2), and the wing (2) and / or the wing-shaped element (5) is provided with a flap (7) associated with the actuator (6).
Привод (6) для управления угловым положением крыловидного элемента (5) относительно крыла (2) содержит кулачковый механизм, кулачок (9) которого закреплен на неподвижной оси (1), а коромысло (11) установлено на стержне (4) и связано с рычагом, имеющим два плеча (13 и 14), ось которого совпадает с центром (О-О) шарнирного соединения стержня (4) с крылом (2), и на этой же оси (О-О) установлен кулисный механизм, имеющий кулису (15) и два ползуна (16 и 17), причем один ползун (16) связан с плечом (14) двуплечего рычага и с рычагом (20), который установлен на той же оси (О-О) и связан с крыловидным элементом (5), а второй ползун (17) связан со стержнем (4) и с крылом (2).The drive (6) for controlling the angular position of the wing-shaped element (5) relative to the wing (2) contains a cam mechanism, the cam (9) of which is fixed on the fixed axis (1), and the beam (11) is mounted on the rod (4) and connected with the lever having two shoulders (13 and 14), the axis of which coincides with the center (O-O) of the hinge connection of the rod (4) with the wing (2), and on the same axis (O-O) there is a link mechanism having a link (15 ) and two sliders (16 and 17), and one slider (16) is connected to the shoulder (14) of the two-shouldered lever and to the lever (20), which is mounted on the same axis (O-O) and connected is engaged with the pterygoid element (5), and the second slider (17) is connected with the rod (4) and with the wing (2).
Отметим недостатки рассмотренного способа: 1. Несмотря на то, что способ предложен и для ветроустановок, не предусмотрена операция и устройство для ориентировки относительно воздушного потока (ВП) кулисного механизма, задающего угол атаки, в то время как направление текущей среды однозначно задано.Note the disadvantages of the method considered: 1. Despite the fact that the method is also proposed for wind turbines, there is no operation and device for orientation of the rocker mechanism that sets the angle of attack relative to the air flow (VP), while the direction of the current medium is uniquely set.
2. Оптимальный угол атаки α зависит от результирующего вектора потока, т.е. от скорости внешнего потока и оборотов установки. Поэтому расчетная функция и конфигурация задающей кулисы рассчитана на некоторое оптимальное значение угла атаки α для некоторого, например, номинального значения результирующего вектора текущей среды при заданных соотношениях скорости потока и оборотов установки. Очевидно, что рассмотренный способ не обеспечивает оптимизацию величины угла атаки α в общем случае при разном направлении ВП, разной его скорости и различному соотношению между скоростью ВП и окружной скоростью устройства.2. The optimal angle of attack α depends on the resulting flow vector, ie from the speed of the external flow and the speed of the installation. Therefore, the calculated function and the configuration of the master wings are designed for some optimal value of the angle of attack α for some, for example, the nominal value of the resulting vector of the current medium for the given ratios of the flow velocity and the installation speed. Obviously, the considered method does not optimize the angle of attack α in the general case for different airspace directions, different speeds and different ratios between the speed of the airspace and the peripheral speed of the device.
3. Рассмотренный способ обеспечивает угол атаки α крыла при его движении по дуге круговой орбиты, обращенной к потоку текучей среды, постоянным с одним знаком, по противоположной дуге - с обратным знаком. При рассмотрении известных кривых по Фиг. 1 видно, что коэффициент Cy в зоне отрицательных значений угла атаки α в разы меньше, чем при его положительном значении. В связи с этим эффективность работы установки существенно снижается. Однако на Фиг. 4 патента RU 2157919 на графике зависимости крутящего момента от положения крыла - этот факт не замечен (см. Фиг. 2).3. The considered method provides the angle of attack α of the wing when it moves along an arc of a circular orbit facing the fluid flow, constant with one sign, in the opposite arc with a opposite sign. When considering the known curves of FIG. 1 it can be seen that the coefficient C y in the zone of negative values of the angle of attack α is several times less than with its positive value. In this regard, the efficiency of the installation is significantly reduced. However, in FIG. 4 of patent RU 2157919 on a graph of the dependence of torque on the position of the wing - this fact is not noticed (see Fig. 2).
Технический результат предлагаемого способа заключается в максимально возможной эффективности преобразования кинетической энергии текущего потока (воздушного потока - ВП в общем случае, так как по сравнению с гидропотоком требуется определять направление ВП при преобразовании в другие виды энергии). Достигается он тем, что в предлагаемом способе преобразования кинетической энергии потока во вращательное движение крыла в потоке устанавливается основной вал перпендикулярно направлению движения потока и на некотором расстоянии от основного вала энергоустановки помещают по меньшей мере одно крыло, собственная ось которого параллельна основному валу, вокруг которого это крыло под действием потока совершает вращательное движение по круговой орбите и колебательное движение вокруг собственной оси, при этом при движении крыла по круговой орбите его угол атаки α относительно результирующего вектора потока задается закрылком, узел управления которого через вал закрылка и планку закрылка вращает закрылок, обеспечивая оптимальное значение угла α атаки крыла при его движении по круговой орбите, за исключением зон изменения формы крыла, определяемых узлом положения оси крыла, причем в крайних положениях оси крыла с подшипником в этом узле определяется характер момента, задаваемого крылом, рабочий или тормозной, и в соответствии с этим автоматически выбирается соответствующий режим управления.The technical result of the proposed method is the maximum possible conversion efficiency of the kinetic energy of the current stream (air flow - VP in the general case, since in comparison with the hydroflow it is necessary to determine the direction of the VP during conversion to other types of energy). It is achieved by the fact that in the proposed method for converting the kinetic energy of the flow into rotational movement of the wing in the flow, the main shaft is installed perpendicular to the direction of flow and at least one wing is placed at a distance from the main shaft of the power plant, whose own axis is parallel to the main shaft, around which the wing under the influence of flow rotates in a circular orbit and oscillates around its own axis, while the movement of the wing in a circle in the orbit, its angle of attack α relative to the resulting flow vector is defined by the flap, the control unit of which rotates the flap through the flap shaft and flap flap, providing the optimal value of the angle of attack angle α of the wing when it moves in a circular orbit, with the exception of the zones of change in the shape of the wing determined by the axis position node wing, and in the extreme positions of the axis of the wing with a bearing in this node determines the nature of the moment specified by the wing, working or braking, and in accordance with this is automatically selected according current control mode.
В результате действия на крыло ВП при движении его по круговой орбите формируется постоянная максимально возможная подъемная сила R вплоть до номинального значения энергоустановки почти по всей круговой орбите его движения. Основной вал ЭУ перпендикулярен движению ВП, в который помещена ЭУ, а ось каждого крыла параллельна основному валу и жестко зажата сверху и снизу опорными дисками.As a result of the action on the wing of the VP during its movement in a circular orbit, a constant maximum possible lifting force R is formed up to the nominal value of the power plant over almost the entire circular orbit of its movement. The main shaft of the EA is perpendicular to the movement of the VP, in which the EA is placed, and the axis of each wing is parallel to the main shaft and rigidly clamped by the support disks from above and below.
Ось каждого крыла проходит через узел положения оси крыла (УПОК). Крыло трехслойное. Основу его составляет базовый лист крыла, к которому по переднему и заднему краям на шарнирах крепится двусторонняя подвижная фигурная аэродинамическая обшивка, причем аэродинамическая форма крыла изменяется скачком симметрично относительно базового листа при движении каждого крыла по круговой орбите в зоне изменения знака момента, формируемого крылом. Рабочий момент, формируемый крылом, осуществляет давление на свою ось рабочим краем УПОК в рабочем направлении вращения всего механизма ЭУ в пределах движения по круговой орбите относительно результирующего вектора ВП (РВВП). На рабочем крае УПОК закреплен датчик давления Д.The axis of each wing passes through the node position of the axis of the wing (UPOK). The wing is three-layered. It is based on the wing base sheet, to which two-sided movable curly aerodynamic sheathing is attached to the hinges at the front and rear edges, and the wing aerodynamic shape changes abruptly symmetrically with respect to the base sheet when each wing moves in a circular orbit in the zone of change in the moment sign formed by the wing. The working moment formed by the wing exerts pressure on its axis with the working edge of the UPOK in the working direction of rotation of the entire EA mechanism within the movement in a circular orbit relative to the resulting VP vector (RVVP). A pressure sensor D. is fixed on the working edge of the UPOC
При этом осуществляется автоматическая подстройка угла атаки α относительно РВВП по сигналу с датчика давления Д. Этот сигнал поступает на экстремальный регулятор (ЭР) на базе контроллера, а выход последнего воздействует на серводвигатель закрылка, обеспечивая максимальное давление на ось крыла выбором оптимального значения угла атаки α крыла под воздействием своего закрылка.In this case, the angle of attack α is automatically adjusted relative to the RVVP according to the signal from pressure sensor D. This signal is transmitted to the extreme controller (ER) based on the controller, and the latter acts on the flap servomotor, providing maximum pressure on the wing axis by choosing the optimal value of the angle of attack α wing under the influence of its flap.
При наличии датчика оборотов ЭУ можно обеспечить управление углами атаки α всех крыльев от регуляторов датчика давления Д одного контрольного крыла за счет вычисления запаздывания остальных крыльев к положению этого контрольного крыла на траектории движения по кругу с помощью контроллера. Команды управления с вычисляемым запаздыванием подаются на приводы закрылков соответствующих крыльев. При этом упрощается система управления всей ЭУ, повышается ее надежность, упрощается конструкция и уменьшается стоимостьIn the presence of an EU revolution sensor, it is possible to control the angles of attack α of all wings from the pressure sensor regulators D of one control wing by calculating the delay of the remaining wings to the position of this control wing on the trajectory of movement in a circle using the controller. Control commands with calculated delay are applied to the flap drives of the respective wings. At the same time, the control system of the entire EA is simplified, its reliability is increased, the design is simplified and the cost is reduced
При движении по окружности в зонах 180 градусов +Δ и 360 градусов +Δ относительно РВВП (где Δ - зона изменения формы крыла при определении тормозного момента) крылом формируется тормозной момент, противодействующий рабочему направлению движения энергоустановки. Крыло смещается относительно своей оси в УПОК вплоть до его тормозного края, на котором находится электрический конечный выключатель реверса (ЭКВР), и ЭУ кратковременно переходит в режим торможения.When moving in a circle in the zones of 180 degrees + Δ and 360 degrees + Δ relative to the RVVP (where Δ is the zone of change in the shape of the wing when determining the braking torque), the wing forms a braking torque that counteracts the working direction of the power plant. The wing is displaced about its axis in the UPOK up to its brake edge, on which there is an electric reverse reverse switch (ECRR), and the EA briefly goes into braking mode.
Форма крыла автоматически изменяется скачком в Δ-зонах работы тормозного момента, развиваемого крылом. По команде от ЭКВР срабатывает электромеханический триггер, изменяя аэродинамическую форму крыла на симметричную относительно базового листа крыла.The shape of the wing automatically changes abruptly in the Δ-zones of the braking torque developed by the wing. On command from the ECWR, an electromechanical trigger is triggered, changing the aerodynamic shape of the wing to a symmetrical one relative to the base sheet of the wing.
Эффективный защитный режим обеспечивается следующим образом. Сигнал с датчика давления Д ограничивается номинальным значением Un, соответствующим номинальному моменту на каждом крыле. При дальнейшем увеличении скорости РВВП для ограничения сигнала с датчика давления Д вместо ЭР включается регулятор слежения (PC) за номинальным сигналом Un, воздействующий также на привод закрылка и изменяющий угол атаки крыла α, уменьшая его вплоть до отрицательных значений.An effective protective mode is provided as follows. The signal from the pressure sensor D is limited by the nominal value U n corresponding to the nominal moment on each wing. With a further increase in the RVVP speed to limit the signal from the pressure sensor D, instead of the ER, the tracking controller (PC) for the nominal signal U n is turned on, also affecting the flap drive and changing the wing angle α, decreasing it to negative values.
Экологическая защита обеспечивается следующим образом. По внешней окружности опорных дисков крепится ячеистая сетка, защищающая ЭУ от птиц и мусора.Environmental protection is provided as follows. A wire mesh is attached around the outer circumference of the support discs, protecting the EU from birds and debris.
В дальнейшем патентуемое изобретение поясняется конкретной конструкцией его выполнения прилагаемыми чертежами, на которых:In the future, the patented invention is illustrated by the specific design of its implementation by the accompanying drawings, in which:
Фиг. 3 - общий вид ЭУ согласно изобретению.FIG. 3 is a general view of the EU according to the invention.
Фиг. 4 - изображает движение отдельного крыла ЭУ вначале пуска, когда скорость ВП близка к скорости РВВП.FIG. 4 - depicts the movement of a separate wing of the EU at the start of launch, when the speed of the airspace is close to the speed of the airborne landing gear.
Фиг. 5 - разрез крыла по Б-Б, см. Фиг. 3.FIG. 5 is a sectional view of the wing along BB, see FIG. 3.
Фиг. 6 - конструкция крыла без фигурной двухсторонней аэродинамической обшивки по разрезу В-В на фиг. 5.FIG. 6 - wing structure without curly double-sided aerodynamic sheathing along section BB in FIG. 5.
Фиг. 7 - узел положения оси крыла УПОК по разрезу Е-Е на фиг. 6FIG. 7 - the node of the position of the axis of the wing of the UPOC along the section EE in FIG. 6
Патентуемый способ реализуется конструкцией ЭУ по Фиг. 3, где каркас 1 обеспечивает вертикальное положение основного вала 2, концы которого заходят в верхнюю 3 и нижнюю 4 опоры. Гайки основного вала 5 закрепляют верхний 6 и нижний 12 опорные диски к основному валу. На дисках фиксируются оси 7 отдельных крыльев 8 с помощью гаек крыла 11. Снизу каждое крыло 8 опирается на свою внешнюю опору 10. Важной деталью конструкции являются закрылки 9, примыкающие к каждому крылу. Ось каждого крыла 7 жестко соединена с основным валом 2 ЭУ сверху и снизу через опорные диски 6, 12, причем ЭУ может состоять из одного такого комплекта-яруса и более. При этом используется модульный принцип формирования конструкции ЭУ требуемой мощности при известной мощности одноярусной ЭУ.The patented method is implemented by the design of the EU according to FIG. 3, where the frame 1 provides a vertical position of the
На Фиг. 4 отображены отдельные детали конструкции ЭУ. Основной вал 2, ось каждого крыла 7, крылья 8, закрылки 9, зоны изменения формы крыла 13 на симметричную относительно базового листа крыла.In FIG. 4 shows the individual details of the design of the EU. The
На фиг. 5 (в разрезе Б-Б) отображены отдельные детали в конструкции крыльев. Ось крыла 7, проходящая через узел положения оси крыла УПОК 16, закрылок 9, электромеханический триггер 15, передняя аэродинамическая обшивка крыла 17, задняя аэродинамическая обшивка крыла 18, оси поворота аэродинамических обшивок 19, узел управления закрылком 20, вал поворота закрылка 24.In FIG. 5 (section B-B) displays individual parts in the design of the wings. The axis of the
На Фиг. 6 отображена конструкция крыла (по разрезу В-В). Закрылок 9, внешняя опора крыла 10, электромеханический триггер 15, УПОК 16, оси поворота аэродинамических обшивок 19, узел управления закрылком 20 с крепежом 14, опоры осей поворота 22, планка закрылка 23, вал поворота закрылка 24, проходящий через узел управления закрылком 20, внутренние опоры крыла 25, передняя часть базового листа крыла 26, задняя часть базового листа крыла 27.In FIG. Figure 6 shows the wing structure (along section BB). The
На Фиг. 7 (разрез Е-Е) дана конструкция УПОК. Ось крыла 7, передняя часть базового листа крыла 26, задняя часть базового листа крыла 27, пружины 30, датчик давления Д 31, электрический конечный выключатель реверса 32, толкатели 33, подшипник 34, корпус УПОК 35.In FIG. 7 (section EE), the design of the UPOC is given. The axis of the
На Фиг. 3 показан упрощенный режим движения одного крыла 8 при запуске ЭУ, когда скорость ВП VТП намного превосходит скорость вращения ω (результирующий вектор ВП, действующий на крыло, примерно равен VТП). При вращении крыла его ось 7 смещается в пределах УПОК 16. На оси 7 в пределах корпуса УПОК 35 закреплен подшипник 34 (см. Фиг. 7), который при движении УПОК относительно оси крыла снижает трение между осью и деталями УПОК (толкатели 33) в процессе работы ЭУ. В зоне изменения формы крыла 13 при возникновении тормозного момента крыла ось 7 с подшипником 34 смещается в сторону ЭКВР 32 и прижимается к соответствующему толкателю 33. ЭКВР 32 замыкает свой контакт, передавая сигнал на срабатывание электромеханического триггера 15, который по команде ЭКВР 32 поочередно выдвигает верхний или нижний грибовидный шток, изменяя в зонах 13 конфигурацию крыла 8 симметрично относительно базового листа крыла 26, 27. При этом меняет свое положение передняя 17 и задняя 18 аэродинамические обшивки крыла на оси поворота аэродинамических обшивок 19.In FIG. Figure 3 shows a simplified mode of motion of one
При изменении формы крыло задает рабочий момент. В зоне изменения формы крыла 13 при возникновении рабочего момента ось 7 с подшипником 34 смещается в сторону датчика давления 31 и прижимается к соответствующему толкателю 33, который воздействует на датчик 31. Датчик 31 задает сигнал экстремальному регулятору в узле управления закрылком 20. Этот сигнал действует в рабочем направлении вращения ЭУ в пределах движения крыла по дуге 0-180 градусов и от 180-360 градусов относительно результирующего вектора ВП.When changing shape, the wing sets the working moment. In the zone of changing the shape of the
Попадая в зону 180 градусов +Δ, снова возникает тормозной момент. Величина Δ в градусах зависит от текущей скорости установки и от быстродействия ее электромеханического триггера 15.Getting into the zone of 180 degrees + Δ, the braking moment again occurs. The value of Δ in degrees depends on the current speed of the installation and on the speed of its
Экстремальный регулятор управляет сервоприводом закрылка, размещенным также в узле управления закрылком 20, и обеспечивает максимальное давление на датчик 31 в зоне рабочих моментов при движения крыла, т.е. максимально возможный рабочий момент на конкретном участке траектории. Узел управления закрылком 20, воздействуя на вал поворота закрылка 24, обеспечивает оптимальный угол атаки каждого крыла в данный момент, при этом инерцией узла 20 можно пренебречь, предполагая ЭУ большой мощности и невысокую номинальную скорость оборотов при значительном полезном нагрузочном моменте.The extreme controller controls the flap servomotor, also located in the
При наличии датчика оборотов Vω на основном валу 2 ЭУ можно обеспечить управление углами атаки α всех крыльев от датчика давления 31 и регулятора одного контрольного крыла за счет записи его траектории движения во времени и вычисления запаздывания для остальных крыльев к положению этого контрольного крыла на траектории движения по кругу с помощью контроллера. В этом случае узлы управления закрылком 20 остальных крыльев будут управляться от контроллера во всех рабочих режимах.With the speed sensor Vω on the
При получении на выходе датчика 31 сигнала, превышающего номинальное значение давления Un, когда рабочий момент под влиянием ВП превысит номинальное значение, этот сигнал переключается на вход регулятора слежения, который также находится в узле 20, и в данном режиме управляет через сервопривод закрылка, отклоняя угол атаки крыла от оптимального значения, т.е. уменьшая угол α до нуля и далее до отрицательных значений и притормаживая ЭУ при больших ветровых нагрузках, наряду с другими средствами защиты.Upon receipt of a signal at the output of
По внешней окружности опорных дисков крепится защитная ячеистая сетка, не изображенная на Фиг. 5, чтобы не затенять основные узлы конструкции ЭУ. Она защищает детали ЭУ от мусора, града и птиц.A protective mesh screen, not shown in FIG. 5, so as not to obscure the main components of the EU design. It protects the details of PM from debris, hail and birds.
Патентуемый способ преобразования кинетической энергии потока во вращательное движение крыла и установка для его осуществления могут быть успешно применены при использовании таких возобновляемых источников энергии, какими являются энергия ветра и естественное течение рек, морей, океанов и т.п. Использование заявляемого способа дает значительную экономию энергетических ресурсов.A patented method for converting the kinetic energy of a stream into rotational movement of a wing and an installation for its implementation can be successfully applied using renewable energy sources such as wind energy and the natural flow of rivers, seas, oceans, etc. Using the proposed method gives significant savings in energy resources.
В то же время высокая эффективность устройств, использующих оптимальный режим обтекания крыла, позволяет создавать экономически целесообразные установки при малых скоростях потока. Способ, как и установки, его реализующие, являются универсальными, так как в них могут применяться без какой-либо доработки широко распространенные в настоящее время электронные регуляторы, программируемые устройства, датчики давления и скорости, электромеханические триггеры, конечные выключатели, электрогенераторы и т.д.At the same time, the high efficiency of devices using the optimal flow around the wing makes it possible to create economically feasible installations at low flow rates. The method, as well as the plants implementing it, are universal, since they can be applied without any modification to the currently widely used electronic controllers, programmable devices, pressure and speed sensors, electromechanical triggers, limit switches, electric generators, etc. .
Отсутствуют отходы, засоряющие окружающую среду. Вращение крыла, вызванное малоскоростным потоком, имеет настолько низкий уровень шумов, что не оказывает никакого воздействия на окружающую флору и фауну.No waste polluting the environment. The rotation of the wing caused by the low-speed flow has such a low noise level that it has no effect on the surrounding flora and fauna.
Claims (9)
положение передняя и задняя аэродинамические обшивки крыла на оси поворота аэродинамических обшивок.2. The method according to p. 1, characterized in that in the areas of changing the shape of the wing when the braking moment of the wing occurs, the axis with the bearing is shifted towards the electrical reverse switch of the reverse and pressed to the corresponding push rod, the contact of the electrical terminal of the reverse switch is closed, transmitting a signal for the operation of the electromechanical trigger, which, at the command of the electric reverse limit switch, alternately extends the upper or lower mushroom rod, changing the wing configuration in the zones symmetrically o relative to the base sheet, while changing its
the position of the front and rear aerodynamic wing skins on the axis of rotation of the aerodynamic skins.
верхний и нижний опорные диски к основному валу, а на дисках фиксируются оси крыльев с помощью гаек крыла, к тому же снизу каждое крыло опирается на свою внешнюю опору, важной деталью конструкции энергоустановки являются закрылки, закрепленные на каждом крыле с помощью вала закрылка и планки закрылка.6. Power plant for converting the kinetic energy of the flow into rotational movement of the wing, containing a frame that provides a vertical position of the main shaft, the ends of which go into the upper and lower bearings, and the nuts of the main shaft are fixed
the upper and lower supporting disks are attached to the main shaft, and the axis of the wings is fixed with the help of wing nuts; in addition, each wing is supported by its external support from below; an important part of the power plant design is the flaps attached to each wing using the flap shaft and the flap .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146593/06A RU2589569C2 (en) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | Method for conversion of kinetic flow energy into rotation of wing and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146593/06A RU2589569C2 (en) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | Method for conversion of kinetic flow energy into rotation of wing and apparatus for realising said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014146593A RU2014146593A (en) | 2016-06-10 |
RU2589569C2 true RU2589569C2 (en) | 2016-07-10 |
Family
ID=56114888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014146593/06A RU2589569C2 (en) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | Method for conversion of kinetic flow energy into rotation of wing and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2589569C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697245C2 (en) * | 2017-06-28 | 2019-08-13 | Юлий Борисович Соколовский | Wind-driven power plant |
RU2755959C1 (en) * | 2020-12-16 | 2021-09-23 | Юрий Владимирович Безруков | Wind turbine |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4247251A (en) * | 1978-05-17 | 1981-01-27 | Wuenscher Hans F | Cycloidal fluid flow engine |
SU1281740A1 (en) * | 1985-04-18 | 1987-01-07 | Московский Электротехнический Институт Связи | Wind wheel |
US5503525A (en) * | 1992-08-12 | 1996-04-02 | The University Of Melbourne | Pitch-regulated vertical access wind turbine |
RU2157919C2 (en) * | 1996-02-16 | 2000-10-20 | Бакай Владимир Иванович | Method and unit for converting kinetic energy of fluid medium into rotary motion of wing |
UA12414U (en) * | 2005-06-13 | 2006-02-15 | Stepan Ivanovych Melnychuk | Device for transforming and presenting the output data of a tachometric gas meter |
RU2399792C1 (en) * | 2009-05-25 | 2010-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) | Wind motor |
KR20100109235A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-08 | 서울대학교산학협력단 | Flap control unit |
-
2014
- 2014-11-19 RU RU2014146593/06A patent/RU2589569C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4247251A (en) * | 1978-05-17 | 1981-01-27 | Wuenscher Hans F | Cycloidal fluid flow engine |
SU1281740A1 (en) * | 1985-04-18 | 1987-01-07 | Московский Электротехнический Институт Связи | Wind wheel |
US5503525A (en) * | 1992-08-12 | 1996-04-02 | The University Of Melbourne | Pitch-regulated vertical access wind turbine |
RU2157919C2 (en) * | 1996-02-16 | 2000-10-20 | Бакай Владимир Иванович | Method and unit for converting kinetic energy of fluid medium into rotary motion of wing |
UA12414U (en) * | 2005-06-13 | 2006-02-15 | Stepan Ivanovych Melnychuk | Device for transforming and presenting the output data of a tachometric gas meter |
KR20100109235A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-08 | 서울대학교산학협력단 | Flap control unit |
RU2399792C1 (en) * | 2009-05-25 | 2010-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) | Wind motor |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697245C2 (en) * | 2017-06-28 | 2019-08-13 | Юлий Борисович Соколовский | Wind-driven power plant |
RU2755959C1 (en) * | 2020-12-16 | 2021-09-23 | Юрий Владимирович Безруков | Wind turbine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014146593A (en) | 2016-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1888917B1 (en) | Vertical axis wind turbine having an overspeeding regulator controlling multiple aerodynamic elements | |
EP0086076B1 (en) | A horizontal axis wind energy conversion system with aerodynamic blade pitch control | |
KR101464157B1 (en) | Highly efficient turbines with variable-angle attack foils | |
CA2585689C (en) | Improvements relating to wave energy devices | |
US5599168A (en) | Wind turbine adaptable to wind direction and velocity | |
US20100045039A1 (en) | Vertical axis wind turbine | |
US20110006526A1 (en) | Pitch control arrangement for wind turbine | |
US10132293B2 (en) | Vertical axis wind turbine and method for operating such a turbine | |
CN1938516A (en) | Vertical shaft type windmill and blade for windmill | |
CN102536643B (en) | Vertical axis wind turbine | |
US20120306215A1 (en) | Wind Turbine | |
JP2009500562A (en) | Blade pitch control mechanism | |
RU2589569C2 (en) | Method for conversion of kinetic flow energy into rotation of wing and apparatus for realising said method | |
JP4982733B2 (en) | Vertical-axis linear blade wind turbine with aerodynamic speed control mechanism | |
JP2010520414A (en) | Hubless windmill | |
US11603820B2 (en) | Wind turbine power generation system | |
WO2017021867A1 (en) | Oscillating wing power generator | |
WO2019111674A1 (en) | Vertical axis-type wind turbine | |
RU2702814C2 (en) | Method of converting energy of air flow into rotary motion of wind-driven power plant | |
RU2543905C2 (en) | Wind-driven power plant | |
RU71707U1 (en) | ROTARY WIND ENGINE | |
RU2664639C2 (en) | Method for converting the kinetic energy of a air flow to a rotary movement of a blade | |
WO2020065304A1 (en) | Cyclorotor | |
TW202037810A (en) | Adaptive wind power generation system | |
CN202832976U (en) | Eccentric variable pitch wind driven generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161120 |