Способ преобразования кинетической энергии скоростного напора ветра и ветроустановка

 

Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: способ преобразования кинетической энергии скоростного напора ветра, действующего на привязной летающий аппарат, который совершает возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости на леерах уздечки, присоединенных к шатунному кольцу кривошипа. Ветроустановка содержит привязной летающий аппарат, рейтерную опору 9, червячный вал 10, рейтерный рычаг 20, кривошип 3. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение используется для преобразования кинетической энергии скоростного напора ветра, действующего на привязной летающий аппарат (ПЛА), в механическую работу, с передачей на землю механической мощности с целью исключения капитальных затрат на сооружение устойчивой к ветровым нагрузкам высокой башни, фундамента, улучшения показателей окупаемости установки.

В первую половину поворота кривошипа (дуга c-d-a, фиг. 4) вокруг своей оси, за счет сил инерции, при укороченном размере уздечки ПЛА l_{узд 1} (фиг. 4), с меньшим углом атаки (фиг. 4) набегания потока ветра на ПЛА, что соответствует режиму подготовки (парения), действующая сила лобового сопротивления создает тяговое усилие в леерах (тросах) 1 и 2 (фиг. 1 и 2). Это усилие уравновешивается силой реакции на шатунном пальце кривошипа (точка "П", фиг. 4). В результате совершаемого вращательного движения кривошипа 3 (фиг. 2 и 4) ПЛА перемещается леерами навстречу потока ветра W (фиг. 4) до завершения этой половины поворота оборота кривошипа, при этом кулачковый механизм, организованный кулачковой парой 4 и 5 (фиг. 2 и 3) (профилированный кулачок которой установлен на валу кривошипа), в конце завершения этой половины оборота (дуга c-d-a, фиг. 4) воздействует через ведомый кулачок 5 (фиг. 2) на меньшее плечо рейтерного рычага 20 (фиг. 2 и 3), что вызывает через трос 16 (фиг. 2) угловое перемещение качалки 15 (фиг. 2) с установленным на ней катком 8 (фиг. 2) управляющим размером уздечки ПЛА, вследствие чего ПЛА переводится в режим с большей длиной уздечки l_{узд 2} (фиг. 4), что соответствует режиму рабочего хода по дуге a-b-c (фиг. 4), а тяговые усилия лееров 1 и 2 (фиг. 1 и 2), приложенные к шатунному пальцу кривошипа (точка "П", фиг. 4), на радиусе установки шатунного пальца создают крутящий момент на валу кривошипа (ось вала O-O, фиг. 2 и 3) большего значения, чем в первой половине оборота вала кривошипа. При дальнейшем повороте вала, в конце второй половины оборота кривошипа кулачковый механизм вновь через рейтерную рычажную систему перемещает каток 8 (фиг. 2), управляющий длиной уздечки, в противоположное положение восстанавливает исходную длину уздечки l_{узд 1} (фиг. 1 и 4). Совокупность и последовательность действий используемых средств за один полный оборот кривошипа создают отличающиеся по величине крутящие моменты, разница которых составляет полезную работу (мощность) на валу кривошипа (ось вала O-O, фиг. 2 и 3).

Описание устройства ветроустановки по п. 1 для задания разницы длины уздечки ПЛА в режиме парения и режиме рабочего хода с целью регулирования мощности.

Переключение ПЛА с режима I на режим II (фиг. 1) задается положением профилированного кулачка 4 (фиг. 2), профиль которого соответствует этим режимам. Опора ведомого кулачка 5 (фиг. 2 и 3), выполненная заодно с плунжером насоса 22 (фиг. 3) в зависимости от угла поворота ведущего, совершает линейное возвратно-поступательное движение вдоль оси плунжера насоса 22 (фиг. 3) и приводит через рычажно-тросовую систему 16, 15, 2 (фиг. 2), 20 (фиг. 3) к изменению размера уздечки Уз 1 на размер Уз 2 (фиг. 1), что и определяет воздействующую силу ветра на ПЛА за счет аэродинамического сопротивления ПЛА и, следовательно, мощность ветроустановки. Линейное положение опоры рейтерного рычага 9 (фиг. 2 и 3) по длине червячного вала привода 11 (фиг. 2; 3) задает отношение плеч рейтерного рычага B1:B2 (фиг. 2) и задает разницу углов атаки ПЛА α₂-α₁ для отличающихся крутящих моментов на валу кривошипа на режимах I и II. Разница этих моментов формирует на текущих оборотах вала кривошипа выходную мощность ветроустановки. Изменение соотношения плеч B1:B2 в зависимости от скорости потока ветра W (фиг. 1) приводит к изменению выходной мощности установки.

Описание устройства ветроустановки по п. 1 для задания внешней длины леера уздечки с целью компенсации вытяжки лееров в процессе работы ветроустановки.

Леера (тросы) 1 и 2 (фиг. 1 и 2) в процессе эксплуатации, из-за разных уровней тяговых усилий, вытягиваются от размера начальных длин неодинаково и, как следствие, меняется разница длин уздечки Уз2 - Уз1 (фиг. 1) в рабочем режиме II и режиме парения I.

Устройство позволяет изменять начальную внешнюю длину леера уздечки 2 (фиг. 1 и 2) от катка 7 (фиг. 2) до противоположного узла заделки леера уздечки на ПЛА за счет сокращения (увеличения) межцентрового расстояния между катком 7 (фиг. 2) оттяжки уздечки и профильным кулачком 6. Опора катка оттяжки 7 шарнирно соединена с торцом червячного вала 10 механизма оттяжки, при поворотах червячного вала 10 по часовой стрелке (или против) изменяется межцентровое расстояние катков 7 и 6, чем и достигается изменение заданной внешней длины леера уздечки.

Подтверждение возможности осуществления изобретения.

В предлагаемом изобретении применены известные технические средства, позволяющие организовать последовательность действий над материальным объектом в необходимом объеме для объекта изобретения.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема ПЛА; на фиг. 2 - то же, наземная часть установки; на фиг. 3 - то же, общий вид; на фиг. 4 - пояснение принципа действия установки.

Источники информации.

1. Машиностроение. Энциклопедический справочник. Том 2. М.: 1948 г. Механизмы с высшими парами, с. 21; 32 - 40; Кинематическая схема механизма, с. 5.

2. Шефтер Я.Н. Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. - М.: Сельхозгиз, 1957, с. 98.

3. Авторское свидетельство СССР N 853148, кл. F 03 D 5/06.

Формула изобретения

1. Способ преобразования кинематической энергии скоростного напора ветра, действующего на привязной летающий аппарат с передачей механической мощности на землю, исключающий необходимость сооружения устойчивой к ветровым нагрузкам высотной башни, отличающийся тем, что кинематические связи кулачкового механизма, качалки катка, управляющего размером леера уздечки, аппарата, удерживаемого в режимах полета силовым леером и леером уздечки, изменяют в каждой половине оборота кривошипа внешнюю длину леера уздечки по сравнению с длиной силового леера, в силу чего изменяют длину уздечки аппарата, формируют суммарную разницу тяговых усилий лееров, формируют последовательно в каждой половине оборота кривошипа цикл парения и рабочий цикл, при этом концы лееров, присоединенные к шатунному пальцу кривошипа (к точке привязи), создают на валу кривошипа крутящие моменты с меньшим значением в цикле парения при движении аппарата навстречу потоку ветра под действием сил инерции вращающихся масс (сочлененных с валом кривошипа) посредством лееров при меньшем лобовом сопротивлении аппарата, чем в рабочем цикле, который совершается во второй половине поворота вала кривошипа при большем лобовом сопротивлении аппарата из-за большего размера уздечки, при этом крутящие моменты, действующие на валу кривошипа, в каждую половину оборота вала разные по уровню значения и направлению вращения и эта разница крутящих моментов и частота вращения вала (обороты) формируют полезную механическую мощность на валу кривошипа, используемую на Земле.

2. Ветроустановка с изменяющейся длиной уздечки привязного летающего аппарата в режимах парения и рабочего хода, позволяющей регулирование мощности по скорости ветра, отличающаяся тем, что линейное положение рейторной опоры по длине червячного вала рейтерного привода определяет отношение плеч рейтерного рычага, задает разницу углов атаки привязному летающему аппарату для отличающихся крутящих моментов на валу кривошипа обоих режимов, при этом разница этих моментов формирует на текущих оборотах вала кривошипа выходную мощность ветроустановки в зависимости от отношения плеч рейтерного рычага и скорости потока ветра, чем достигается цель регулирования.

3. Ветроустановка по п. 2 для задания внешней длины леера уздечки, обеспечивающая компенсацию вытяжки лееров в процессе работы ветроустановки, отличающаяся тем, что опора катка оттяжки шарнирно соединена с торцом червячного вала механизма оттяжки и при поворотах червячного вала по часовой стрелке (или против) изменяется межцентровое расстояние катка оттяжки уздечки и предшествующего катка леера уздечки, чем достигается изменение внешней длины леера уздечки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4