Гидроветросиловая установка
Изобретение относится к области силовых механизмов, а именно к ветряным и водяным двигателям. Установка предназначена для преобразования энергии потока воды или ветра и содержит основание 1, вал 3, ротор 4, жестко установленный на валу 3 с возможностью вращения вокруг своей оси, лопасти 10, установленные с возможностью изменения своего положения по отношению к потоку, нагрузочное устройство. Установка снабжена корпусом 2, установленным на основании 1, в котором размещен вал 3, поворотной втулкой 5, установленной в отверстии ротора 4, рычагами с роликами, жестко закрепленными на поворотной втулке 5, основным кулачком 8 с выступами и впадинами, сидящим на диске 9, установленном на корпусе 2, цепной передачей 16 для передачи вращения нагрузочному устройству от лопастей 10, пружинами. Лопасти 10 установлены в отверстиях ротора 4 перпендикулярно оси вращения ротора 4. Ролики вместе с рычагами установлены с возможностью качения по выступам и впадинам основного кулачка 8, преодолевая усилия пружин, и поворачивания лопастей на 90° и обратно, устанавливая лопасти 10 перпендикулярно потоку при рабочей фазе и вдоль потока при нерабочей. Изобретение направлено на создание мощной и удобной в эксплуатации установки. 4 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники
Изобретение относится к области силовых механизмов, а именно к ветряным и водяным двигателям, и может быть использовано для привода вентилятора при вентилировании помещений, насоса при перекачивании жидкостей, гребного винта корабля, но основную ценность данное изобретение имеет в области электроэнергетики при работе с электрогенератором в качестве нагрузочного устройства, связанного ведущим элементом установки, например звездочкой.
Гидроветросиловая установка ГВСУ может быть использована как для преобразования энергии ветра, так и для преобразования энергии воды рек, морей, уходящих вод после турбин и вместо турбин ГЭС, где только есть движение воды.
Гидроветросиловая установка, в принципе одна и та же установка, может быть использована как ветросиловая установка ВСУ для преобразования энергии ветра и как гидросиловая ГСУ для преобразования энергии воды в зависимости, где установлена в воде или на поверхности.
Существующие установки для преобразования энергии ветра или воды сложны конструктивно и малоэффективны.
Прототипом данному решению выбран патент Российской Федерации RU 2392490 С1, 20.06.10.
Изменение положения лопастей с помощью цепной передачи, согласно прототипа, сложно конструктивно и малоэффективно, т.к. теряется существенная часть энергии и сложена настройка лопастей по направлению ветра, т.к. необходим электропривод. Основным отличием предлагаемого изобретения от существующих - это поворот лопастей на 90° и обратно с целью максимального использования энергии потока воды или ветра.
Описание изобретения.
Гидроветросиловая установка содержит основание, жестко сидящие на нем корпус вала, вал, на одном конце которого жестко сидит ротор с отверстиями, расположенными перпендикулярно оси вращения вала, равной количеству лопастей, в отверстиях ротора сидят поворотные втулки, для быстрой сборки и разборки с возможностью вращаться вокруг своей оси, имеют пазы, куда входят упоры, ограничивающие поворот на более 90° и исключающие продольные перемещения, в поворотных втулках жестко сидят оси лопастей, на поворотных втулках жестко установлены рычаги с роликами и подпружины пружинами, например кручения. На корпусе вала сидит диск с кулачком, жестко, с возможностью регулирования, для ГСУ и свободно для ВСУ, но жестко связанный с флюгером при помощи спиц, ролик, катаясь по основному кулачку, набегая на выступы и впадины вместе с рычагом, преодолевая сопротивление пружины и фиксатора, поворачивает лопасти на 90° и обратно, а именно устанавливают перпендикулярно потоку воды и ветру, работая в части траектории как парус, создавая максимальный крутящий момент при рабочей фазе, а не рабочий, устанавливаясь вдоль потока и ветра, создают минимальное сопротивление. Крутящий момент, созданный лопастями, передается через ротор, жестко сидящего на валу, и, например, звездочки, жестко сидящей на другом конце вала, цепной передачи и ведомой звездочки приводит во вращательное движение нагрузочного устройства, например генератора для генерации электрической энергии.
Для установок большой мощности предусмотрен обод-кулачок сечением, например, П-образной формы, жестко связанный с основным кулачком спицами работающий синхронно с ним для устойчивости лопастей и поворота их с двух концов, основного в месте крепления и на периферии, для чего на конце лопасти жестко закреплена ось, на ней расположена каретка с роликами, пружиной, например кручения, упором, позволяющим оси поворачиваться на 90° и обратно, на оси жестко сидит рычаг с роликом, у обода-кулачка частично убрана нижняя полка, а на переходном месте, например, с нерабочей фазы на рабочую, часть полки отогнута и усилена косынкой, создавая кулачок, куда набегает ролик с рычагом, жестко сидящим на оси, поворачивает лопасть, с учетом направления ветра, т.к. основной кулачок и обод-кулачок жестко связаны флюгером.
Гидроветросиловая установка выполнена с возможностью работы на горизонтальной и на вертикальной плоскостях и с расположением лопастей и кулачков на обоих торцах (см. Фиг. 7) и возможностью вращения статора и якоря в разные стороны, повышая эффект использования потока и могут вращать только якорь, вращаясь в одну сторону, и при смещенном расположении лопастей вращения будет плавной.
Гидроветросиловая установка выполнена с возможностью размещения на одной стойке друг над другом 2 и более ГСУ в воде или 2 и более ВСУ на поверхности, работающих на вертикальной плоскости, и 2 и более ГСУ и ВСУ, работающих на горизонтальной плоскости, создавая большие мощности на одном месте.
Гидроветросиловая установка может быть установлена стационарно, т.е. одна установка ГСУ или ВСУ, 2 и более шт. на одной платформе ГСУ или ВСУ, 2 и более спаренных внизу ГСУ в воде наверху ВСУ на одной платформе - сочетания могут быть разные. Фиг. 9, 11, 13, 13, 14, 15.
Установка выполнена с возможностью использования вместо турбин ГЭС, т.к. позволяет полнее использовать водяной столб, а именно расположить вал отбора мощности ближе к нижнему уровню воды, т.к. в переходной зоне с рабочей в нерабочую и обратном ходе сопротивления минимальные вместо турбин могут быть использованы ГСУ как работающие на вертикальной плоскости, так и на горизонтальной.
Гидроветросиловая установка нагрузочное устройство может располагаться вне установки, а на стороне, например, ГСУ в воде или под водой, подо льдом, а нагрузочное устройство на берегу, а движение передается, например, гибким валом.
Гидроветросиловые установки могут быть установлены как стационарно, так и на движущихся средствах, которые двигаются с небольшой скоростью, например на экскаваторах при погрузке руды или копке траншеи, с/х машинах, на средствах на воде: на баржах, на плотах, на платформах при добыче полезных ископаемых, на судах, на кораблях для привода гребного винта или для выработки электроэнергии, привода насоса, на воздушных судах, например, на дирижаблях, на воздушных шарах. ВСУ могут быть установлены на зданиях и сооружениях и на домах, где есть возможность по прочностным характеристикам и по конструкции крыши.
Гидроветросиловые установки могут быть сборно-разборные, для чего предусмотрена поворотная втулка, и переносными для туристов геологов, рыбаков, так как установка при малых габаритах создает большие мощности.
Может быть установлена на полярных станциях.
ГСУ выполнена с возможностью использования на малых реках с небольшой глубиной и найдет широкое применение.
Гидроветросиловая установка может быть выполнена в игрушечном варианте.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид гидросиловой установки ГСУ с частичным вырезом кожуха и корпуса вала для наглядности и где уровень реки обозначен условно буквой S уровень дна буквой R.
На фиг. 2 - то же, разрез А-А, с указанием того, что поворотная втулка имеет паз, куда входит упор, ограничивающий поворот на более 90° и исключающий перемещение вдоль, и фиксатор, фиксирующий лопасть в крайних положениях.
На фиг. 3 - то же, разрез В-В для наглядности, что поворотная втулка и лопасть жестко связаны.
На фиг. 4 изображен общий вид гидросиловой ГСУ и ветросиловой ВСУ установок, расположенных на одной платформе и работающих на горизонтальной плоскости с частичным разрезом корпуса вала и ротора.
На фиг. 5 - то же, вид Г с частичным вырезом обода-кулачка и спицы для наглядности.
На фиг. 6 - то же, разрез Д-Д с обзором на обод-кулачок на переходной фазе.
На фиг. 7 изображен вертикальный разрез ветросиловой установки ВСУ, работающей на вертикальной плоскости и имеющей лопасти на обоих торцах, жестко связанных статором и якорем, вращающихся в разные стороны.
На фиг. 8 изображен вид с торца ВСУ, работающей на вертикальной плоскости, где направление ветра обозначено буквой V, направление вращения буквой W, с частичным вырезом кожуха - направляющего для наглядности.
На фиг. 9 изображен общий вид гидросиловой ГСУ и ветросиловой ВСУ установок, расположенных на одной платформе работающих на вертикальной плоскости с частичным разрезом корпуса гидросиловой установки и оси вращения ветросиловой установки для наглядности, где буквой S обозначен уровень воды.
На фиг. 10 изображен вариант использования ГСУ вместо турбин ГЭС, поперечный разрез и вариант применения ГСУ на месте уходящих вод после турбин ГЭС, где буквой S обозначен уровень воды
На фиг. 11 - то же, разрез Е-Е вариант спаренных установок на общем валу с кулачками на обоих торцах.
На фиг. 12 изображен вариант размещения ветросиловых установок ВСУ, работающих на вертикальной плоскости и расположенных друг над другом.
На фиг. 13 изображен вариант размещения ВСУ работающих на горизонтальной плоскости и расположенных друг над другом, обод-кулачок условно не показан.
На фиг. 14, изображен вариант размещения гидросиловых установок ГСУ, работающих на вертикальной плоскости и расположенных друг над другом.
На фиг. 15 изображен вариант размещения ГСУ, работающих на горизонтальной плоскости и расположенных друг над другом.
Описание конструкции гидроветросиловой установки.
На основании (1) установлен корпус вала (2), в нем установлен вал (3), на одном конце вала жестко установлен ротор (4), в отверстии ротора установлена поворотная втулка (5), на поворотной втулке жестко закреплен рычаг (6) с роликом (7), который катится по основному кулачку (8), сидящему на диске (9), установленному на корпусе вала (2) жестко для ГСУ и свободно для ВСУ, в поворотной втулке (5) установлена лопасть (10) и фиксируется болтом (11), на роторе (4) установлен упор (12), входя в паз поворотной втулки, ограничивает поворот на более 90° и исключает продольное перемещение поворотной втулки вместе с лопастью. Для фиксации положения лопасти предусмотрен фиксатор (13) и пружина (14) обеспечивает контакт ролика с кулачком и положение лопасти, на втором конце вала жестко сидит, например, звездочка (15), через цепную передачу (16) ведомой звездочки (17) вращение передается нагрузочному устройству, например генератору (18), для предохранения движущихся частей, кожух (19) и для определения положения и безопасности маяк (20). Плавучесть обеспечивает поплавок (21). Ветросиловая установка установлена на мачте (22), движение передается генератору через редуктор (23), флюгер (24) жестко связан с помощью спицы (25) с диском кулачка (9), для больших мощностей предусмотрен обод-кулачок (26), рычаг (27) с роликом (28) жестко сидят на оси (29), жестко закрепленной на периферии лопасти (10), на оси установлена каретка (30) с роликом (31), пружиной (32), упором (33), позволяющим поворачиваться оси (29) на 90° и обратно. На мачте (34) установлен корпус (35), в котором установлена ось (36), жестко связанная с корпусом установки 37, в котором установлены на подшипниках статор (38) и ротор (39), на корпусе закреплен кожух - направляющий (40) с гребешками (41) для улучшения установления, по ветру помогая флюгеру.
Мачта (34) установлена на промежуточной основе (42), при вертикальном расположении ГСУ и вращении лопастей на разные стороны на главный вал вращение передается, например, коническими колесами (43, 44, 45), расположенными в корпусе установки (46).
Для более широкого применения установок предусмотрены варианты размещения, а именно при варианте размещения ВСУ, работающих на вертикальной плоскости, на стойке (47) расположены установки друг над другом и общая ось (48) жестко соединена с флюгером, при варианте размещения ВСУ, работающих на горизонтальной плоскости, на стойке (49) установки расположены друг над другом, и стойка выполнена с возможностью поворачиваться относительно оси (50) с помощью флюгера, жестко связанного со стойкой, при варианте размещения ГСУ, работающих на вертикальной плоскости, на стойке (51) расположены друг над другом и общий вал (52) приводит во вращательное движение исполнительный механизм, например генератор (18), при варианте размещения ГСУ, работающих на горизонтальной плоскости на стойке, (53) расположены друг над другом, где корпус установки установлен жестко на кронштейне (54) стойки и каждая установка выполняет работу в отдельности, например приводит в движение насос.
1. Установка, предназначенная для преобразования энергии потока воды или ветра, содержащая основание, вал, ротор, жестко установленный на валу с возможностью вращения вокруг своей оси, лопасти, установленные с возможностью изменения своего положения по отношению к потоку, нагрузочное устройство, отличающаяся тем, что установка снабжена корпусом, установленным на основании, в котором размещен вал, поворотной втулкой, установленной в отверстии ротора, рычагами с роликами, жестко закрепленными на поворотной втулке, основным кулачком с выступами и впадинами, сидящим на диске, установленном на корпусе, цепной передачей для передачи вращения нагрузочному устройству от лопастей, пружинами, при этом лопасти установлены в отверстиях ротора перпендикулярно оси вращения ротора, а ролики вместе с рычагами установлены с возможностью качения по выступам и впадинам основного кулачка, преодолевая усилия пружин, и поворачивания лопастей на 90° и обратно, устанавливая лопасти перпендикулярно потоку при рабочей фазе и вдоль потока - при нерабочей.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что при преобразовании потока энергии воды основной кулачок жестко установлен на корпусе вала.
3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что при преобразовании потока энергии ветра установка снабжена флюгером для ориентации по направлению ветра, при этом основной кулачок установлен свободно на корпусе вала, но жестко связан с флюгером.
4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью поворота лопастей с двух концов и снабжена дополнительной осью, на которой установлена каретка с роликами, пружиной, упором и ободом-кулачком с сечением П-образной формы, при этом обод-кулачок жестко связан с основным кулачком спицами с возможностью синхронной работы с ним и жестко связан с флюгером, а на конце лопасти жестко закреплена дополнительная ось и на ней установлена каретка с роликами, пружиной, упором с возможностью поворачивания оси на 90° и обратно, причем у обода-кулачка нижняя полка частично убрана, а на месте перехода с нерабочей на рабочую фазу часть нижней полки отогнута и укреплена косынкой, а ролик с рычагом, набегая на основной кулачок, установлены с возможностью поворачивания оси с лопастью на 90° и обратно.
5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена сборно-разборной.
