Ветростанция в.г.елескина

 

Использование: ветростанция относится к ветроэнергетике и является источником получения энергия за счет ветрового потока. Целью изобретения является повышение КПД и мощности ветростанции. Сущность изобретения: ветростанция состоит из поддерживающих опор 1, установленных на местности с определенным шагом по замкнутому контуру. Вне контура расположены натяжные опоры, а внутри контура синхронизирующие опоры, имеющие синхронизирующие механические передачи. Поддерживающие опоры содержат верхний и нижний кронштейны 8, на концах которых в вилках 9 закреплены звездочки 2. Зубья звездочек со стороны, удаленной от опор, поддерживают несущие цепи 3, на которых закреплены с определенным шагом поворотные лопасти, выполненные в виде балансирных пуансонов. Каждая поддерживающая опора снабжена механизмом разворота 13 лопасти, расположенного у основания вилки на верхнем кронштейне, и механизмом отключения ветростанции, расположенным на вилке верхнего кронштейна . На верхнем валу 26 поворотной лопасти установлен механизм изменения угла атаки 28, а нижним валом 25 лопасть закреплена на нижней цепи. К нижней цепи подвешена магнитная система 5 линейного электрогенератора , а под магнитной системой по замкнутому контуру расположен линейный статор 7. 7 ил. (Л Ч с 9i N СП рс/гЗ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (54)5 F 03 0 5/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4711786/06 (22) 14.04.89 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (75) В,Г.Елескин (56) Авторское свидетельство СССР . М 1483081, кл. F 03 D 3/02, 1989..

Заявка Франции

N- 2539460, кл. F 03 D 5/02, 1984. (54) ВЕТРОСТАНЦИЯ В.Г.ЕЛЕСКИНА (57) Использование: ветростанция относится к ветроэнергетике и является источником получения энергия за счет ветрового потока.

Целью изобретения является повышение . КПД и мощности ветростанции. Сущность изобретения: ветростанция состоит из поддерживающих опор 1, установленных на ме.стности с определенным шагом йо замкнутому контуру. Вне контура расположены натяжные опоры, а внутри контура синхронизирующие опоры, имеющие синхронизирующие механические передачи;

„„ЯЛ„„1781451 А1

Поддерживающие опоры содержат верхний и нижний кронштеййы 8;.на концах которых в вилках 9 закреплены звездбчки 2; Зубья звездочек со стороны, удаленной от опор, поддерживают несущие цейи 3, на кото- рых закреплены с определенйМм шагом поворотнйе лопасти, выполненные в виде балансирных пуансонов. Каждая поддерживающая опора снабжена механизмом раз-; ворота 13 лопасти, расположенного у осйования вилки йа верхнем кронштейне, и механизмом отключения ветростанции, расположенным на вилке верхнего кронштейна. Йа верхнем валу 26 поворотной лопасти установлен механизм изменения угла атаки

28, а нижним валом 25 лопасть закреплена на нижней цепи. К нижней цепи подвешена магнитная система 5 линейного электрогенератора, а под магйитной системой по замкнутому контуру расположен линейный статор 7. 7 ил.

1781451

25

35

50

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветростанции, состоящей из нескольких ветродвигателей с поворотными лопастями, установленными на вертикальных опорах, Известен ветродвигатель с поворотными лопастями, установленными. на кронштейнах вертикального вала и размещенными между верхним и нижним ободами рабочего колеса ветродвигателя. В 10 верхней части вала имеется флюгер аэродинамического йрофиля, связанный с одной из лопастей, а в нижней части — электрогенератор, Лопасти выполнены в виде балэнси рн ых парусов и связаны между собой цепной передачей. Под действием ветра флюгер разворачивает лопасти, которые приводят во вращение ветродвигэтель. Полоборота лопасти вокруг своей оси обеспечивает полный оборот рабочего колеса ветродвигателя. Для защиты ветродвИгателя от разрушающих ветров имеется узел разгрузки, разворачивающий лопасть в положение, уменьшающее угол атаки, а .следовательно; уменьшающее ветровую нагрузку на лопасти.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ветродвигатель с катящимися лопастями, которые с двух сторон посредством Y-образных профилей закреплены в осях, На концах осей имеются колесики, которые катятся по зам кнутым профилям, Внутренние оси лопастей соединены с двумя бесконечными цепями, проходящими по зубчатым колесам, которые закреплены на осйовной осй, приводящей барабан. Последний обеспечивает поворот лопасти в выходной части непосредственно перед входом ветрового потока.

Недостатком ветродвигателей является небольшая мощность, ограничивающая область применения.

Цель изобретения — повышение КПД и мощности ветростанции

На фиг.1 схематично изображена ветростанция, общий вид (вэриант размещения на местности); на фиг,2 — ветростанция, фрагмент размещения на местности в увеличенном масштабе; на фиг.3 — вид сбоку на мачту и лопасть с линейным электрогенератором; на фиг.4 — то же, но с электрогенератором общего применения; на фиг.5— ветрастанция, схематичный разрез механизма изменения угла атаки; на фиг.б — ветростанция, вид сверху на синхронизирующую мачту и лопасть; на фиг.7 — кинематическая схема механизма разворота лопастей, Ветростайция состоит из поддерживающих опор 1, установленных на местности с определенным шагом внутри замкнутого контура (фиг.1 и 2). Вне контура в его впадинах установлены натяжные опоры "а" и "б", а внутри контура периодически размещены синхронизирующие опоры "в" и "г". Каждая опора содержит две звездочки 2, зубья которых со стороны, удаленной от опоры, поддерживают несущие цепи 3, на которых закреплены с определенным шагом поворотные лопасти 4, выполненные в виде балансирных парусов. К нижней цепи 3 подвешена магнитная система 5 линейного электрогенератора, выполненная из материалов, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью, а под магнитной системой 5 на фундаменте 6 установлен линейный статор 7, расположенный по замкнутому контуру.

Поддерживающая опора 1 содержит верхний и нижний кронштейны 8, концы которых образуют вилки 9, в которых закреплены звездочки 2. Верхний кронштейн дополнительно крепится к голове опоры 1 раскосом 10, к земной поверхности — вантами 11 через имеющиеся кронштейны 12. У основания вилки 9 расположен механизм разворота лопастей 13, а на вилке — механизм отключения с электромагнитным при- водом 14 с отклоняющим упором 15.

Натяжение опоры "а" и "б".указанных механизмов не имеют. Синхронизирующие опоры "в" и "г" дополнительно содержат механическую передачу 16, например, цепную, соединяющую верхнюю и нижнюю звездочки 2. Нижний кронштейн 8 содержит дополнительное крепление в виде подпорки

17 или подкоса 18. Нижняя звездочка 2 может иметь удлиненный вал 19, соединенный с зубчатой передачей 20 с электрогенератором 21 общего применения.

Поворотная лопасть 4, выполненная в виде балансирного паруса, содержит верхнюю и нижнюю концевые шайбы 22, соединенные двумя стержнями 23, на которых натянута парусина 24. Нижний вал 25 ëîïaсти 4 через подшипник закреплен на цепи

3, а верхний вал 26, кроме того, содержит два оппозитно установленных ролика 27 и насаженный на конец вала 26 механизм изменения угла атаки 28. Последний содержит основание 29 в виде трубы, на которое с натягом посажена втулка 30 и совместно насэжены на вал 26 и закреплены на нем стопорным болтом 31. Выше втулки 30 на основании 29 насажены три подшипника

32, разделенные распорными кольцами 33.

Нижний подшипник несет цепную звездочку 34, на которой закреплен цилиндрический клин 35, находящий в контакте с другим клином 36, с имеющимися на внут1781451 реннейповерхностишлицами37,вкоторые себе головку 67, имеющую на внутренней входят подпружиненные сухарики 38, со- стенке шлицы 68 и насаженную на основадержащиеся во втулке 30. Кроме того, клин ние 29 через подшипник 89, отделенный от

36 прижат к клину 35 пружиной 39 через подшипника 32 распорной втулкой 70, занаправляющее кольцо 40. внутренняя ок- 5 крепленной на основании стопорным болтом ружность которого имеет выступы, входя- 71 и содержащей подпружиненную защелку щие в шлицы 41 втулки 30. Другой конец 72, проходящую через окно вовнутрь полопружины 39 опирается на фланец втулки 30, сти основания 29 и имеющуЮ возможность ниже которого располагается ограничитель- . входить в шлицы.68. Во внутренней полости ное кольцо 42, содержащее ограничители 10 основания 29 нэ шпильке 47 соосно основэнию покоится пружина 73, на которой стоит шток 74, верхний конец которого образует

43, выполненные в виде шпилек и закрепленных перпендикулярно плоскостй кольца на его диаметральной линии, и проходящих через отверстие во фланце втулки 30 в проклин, контактирующий с защелкой 72. В верхней части головки 67 запрессован держател ь фл югера 75. странство между пружиной 39 и втулкой 30

Механизм разворота лопасти 13 состоНиже кольца 42 располагается управляемая муфта 4, отделенная от кольца 42 пружина- ит из основания 76. насаженного на ось 77, ми45исодержащаястержни46,направлен- закрепленную на кронштейне 8, содержащей опоры вращения роликов 78; между коные вдоль оси муфты и закрепленные в ней одним концом на диаметральной линии, а 20 торыми находится в контакте брус 79 имеющий нэ одном конце ограничитель 80, способный входить в контакт с роликом 27, другой конец пропущен через отверстие в кольце 42 фланца втулки 30, направляющего кольцо 40 и сухарик 38. При атом конец стержня 46 и отверстие в сухарике 38 обраа другим концом брус входит во вращательную пару 81 с шатуном 82, который входит зуют контактирующие между собой клинья. 25 во вращательную пару 83 с рычагом 84, заНижняя часть муфты 44 содержит шпильку крепленным на основании 76, которое стя47, проходящую по диаметру насквозь че- "нуто пружиной 85 с брусом 79. Соосно оси

77 установлен вал 86 флюгера 87, на котором на шлицах сидит кулачок 88, который рез муфту, втулку 30 и отверстие 29, причем у последних для этой цели выполнено окно, 30 контактирует снизу с роликом 89, насаженвытянутое в продольном направлении. Вал ным на конец двуплечего рычага 90, имеющего ось враЩения 91 и насаженный на

26 содержит подшипниковый узел 48, корпус которого закреплен на несущей цепи 3 и здесь же крепится кронштейн 49, содержащий валик 50 с насаженным на нем дву другой конец ролйк 92, контактирующий с кулачком 93, закрепленным на цилиндре 94, 35

40 тель 102, находящийся на конце двуплечего ось 55 с насаженным на нее двуплечим рычага 103, имеющего ось вращения 104, а рычагом, у которого одно плечо 56 входит в зацепление с фиксатором 53, а другое плечо 57 — с ограничителем-кольцом 42, Кронштейн 49 содержит пояс 58, который на другом конце рычага насажен ролик 105, контактирующий с кулачком 88, Цилиндр

94 содержит крыло 106 и кронштейн 107. посредством болта 59 крепит деталь 60, со- 50 поддерживающий конец пружины 108, из держащую подшипник 61 с запрессованным валом 62, нэ концах которого на шпанках 63 насажены нижняя звездочка 64, связанная цепью с звездочкой 34, и веркоторой другой конец закреплен на основании 76.

Ветростанция действует следующим образом

55 Предварительно включаются сверхпроводящие обмотки магнитных систем 5, в ко-. торых образуется магнитное поле, создавая нэд статором 7 магнитную подушку, разгружая тем самым опоры.1 и несущие цени 3 от плечим рычагом 51, одно плечо которого выполнено в виде втулки, зацепленной с муфтой 44, а другое плечо содержит ролик

52, имеющий возможность входить в контакт с отклоняющим упором 15 механизма отключения 14.

Кроме того. рычаг 51 содержит подпружиненный фиксатор 53, входящий в вырезы сегмента 54, закрепленного на кронштейне

49, на котором выше сегмента закреплена хняя звездочка 65. связанная цепью с звездочкой 66, насаженной на верхний подшипник 32.

При атом звездочки 34; 64, 65 и 66 подобраны так, что общее передаточное отношение составляет 2:1. Звездочка 66 несет на способном вращаться на валу 95, который, в свою очередь; может вращаться в опорах

96 и содержит на конце балансирную лопасть 97, а в районе кулачка 93 кронштейн

98, закрепленный перпендикулярно валу 95 и проходящий между выступами 99, имеющимися на кулачке 93, и прижат пружиной

100 к одному из выступов 99. Кронштейн 98 на верхнем конце содержит подпружиненную защелку 101, упирающуюся в ограничи1781451 силы тяжести магнитных систем 5 и лопастей 4.

Когда подует ветер, то от него флюгер

75 устайавливается по ветру, действуя на механизм изменения угла атаки 28, который устанавливает лопасть 4 в найвйгоднейший угол атаки к ветру ййа ней создается усилие, приклады ваемое к несущей цепи 3 и направлеййое вдоль цепи. Такое положение возникает на всех лопастях ветростанции; и даже в том случае, когда направление ветра на отдельных участках контура одйовременно может быть разным (вплоть до и ротивоположного). Возникающее .усилие на несущей цепи 3 приводит ее в движение rio контуру и увлекает за собой подвешенные к цепи

"магнитные сйстемы 5 линейного электроге-. нератора, которые своим магнитным полем пересекают витки обмотки статора 7 и наводят в них ЭДС, а подключив токоприемник, последний. получит электроэнергию;

Флюгер 75 устанавливает наивыгодней ший угол атаки лопасти 4 через следующие детали механизма изменения угла атаки: 67, 66,65, 62,64,34,35,38,30и 26.Для выхода из работы ветростанции подается- импульс электрического тока на электромагййтный привод отключающего устройства 14, который поворачивает свои отклойяющие упоры

15 таким образом, что контактирующий с ними ролик 52 на двуплечем рычаге 51 поворачивает его на валике 50 в другое положение, захрепляемое фиксатором 53, а вилка рычага 51 поднймает муфту 44, кото"рая прерывает кинематическую связь noriaсти 4 с механизмом изменения угла атаки "посредством стержней 46, воздействующих на йодпружиненные сухарики 38, кото рые выходят.из зацепления с клином 36.

Освободившаяся лопасть 4, благодаря незначительной асимметрии усилий от действующегб ветра, обусловленных наличием выпуклостей на профиле паруса, поворачивается, занимая флюгерное положение, и перестает двигать несущие цепи 3. Одно-. . временйо с этим муфта 44 образует жесткую кинематическую связь флюгера 75 с лопастью 4 в момент совпадения их плоскостей посредством шпильки 47, пружины 73, што. ка 74, который своим верхним концом вводит.в зацепление с головкой 67 защелку 72, образуя жесткую кинематическую связь: 75, 67, 72, 29, 30 и 26. = Для последующего ввода в работу вет-. ростан ции подается импульс электрического тока на привод отключающего устройства

14, который переводит отклоняющий упор

15 в рабочее положение. Если требуется продвинуть несущие цепи 3, то это можно осуществить, например, разгонным двигателем (не показан), вал которого соединен с валом механической передачи 16, установленной на синхронизирующих мачтах. При этом механизмы изменения углов. атаки 28 после контакта с отклоняющим упором 15 отключающего устройства 14 связываются с валом 26 лопасти 4, которая одновременно теряет прямую связь С флюгером 75 посредством опускающейся муфты 44 от рычага 51.

В случае возникновения сильных ветров ло10 пасти 4, благодаря незначительной асим метрии уСилий на площади паруса 24, поворачиваются в сторону уменьшения угла атаки, преодолевая при этом сопротивле15 ние клиньев 35 и 36 и пружины 39, При снижении силы ветра пружина и клинья возвращают лопасть 4 в прежнее положение.

При предельных уСилиях на лопасти от действия ветра, она поворачивается на еще

20 больший угбл, при котором клин 36, сжимая пружину 39, опускается настолько, что направляющим кольцом 4 нажимает на ограничители 43, которые опускают ограничительное кольцо 42, сжимая пружину 45.

При эгом зацепленное с кольцом 42 плечо рычага 57 поворачивает его на оси 55 по часовой стрелке, а другое плечо 56 нажимает на фиксатор 53, освобождая рычаг 51, правое плечо которого под действием соб-, плечо-вилка поднимает муфту 44, переводя во флюгерное положение лопасть 4; которая, двигаясь мимо мачты. своим механиз-. мом изменения угла атаки 28 вновь

35 переводится в рабочее положение после контакта с отклоняющим устройством 14.

Под действием сильного устойчивого ветра наиболее нагруженные лопасти 4 при своем движений снижают свою нагрузку из40 менением угла атаки, .благодаря клиньям

35, 36-и пружине 39, а после пересечения диаметральной плоскости контура, перпендикуля рной направлению ветра, разворачиваются механизмом разворота 13, которым

45 обеспечена- каждая опора; находящаяся внутри контура ветростанции.

Механизм разворота (фиг.7) начинает работать при совпадении определенной величины силы ветра, контролируемой крылом

106, и определенного направления ветра, 50 контролируемого флюгером 87, у которого на валу 86 скользит на шлицах цилиндрический кулачок 88, который поднимается левым плечом рычага 90, в то время. как elo

55 правое плечо опускается от воздействия на его ролик 92 кулачком 93, приводимого во вращение крылом 106, которое одновремейно преодолевает натяжение пружины

108. Дальнейший поворот кулачка 93 ограничивается его выступом 99, упирающимся

30 ственного веса опускается внйз. а левое

1781451

9 в кронштейн 98, который ограничителем 102 удерживается посредством защелки 101, Если в это время направление ветра соответствует моменту разворота лопасти, флюгер 87 поворачивает цилиндрический 5 кулачок 88 своей вершиной под ролик 105, который поднимается еще выше, поворачивая на оси 104 двуплечий рычаг 103, у которого правое плечо с ограничителем 102 опускается, освобождая кронштейн 98 с за- 10 щелкой 101. Тогда крыло 106 отклоняется по ветру, поворачивая вал 95 с балансирной лопастью 97, которая начинает воспринимать действие ветра, а образовавшийся на ней вращающий момент поворачивает на 15 оси 77 основание 76, которое своим рычагом

84 через шатун 82 выдвигает катящийся по роликам 78 брус 79 с ограничителем 80 и у которого возникает контакт с роликом 27, закрепленным на валу 26 проходящей мимо 20 ограничителя 80 лопасти 4, и в результате этого происходит ее разворот, Ори ослаблении силы ветра или при смене его направления пружина 108 поворачивает в исходное положение крыло 106 25 и лопасть 97, а пружина 85 втягивает брус

79 с ограничителем 80 и возвращает в исходное положение основание 76.

Формула изобретения

Ветростанция, содержащая вертикальные опорйс механизмами разворота и звездочками, охватывающие их верхние и нижние цепи, установленные на последних, выполненные в виде парусов лопастй с"механизмами изменения углов атаки, и электрогенератор, отличающаяся тем, что, с целью повышения мощности, ветростанция снабжена дополнительными ойорами со звездочками, опоры снабжены верхними и нижними кронштейнами, звездочки установлены на последних, одна часть опор снабжена устройствами натяжения цепей, а другая — синхронизирующими механическими передачами, связанными с цепями, электрогенератор выполнен в виде роторной магнитной высокотемпературной сверхпроводящей системы, связанной с нижней цепью, и линейного статора, расположенного по замкнутому контуру под системой, каждый из механизмов изменения углов атаки — в виде флюгера, кинематически связанного с соответствующим парусом.

1781451

7Р

Р7

И Кб

1781451

1781451

Составитель В, Елескин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 4263 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5