Сбалансированная ветроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями



Сбалансированная ветроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями
Сбалансированная ветроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями
Сбалансированная ветроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями
Сбалансированная ветроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями
Сбалансированная ветроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями

 


Владельцы патента RU 2547199:

Федчишин Виталий Григорьевич (RU)

Изобретение относится к возобновляемой энергетике и может быть использовано при разработке новых типов ветроустановок разной мощности, работающих в свободных воздушных потоках. Для создания компактной конструкции и компенсации образуемых лопастями больших опрокидывающих усилий генератор с мультипликатором и узел крепления поворотной консоли с лопастями смещены относительно дополнительного неподвижного несущего корпуса в сторону набегающего воздушного потока и установлены на верхней площадке наклонной поворотной рамы. При этом рама жестко связана внизу с размещенным в несущем корпусе на подшипниках центральным вертикальным валом, заторможенным червячным редуктором, который кинематически связан через пару конических шестерен с реверсивным электродвигателем постоянного тока, управляемым флюгером и контактной группой переключателей, размещенных на верхнем конце центрального вала. Изобретение способствует созданию компактных, устойчивых к опрокидыванию, бесшумных и безопасных ветроустановок, позволяющих размещать их на крышах зданий и палубах несамоходных плавсредств, способных при этом плавать неограниченное время без потребления углеводородного топлива и без парусной оснастки, а также дополнительно использоваться в качестве малых мобильных и автономных электростанций. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к возобновляемой энергетике и может быть использовано при разработке новых типов ветроустановок разной мощности, работающих в свободных воздушных потоках.

Известен наиболее близкий аналог (прототип) - ветро- и гидроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями (1), однако она способна обеспечивать балансировку опрокидывающих сил только в водных потоках за счет большой подъемной силы герметизированных пустотелых лопастей, при этом в наземном исполнении не предусмотрена ее противоаварийная остановка с одновременным разворотом лопастей по воздушному потоку.

Технической задачей изобретения является создание компактных, сбалансированных по опрокидывающим усилиям, бесшумных и безопасных ветроустановок с расширенными возможностями, позволяющими дополнительно устанавливать их на крышах зданий, а в судовом исполнении - на палубах несамоходных плавсредств.

Поставленная цель достигается тем, что содержащиеся в ветроустановке узел крепления консоли с лопастями и соосные с ним многополюсный генератор с мультипликатором смещены относительно дополнительного неподвижного несущего корпуса в сторону набегающего воздушного потока и размещены с помощью промежуточного кронштейна на верхней площадке наклонной поворотной рамы, жестко связанной в нижней части с установленным на подшипниках в несущем корпусе центральным вертикальным валом, который заторможен червячным редуктором, соединенным через пару конических шестерен с валом реверсивного электродвигателя постоянного тока, электрически связанного с флюгерным узлом самоориентации лопастей на ветер, размещенным в верхней части центрального вала.

В кожухе поворотной консоли возле оси основной лопасти дополнительно закреплены стопорная вилка и соленоид, электрически соединенный с противоаварийным флажковым замыкателем его цепи питания, размещенным на верхнем конце оси крепления поворотной консоли. Экстренная остановка консоли с лопастями в любом диапазоне скоростей ветра осуществляется с помощью внешнего дистанционного замыкателя цепи питания соленоида.

В отсутствие питающего напряжения остановка консоли с лопастями производится вручную - с помощью соединенного со стопорной вилкой тонкого протяженного троса, соединенного внизу наклонной рамы с натяжным поворотным рычагом.

Для бесперебойного потребления вырабатываемой электроэнергии установка снабжена техническими средствами (электрохимического и кислородно-водородного) преобразования и аккумулирования ее избыточной части в ночное время и в периоды сильных ветров, а в судовом исполнении - также при стоянке на якоре и использовании ее в качестве мобильной автономной плавучей электростанции для электроснабжения береговых не электрифицированных населенных пунктов и других удаленных от энергоресурсов объектов. Размещение на палубе несамоходного плавсредства (предпочтительней наиболее остойчивого катамарана с двумя установками), обеспечивает ему возможность плавания в течение неограниченного времени без потребления углеводородного топлива и без парусной оснастки.

Из патентной и научно-технической информации автору не известны источники, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих сходные признаки с заявляемым решением.

Изобретение поясняется схематическими изображениями, где:

Фиг.1 - вид сбоку на установку с развернутыми по воздушному потоку лопастями.

Фиг.2 - вид сверху на установку с рабочим положением лопастей (верхняя площадка наклонной поворотной рамы и промежуточный кронштейн не показаны).

Фиг.3 - вид сбоку на расположение основных энергетических узлов внутри неподвижного несущего корпуса.

Фиг.4 - вид сбоку на размещение внутри кожуха поворотной консоли стопорной вилки, соленоида и скобы с тросом (а) и вид сверху на стопорную вилку (в).

Фиг.5 - электрическая схема установки (П.У. - подвижные узлы, обведенные пунктирной линией).

Установка содержит поворотную консоль 1 с размещенными на ее кожухе 2 основной 3 и вспомогательной 4 лопастями, закрепленную посредством узла 1/ на вертикальной оси 5 и удерживаемую в горизонтальном положении тросовой растяжкой 6 с натяжным талрепом 7, а ось 5 связана через мультипликатор 8 с многополюсным генератором 9, которые в предлагаемом конструктивном решении смещены в сторону набегающего воздушного потока.

Установка дополнительно снабжена размещенной на оси 5 подшипниковой втулкой 10 с закрепленным на ней промежуточным кронштейном 11, основание которого соединено болтами 12 с верхней горизонтальной площадкой наклонной несущей рамы 13 с установленными на ней двумя щеками 14, имеющими горизонтальные прорези для крепления к ним многополюсного генератора 9 с мультипликатором 8. Рама 13 в нижней части жестко связана с полым вертикальным центральным валом 15, на верхнем конце которого размещен флюгер 16 с контактной группой переключателей 17 и внутренним жгутом 17/, а нижней частью вал 15 размещен на упорных подшипниках 18 и 19 в неподвижном несущем корпусе 20, удерживаемом опорными кронштейнами 21. Внутри корпуса 20 на валу 15 посажено тормозящее его червячное колесо 22, сочлененное через горизонтальный червячный вал 23 и пару конических шестерен 24 с валом реверсивного электродвигателя постоянного тока 25, электрически связанного с флюгерными переключателями 17.

Внутри корпуса 20 также размещены трехфазный силовой выпрямитель 26, стабилизатор напряжения 27 для внутренней подзарядки буферного аккумулятора 28, силовой коллекторный токосъемник 29 и распределительный слаботочный коллекторный токосъемник 30. На верхнем конце оси 5 размещен (наклоняемый избыточным воздушным потоком) противоаварийный флажок 36 с кнопочным замыкателем 37 цепи питания соленоида 38, шток которого посредством пружинящей пластины 39 соединен со стопорной вилкой 40, удерживаемой кронштейном 41 и соединенной посредством возвратной пружины 42 с кронштейном 43. На конце штока соленоида 38 закреплена подвижная скоба 44, соединенная через направляющую втулку 45 с тонким протяженным тросом 46, выведенным наружу из консоли 1 и соединенным с поворотным натяжным рычагом 47, закрепленным в нижней части несущей рамы 13.

Установка работает следующим образом.

Собранная на месте эксплуатации установка размещается на ровной площадке (мачте, возвышенности, крыше здания, палубе несамоходного судна и т.п.). Сдвоенные секции лопастей 3 и 4 являются легкосъемными, поэтому они могут быть закреплены в последнюю очередь на неподвижном кожухе 2 консоли 1. При фиксации промежуточного кронштейна 11 болтами 12 на верхней горизонтальной площадке наклонной несущей рамы 13 более предпочтительным является смещением его в сторону набегающего потока ветра для дополнительной компенсации динамического опрокидывающего воздействия, создаваемого преимущественно работающими лопастями.

Флюгерная система осуществляет самоориентацию лопастей на ветер и отслеживает изменение его направления в пределах 360° следующим образом.

При изменении направления набегающего потока на угол ±αp, превышающий угол свободного люфтового поворота α0 флюгера 16, замыкается левая или правая контактная группа сдвоенных переключателей 17 (например, типа П2Т-5), а включенный ими реверсивный электродвигатель 25 через пару конических шестерен 24 и червячную пару 23,22 повернет в том же направлении и на тот же угол центральный вал 15, при этом плоскость флюгера 16 будет снова ориентирована по воздушному потоку, а разомкнувшиеся переключатели 17 самопроизвольно возвратятся в нейтральное среднее положение (фиг.5) и отключат реверсивный электродвигатель 25.

В диапазоне избыточных скоростей ветра, например - более 30 м/с, заранее откалиброванный противоаварийный флажок 36 наклоняется вниз и замыкает контакты 37, при этом втягиваемый в катушку соленоида 38 шток (фиг.4a) с помощью пружинящей пластины 39 прижимает вилку 40 одновременно к двум рычагам 48 и 48/ поперечного коромысла, посаженного в центре оси основной сдвоенной лопасти 3 и при нахождении ее в крайних правом II или в левом III положениях (фиг.2), т.е. в процессе разворота ее воздушным потоком для начала возвратно-поступательного движения в обратном направлении, в момент совпадения плоскости с осью консоли 1 пазы 49 вилки 40 сомкнутся с рычагами 48 и 48/ и застопорят ось лопасти 3, а также связанную с ней ось вспомогательной лопасти 4. При этом обе лопасти, находящиеся уже во флюгерном режиме, повернутся под напором ветра в положение I и в течение всего буревого (или штормового) времени будут удерживаться развернутыми по воздушному потоку, в том числе при изменении его направления. После ослабления ветра до рабочих значений, например - ниже 30 м/с, флажок 36 поднимается вверх, ослабленный шток соленоида с помощью пружинящей пластины 39 и возвратной пружины 42 возвращается в исходное положение, вилка 40 - в верхнее разомкнутое (фиг.4a), а лопасти - в рабочее (фиг.2). Нахождение консоли с лопастями в крайних положениях не оказывает существенного влияния на общую балансировку установки.

Перед выполнением плановых профилактических или ремонтных работ с отключенным питающим напряжением производится ручное стопорение вилкой 40 оси основной лопасти 3 с помощью дополнительно посаженной на конце штока скобы 44 и связанного с ней посредством тонкого протяженного троса 46 поворотного натяжного рычага 47 путем поворота его в нижнее положение. После завершения работ рычаг 47 обязательно переводится в верхнее положение, при этом вилка 40 размыкается с рычагами 48 и 48/, а лопасти самопроизвольно возвращаются в рабочее положение.

В судовом исполнении, особенно при использовании установки в качестве автономной электростанции, она дополнительно снабжается техническими средствами электрохимического, кислородно-водородного или другого аккумулирования вырабатываемой избыточной электроэнергии для бесперебойного снабжения ей внешних и внутренних потребителей.

Источник информации

1. Патент РФ №2484298 (фиг.1 и 5), МКИ F03D, 5/06, F03B, 13/26, 2012 г.

1. Сбалансированная ветроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями, содержащая консоль с лопастями, тросовую растяжку с талрепом, вертикальную поворотную ось, мультипликатор и многополюсный генератор, отличающаяся тем, что многополюсный генератор с мультипликатором и соосный с ними узел крепления консоли на вертикальной поворотной оси для равновесия с лопастями смещены относительно дополнительного неподвижного несущего корпуса в сторону набегающего воздушного потока и размещены с помощью промежуточного кронштейна на верхней горизонтальной площадке наклонной поворотной рамы, жестко связанной внизу с установленным в несущем корпусе на подшипниках центральным вертикальным валом, заторможенным червячным редуктором, соединенным через пару конических шестерен с валом реверсивного электродвигателя постоянного тока, электрически связанного с контактной группой переключателей, закрепленной под флюгером в верхней части центрального вала.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри кожуха поворотной консоли возле оси основной лопасти размещена стопорная вилка, соединенная через пружинящую пластину со штоком соленоида, электрически связанного с размещенным на верхнем конце поворотной вертикальной оси флажковым замыкателем цепи его включения, совместно выполняющие дополнительную функцию противоаварийной остановки лопастей во время бури или шторма, а для экстренной остановки лопастей при любой скорости ветра соленоид напрямую электрически связан посредством дистанционного замыкателя с буферным аккумулятором.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в отсутствие питающего напряжения или при ее ремонте консоль с лопастями заторможена вручную с помощью закрепленной на конце штока соленоида скобы, связанной тонким протяженным тросом с расположенным внизу внешним натяжным поворотным рычагом.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стационарно размещенные внутри неподвижного несущего корпуса реверсивный электродвигатель постоянного тока, буферный аккумулятор, трехфазный выпрямитель, стабилизатор напряжения, а также внешний дистанционный замыкатель цепи питания соленоида электрически связаны с подвижными флюгерным и флажковым узлами, многополюсным генератором и соленоидом посредством силового трехконтактного и слаботочного распределительного пятиконтактного поворотных коллекторных токосъемников, размещенных для удобства доступа к ним ниже днища несущего корпуса и защищенных кожухом.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена техническими средствами электрохимического и кислородно-водородного аккумулирования вырабатываемой избыточной электроэнергии, а в судовом исполнении она дополнительно выполняет функцию плавающей мобильной и автономной электростанции, не содержащей парусов и не потребляющей углеводородного топлива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к возобновляемой энергетике и может быть использовано при создании новых невращающихся преобразователей кинетической энергии для ветро- и гидроустановок, работающих в свободных воздушных или водных потоках.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в устройствах для преобразовании энергии текучих сред в электрическую. Ветроэнергетическая установка содержит рабочий орган, преобразователь энергии и устройство защиты от запредельных ветровых нагрузок.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ преобразования энергии ветра в полезную энергию путем воздействия на струны набегающего потока воздуха.

Изобретение относится к установкам по использованию ветровой энергии.Ветроэлектрический генератор содержит крыльчатый ветродвигатель и электрогенератор, имеющий ротор, выполненный в виде сегментных элементов, закрепленных на крыльях ветродвигателя, и дуговой статор.

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.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для выработки электроэнергии. Аэроэлектростанция для использования энергии ветра содержит горизонтальный воздуховод, вертикальный воздуховод и электрогенераторы, которые кинематически соединены с рамами, последовательно установленными в плоскостях поперечного сечения воздуховодов с возможностью возвратно-поступательного движения, ограниченного упругими упорами.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ветроэнергетических или в гидроэнергетических установках для выработки электроэнергии или для выполнения механической работы.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ветроэнергетических или в гидроэнергетических установках для выработки электроэнергии или для выполнения механической работы.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ветроэнергетических или в гидроэнергетических установках для выработки электроэнергии или для выполнения механической работы.

Изобретение относится к возобновляемой энергетике и может быть использовано при создании ветро- и гидроустановок разной мощности, работающих в свободных воздушных или водных потоках.

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам и способам производства электроэнергии. Основным элементом ветроэнергетической установки является аэродинамическая поверхность в форме крыла, в теле которого выполнен канал, соединяющий противоположные поверхности крыла.

Представлена препятствующая перекручиванию трансмиссионная и направляющая система, содержащая по меньшей мере один первый и второй трос, проходящие взаимно параллельно вдоль оси (X-X) и натянутые между соответствующей сматывающей и разматывающей системой и по меньшей мере одним выходным направляющим и трансмиссионным узлом таких тросов, при этом по меньшей мере один препятствующий перекручиванию направляющий и трансмиссионный узел тросов установлен между сматывающей и разматывающей системой и выходным направляющим и трансмиссионным узлом.

Система (20) генерирования электроэнергии содержит воздушный электрогенератор (30), узел (40) страховочного фала, сконфигурированный с возможностью передачи электроэнергии от воздушного электрогенератора на землю.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Флажковый ветрогенератор содержит ветроприемник, выполненный в виде струн, расположенных в ветровом потоке между стойками, преобразователь колебаний струн в полезную энергию.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в качестве автономного источника электроснабжения. Циклоидный ветродвигатель содержит опорную мачту, полые овальные трубы с установленными на их концах поворотными вертикальными лопастями, планетарный редуктор с заторможенной центральной конической шестерней, генератор, реверсивный электропривод, флюгер с контактной группой переключателей для самоориентации лопастей на ветер, противобуревый эксцентриковый флажок с подвижной конусной втулкой и размыкатели кинематических связей лопастей.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к осевым ветроэнергетическим установкам. Ветроэнергетическая установка с пониженным уровнем шума содержит неподвижно закрепленные на оси передний и задний обтекатели, расположенный между ними ротор в виде втулки с лопатками основной ветротурбины и кольцевой диффузорный ускоритель.

Изобретение относится к оптимизированной структуре для привода и ускоренного (принудительного) взлета аэродинамических поверхностей для тропосферного эолового генератора.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии ветра в другие виды энергии. .

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам с главным валом ветротурбины, параллельным ветровому потоку. Цилиндрическая ветротурбина установлена на валу ветроэнергетической установки и содержит лопасти, размещенные на радиальных штангах. Каждая лопасть имеет аэродинамический профиль. Ветротурбина выполнена в виде цилиндра и установлена на главном горизонтальном валу. На этом же валу расположен конический редуктор, втулки с подшипниками, обеспечивающими вращение главного вала. Поверхность цилиндра примыкает к переднему и заднему колесам. Колеса состоят из ободов, ступиц, радиальных штанг. Ступицы закреплены на главном горизонтальном валу ветроэнергетической установки. Радиальные штанги выполнены плоскими. Радиальные штанги соединяют обода колес со своими ступицами. Колеса имеют по N>2 симметрично расположенных штанг. Положение штанг заднего колеса сдвинуто относительно штанг переднего на угол β. Угол β задает угол атаки α для всех N лопастей и фиксируется ступицей заднего колеса. На штангах находятся точки крепления ближайших боковин всех N лопастей. К одноименным точкам крепления штанг на ободах обоих колес крепятся N ребер. К ребрам подсоединены противоположные боковины соответствующих лопастей. К задней кромке N лопастей на шарнире прикреплены закрылки с нагрузочными планками на их нижней кромке и ограничителями, совпадающими по направлению с нижней плоскостью лопастей. Технический результат заключается в простоте и надежности конструкции и отсутствии вибрационных шумов. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх