Устройство ветрогенератора и конструкция лопасти ветрогенератора

Авторы патента:

ВАН Цзинфу (CN)

F03D3/02 - с несколькими роторами

Владельцы патента RU 2529966:

ШАНЬДУН ЧЖУНТАЙ НЬЮ ЭНЕРДЖИ ГРУП КО., ЛТД (CN)

Конструкция лопасти включает в себя каркас ветряной лопасти, валы ветряной лопасти, предусмотренные в каркасе ветряной лопасти, подвижные лопасти и стопоры лопастей. Стопоры лопастей являются выступающими элементами на каркасе лопасти или валу лопасти для блокирования подвижных лопастей, чтобы подвижные лопасти не могли вращаться, когда подвижные лопасти вращаются в положении, где они перекрываются с каркасом ветряной лопасти. Площади двух участков подвижной лопасти с обеих сторон вала ветряной лопасти не равны между собой. Также раскрыто устройство выработки энергии ветра, содержащее, по меньшей мере, один механизм ветряного колеса, который вращается вокруг вращающегося вала. Механизм ветряного колеса включает в себя, по меньшей мере, одну конструкцию лопасти. Устройство ветрогенератора и конструкция лопасти могут выдерживать нагрузку от воздействия сильного ветра без повреждения. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к технологии выработки энергии из энергии ветра и, в частности к ветрогенератору и конструкции лопасти ветрогенератора.

Уровень техники

Все в большей мере увеличивающийся дефицит на источники энергии приводит к разработке и использованию источников энергии, доступных на протяжении длительного времени. Энергия ветра, которую можно вырабатывать в больших объемах, не образует загрязнений и имеет высокий потенциал, тем самым повсеместно привлекая широкое внимание, и многие страны инвестируют крупные средства в исследование и разработку способов использования энергии ветра.

В настоящее время устройства для выработки энергии в основном включают в себя два типа таких устройств: устройство выработки энергии с горизонтальной осью и устройство выработки энергии с вертикальной осью. Устройство выработки энергии с горизонтальной осью имеет широкое применение, поскольку оно может вырабатывать энергию из верхних слоев атмосферы, имеет высокую эффективность преобразования энергии ветра и другие преимущества. Однако лопасти устройства выработки энергии с горизонтальной осью являются относительно длинными и требуют большого пространства для перемещения, должны изготавливаться из высокопрочных материалов и легко повреждаются от воздействия ветра. Существующее устройство выработки энергии с вертикальной осью может эффективно использовать ветер из нижних слоев атмосферы, не имеет никаких систем отклонения от траектории и попутных систем выработки энергии и может воспринимать ветровые нагрузки в любом направлении. Однако устройство выработки энергии этого типа должно не только выдерживать нагрузки против ветра и по ветру, но также должно функционировать в условиях изменения направлений ветра и величины ветровых нагрузок, что легко может привести к повреждению механизма ветряного колеса устройства выработки энергии с вертикальной осью, при этом устройство выработки энергии с вертикальной осью имеет относительно короткий срок службы.

Раскрытие изобретения

Для устранения, по меньшей мере, части недостатков конструкции существующего устройства выработки энергии варианты выполнения настоящего изобретения предлагают устройство выработки энергии, имеющее механизм ветряного колеса, который в меньшей степени подвержен повреждениям в результате воздействия относительно высоких ветровых нагрузок и является более прочным.

С другой стороны, варианты выполнения настоящего изобретения также предлагают конструкцию лопасти ветрогенератора, которая может использоваться в устройстве выработки энергии и может выдерживать воздействие сильного ветра без повреждения.

Техническое решение, используемое в настоящем изобретении для решения технической проблемы, заключается в следующем.

Устройство ветрогенератора, предлагаемое по настоящему изобретению, включает в себя, по меньшей мере, один механизм ветряного колеса, который вращается вокруг вращающегося вала устройства ветрогенератора под действием ветровой нагрузки: механизм ветряного колеса содержит, по меньшей мере, одну конструкцию лопасти ветрогенератора;

конструкция лопасти содержит каркас лопасти, валы лопасти, подвижную лопасть и, по меньшей мере, один стопор лопасти;

валы лопасти расположены на каркасе лопасти;

стопор лопасти расположен на каркасе лопасти или на валах лопасти и предназначен для блокирования подвижных лопастей, чтобы они не могли вращаться, когда подвижные лопасти вращаются вокруг валов лопасти в положении, где они перекрываются с каркасом лопасти;

площади двух участков подвижной лопасти с обеих сторон вала лопасти не равны между собой.

Лопасть ветрогенератора, предлагаемая по настоящему изобретению, включает в себя каркас лопасти, валы лопасти, подвижные лопасти, механизм управления открытием лопасти и, по меньшей мере, один стопор лопасти;

валы лопасти расположены на каркасе лопасти;

стопор лопасти расположен на каркасе лопасти или валах лопасти и предназначен для блокирования подвижных лопастей, чтобы они не могли вращаться, когда подвижные лопасти вращаются вокруг валов лопасти в положение, где они перекрываются с каркасом лопасти;

площади двух участков подвижной лопасти с обеих сторон вала лопасти не равны между собой.

Из вышеописанного технического решения видно, что механизм ветряного колеса ветрогенератора, предлагаемого по настоящему изобретению, может выдерживать нагрузки от воздействия сильного ветра без повреждения.

Конструкция лопасти ветрогенератора, предлагаемая по настоящему изобретению, может выдерживать нагрузки от воздействия сильного ветра без повреждения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематичный вид подвижной лопасти по варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.2 - схематичное сечение лопасти по линии В-В из Фиг.1 по варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.3 - схематичное сечение лопасти по линии В-В из Фиг.1 по другому варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.4 - схематичный вид ветрогенератора по варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.5 - схематичный разрез по линии А-А из Фиг.4;

Фиг.6 - схематичный вид конструкции дугообразного каркаса по варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.7 - схематичный вид сверху на конструкцию из Фиг.6.

Осуществление изобретения

Для того чтобы задачи, техническое решение и преимущества вариантов выполнения настоящего изобретения стали более понятными, варианты выполнения настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на приложенные чертежи.

Принимая во внимание проблему с существующими устройствами выработки энергии, состоящую в том, что механизм ветряного колеса может быть легко поврежден, настоящее изобретение совершенствует механизм ветряного колеса посредством включения в состав механизма ветряного колеса конструкции лопасти, которая имеет высокое сопротивление воздействию ветра при движении по ветру и имеет низкое сопротивление воздействию ветра при движении против ветра, что позволяет механизму ветряного колеса полностью использовать энергию ветра, повышает эффективность выработки энергии и уменьшает вероятность повреждения механизма ветряного колеса при сильном ветре.

Конструкция лопасти по варианту выполнения настоящего изобретения может включать в себя каркас лопасти, вал лопасти, подвижную лопасть и, по меньшей мере, один стопор лопасти;

вал лопасти предусмотрен в каркасе лопасти;

стопор лопасти предусмотрен на каркасе лопасти или валу лопасти для блокирования подвижной лопасти, чтобы подвижная лопасть не могла продолжать вращение, когда подвижная лопасть вращается вокруг вала лопасти в положение, где подвижная лопасть перекрывается с каркасом подвижной лопасти. Площади двух участков подвижной лопасти с обеих сторон вала лопасти не равны между собой.

Стопор лопасти может быть выполнен различными способами, например он может представлять собой один или несколько выступающих элементов на каркасе лопасти, продолжающихся внутрь каркаса лопасти; или, если форма каркаса ветряной лопасти не является точно такой же, как форма контура подвижной лопасти (например, каркас лопасти может иметь вогнутый угол), функция стопора лопасти может выполняться с помощью участка каркаса лопасти; и этот участок в данном применении также носит название стопор лопасти. Настоящее изобретение не ограничивает специальные формы внедрения стопора лопасти и не имеет никаких требований в отношении формы, размера, материала и местоположения до тех пор, пока может быть реализована функция стопора лопасти.

На Фиг.1 схематично показана конструкция лопасти по варианту выполнения настоящего изобретения. На Фиг.2 схематично показано сечение лопасти по линии В-В из Фиг.1 по варианту выполнения настоящего изобретения. Как показано на Фиг.1 и 2, площади двух участков подвижной лопасти 4 с двух сторон вала 24 ветряной лопасти не равны между собой, поэтому два этих участка создают разное сопротивление воздействию ветра, когда к подвижной лопасти прикладывается ветровая нагрузка, и различие в сопротивлении воздействию ветра вынуждает подвижную лопасть вращаться вокруг вала лопасти, при этом вал лопасти служит в качестве оси. Как показано на Фиг.1, значения ширины участков подвижной лопасти с двух сторон вала ветряной лопасти различаются между собой, т.е. а>b. Помимо лопасти прямоугольной формы, показанной на фигуре, лопасть также может иметь другие формы. Площадь подвижной лопасти, в общем, меньше или равна площади каркаса лопасти.

Стопор лопасти предназначен для блокирования подвижной лопасти, когда каркас лопасти движется по ветру, чтобы подвижная лопасть не могла продолжать вращение под действием ветра, что привело бы к уменьшению площади упорной поверхности, и чтобы подвижная лопасть оставалась на одной линии с каркасом лопасти, и подвижная лопасть воспринимала движущую силу ветра на максимальной площади, обеспечивая тем самым полное использование энергии ветра.

На Фиг.3 схематично показано сечение лопасти по линии В-В из Фиг.1 по другому варианту выполнения настоящего изобретения. Конструкция лопасти, показанная на Фиг.3, также может включать в себя механизм 25 регулирования открытия лопасти. Механизм 25 регулирования открытия лопасти расположен на каркасе лопасти или на валу лопасти и может представлять собой один или несколько выступающих элементов на каркасе лопасти или на валу ветряной лопасти и используется для блокирования подвижной лопасти, чтобы подвижная лопасть не могла продолжать вращение, когда она вращается из положения, где подвижная лопасть перекрывается с каркасом лопасти, в положение, где угол между подвижной лопастью и каркасом лопасти достигает заданного значения. Механизм 25 регулирования открытия лопасти предназначен для блокирования подвижной лопасти, когда каркас лопасти движется против ветра, так чтобы участок с большей площадью с одной стороны подвижной лопасти не вращался в другую сторону под действием ветровой нагрузки. Если участок с большей площадью вращается в другую сторону, этому участку будет сложно вернуться в исходное положение, когда каркас лопасти продолжает двигаться по ветру. Таким образом, может потребоваться ограничение диапазона вращения подвижной лопасти в пределах некоторого угла, который, в общем, меньше или равен 90 градусам.

Вал лопасти может быть выполнен различными способами, например, он может быть выполнен как вращающийся вал и осевая втулка. Предпочтительно, для уменьшения массы конструкции лопасти вал лопасти может включать в себя верхний вал, нижний вал и осевую втулку. Как показано на Фиг.1, верхний вал и нижний вал соответственно вставлены в осевые втулки 24 на верхнем конце и нижнем конце подвижной лопасти 4.

Для дополнительного увеличения площади конструкции лопасти, воспринимающей ветровую нагрузку при вращении по ветру, и одновременного уменьшения сопротивления конструкции лопасти при вращении против ветра сечение каркаса лопасти предпочтительно является дугообразным. Как показано на Фиг.2, сечение подвижной лопасти 4 предпочтительно является ложкообразным.

Поскольку площади двух участков подвижной лопасти с двух сторон вала лопасти не равны между собой, вал лопасти также может быть расположен на удалении от центральной линии каркаса лопасти. Предпочтительно вал лопасти может быть расположен в каркасе лопасти рядом с вращающимся валом устройства ветрогенератора, и площадь подвижной лопасти, в общем, меньше или равна площади каркаса лопасти.

По другому варианту выполнения настоящего изобретения для дополнительного повышения долговечности конструкции лопасти ветрогенератора, защиты конструкции лопасти от повреждения в результате воздействия сильного ветра и обеспечения вращения ветряного колеса при относительно постоянной частоте вращения в подвижной лопасти может быть предусмотрено, по меньшей мере, одно ветровое окно. Ветровое окно может включать в себя отверстие в подвижной лопасти и крышку для закрывания отверстия. Верхняя часть крышки крепится в подвижной лопасти над отверстием. Если ветровая нагрузка меньше заданного значения, нижняя часть крышки свешивается под действием силы тяжести и закрывает отверстие; если ветровая нагрузка достигает заданного значения, нижняя часть крышки поднимается под действием ветровой нагрузки, чтобы ветер мог проходить через отверстие. Крышка может быть рассчитана на заданное значение прочности при ветровой нагрузке, на которую рассчитано ветровое окно. Например, площадь крышки может быть аналогична площади отверстия, или на нижней части крышки может быть предусмотрен компонент для увеличения силы тяжести, например стальной стержень и т.п.; край крышки может иметь выступающую часть, чтобы крышка продолжала закрывать отверстие, когда ветровая нагрузка не достигает заданного значения прочности. Предпочтительно крышка может быть изготовлена из тканых материалов, чтобы крышка более легко поднималась и открывала отверстие для пропускания ветра, обеспечивая номинальную частоту вращения ветряного колеса и защищая ветряное колесо от повреждения.

Для дальнейшего уменьшения массы конструкции лопасти и повышения эффективности преобразования ветровой энергии как подвижная лопасть, так и вышеуказанная крышка могут быть изготовлены из нейлоновых или полимерных текстильных материалов. Каркас ветряной лопасти также может быть изготовлен из вязкой и легкой углеродистой стали. Таким образом, техническое обслуживание конструкции ветряной лопасти упрощается и становится более удобным, при этом увеличивается срок службы конструкции ветряной лопасти.

Вышеуказанная конструкция лопасти может использоваться в устройстве выработки энергии ветра. Устройство выработки энергии ветра может включать в себя, по меньшей мере, один механизм ветряного колеса, который вращается вокруг вращающегося вала устройства выработки энергии ветра, приводимого в движение ветром. Механизм ветряного колеса может включать в себя, по меньшей мере, одну конструкцию лопасти, описанную выше, т.е. вышеуказанный каркас лопасти, вал ветряной лопасти, подвижную лопасть и стопор лопасти. Предпочтительно механизм ветряного колеса также может включать в себя механизм регулирования открывания лопасти.

Устройство выработки энергии ветра имеет преимущества, состоящие в том, что поверхность, воспринимающая ветровую нагрузку, имеет высокий коэффициент использования энергии ветра, когда поверхность, движущаяся против ветра, имеет никое сопротивление.

Кроме того, может использоваться подвижная лопасть «ложкообразной» формы; вращающийся вал подвижной лопасти может быть установлен на удалении от продольной центральной линии; стопор лопасти и механизм регулирования открывания лопасти могут быть расположены в контактном положении между подвижной лопастью и каркасом. Когда механизм ветряного колеса поворачивается на 180 градусов из положения по ветру в положение против ветра, и подвижная лопасть поворачивается на некоторое количество градусов под действием ветровой нагрузки из положения, где подвижная лопасть перекрывается с дугообразным каркасом, механизм регулирования открывания лопасти останавливает вращение подвижной лопасти, что равносильно автоматическому открыванию отверстия для пропускания ветра и значительному уменьшению сопротивления, когда механизм ветряного колеса вращается из положения против ветра в положение по ветру. Когда каркас поворачивается в положение для восприятия ветровой нагрузки, подвижная лопасть автоматически возвращается в прежнее положение под воздействием ветровой нагрузки, что равносильно закрыванию отверстия для пропускания ветра, и воспринимает давление, прикладываемое к лопасти ветровой нагрузкой. Вышеуказанные действия повторяются, что обеспечивает эффективность работы механизма ветряного колеса.

Размеры и конструкция двух секций механизма ветряного колеса с двух сторон вращающегося вала устройства выработки энергии ветра являются симметричными относительно вращающегося вала, рассматриваемого как ось. Каждая секция может включать в себя, по меньшей мере, один ярус, и каждый ярус может включать в себя, по меньшей мере, одну конструкцию ветряной лопасти. Механизм ветряного колеса также может состоять полностью из конструкций лопасти, т.е. включать в себя, по меньшей мере, один ярус, при этом каждый ярус будет включать в себя, по меньшей мере, одну конструкцию ветряной лопасти, образуя многоярусную конструкцию.

В механизме ветряного колеса ширина конструкции лопасти рядом с вращающимся валом устройства выработки энергии ветра может быть меньше ширины конструкции лопасти вдали от вращающегося вала.

Для дополнительного уменьшения сопротивления части механизма ветряного колеса, движущегося против ветра, сечение механизма ветряного колеса может быть дугообразным.

Каркас механизма ветряного колеса может быть изготовлен из углеродистой стали, и подвижная лопасть может быть изготовлена из полимерного текстильного материала, чтобы ветряное колесо имело низкое сопротивление и небольшую массу, что может значительно снизить износ слабых элементов механизма ветряного колеса, обеспечить безопасную эксплуатацию в устойчивом режиме, облегчить техническое обслуживание механизма ветряного колеса и обеспечить длительный срок службы, при этом механизм ветряного колеса может устанавливаться и использоваться на берегах рек, в прибрежных зонах и в условиях высокогорья.

Помимо этого, вышеуказанное устройство для выработки энергии ветра также может включать в себя устройство регулирования выработки энергии и, по меньшей мере, один генератор. Каждый генератор соответствует заданной частоте вращения.

Устройство регулирования выработки энергии предназначено для определения частоты вращения вращающегося вала, регулирования нижнего конца вращающегося вала устройства выработки энергии ветра с целью его соединения с генератором, соответствующим заданной частоте вращения, с помощью шестерни, когда обнаруживается, что частота вращения превышает заданную частоту вращения, и для отсоединения нижнего конца вращающегося вала устройства выработки энергии ветра от генератора с помощью шестерни, когда обнаруживается, что частота вращения падает ниже заданной частоты вращения.

Устройство регулирования выработки энергии может включать в себя датчик частоты вращения, соединенный с шестерней, для определения частоты вращения шестерни; контроллер для приема данных по частоте вращения, определенной датчиком частоты вращения, и управления соединением или разъединением шестерни и, по меньшей мере, одного генератора, в зависимости от обнаруженной частоты вращения.

Вышеуказанное устройство выработки энергии ветра может, в общем, быть устройством выработки энергии ветра с вертикальной осью, вращающийся вал которого расположен перпендикулярно земле.

Варианты выполнения настоящего изобретения будут подробно описаны ниже со ссылкой на приложенные чертежи.

Устройство ветрогенератора с вертикальной осью по варианту выполнения настоящего изобретения может включать в себя опоры, прикрепленные к земле, и балки для скрепления опор. Передаточный вращающийся вал установлен вертикально между верхней балкой и нижней балкой по центру верхней балки и нижней балки с помощью верхней опоры с подшипником и нижней опоры с подшипником. Нижний конец вращающегося вала соединен с муфтой генератора через большую шестерню. По меньшей мере, один генератор соединен кабелем с камерой преобразования энергии. Многоярусный восприимчивый к ветровым нагрузкам механизм ветряного колеса с количеством ярусов от 1 до 40 расположен вокруг вращающегося вала. В каждом ярусе дугообразные каркасы в количестве от 1 до 5 расположены симметрично под равными углами относительно вращающегося вала, рассматриваемого как ось. Каждый дугообразный каркас включает в себя верхнюю поперечину, нижнюю поперечину и вертикальные опоры каркаса. Подвижные лопасти в количестве от 1 до 5 установлены в левой секции и правой секции каждого дугообразного каркаса с помощью соответствующих верхних валов, нижних валов и осевых втулок. Стопор лопасти и механизм регулирования открытия лопасти расположены в контактном положении между подвижной лопастью и дугообразным каркасом. Наружные торцевые края дугообразных каркасов соединены крепежными штангами. Муфта генератора соединена с устройством регулирования выработки энергии и управляет большой шестерней с целью ее последовательного соединения с генераторами с разными допустимыми мощностями и вращения генераторов. Сечение подвижной лопасти имеет «ложкообразную» форму. Площадь наружного участка подвижной лопасти по отношению к вращающемуся валу превышает площадь внутреннего участка подвижной лопасти по отношению к вращающемуся валу. Подвижная лопасть внутри дугообразного каркаса установлена на удалении от продольной центральной линии, и длина подвижной лопасти с одной стороны вала подвижной лопасти превышает длину подвижной лопасти с другой стороны вала подвижной лопасти. Вращающийся вал имеет расположенное на нем устройство ограничения частоты вращения при торможении.

В частности, устройство выработки энергии ветра с вертикальной осью по варианту выполнения настоящего изобретения показано на Фиг.3-6. Устройство выработки энергии ветра с вертикальной осью имеет высоту 60 м и диаметр 20 м и включает в себя 4 железобетонных опоры 16, прикрепленные к земле, и балки 17, которые скрепляют опоры 16. Передаточный вращающийся вал 2 диаметром 260 см и с толщиной стенки 12 мм установлен вертикально между верхней балкой 17 и нижней балкой 17 по центру верхней и нижней балок 17 с помощью верхней опоры 1 с подшипником и нижней опоры 14 с подшипником. Нижний конец вращающегося вала 2 соединен с тремя муфтами 7 генератора через большую шестерню 12, которая имеет диаметр 15 см, и общая допустимая мощность составляет 3210 кВт. Генератор 9 соединен кабелем 10 с камерой 11 преобразования энергии. Устройство 13 ограничения частоты вращения при торможении расположено на верхней части большой шестерни 12, которая расположена в нижней части вращающегося вала 2 и обеспечивает плавное движение механизма 15 ветряного колеса под действием высокой ветровой нагрузки.

Многоярусный механизм 15 ветряного колеса расположен вокруг вращающегося вала 2. Механизм 15 ветряного колеса может иметь 5 ярусов. В каждом ярусе три дугообразных каркаса 3 расположены симметрично относительно вращающегося вала 2, рассматриваемого как ось, и угол между двумя дугообразными каркасами составляет 120°. Каждый дугообразный каркас включает в себя верхнюю поперечину 20, нижнюю поперечину 22 и вертикальные опоры 21 каркаса. Три подвижных лопасти 4 установлены как в левой секции, так и в правой секции каждого дугообразного каркаса 3 с помощью соответствующих верхних валов 5, нижних валов 6 и осевых втулок 24. Стопор 23 лопасти и механизм 19 регулирования открытия лопасти расположены в контактном положении между подвижной лопастью 4 и дугообразным каркасом 3. Наружные торцевые края дугообразных каркасов 3 соединены крепежными штангами 18. Устройство 8 регулирования выработки энергии может включать в себя датчик частоты вращения, установленный на большой шестерне 12, компьютер и управляющее программное обеспечение. Когда частота вращения большой шестерни 12 соответствует требованиям к вращению первого генератора, компьютер выдает указание на соединение муфты первого генератора 1510 кВт с большой шестерней 12; когда большая шестерня 12 продолжает вращаться, и частота вращения большой шестерни 12 соответствует требованиям к вращению второго генератора, компьютер выдает указание на соединение муфты второго генератора 1000 кВт с большой шестерней 12; и, наконец, муфта третьего генератора 700 кВт может быть соединена с большой шестерней 12.

Как показано на Фиг.1 и 2, подвижная лопасть 4 может быть изготовлена из легких нейлоновых или полимерных текстильных материалов и может иметь «ложкообразное» сечение, что может максимально повысить эффективность использования энергии ветра и уменьшить сопротивление. В каждой секции каждого дугообразного каркаса 3 установлены 3 подвижные лопасти, и длина самой дальней подвижной лопасти 4 от вращающегося вала 2 составляет 429 см, длина средней подвижной лопасти 4 составляет 336 см, длина подвижной лопасти 4, которая наиболее близко расположена к вращающемуся валу 2, составляет 192 см, и высоты всех подвижных лопастей 4 составляют 745 см. Каждая подвижная лопасть 4 внутри дугообразного каркаса 3 установлена на удалении от продольной центральной линии подвижной лопасти 4, и длина «а» участка подвижной лопасти с одной стороны оси подвижной лопасти превышает длину «b» участка подвижной лопасти с другой стороны оси подвижной лопасти.

Что касается как устройств выработки энергии с горизонтальной осью, так и устройств выработки энергии с вертикальной осью, то в настоящее время из-за влияния различных факторов, таких как причины механического характера, наибольшая мощность выработки энергии отдельного устройства выработки энергии не превышает 3000 кВт, при этом мощность выработки энергии большинства устройств выработки энергии составляет 500-1000 кВт. Вследствие относительно низкой мощности выработки энергии отдельным устройством стоимость изготовления таких устройств является относительно высокой, и передача энергии и доступ к сети имеют ограничения. Существующие устройства выработки энергии ветра далеко не соответствуют расширению и использованию ресурсов энергии ветра.

Устройство ветрогенератора, предлагаемое в вариантах выполнения настоящего изобретения, включают в себя многоярусный восприимчивый к ветровым нагрузкам механизм ветряного колеса, соединенный с вращающимся валом, при этом предусматривается большая площадь, воспринимающая ветровую нагрузку, что позволяет вырабатывать относительно большое количество энергии. Устройство регулирования выработки энергии соединено с муфтой генератора для управления большой шестерней с целью последовательного подсоединения генераторов с разными допустимыми мощностями и вращения генераторов таким образом, чтобы общая мощность выработки энергии такого отдельного устройства выработки энергии ветра могла достигать более 3000 кВт.

Для облегчения чтения чертежей ниже перечислены наименования различных компонентов, показанных на чертежах.

На чертежах: 1. Верхняя опора с подшипником, 2. Вращающийся вал, 3. Дугообразный каркас, 4. Подвижная лопасть, 5. Верхний вал, 6. Нижний вал, 7. Муфта генератора, 8. Устройство регулирования выработки энергии, 9. Генератор, 10. Кабель, 11. Камера преобразования энергии, 12. Большая шестерня, 13. Устройство ограничения частоты вращения при торможении, 14. Нижняя опора с подшипником, 15. Механизм ветряного колеса, 16. Опора, 17. Балка, 18. Крепежная штанга, 19. Механизм регулирования открытия лопасти, 20. Верхняя поперечина, 21. Вертикальная опора каркаса, 22. Нижняя поперечина, 23. Стопор лопасти, 24. Осевая втулка лопасти, 25. Механизм регулирования открытия лопасти.

Вышеприведенное описание представляет собой только несколько вариантов выполнения настоящего изобретения и не используется для ограничения объема настоящего изобретения. Любая модификация, равнозначная замена или усовершенствование, выполненные без отклонения от сущности и принципа настоящего изобретения, должны соответствовать объему настоящего изобретения.

1. Устройство крупногабаритного ветрогенератора, содержащее опоры (16), прикрепленные к земле, и балки (17) для скрепления опор, передаточный вращающийся вал (2), установленный вертикально между верхней балкой (17) и нижней балкой (17) по центру верхней балки и нижней балки (17) с помощью верхней опоры (1) с подшипником и нижней опоры (14) с подшипником, нижний конец вращающегося вала (2) соединен с муфтой (7) генератора через большую шестерню (12), генератор (9) соединен кабелем (10) с камерой (11) преобразования энергии, многоярусный восприимчивый к ветровым нагрузкам механизм (15) ветряного колеса с количеством ярусов от 1 до 10 расположен вокруг вращающегося вала (2), в каждом ярусе дугообразные каркасы (3) в количестве от 1 до 5 расположены симметрично под равными углами относительно вращающегося вала (3), рассматриваемого как ось, каждый дугообразный каркас (3) содержит верхнюю поперечину (20), нижнюю поперечину (22) и вертикальные опоры (21) каркаса, подвижные лопасти (4) в количестве от 1 до 5 установлены в левой секции и правой секции каждого дугообразного каркаса (3) с помощью соответствующих верхних валов (5), нижних валов (6) и втулок (24) лопастей, стопор лопасти (23) и механизм (19) регулирования открытия лопасти расположены в контактном положении между подвижной лопастью (4) и дугообразным каркасом (3), наружные торцевые края дугообразных каркасов (3) соединены крепежными штангами (18), муфта (7) генератора соединена с устройством (8) регулирования выработки энергии.

2. Устройство по п.1, в котором сечение подвижной лопасти (4) имеет ложкообразную форму.

3. Устройство по п.1, в котором площадь подвижной лопасти (4), которая расположена дальше от вращающегося вала (2), превышает площадь подвижной лопасти (4), которая расположена ближе к вращающемуся валу (2).

4. Устройство по п.1, в котором устройство (13) ограничения частоты вращения при торможении расположено на вращающемся валу (2).

5. Устройство по п.1, в котором большая шестерня (12) соединена с муфтами (7) генератора в количестве от 1 до 5.

6. Устройство по п.1, в котором подвижная лопасть (4) установлена в дугообразном каркасе (3) на удалении от центральной линии основания лопасти ветрогенератора, при этом длина участка лопасти с одной стороны оси лопасти превышает длину участка лопасти с другой стороны оси лопасти.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэлектрических станциях высокой мощности. Ветроэлектростанция, включающая модуль, содержит смонтированную в подшипниковых опорах, верхней и нижней, вертикальную ось с лопастями, платформу, смонтированную на опорах, на платформе закреплена нижняя подшипниковая опора вертикальной оси, установлен прикрывающий часть лопастей от воздействия ветра дуговой экран с по меньшей мере одним опорным колесом, сообщенным трансмиссией с двигателем, осесимметричную поверхность, взаимодействующую с колесом.

Ветровой энергетический модуль с вертикальной центростремительной турбиной и высокоэффективная энергетическая установка для производства переменного электрического тока // 2511780

Группа изобретений относится к ветроэнергетическим установкам. Ветровой энергетический модуль, содержащий вертикальную центростремительную турбину, электрогенератор, связанный с турбиной с профилированными лопастями, размещенной внутри неподвижного соплового направляющего аппарата, выполненного с верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти.

Способ балансировки ветроколеса вертикально-осевой ветроэнергетической установки // 2506451

Изобретение относится к способам балансировки ветроколес вертикально-осевых ветроэнергетических установок. Способ балансировки ветроколеса ветрикально-осевой ветроэнергетической установки, состоящего из ступицы и кольца с закрепленными на нем в два яруса лопастями, характеризуется тем, что балансировку проводят в следующей последовательности: комплектуют лопасти ветроколеса так, чтобы значения массы лопастей в каждом ярусе отличались между собой не более 0,15%, ступице придают горизонтальное положение относительно оси вращения, к оси ступицы присоединяют технологические штанги, полученную сборку поднимают и устанавливают штангами на подставки, на ступице устанавливают кольцо крепления лопастей, на ось ступицы устанавливают виброгенератор и при работающем виброгенераторе подбором по массе и установкой грузов балансировку производят в три этапа, вначале балансируют с кольцом крепления лопастей, затем - с присоединенными лопастями верхнего яруса, а затем - с присоединенными лопастями нижнего яруса так, чтобы на каждом этапе при придании вращения «от руки» сборка могла останавливаться в любом положении от 0 до 360°, при этом каждый этап балансировки заканчивается установкой и закреплением балансировочных грузов определенного веса и в нужном месте.

Поливиндроторный энергокомплекс материкового назначения // 2504686

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии средне-скоростных ветров в электроэнергию. Энергокомплекс состоит из несущей мачты, на вершине которой имеется поворотный узел с радиально и противоположно направленными траверсами равной длины, на которых установлены, по меньшей мере, две идентичные опорные решетки.

Карусельный ветродвигатель // 2501974

Изобретение относится к ветродвигателям с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра. Ветродвигатель содержит установленное на вертикальном полом валу рабочее колесо, выполненное виде размещенных между верхним и нижним ободами поворотных лопастей, установленных на поворотных валах, которые закреплены на кронштейнах, связанных с вертикальным валом.

Ветроэнергетическая установка (варианты) // 2501973

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии. Ветроэнергетическая установка содержит ветрогенератор с лопастной ветровой турбиной с вертикальным валом вращения, расположенной внутри неподвижного лопастного воздухонаправляющего аппарата с основанием и крышкой, электрогенератор, блок управления, дополнительный источник электроэнергии.

Ветроэлектрогенераторная установка // 2498108

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэлектрогенераторная установка содержит башню, поворотное устройство, несущую конструкцию, вертикальные валы с вращающимися в разные стороны ветроколесами с лопастями, хвостовую плоскость, статорные и роторные элементы.

Ветроэнергетическая установка // 2490514

Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано для создания ветроэнергетических станций. .

Поливиндроторный энергоблок // 2482328

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения промышленно значимых мощностей электроэнергии. .

Воздушно-электрическая установка // 2476718

Изобретение относится к электроэнергетике. .

Поливиндротор модифицированный // 2529990

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии среднескоростных ветров в условиях континентального климата. Поливиндротор включает в себя несущую мачту, заканчивающуюся наверху поворотным узлом, от которого отходят в подветренную сторону горизонтальные платформы, стянутые вертикальными стойками в обойму, содержащую виндроторы, выставленные клином на ветер, и хвостовые оперения. Устройство с наветренной стороны от мачты имеет дополнительную вертикальную стойку со стационарно установленным на ее вершине стреловым грузоподъемным краном. Вся подвижная часть сбалансирована относительно оси поворота на ветер при помощи противовесов, которые одеты на упомянутую дополнительную стойку и подветренные стойки, равноудаленные от поворотного узла. Устройство снабжено защитной сеткой, прикрепленной к внешним кромкам горизонтальных платформ. Изобретение направленно на независимое от специальной техники обслуживание и ремонт основного оборудования, повышение надежности узла ориентации поливиндротора на ветер, безопасную эксплуатацию. 3 ил.

Ветродвигатель // 2537645

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрогенераторным установкам. Ветродвигатель содержит направляющий элемент и два лопастных ротора с вертикальными валами и лопастями, размещенными с образованием между внутренними лопастями зоны перекрытия. В него дополнительно введены верхние роторы, валы которых соединены с вертикальными валами лопастных роторов угловыми передачами. Валы верхних роторов установлены с наклоном в центральную часть ветродвигателя и с размещением их внутренних лопастей в зоне перекрытия лопастей нижних роторов. Изобретение обеспечивает улучшение энергетических показателей путем уменьшения площади лопастей при движении их против ветра. 7 ил.

Статор // 2537791

Изобретение относится к электротехнике, ветроэнергетике, а именно к ветроэлектрогенераторам с вертикальной осью вращения. Технический результат состоит в повышении эффективности, которая обусловлена тем, что используются не только радиальные, но и торцевые зазоры. Статор содержит источники возбуждения, магнитопроводы, рабочую катушку и основания с крепежными элементами. Магнитопроводы выполнены в виде верхней и нижней групп. Каждая группа включает в себя уголок, обращенный горизонтальной полкой к торцевому зазору роторного элемента, а вертикальной полкой - к первому торцу катушки с постоянными магнитами. Второй торец катушки с постоянными магнитами соединен с общим вертикальным магнитопроводом. 1 ил.

Ветроэнергетический комплекс // 2539604

Изобретение относится к энергетике. Ветроэнергетический комплекс включает, по крайней мере, два ветросиловых модуля, расположенных один над другим. Каждый ветросиловой модуль содержит закрепленные в силовом каркасе внутренний и внешний ветросиловые блоки, размещенные на одной оси и выполненные с возможностью вращения. Внутренний ветросиловой блок представляет собой корпус, боковые стенки которого образованы лопатками. Внешний ветросиловой блок включает, по крайней мере, две лопасти Дарье, закрепленные на элементах внутреннего ветросилового блока. Два ветросиловых модуля выполнены с возможностью размещения генераторного узла между ними. Внутренний и внешний ветросиловые блоки одного модуля подключены к ротору генератора. Внутренний и внешний ветросиловые блоки второго модуля подключены к статору генератора. Силовой каркас представляет собой, по крайней мере, три стойки, соединенные поперечными элементами со стороны верхней и нижней стенок корпуса внутреннего ветросилового блока. Стойки силового каркаса одного модуля выполнены с возможностью соединения со стойками силового каркаса соседнего модуля. Изобретение направлено на повышение коэффициента использования энергии ветра, надежности, а также упрощение конструкции и транспортировки комплекса. 26 з.п. ф-лы, 6 ил.

Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка // 2551913

Изобретение относится к области гелио- и ветроэнергетики. Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка содержит установленный с возможностью вращения вертикальный вал в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную полую ось. Неподвижная полая ось закреплена на основании. На вертикальном валу соосно между двумя защитными куполами закреплены ротор Савониуса и ротор Дарье. Защитные купола покрыты препятствующим обледенению слоем. Ротор Савониуса установлен внутри ротора Дарье. Лопасти ротора Дарье выполнены в виде скрученных полос, покрытых препятствующим обледенению слоем. На всей поверхности лопастей ротора Савониуса, выполненных в виде скрученных пластин, с двух сторон закреплены фотоэлектрические преобразователи. Выходы фотоэлектрических преобразователей соединены с силовым входом устройства управления. На вертикальном валу закреплен датчик скорости вращения вала. Выход датчика скорости вращения вала соединен с сигнальным входом устройства управления. Первый силовой выход устройства управления соединен через первый ключ с входом бесколлекторного двигателя постоянного тока. Второй силовой выход устройства управления соединен через второй ключ с входом индукционного передатчика энергии. Выход индукционного передатчика энергии соединен через контроллер заряда с первым входом накопителя электрической энергии. Второй вход накопителя соединен через контроллер заряда с выходом электромагнитного генератора. Электромагнитный генератор закреплен в нижней части вертикального вала. Технический результат - увеличение вырабатываемой электроэнергии за счет использования ветровой и солнечной энергии всесезонно при переменных погодных условиях. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Роторный вертикальный ветродвигатель // 2561226

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции ветродвигателя и повышение его надежности. Роторный вертикальный ветродвигатель содержит вращающиеся основания, траверсы, приемники энергии, центральную стойку с поворотным основанием. Каждая пара приемников энергии выполнена в виде перекрещивающихся Λ-образных стоек, установленных на вращающихся основаниях нижних траверс. К вершинам стоек прикреплена верхняя траверса. Между торцами траверс установлены вертикальные стойки. К вертикальным стойкам прикреплены ветроприемные поверхности, между которыми размещены стягивающие пружины с поводками. 2 ил.

Карусельный ветродвигатель // 2563949

Изобретение относится к ветротехнике. Карусельный ветродвигатель содержит вертикальный вал, опорную плиту, верхние и нижние горизонтальные поворотные лопасти. Опорная плита закреплена на вертикальном валу. Верхние горизонтальные поворотные лопасти и нижние горизонтальные поворотные лопасти установлены на горизонтальных поворотных валах верхних и нижних подпружиненных поворотных рамок со смещением относительно центральной оси лопасти. Верхние и нижние подпружиненные поворотные рамки установлены на кронштейнах, которые закреплены на опорной плите. На опорной плите установлен полый вал, на кронштейнах которого закреплены вертикальные поворотные валы, на которых установлены вертикальные поворотные лопасти со смещением относительно центральной оси лопасти. Вертикальный вал сочленен с электрогенератором через редуктор и зафиксирован подшипниками качения на неподвижном основании, служащем опорой ветродвигателя. Изобретение направлено на увеличение скорости и стабильности вращения, надежности в работе, уменьшение металлоемкости, мощности ветродвигателя. 5 ил.

Роторный ветродвигатель // 2569469

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающиеся основания с приемниками энергии, центральную стойку с поворотным основанием. На поворотном основании укреплены вращающиеся основания. Приемники энергии выполнены в виде Λ-образных стоек. Между нижними креплениями Λ-образных стоек установлены нижние траверсы, скрепленные с основаниями. На вершинах стоек расположены верхние траверсы, внутренние концы которых закреплены на стержнях. Стержни установлены в центрах вращающихся оснований. Между верхними и нижними траверсами натянуты полотнища. Изобретение направлено на повышение надежности роторного ветродвигателя. 4 ил.

Ветросиловой ротор и способ выработки энергии с его помощью // 2569794

Настоящее изобретение относится к ветросиловому ротору, ветросиловой установке, применению ветросилового ротора в ветросиловой установке, а также к способу преобразования энергии ветра в приводную энергию для выработки электрического тока. Ветросиловой ротор (10) содержит первое роторное устройство (12) и второе роторное устройство (14). Первое роторное устройство вращается вокруг первой оси (16) вращения и имеет по меньшей мере две лопасти (18) ротора. Лопасти (18) движутся по круговой траектории (20) вокруг первой оси вращения. Лопасти ротора расположены так, что они при вращении вокруг первой оси вращения описывают виртуальную первую боковую поверхность (22) виртуального первого тела вращения (24). Второе роторное устройство вращается вокруг второй оси (26) вращения и имеет второе тело вращения (28) с замкнутой второй боковой поверхностью (30). Второе тело вращения, по меньшей мере частично, расположено внутри виртуального первого тела вращения. Первое роторное устройство выполнено с возможностью приведения во вращение ветром в первом направлении (32) вращения для преобразования силы ветра в приводную силу, а второе роторное устройство имеет приводное устройство (34) и выполнено с возможностью приведения во вращение во втором направлении (36) вращения, которое направлено противоположно первому направлению вращения. Изобретение направлено на максимально эффективное использование энергии ветра. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 29 ил.

Ветроэлектрическая станция // 2571998

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрическим станциям. Ветроэлектрическая станция содержит поворотное в горизонтальной плоскости основание с двумя вертикальными роторами, обтекатель и стабилизатор. Поворотное основание снабжено горизонтально лежащей T-образной стойкой, перекладина которой ориентирована на поток, а на самой стойке установлены три вертикальные направляющие. Две вертикальные направляющие расположены между вертикальными роторами. Третья вертикальная направляющая расположена на торце стойки. Первая вертикальная направляющая снабжена горизонтальной перекладиной, параллельной перекладине T-образной стойки. Между горизонтальными перекладинами натянуто полотно обтекателя. Между второй и третьей вертикальными направляющими натянуто полотно стабилизатора. Изобретение направлено на уменьшение массы и габаритов ветроэлектрической станции. 4 ил.