ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2281411

ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Имя изобретателя: Миронов Николай Иванович (RU) 
Имя патентообладателя: Миронов Николай Иванович (RU)
Адрес для переписки: 690000, г.Владивосток, ул. Уборевича, 10б, кв.5, Н.И.Миронову
Дата начала действия патента: 2002.08.07 

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Технический результат заключается в повышении мощности ветроустановки. Ветроэнергетическая установка содержит горизонтальную платформу, опертую на рельс, с жестко закрепленным на ней флюгером, рабочая поверхность которого проходит через ось поворота горизонтальной платформы. На платформе закреплены валы, на которые надеты радиальные траверсы, концы траверс шарнирно связаны балками. Балки установлены с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно одна другой и рабочей поверхности флюгера, проходящей через вертикальные валы. Поворотные лопатки установлены на вертикальных осях в опорных рамах, каждая из которых жестко закреплена на балке, кинематическую связь с электрогенератором выполняют консольные балки, шарнирно соединенные с траверсами и передающие возвратно-поступательное движение инерциальному элементу, установленному с возможностью вращения на горизонтальных направляющих поворотной рамы. Инерциальный элемент снабжен храповыми муфтами, контактирующими каждая на своем участке с винтовой поверхностью вала, разделенной на два участка, закрутка которых выполнена в противоположные стороны.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.

Известна ветровая энергетическая установка (А.С. СССР №1451330, кл. F 03 D 7/06, 1989 г.), содержащая парусообразные лопасти, установленные на радиальной траверсе, размещенной на вертикальном валу, и кинематически связанная с электрогенератором, механизм изменения рабочей площади лопастей и механизм ориентирующий, выполненный в виде флюгера.

Недостаток этого технического решения - невозможность обеспечить высокую мощность генератора.

Наиболее близкой по технической сущности является выбранная за прототип (патент России №2002107, кл. МКИ 4 F 03 D 3/00, F 03 D 3/06, F 03 D 5/00, F 03, 7/06, 30.10.1993 г.) ветровая энергетическая установка, содержащая ротор в виде поворотной относительно опорной поверхности горизонтальной платформы с флюгером, поворотные лопатки, образующие парусообразные плоскости, установленные на вертикальных осях в опорных рамах, закрепленных на тележках, установленных с возможностью возвратно-поступательного движения по направляющим, параллельным друг к другу, размещения на валу, закрепленному на горизонтальной платформе, радиальная раздвижная траверса шарнирно связана с тележками, кинематическая связь выполнена в виде шарнирно соединительного с траверсной вала с винтовой поверхностью, разделенной на два участка с закруткой встречного направления, генератор размещен на валу, корпус генератора шарнирно закреплен на горизонтальной платформе.

Данная ветроэнергетическая установка не лишена недостатков, основной из которых - невозможность обеспечить высокую мощность установки, ограничение мощности на валу генератора обусловлено невозможностью увеличения рабочих парусообразных плоскостей, т.к. этому препятствует несущая возможность тележек, совершающих возвратно-поступательные перемещения по направляющим.

Технический результат заключается в повышении мощности установки за счет обеспечения возможности повышения мощности на валу генератора.

Ветровая энергетическая установка содержит горизонтальную платформу с флюгером, вертикальный вал и закрепленную на нем раздвижную радиальную траверсу, шарнирно связанную с тележками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения по направляющим, поворотные лопатки, установленные на вертикальных осях в опорных рамках, закрепленных на тележках, и электрогенератор, кинематически связанный с лопатками винтовым валом с закрутками встречного направления. При этом установка снабжена дополнительным вертикальным валом и закрепленной на нем дополнительной радиальной траверсой, концы траверс шарнирно связаны балками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно одна другой и рабочей поверхности флюгера, размещенной в вертикальной плоскости и проходящей через вертикальные валы, поворотные лопатки установлены на вертикальных осях в опорных рамах, каждая из которых жестко закреплена на балке, а кинематическая связь с электрогенератором выполнена в виде шарнирно соединенных с траверсами консольных балок, передающих возвратно-поступательное движение инерциальному элементу, установленному с возможностью вращения на горизонтальных направляющих поворотной рамы и снабженному храповыми муфтами, контактирующими каждая на своем участке с винтовой поверхностью, разделенной на два участка, закрутка которых выполнена в противоположные стороны.

Предлагаемая ветровая энергетическая установка отличается тем, что позволяет отказаться от тележек, совершающих возвратно-поступательные перемещения по направляющим, кроме того, установка снабжена инерциальным элементом, включенным в кинематическую связь с электрогенератором.

Таким образом, заявляемая ветровая энергетическая установка соответствует критерию изобретения «новизна».

Ветровая энергетическая установка поясняется чертежами, где:

ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Фиг.1 изображен общий вид ветроэнергетической установки

ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Фиг.2 изображен разрез электрогенератора и привод к нему

На опорной поверхности размещен кольцеобразный рельс 2, горизонтальная платформа 3 снабжена роликами 4, которыми она оперта на рельс 2.

Вдоль оси симметрии горизонтальной платформы 3 установлены вертикальные валы 5, на которых с возможностью поворота размещены радиальные траверсы 6. Балки 7 шарнирно связаны с концами траверс 6 и установлены с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно друг другу и флюгеру 8, который также закреплен на платформе 3 в вертикальной плоскости, проходящей через оси поворота траверс 6. На балках 7 закреплены (перпендикулярно направлению движения балок) опорные рамы 9, в которых размещены лопатки 10. Лопатки 10 установлены каждая на отдельной поворотной оси 11 таким образом, чтобы в зависимости от разворота осей 11 образовать либо «сплошной парус», когда аэродинамическое сопротивление максимально, либо решетку из параллельных плоскостей, когда аэродинамическое сопротивление «паруса» минимально. Механизм поворота лопаток 10 (не показан) может быть выполнен в виде цепной передачи с приводом, огибающей зубчатые колеса, закрепленные на осях 11.

В опорной раме 12, размещенной на горизонтальной платформе 3, неподвижно закреплен вал 13 пластинчатой формы, которому придана винтообразная закрутка, причем вал 13 разделен на два участка 14 и 15, закрутка которых выполнена в противоположные стороны. Горизонтальные направляющие 16, жестко закрепленные в перегородках 17, параллельны друг другу и винтовой поверхности и составляют с последними поворотную раму 18, установленную на подшипниках 19. Инерциальный элемент 20 установлен на горизонтальных направляющих 16 с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения относительно пластинчатой поверхности вала 13 и снабжен храповыми муфтами с возможностью взаимодействия каждой (на участке 14 - муфта 21, на участке - 15 - муфта 22) только со своим участком вала 14, 15. Консольные балки 23 шарнирно связаны с траверсами 6 с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно рабочей плоскости флюгера 8, на концах балок 23 размещены ролики 24, контактирующие с ободом 25 инерциального элемента 20 с возможностью свободного вращения последнего в них. Генератор 27 приводится во вращение зубчатыми колесами 28 и 29.

Кроме того, на фиг.1 показаны концевые выключатели 31, шарниры 1, валы 30; на фиг.2 также показаны отверстия 26 инерциального элемента 20, в которые пропущены направляющие 16 поворотной рамы 18.

Ветровая энергетическая установка работает следующим образом. Флюгер 8 обеспечивает разворот платформы 3 в рабочее положение вдоль направления ветра (показано стрелкой). При этом опорные рамы 9 с лопатками 10, закрепленные на балке 7, параллельной рабочей плоскости флюгера 8, оказываются развернутыми перпендикулярно направлению ветра. Для запуска установки в работу достаточно развернуть лопатки 10 на одной из балок 7 на 90° по сравнению с положением лопаток 10 на другой балке 7. При этом балка 7, «парус» которой перпендикулярен направлению ветра, будет перемещаться в направлении ветра, а балка 7, лопатки 10 которой развернуты параллельно направлению ветра, пойдет вхолостую навстречу направлению ветра. Когда балки 7 дойдут до конца, сработают концевые выключатели 31, которые включают механизм поворота лопаток 10, разворачивающий их на 90°. В результате этого включается в работу балка, которая шла вхолостую, ее лопатки 10 оказываются развернутыми поперек направления ветра (лопатки 10 второй балки оказываются развернутыми вдоль направления ветра), далее все повторяется.

При своем качении вперед-назад на валах 5 траверсы 6 толкают (или тянут за собой) консольные балки 23, а ролики 24, размещенные на концах консольных балок 23, взаимодействуют с ободом 25 инерциального элемента 20 так, что инерциальный элемент 20, установленный на направляющих 16, получает от балок 23 импульсы поступательного (или возвратного) движения, при этом храповые муфты 21, 22 инерциального элемента 20 взаимодействуют с винтовой поверхностью вала 13. Когда инерциальный элемент 20 перемещается в одну сторону (на фиг.2 показана стрелкой), работает муфта 21 на участке вала 14 и передает вращение инерциальному элементу 20, муфта 22 при этом не работает. При движении в противоположную сторону муфта 22, работавшая до этого вхолостую, включится в работу на участке вала 15, муфта 21 выключится из работы. Таким образом, инерциальный элемент 20 все время подкручивается в одну сторону. Консольные балки 23 совершают рабочий ход, отклоняясь от оси пластинчатого вала 13, при этом смещается точка приложения сил на ободе 25 инерциального элемента 20, вращающегося в роликах 24. Ролики 24 при возвратно-поступательном перемещении консольных балок 23 перемещаются с последними по рабочей плоскости инерциального элемента 20, передавая ему качение траверс 6. Инерциальный элемент 20, перемещаясь по горизонтальным направляющим 16, передает вращение поворотной раме 18, установленной на подшипниках 19. Закрепленное на перегородке 17 рамы 18 зубчатое колесо 29 передает вращение зубчатому колесу 28, закрепленному на валу генератора 27.

При ветровом потоке чрезмерно большой силы лопатки 10 в рамах 9 устанавливаются под углом к направлению ветра, а не поперек.

Предложенная ветровая энергетическая установка позволяет повысить мощность на валу генератора за счет обеспечения возможности существенного увеличения рабочих размеров «парусов».

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ветровая энергетическая установка, содержащая горизонтальную платформу с флюгером, вертикальным валом и закрепленной на нем раздвижной радиальной траверсой, шарнирно связанной с тележками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения по направляющим, поворотные лопатки, установленные на вертикальных осях в опорных рамках, закрепленных на тележках, и электрогенератор, кинематически связанный с лопатками винтовым валом с закрутками встречного направления, отличающаяся тем, что, с целью повышения мощности, установка снабжена дополнительным вертикальным валом и закрепленной на нем дополнительной радиальной траверсой, концы траверс шарнирно связаны балками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно одна другой и рабочей поверхности флюгера, размещенной в вертикальной плоскости и проходящей через вертикальные валы, поворотные лопатки установлены на вертикальных осях в опорных рамах, каждая из которых жестко закреплена на балке, а кинематическая связь с электрогенератором выполнена в виде шарнирно соединенных с траверсами консольных балок, передающих возвратно-поступательное движение инерциальному элементу, установленному с возможностью вращения на горизонтальных направляющих поворотной рамы и снабженному храповыми муфтами, контактирующими каждая на своем участке с винтовой поверхностью, разделенной на два участка, закрутка которых выполнена в противоположные стороны.

Версия для печати
Дата публикации 23.12.2006гг


вверх