Ветроустановка с вертикальной осью

Изобретение относится к ветроэнергетике. Устройство преобразования энергии ветра в механическую или электрическую энергию содержит основание, полую мачту, установленную на основании и расположенную вдоль вертикальной оси, по меньшей мере один модуль, имеющий общую форму тела вращения вокруг оси, расположенный коаксиально вокруг мачты и выполненный с возможностью вращения вокруг этой мачты, при этом указанный модуль содержит по меньшей мере одну лопасть, проходящую между концом, соединенным при помощи поворотной связи, и свободным концом, при этом указанная лопасть выполнена с возможностью перемещения вокруг поворотной связи между убранным положением и развернутым положением, средства перемещения лопасти между ее развернутым и убранным положениями в зависимости от углового положения этой лопасти вокруг мачты, причем указанные средства перемещения выполнены с возможностью отключения, вал, расположенный в полой мачте коаксиально с модулем, связанный во вращении с этим модулем вокруг указанной оси и взаимодействующий с преобразователем механической энергии вращения вала в механическую или электрическую энергию. Изобретение направлено на повышение КПД устройства. 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к устройству преобразования энергии ветра, то есть кинетической энергии ветра, в энергию другого вида, в частности, в механическую и/или электрическую энергию.

Из предшествующего уровня техники известны устройства преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Обычно такое устройство называют «ветроустановкой». Это известное устройство содержит мачту и ротор, оборудованный лопастями и установленный на вершине мачты.

Ротор приводится во вращение за счет кинетической энергии ветра. Иначе говоря, энергия ветра создает на роторе крутящий момент.

Кроме того, ротор кинематически связан с преобразователем энергии крутящего момента, сообщаемого ротору, в механическую или электрическую энергию.

С учетом конструкции ротора с лопастями происходит значительное возмущение воздушного ветрового потока, приводящего эти лопасти во вращение. Поэтому невозможно устанавливать несколько ветроустановок слишком близко друг к другу, и ветровой поток, возмущенный одной ветроустановкой, нельзя использовать для приведения во вращение ротора другой ветроустановки.

Кроме того, такую ветроустановку можно использовать только в течение интервала времени, ограниченного приблизительно 2800 часами.

Задача изобретения состоит в устранении этих недостатков за счет создания устройства преобразования энергии ветра, которое приводит лишь к незначительным возмущениям ветрового потока, которое можно использовать в течение более значительного интервала времени и которое имеет при этом оптимальный КПД.

В связи с этим объектом изобретения является устройство преобразования энергии ветра в энергию другого вида, которое содержит:

- основание,

- полую мачту, установленную на основании и расположенную вдоль по существу вертикальной оси,

- по меньшей мере один модуль, имеющий общую форму тела вращения вокруг оси, расположенный коаксиально вокруг мачты и выполненный с возможностью вращения вокруг этой мачты, при этом указанный модуль содержит:

- по меньшей мере одну лопасть, расположенную между концом, соединенным при помощи поворотной связи, и свободным концом, при этом указанная лопасть выполнена с возможностью перемещения вокруг поворотной связи между убранным положением и развернутым положением,

- средства перемещения лопасти между ее развернутым и убранным положениями в зависимости от углового положения этой лопасти вокруг мачты, причем указанные средства перемещения выполнены с возможностью отключения,

- вал, расположенный в полой мачте коаксиально с модулем, связанный во вращении с этим модулем вокруг указанной оси и взаимодействующий с преобразователем механической энергии вращения вала в указанную энергию другого вида.

Разметив положение лопасти между ее развернутым или убранным положениями на угловом положении этой лопасти вокруг мачты, можно открывать эту лопасть, только когда она движется, взаимодействуя с ветром, и закрывать эту лопасть, когда она перемещается против ветра. Таким образом, энергия не теряется при перемещении лопастей против ветра, за счет чего повышается КПД устройства преобразования.

Кроме того, поскольку открываются только лопасти, взаимодействующие с ветром, устройство почти не возмущает ветрового потока, проходящего через это устройство. А именно, ветровой поток, проходящий через лопасти, находящиеся в убранном положении, имеет слабое возмущение. Это позволяет располагать эти устройства преобразования энергии относительно близко друг к другу без ущерба для их работы.

Наконец, было установлено, что устройство преобразования энергии в соответствии с изобретением можно эксплуатировать в течение интервала времени более 4000 часов. Кроме того, рабочий диапазон такого устройства преобразования энергии доходит до скорости ветра, по меньшей мере равной 40 м/с.

Кроме того, поскольку средства перемещения можно отключить, все лопасти можно удерживать в закрытом положении при их любом угловом положении, например, в случае сильных ветров, которые могут повредить устройство.

Устройство преобразования энергии ветра в соответствии с изобретением может дополнительно иметь один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любых технически возможных комбинациях:

- для каждого модуля мачта содержит по меньшей мере одну круговую дорожку качения, при этом каждый модуль содержит по меньшей мере одно кольцо с установленными на нем ответными элементами качения, взаимодействующими с указанной дорожкой качения;

- для каждой лопасти каждый модуль содержит опорный элемент, выполненный радиально между внутренним концом, неподвижно соединенным с кольцом, и наружным концом, на котором установлена поворотная связь с лопастью, при этом средства перемещения по меньшей мере частично установлены на этом опорном элементе;

- каждый опорный элемент содержит по меньшей мере две радиальные крепежные штанги и перегородку, установленную на крепежных штангах;

- каждая перегородка содержит по меньшей мере одно сквозное отверстие;

- каждый модуль содержит по меньшей мере три опорных элемента и для каждого опорного элемента - по меньшей мере одну усилительную штангу, неподвижно соединяющую этот опорный элемент с кольцом, и/или по меньшей мере одну усилительную штангу, неподвижно соединяющую этот опорный элемент со смежным с ним в угловом направлении опорным элементом;

- каждый модуль содержит цилиндрический кожух, при этом каждая лопасть по существу следует форме кожуха в убранном положении и выходит за пределы этого кожуха в развернутом положении;

- цилиндрический кожух содержит по меньшей мере один проем, при этом указанный проем закрыт лопастью в убранном положении и открыт, когда лопасть находится в развернутом положении;

- средства перемещения содержат: поверхность качения, выполненную на мачте, содержащую первую цилиндрическую часть и вторую часть, образующую эксцентрик, выступающий из цилиндрической части, и для каждой лопасти: приводной элемент, выполненный радиально между концом качения, на котором находится элемент качения, взаимодействующий с поверхностью качения, и концом, толкающим лопасть, например, через рычаги, преобразующие поступательное движение толкающего конца приводного элемента в движение лопасти вокруг поворотной связи между ее убранным положением и ее развернутым положением, и упругий возвратный элемент, толкающий приводной элемент к поверхности качения;

- каждый приводной элемент содержит: привод, содержащий цилиндр, на котором установлен толкающий конец, и поршень, перемещающийся в цилиндре, при этом поршень ограничивает вместе с цилиндром камеру, приводной шток, который неподвижно соединен в поршнем и на котором находится конец качения, и средства питания камеры по существу несжимаемой жидкостью;

- эксцентрик поверхности качения выполнен с возможностью перемещения вращением вокруг оси мачты при вращении мачты вокруг своей оси или за счет вращения эксцентрика относительно мачты;

- эксцентрик выполнен убирающимся в продолжение цилиндрической части поверхности качения;

- каждая лопасть содержит упругий амортизирующий упор, выполненный с возможностью взаимодействия с опорным элементом лопасти, когда лопасть находится в развернутом положении, действующий на лопасть упругим усилием возврата в убранное положение;

- устройство преобразования энергии содержит по меньшей мере два модуля, расположенных друг над другом в осевом направлении и неподвижно соединенных во вращении вокруг своей оси;

- указанная энергия другого вида является электрической энергий, при этом преобразователь является электрическим генератором;

- основание является полым и преобразователь установлен в этом основании.

Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 показано устройство преобразования энергии ветра согласно примеру осуществления изобретения, вид в осевом разрезе;

на фиг. 2 показан модуль, входящий в состав устройства преобразования энергии, изображенного на фиг. 1, вид сверху;

на фиг. 3 показана часть устройства, изображенного на фиг. 1, с опорным элементом, которым оборудован модуль, представленный на фиг. 2;

на фиг. 4 показан опорный элемент, изображенный на фиг. 3, вид сверху;

на фиг. 5 показана деталь, изображенная на фиг. 2 с показом лопастей и средств перемещения этих лопастей;

на фиг. 6 показана деталь, изображенная на фиг. 5 с показом средств перемещения лопасти.

На фиг. 1 показано устройство 10 преобразования энергии ветра в энергию другого вида. В описанном примере указанная энергия другого вида является электрической энергией. Однако в варианте эта энергия другого вида может быть механической энергией.

Устройство 10 преобразования энергии содержит основание 11 и полую мачту 12, установленную на этом основании 11 и расположенную вдоль по существу вертикальной оси Z.

Согласно описанному примеру, мачта 12 закреплена на конструкции 11. Эта мачта 12 выполнена, например, из стали, затем смонтирована в виде одной или нескольких частей на основании 11. В варианте мачту 12 можно выполнить в виде башни из бетона непосредственно на основании 11 при помощи скользящих опалубок.

Согласно другому варианту, мачта 12 может быть выполнена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси Z относительно основания из соображений, которые будут представлены ниже.

Устройство 10 преобразования энергии содержит по меньшей мере один модуль 13, имеющий общую форму тела вращения вокруг по существу вертикальной оси Z, расположенный коаксиально вокруг мачты 12 и выполненный с возможностью вращения вокруг этой мачты 12.

Для упрощения на фиг. 1 показано устройство 10 преобразования энергии, содержащее два модуля 13, расположенные друг над другом в направлении оси Z. Однако в варианте устройство 10 преобразования энергии может содержать более двух модулей 13, например три, четыре и даже более четырех модулей, при этом мощность устройства 10 преобразования энергии увеличивается с числом модулей 13. Согласно другому варианту, устройство 10 преобразования энергии может содержать единственный модуль 13.

Таким образом, высоту и мощность устройства 10 преобразования энергии можно выбирать по желанию во время его монтажа, адаптируя высоту мачты 12 и число модулей 13, располагаемых друг над другом вокруг этой мачты 12, по необходимой высоте.

Модули 13 соединены во вращении вокруг мачты 12. Для этого каждый модуль 13 скрепляют, например, при помощи зажимов с каждым из смежных модулей. Таким образом, обеспечивают механическую непрерывность между модулями 13, а также передачу крутящего момента между этими модулями 13.

Комплекс, образованный соединенными между собой модулями 13, можно также соединить во вращении с верхним вращающимся элементом 14. Этот верхний вращающийся элемент 14 соединен во вращении также с валом 15, при этом указанный вал 15 расположен коаксиально с мачтой 12 внутри этой мачты 12 вдоль вертикальной оси Z от верхнего вращающегося элемента 14 до основания 11.

Предпочтительно устройство 10 содержит средства 16 направления во вращении вала 15.

Эти средства 16 направления во вращении содержат, например, опорные подшипники, установленные на мачте 12 внутри этой мачты 12, в частности верхний подшипник 16А, установленный на верхнем конце вала 15, и промежуточный подшипник 16В или несколько промежуточных подшипников, распределенных вдоль вала 15, в частности вдоль двух нижних третей этого вала 15. Нижний опорный подшипник 16С предпочтительно установлен в основании 12 на нижнем конце вала 15.

Предпочтительно вал 15 содержит вблизи своего нижнего конца средства 15А восприятия вертикальной нагрузки. Эти средства 15А восприятия нагрузки образованы по существу конусной конструкцией, неподвижно соединенной с валом 15 и имеющей нижнюю сторону 15В, взаимодействующую с ответной стороной 11А основания, например, через подушку из текучей среды (в частности, воздуха или воды). В этом случае в средствах 15А восприятия нагрузки имеются средства нагнетания подушки из текучей среды. В варианте нижняя сторона 15В взаимодействует с ответной стороной 11А через механический упор с подшипниками качения.

Предпочтительно устройство 10 содержит средства торможения вращения вала 15, например, встроенные в конструкцию 15А восприятия нагрузки. В частности, торможение можно осуществлять посредством прекращения работы средств нагнетания подушки из текучей среды, и в этом случае торможение происходит за счет трения нижней стороны 15В на ответной стороне 11А. В варианте можно предусмотреть систему дисковых тормозов.

Когда модули 13 приводятся во вращение вокруг вертикальной оси Z под действием кинетической энергии ветра, что будет описано ниже, верхний вращающийся элемент 14 тоже приводится во вращение вокруг этой вертикальной оси Z, как и вал 15. Таким образом, на этот вал 15 передается крутящий момент.

Устройство 10 преобразования содержит средства 17 преобразования энергии, связанной с этим крутящим моментом, в электрическую энергию, содержащие, например, электрический генератор, входной вал которого неподвижно соединен с этим валом 15.

В варианте устройство 10 может содержать средства преобразования энергии, связанной с этим крутящим моментом, в механическую энергию, содержащие, например, насосную систему.

Предпочтительно основание 11 является полым, и средства 17 преобразования энергии установлены в этом основании 11. Таким образом, устройство включает в себя эти средства 17 преобразования энергии, а также средства обработки энергии, генерируемой средствами 17 преобразования, содержащие, например, электронные средства модуляции генерируемой электрической энергии.

Таким образом, средства 17 преобразования энергии и средства обработки расположены на уровне земли. Доступ к ним является исключительно легким в случае технического обслуживания в отличие от известных ветроустановок, в которых такие средства преобразования энергии и обработки расположены в верхней части мачты.

Далее со ссылками на фиг. 2-4 следует описание модулей 13 устройства 10 преобразования энергии. Поскольку все эти модули 13 являются идентичными, подробно будет описан только один модуль.

Как показано, в частности, на фиг. 2, модуль 13 содержит по меньшей мере одно внутреннее кольцо 19, на котором установлены элементы 20 качения, например четыре элемента качения. Каждый элемент качения предназначен для взаимодействия с ответной круговой дорожкой 22 качения (показанной на фиг. 3), выполненной на наружной поверхности мачты 12.

Следует отметить, что радиальные усилия, действующие на модуль 13, передаются на мачту 12 через эти элементы 20 качения.

Например, как показано на фиг. 3, модуль 13 содержит два кольца 19, расположенные соответственно на верхнем конце и на нижнем конце модуля 13.

Кроме того, модуль 13 содержит по меньшей мере один опорный элемент 24 крепления лопасти 18, при этом на каждом опорном элементе 24 установлена соответствующая лопасть 18. Такой опорный элемент 24 показан на фиг. 3 и 4.

В описанном примере модуль 13 содержит восемь опорных элементов 24 и, следовательно, восемь лопастей 18, распределенных в окружном направлении. Эти опорные элементы 24 связаны с верхним вращающимся элементом 14. В этом случае этот верхний вращающийся элемент 14 имеет форму восьмиконечной звезды, при этом каждый конец звезды соединен с соответствующим опорным элементом 24.

Каждый опорный элемент 24 выполнен радиально между внутренним концом 24А, соединенным с кольцами 19, и наружным концом 24В, на котором расположена поворотная связь 26 с лопастью 18, установленной на этом опорном элементе 24.

Таким образом, каждая лопасть 18 выполнена между концом 18А, соединенным через свою поворотную связь 26 с ее опорным элементом 24, и свободным концом 18В. Таким образом, каждая лопасть 18 может перемещаться вокруг поворотной связи 26, в частности, между убранным положением и развернутым положением, которые подробно будут описаны ниже.

Каждый опорный элемент 24 содержит по меньшей мере две радиальные крепежные штанги 28. Предпочтительно опорный элемент 24 содержит также вертикальные штанги крепления перегородки 30, неподвижно соединенные с радиальными крепежными штангами 28.

В описанном примере каждая крепежная штанга 28 выполнена радиально между нижним концом 28А, соединенным с соответствующим внутренним кольцом 19, и наружным концом 28В, на котором установлен шарнирный элемент 26А. Шарнирные элементы 26А в совокупности образуют поворотную связь 26.

Предпочтительно каждая перегородка 30 содержит по меньшей мере одно и предпочтительно несколько сквозных отверстий 32, позволяющих ветру проходить через эту перегородку 30 и достигать смежной следующей перегородки по направлению ветра

Как показано, в частности, на фиг. 4, модуль 13 содержит усилительные штанги 34, 36, позволяющие усилить соединение опорных элементов 24 между собой и обеспечивающие, таким образом, хорошую передачу крутящих моментов вокруг оси Z в модуле 13.

В частности, каждый опорный элемент 24 неподвижно соединен при помощи соответствующей усилительной штанги 34 с каждым смежным с ним в угловом направлении опорным элементом 24. Предпочтительно каждая усилительная штанга 34 неподвижно соединена с наружными концами 24В смежных опорных элементов 24, соединенных этой усилительной штангой 34.

Кроме того, каждый опорный элемент 24 неподвижно соединен с кольцом 19 при помощи двух усилительных штанг 36, каждая из которых проходит от наружного конца 24В этого опорного элемента 24 до кольца 19, причем эти усилительные штанги 36 расположены в угловом направлении с двух сторон от стенки 30.

Кроме того, модуль 13 содержит цилиндрический кожух 38, вдоль которого может свободно проходить ветер в отсутствие парусности.

Как было указано выше, каждая лопасть 18 выполнена с возможностью перемещения вокруг своей поворотной связи 26 между убранным положением и развернутым положением.

В своем убранном положении каждая лопасть 18 по существу следует форме кожуха 38, поэтому эта лопасть 18 в убранном положении не взаимодействует с ветром.

В своем развернутом положении каждая лопасть 18 отходит от этого кожуха 38, поэтому эта лопасть 18 в развернутом положении взаимодействует с ветром для восприятия кинетической энергии ветра с целью ее преобразования в крутящий момент, передаваемый на модуль 13.

Предпочтительно цилиндрический кожух 38 содержит по меньшей мере один сквозной проем для каждой лопасти 18. Каждый проем перекрывается соответствующей лопастью 18, когда эта лопасть 18 находится в убранном положении, и открыт, когда соответствующая лопасть 18 находится в развернутом положении. Таким образом, каждая лопасть 18 в развернутом положении направляет воздушный поток ветра через этот проем до перегородки 30 опорного элемента этой лопасти 18, которая участвует таким образом во взаимодействии с ветром.

Предпочтительно каждый сквозной проем оборудован образующей клапан крышкой, шарнирно установленной одной стороной при помощи поворотной связи с возможностью перемещения между положением, открытым внутрь модуля 13, и закрытым положением. Указанная крышка оборудована системой пружин, толкающих крышку в ее закрытое положение. Жесткость этой пружинной системы рассчитывают таким образом, чтобы получить толкающее усилие, меньшее силы, которой поток ветра действует на крышку. Таким образом, эта крышка пропускает поток ветра только в одном направлении внутрь модуля 13. Кроме того, крышка остается закрытой, когда лопасть 18 находится в убранном положении.

Как было указано выше, перегородки 30 предпочтительно содержат отверстия 32, поэтому воздушный поток, проходящий через эти отверстия 32, может достигать смежной перегородки 30 в направлении ветра, что еще больше увеличивает площадь взаимодействия с ветром.

Для получения оптимального КПД устройства 10 преобразования энергии предусмотрен переход лопастей 18 в развернутое положение, когда они встречают ветер, и в убранное положение, когда они обращены в противоположную ветру сторону. Для этого для каждой лопасти 18 модуль 13 содержит средства 40 перемещения этой лопасти 18 между ее развернутым положением и ее убранным положением в зависимости от углового положения этой лопасти 18 вокруг мачты 12. Эти средства 40 перемещения более детально показаны на фиг. 5 и 6.

Средства 40 перемещения содержат, с одной стороны, поверхность 42 качения, выполненную на наружной поверхности мачты 12 и содержащую первую цилиндрическую часть 42А и вторую часть 42В, образующую эксцентрик в виде радиального выступа из первой части 42А. Таким образом, радиальное расстояние между вертикальной осью Z и любой точкой первой цилиндрической части 42А является постоянным. Вместе с тем, радиальное расстояние между вертикальной осью Z и любой точкой эксцентрика 42В превышает радиальное расстояние между вертикальной осью Z и любой точкой первой цилиндрической части 42А.

С другой стороны, средства 40 перемещения содержат для каждой лопасти 18 приводной элемент 44, выполненный радиально между концом 44А качения, на котором установлен элемент 46 качения, в частности ролик, взаимодействующий с поверхностью качения 42, и концом 44В, толкающим лопасть 18.

Например, толкающий конец 44В может толкать лопасть 18 через набор рычагов 48, выполненных с возможностью преобразования поступательного движения толкающего конца 44В приводного элемента 44 в движение лопасти 18 вокруг поворотной связи 26 между убранным положением и развернутым положением.

В частности, в представленном примере набор рычагов 48 включает в себя первый 48А, второй 48В и третий 48С рычаги, расположенные следующим образом. Первый рычаг 48А расположен между поворотной связью с толкающим концом 44В и поворотной связью с вторым рычагом 48В. Второй рычаг 48В содержит первую часть, расположенную между поворотной связью с первым рычагом 48А и поворотной связью с третьим рычагом 48С.Третий рычаг 48С расположен между поворотной связью с вторым рычагом 48В и поворотной связью с лопастью 18.

Наконец, второй рычаг 48В содержит вторую часть, обозначенную позицией 48D, соединенную с первой частью и продолжающую эту первую часть от поворотной связи с первым рычагом 48А до поворотной связи с опорным элементом 24. Таким образом, этот второй рычаг 48В, в частности, его вторая часть 48D участвует в стабилизации набора рычагов 48.

Разумеется, можно предусмотреть любое другое расположение рычагов или другие средства для преобразования поступательного движения приводного элемента 44 в движение лопасти 18 вокруг поворотной связи 26.

Приводной элемент 44 содержит также упругий возвратный элемент 50, толкающий этот приводной элемент 44 к поверхности 42 качения. Этот упругий возвратный элемент 50 позволяет элементу 46 качения оставаться в контакте с поверхностью 42, в частности, во время прохождения от эксцентрика 42В к цилиндрической части 42А. Иначе говоря, этот упругий возвратный элемент 50 позволяет отводить приводной элемент 44 от лопасти 18, когда элемент 46 качения переходит на цилиндрическую часть 42А, что приводит к перемещению лопасти 18 в ее убранное положение.

Следует отметить, что жесткость этого упругого элемента выбирают таким образом, чтобы обеспечивать возврат лопасти 18 в ее убранное положение, но она не должна быть слишком большой, чтобы не противодействовать перемещению лопасти 18 в ее развернутое положение.

Когда элемент 46 качения находится в контакте с цилиндрической частью 42А поверхности 42 качения, приводной элемент 44, в частности, его толкающий конец 44В находится на расстоянии от лопасти 18, поэтому эта лопасть 18 находится в убранном положении.

Если же элемент 46 качения проходит по эксцентрику 42В, на толкающий конец 44В приводного элемента 44 действует толкающее усилие, перемещающее его поступательным движением в направлении лопасти 18, и он толкает, таким образом, эту лопасть 18 в ее развернутое положение через набор рычагов 48.

Предпочтительно на каждой лопасти 18 находится упругий амортизирующий упор 52, выполненный с возможностью взаимодействия с опорным элементом 24 крепления лопасти 18, когда эта лопасть 18 находится в своем развернутом положении, действуя на эту лопасть 18 упругим усилием возврата в ее убранное положение. Этот амортизирующий упор 52 позволяет избегать слишком резкого перехода лопасти 18 в ее развернутое положение.

Согласно описанному примеру, этот упругий амортизирующий упор 52 расположен на стойке 54, продолжающей лопасть 18 внутрь за пределы поворотной связи 26, как показано на фиг. 5. Этот упругий упор 52 позволяет также начать перемещение лопасти 18 из ее развернутого положения в ее убранное положение, когда элемент 46 качения проходит от эксцентрика 42В до цилиндрической части 42А поверхности 42 качения.

Следует отметить, что предпочтительно положение эксцентрика 42В фиксируется вокруг мачты 12 в зависимости от направления ветра. Действительно, для обеспечения оптимальной производительности лопасти 18 должны переходить в развернутое положение по существу перпендикулярно к направлению ветра в сторону ветра и в других случаях переходить в убранное положение.

Таким образом, поверхность 42 качения установлена с возможностью вращения вокруг оси Z, что позволяет регулировать угловое положение эксцентрика 42В в зависимости от направления ветра. Следует отметить, что направление ветра можно определять при помощи любого известного средства, например при помощи флюгера или ветрового конуса.

Например, поверхность 42 качения выполнена на венце, окружающем мачту и выполненном с возможностью перемещения вращением вокруг этой мачты 12, например, при помощи системы зубчатых колес. Предпочтительно управление этой системой зубчатых колес осуществляется из основания 11, в котором, следовательно, находятся соответствующие средства управления.

В варианте, предпочтительно в случае, когда устройство 10 преобразования энергии содержит только один или два модуля 13, поверхность 52 качения может быть неподвижно соединена с мачтой 12, и в этом случае мачта 12 выполнена с возможностью вращения вокруг своей оси относительно основания 11, как было указано выше.

Предпочтительно вращением мачты 12 можно управлять из основания 11, в котором, следовательно, находятся соответствующие средства управления.

В некоторых обстоятельствах, в частности, в случае очень сильного ветра или в случае технического обслуживания, предпочтительно удерживать лопасти 18 в убранном положении. Для этого средства 40 перемещения предпочтительно выполнены с возможностью отключения.

Согласно представленному примеру, как показано, в частности, на фиг. 6, каждый приводной элемент 44 содержит:

- привод 56, содержащий цилиндр 58, на котором установлен толкающий конец 44В, и поршень 60, выполненный с возможностью перемещения в цилиндре 58, и

- приводной шток 62, на котором установлен конец 44А качения, неподвижно соединенный с поршнем 60.

Вместе с цилиндром 58 поршень 60 ограничивает камеру 64 вблизи толкающего конца 44В. Кроме того, приводной элемент 44 содержит устройство 66 питания этой камеры несжимаемой жидкостью, например маслом. Таким образом, можно изменять длину приводного элемента 44, изменяя объем камеры 64 посредством нагнетания жидкости в эту камеру 64 или удаления жидкости из этой камеры 64.

Для включения средств 40 перемещения камеру 64 заполняют жидкостью таким образом, чтобы длина приводного элемента 44 была максимальной, и питание 66 перекрывают, чтобы камера 64 сохраняла этот объем. В этом случае этот приводной элемент 44 передает радиальные перемещения элемента 46 качения по поверхности 42 качения на толкающий конец 44В приводного элемента 44, то есть на лопасть 18.

Для отключения средств 40 перемещения питание 66 открывают таким образом, чтобы любое перемещение поршня 60 изменяло объем камеры 64 и, следовательно, длину приводного элемента 44. Иначе говоря, поршень 60 может свободно перемещаться в цилиндре 58, но при этом цилиндр 58 поступательно не перемещается. Таким образом, когда элемент 46 качения переходит от цилиндрической части 42А на эксцентрик 42В поверхности 42 качения, шток 62 толкает поршень 60 в цилиндре 58 при помощи геликоидальной пружины, расположенной вокруг этого штока между седлом, выполненным на приводе 60, и седлом, образованным упором цилиндра 58, но этот цилиндр остается неподвижным, как и толкающий конец 44В, поэтому лопасть 18 остается в убранном положении.

Предпочтительно средства 40 перемещения содержат элемент 68 направления поступательного движения цилиндра 58, например, выполненный в виде цилиндра, внутренний диаметр которого слегка превышает наружный диаметр цилиндра 58. Этот натравляющий элемент 68 закреплен на опорном элементе 24 при помощи средств 70 крепления любого типа.

В этом случае между первым седлом, выполненным на цилиндре 58, и вторым седлом, образованным упором, выполненным на направляющем элементе 68, в частности, внутри этого направляющего элемента установлен упругий элемент 50 возврата приводного элемента 44.

Отключение средств 40 перемещения можно осуществлять при помощи других средств, выполненных как вариант или в дополнение к описанным выше средствам. В частности, средства 40 перемещения можно отключать, убирая эксцентрик 42В в продолжение цилиндрической части 42А поверхности 42 качения. Таким образом, этот эксцентрик 42В не толкает приводной элемент 44 в направлении лопасти, поэтому лопасть остается в убранном положении.

Убирание эксцентрика 42В можно осуществлять при помощи любого средства. Например, эксцентрик 42В связан с венцом, на котором выполнена поверхность 42 качения, через поворотную связь и выполнен с возможностью перемещения вокруг этой поворотной связи между выступающим положением и убранным положением, причем эти выступающее и убранное положения ограничены упорами, выполненными на венце.

Венец дополнительно содержит внутренний толкающий элемент, выполненный с возможностью действия на эксцентрик 42В толкающим усилием в направлении его выступающего положения и с возможностью прекращения действия на этот эксцентрик 42В. При прекращении толкающего действия на эксцентрик 42В может действовать упругий элемент в направлении его убранного положения, или он может оставаться свободным, и на него действует толкающим усилием приводной элемент 44 в направлении убранного положения, когда этот приводной элемент 44 проходит по этому эксцентрику 42В.

Необходимо отметить, что изобретение не ограничивается описанным выше вариантом осуществления и может охватывать различные версии, не выходящие за пределы объема формулы изобретения.

В частности, можно предусмотреть дополнительные гидравлические или пневматические средства для улучшения управления перемещением лопастей 18.

1. Устройство преобразования энергии ветра в механическую или электрическую энергию, отличающееся тем, что содержит:

- основание,

- полую мачту, установленную на основании и расположенную вдоль вертикальной оси,

- по меньшей мере один модуль, имеющий общую форму тела вращения вокруг оси, расположенный коаксиально вокруг мачты и выполненный с возможностью вращения вокруг этой мачты, при этом указанный модуль содержит:

- по меньшей мере одну лопасть, проходящую между концом, соединенным при помощи поворотной связи, и свободным концом, при этом указанная лопасть выполнена с возможностью перемещения вокруг поворотной связи между убранным положением и развернутым положением,

- средства перемещения лопасти между ее развернутым и убранным положениями в зависимости от углового положения этой лопасти вокруг мачты, причем указанные средства перемещения выполнены с возможностью отключения,

- вал, расположенный в полой мачте коаксиально с модулем, связанный во вращении с этим модулем вокруг указанной оси и взаимодействующий с преобразователем механической энергии вращения вала в механическую или электрическую энергию.

2. Устройство по п. 1, в котором для каждого модуля мачта содержит по меньшей мере одну круговую дорожку качения, при этом каждый модуль содержит по меньшей мере одно кольцо с установленными на нем ответными элементами качения, взаимодействующими с указанной дорожкой качения.

3. Устройство по п. 2, в котором для каждой лопасти каждый модуль содержит опорный элемент, выполненный радиально между внутренним концом, неподвижно соединенным с кольцом, и наружным концом, на котором находится поворотная связь с лопастью, при этом средства перемещения по меньшей мере частично установлены на этом опорном элементе.

4. Устройство по п. 3, в котором каждый опорный элемент содержит по меньшей мере две радиальных крепежных штанги и перегородку, установленную на крепежных штангах.

5. Устройство по п. 4, в котором каждая перегородка содержит по меньшей мере одно сквозное отверстие.

6. Устройство по любому из пп. 3-5, в котором каждый модуль содержит по меньшей мере три опорных элемента и для каждого опорного элемента по меньшей мере одну усилительную штангу, неподвижно соединяющую этот опорный элемент с кольцом, и/или по меньшей мере одну усилительную штангу, неподвижно соединяющую этот опорный элемент со смежным с ним в угловом направлении опорным элементом.

7. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором каждый модуль содержит цилиндрический кожух, при этом каждая лопасть по существу следует форме кожуха в убранном положении и выходит за пределы этого кожуха в развернутом положении.

8. Устройство по п. 7, в котором цилиндрический кожух содержит по меньшей мере один проем, при этом указанный проем закрыт лопастью в ее убранном положении и открыт, когда лопасть находится в развернутом положении.

9. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором средства перемещения содержат:

- поверхность качения, выполненную на мачте, содержащую первую цилиндрическую часть и вторую часть, образующую эксцентрик, выступающий из цилиндрической части, и

- для каждой лопасти:

- приводной элемент, выполненный радиально между концом качения, на котором расположен элемент качения, взаимодействующий с поверхностью качения, и концом, толкающим лопасть посредством рычагов, преобразующих поступательное движение толкающего конца приводного элемента в движение лопасти вокруг поворотной связи между ее убранным положением и ее развернутым положением,

- упругий возвратный элемент, толкающий приводной элемент к поверхности качения.

10. Устройство по п. 9, в котором каждый приводной элемент содержит:

- привод, содержащий цилиндр, на котором установлен толкающий конец, и поршень, перемещающийся в цилиндре, при этом поршень ограничивает вместе с цилиндром камеру,

- приводной шток, который неподвижно соединен с поршнем и на котором находится конец качения, и

- средства питания камеры несжимаемой жидкостью.

11. Устройство по п. 9, в котором эксцентрик поверхности качения выполнен с возможностью перемещения вращением вокруг оси мачты при вращении мачты вокруг своей оси или при вращении эксцентрика относительно мачты.

12. Устройство по п. 9, в котором эксцентрик выполнен убирающимся в продолжение цилиндрической части поверхности качения.

13. Устройство по пп. 1-5, в котором каждая лопасть содержит упругий амортизирующий упор, выполненный с возможностью взаимодействия с опорным элементом лопасти, когда лопасть находится в развернутом положении, действуя на лопасть упругим усилием возврата в убранное положение.

14. Устройство по пп. 1-5, содержащее по меньшей мере два модуля, расположенных друг над другом в осевом направлении и неподвижно соединенных во вращении вокруг своей оси.

15. Устройство по пп. 1-5, в котором указанная энергия является электрической энергий, при этом преобразователь является электрическим генератором.

16. Устройство по пп. 1-5, в котором основание является полым и преобразователь установлен в этом основании.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающееся основание, траверсы, приемники энергии и центральную стойку.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор, содержащий воздухоплавательный модуль в составе мягкой газонаполненной аэростатной оболочки положительной плавучести, усиленной меридианными лентами, ниже расположенной рамной подвески с ветросиловым блоком из ветряных роторов и электрогенератора, причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка содержит платформу, выполненную в виде многолучевой звезды с возможностью вращения вокруг собственной оси симметрии, и парусные элементы, установленные на концах лучей указанной звезды, выполненные с возможностью вращения вокруг собственных осей симметрии.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ортогональный ветродвигатель с наклонными складными лопастями содержит ветряное колесо, установленное на корпусе шестеренчатого планетарного редуктора, размещенного на полом валу отбора мощности с посаженными на нем силовым зубчатым колесом и четырехконтактным коллекторным токосъемником, центральную заторможенную ось с закрепленными на ней на нижнем конце реверсивным червячным приводом и на верхнем конце флюгерным узлом самоориентации лопастей на ветер, муфты и толкатели для размыкания кинематических связей складывающихся лопастей, ролики для разворота плоскостей сложенных лопастей перпендикулярно центральной оси вращения, устройство отбора мощности и опорную мачту.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель содержит вертикальный вал, смонтированные на нем лопасти, вращающиеся в горизонтальной плоскости.

Изобретение относится к области возобновляющихся источников энергии движущихся сред для выработки электрической и механической энергии. Преобразователь энергии движущейся среды, выполненный в виде колеса-ротора с перпендикулярной к скорости потока осью вращения, установленный на платформе или мачте и снабженный одной или несколькими сбалансированными лопастями, жестко связанными с валом и выполненными составными из несущих конструкций, плоскости которых проходят через ось вращения вала колеса-ротора и жалюзи, снабженных смещенными к одному краю осями вращения, установленными вдоль несущей конструкции лопасти на равных ширине жалюзи расстояниях, и ограничителями поворота жалюзи, установленными вдоль несущих конструкций лопастей.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветродвигатель с вертикальной осью вращения, ветродинамическим контуром и его гиревым регулятором, сопряженным с полиспастно-протяжным устройством, содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью вращения.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Сдвоенная ортогональная циклоидная ветротурбина, содержащая два встречно и соосно установленных ветроагрегата с противоположным направлением вращения их ветряных колес, генераторные узлы, несущую раму с каркасом, удерживающие их в вертикальном положении тросовые растяжки и трубчатую мачту с цапфой в нижней части.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэлектрическим станциям. Ветроэлектрическая станция содержит поворотное в горизонтальной плоскости основание с двумя вертикальными роторами, обтекатель и стабилизатор.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроэнергетическая установка содержит беговую дорожку в виде кольцевого рельсового пути, на котором установлены тележки, соединенные поводками с валом привода генератора электрического тока.
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающееся основание, траверсы, приемники энергии и центральную стойку.

Изобретение относится к вертикально-осевой ветровой и гидравлической турбине с регулированием потока ветра или жидкости. Турбина содержит правильную шестиугольную структуру (7) радиуса R, в форме параллелепипеда, внутри которой ротор (6) с тремя или более лопатками вращается на вертикальной оси.

Изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики. Ветрогидроэнергетическая установка состоит из ветроколеса, содержащего вращающиеся цилиндры, из привода цилиндров, источника питания, электрогенератора, кинематически связанного с ветроколесом, причем оси цилиндров, расположенные вертикально, размещены в верхних и нижних подшипниковых опорах, соединенных с гибкими связями цилиндров.

Изобретение относится к башне ветрогенератора. Башня ветрогенератора включает ветросборный участок и участок преобразования энергии, имеет множество уровней ветрозаборников, через которые поступает ветер, проходит далее через внутренний объем башни ветрогенератора и выводится наружу, при этом ветросборный участок имеет множество ветрозаборников и множество ветровых выходов, причем вокруг центра башни ветрогенератора радиально расположено множество ветронаправляющих стенок таким образом, что ветер, поступающий через ветрозаборники, течет радиально в направлении участка преобразования энергии через ветровые выходы, ветровая турбина с вертикальным валом, имеющая вертикальные лопасти в пространстве, образуемом в центре каждого из уровней башни ветрогенератора, установлена в участке преобразования энергии таким образом, что между ветронаправляющими стенками и вертикальными лопастями образован ветровой канал длиной не менее 1 м, и ветер, поступающий через ветрозаборники и ветровые выходы ветросборного участка, течет по ветровому каналу, образованному радиально в направлении участка преобразования энергии, и выводится наружу от башни ветрогенератора.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор, содержащий воздухоплавательный модуль в составе мягкой газонаполненной аэростатной оболочки положительной плавучести, усиленной меридианными лентами, ниже расположенной рамной подвески с ветросиловым блоком из ветряных роторов и электрогенератора, причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока, содержащая ветроприемное устройство с ускорителем ветрового потока, выполненным в виде трубки Вентури, отличающаяся тем, что включает в себя полый кольцевой концентратор, в котором ускоряется воздушный поток, размещенный в центре ветроприемного устройства с расположенным внутри концентратора завихрителем воздушного потока, а также вихревым эжектором потоков воздуха, состоящим из n модулей.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель имеет вертикальную ось вращения, как минимум две лопасти и крепления, соединяющие лопасти и вал, в горизонтальной плоскости лопасти имеют форму вытянутой капли.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Наземно-генераторный ветродвигатель, содержащий идентичные по габаритам ортогонально-лопастные виндроторы, поднятые в воздух газонаполненной аэростатной оболочкой положительной плавучести, механизм зубчато-конической передачи вращения на гибкий вал, натянутый вниз к свободно раскачивающемуся генератору, расположенному на поворотной платформе наземного причального узла.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Виндроторный аэростатно-плавательный двигатель содержит аэростатно-плавательный модуль в составе аэростатной оболочки, ветросилового блока, включающего генератор и ортогонально-лопастные виндроторы, тросов, трос-кабеля, и причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта, при этом к днищу аэростатной оболочки в форме газонаполненного шара при помощи меридианных лент прижато кольцо с плоскостными флюгерами на кронштейнах, в диаметральной и перпендикулярной ветру плоскости кольца закреплена Н-образная рама, при этом кронштейны с плоскостными флюгерами выдвинуты под прямым углом от рамных боковин в подветренную сторону, при этом по середине горизонтальной перекладины рамы установлен генератор, горизонтальный вал которого выступает с обоих торцов генератора и сопряжен с соосными ему ортогонально-лопастными виндроторами, одинаково вынесенными за пределы рамы и вращающимися в подшипниках, встроенных в рамные боковины, при этом трос-кабель закреплен по середине горизонтальной перекладины рамы, тросы натянуты вниз к лебедкам от нижних оконечностей боковин Н-образной рамы.

Изобретения относятся к области авиационной техники и могут быть использованы в управляемых ракетах, снарядах и бомбах и других беспилотных летательных аппаратах (ЛА).
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающееся основание, траверсы, приемники энергии и центральную стойку.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Устройство преобразования энергии ветра в механическую или электрическую энергию содержит основание, полую мачту, установленную на основании и расположенную вдоль вертикальной оси, по меньшей мере один модуль, имеющий общую форму тела вращения вокруг оси, расположенный коаксиально вокруг мачты и выполненный с возможностью вращения вокруг этой мачты, при этом указанный модуль содержит по меньшей мере одну лопасть, проходящую между концом, соединенным при помощи поворотной связи, и свободным концом, при этом указанная лопасть выполнена с возможностью перемещения вокруг поворотной связи между убранным положением и развернутым положением, средства перемещения лопасти между ее развернутым и убранным положениями в зависимости от углового положения этой лопасти вокруг мачты, причем указанные средства перемещения выполнены с возможностью отключения, вал, расположенный в полой мачте коаксиально с модулем, связанный во вращении с этим модулем вокруг указанной оси и взаимодействующий с преобразователем механической энергии вращения вала в механическую или электрическую энергию. Изобретение направлено на повышение КПД устройства. 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх