Система преобразования энергии ветра с автоматической защитой
Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано в системах преобразования энергии ветра с автоматической защитой. Технический результат заключается в повышении надежности, эффективности эксплуатации системы, а также увеличении коэффициента полезного действия (КПД). Система преобразования энергии ветра с автоматической защитой содержит вертикальный позиционирующий вал, на котором смонтирован сердечник с несколькими равноотстоящими втулками, внутри которых проходит вал, на обоих концах которого имеются конические зубчатые колеса, соединенные с коническим зубчатым колесом с вдвое меньшим количеством зубьев, составляющими часть вертикального позиционирующего вала, с другой стороны с противоположных концов втулок конические зубчатые колеса соединены с точно такими же коническими зубчатыми колесами, находящимися на вертикальных валах, установленных в подшипниках, причем в верхней части вертикальных валов предусмотрен шаровой шарнир или шарнирное соединение для соединения с наклонными верхними консольными частями восходящих валов, служащими опорой и направляющей для сворачивающихся лопастей, приводимых в движение ветром. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к системе преобразования энергии ветра с автоматической защитой. Изобретение является очевидным новшеством в области производства энергии на базе природных энергоносителей без загрязнения окружающей среды и обеспечивает идеальную работу привода, исключая риски, связанные с повреждением или выходом из строя механизмов. Это достигается благодаря встроенным защитным устройствам, преимущество которых в том, что в случае ураганных ветров, гроз и бурь автоматические средства механизмов преобразователя на основе датчиков и других элементов автоматики включают защитное устройство, которое в свою очередь с помощью приводного двигателя или иным образом изменяет направление вращения всего вращающегося блока, вызывая свертывание и складывание лопастей или элементов, имеющих форму треугольных парусов, в результате чего ветрогенератор останавливается. Характеристики конструкции и элементов, входящих в состав установки, заметно отличаются от характеристик любого из известных в настоящее время ветрогенераторов. Это обстоятельство, а также новизна и практическая ценность изобретения дают достаточные основания для предоставления правообладателю, согласно его заявке, исключительных прав на производство и продажу описанной установки в Испании в силу настоящей регистрации Патента на изобретение.
Описанная выше техника предусматривает существование различных ветрогенераторов, оснащенных, как правило, вращающимися лопастями в форме мельничного колеса. Существуют также модели с лопастями, приводящими в движение горизонтальный вал в форме лопаток, отличающихся по количеству и форме, а также механизмы на основе пластин, приводящих в движение вертикальную ось в форме спирали, лопаток, турбины, рукавов или любой другой. Все существующие системы имеют ряд недостатков, связанных с частым выходом из строя и повреждениями из-за отсутствия защитных устройств.
В основу изобретения положена задача создания системы преобразования энергии ветра, в которой отсутствовали бы вышеуказанные недостатки.
Поставленная задача решается тем, что система преобразования энергии ветра с автоматической защитой, согласно изобретению, содержит вертикальный позиционирующий вал, на котором смонтирован с возможностью вращения сердечник с несколькими равноотстоящими втулками, внутри которых, составляющих часть центрального вращающегося блока, проходит вал, на обоих концах которого имеются конические зубчатые колеса, которые соединены с коническим зубчатым колесом с вдвое меньшим количеством зубьев, составляющими часть вертикального позиционирующего вала с другой стороны, с противоположных концов втулок конические зубчатые колеса соединены с точно такими же коническими зубчатыми колесами, находящимися на вертикальных валах, установленных в подшипниках, причем в верхней части этих вертикальных валов предусмотрен шаровой шарнир или шарнирное соединение для соединения с наклонными верхними консольными частями восходящих валов, служащими опорой и направляющей для сворачивающихся лопастей, приводимых в движение ветром.
Предпочтительно, что заявленная система преобразования энергии ветра содержит подшипник и крестовидную траверсу, расположенные на наклонных верхних консольных частях восходящих валов, соединенных с втулками, на обоих концах траверсы имеются шкивы, с которыми посредством гибкого и упругого соединения соединены нижние углы треугольных лопастей, разделенных на две части по обе стороны поддерживающего их восходящего вала, указанные лопасти, на которые воздействует ветер, имеют конфигурацию свертывающихся парусов и смонтированы на восходящем валу с помощью равноотстоящих упругих тросов по всей высоте, позволяющих лопастям сворачиваться в форме парусов на восходящем валу в том случае, если благодаря датчикам или иным электронным или механическим средствам происходит изменение направления вращения блока.
Не менее предпочтительно, когда вертикальный позиционирующий вал проходит по восходящей линии через центр блока механизмов, причем в своей верхней части вал заканчивается круглым направляющим диском, к которому периферийно на нижней плоскости или основании закреплены с помощью шаровых шарниров верхние окончания восходящих валов, поддерживающих лопасти в форме парусов, приводимые в движение ветром, обеспечивая их равномерное перемещение, в направляющем диске имеются механизмы, благодаря которым при изменении направления вращения всего блока механизмов происходит свертывание лопастей, имеющих форму треугольных парусов, в результате чего лопасти перестают действовать и блокируются.
Заявленная система преобразования энергии ветра позволяет преодолеть эти недостатки, так как ее конструкция основана на вращении всего блока вокруг центрального вала, оснащенного в верхней плоскости вращения периферически распределенными восходящими валами, на которых по обеим сторонам закреплены двойные треугольные лопасти. Треугольные лопасти сворачиваются на своих опорах подобно парусам. Это происходит, когда блок начинает вращаться в обратном направлении при ураганных порывах ветра, во время бури или при иных неблагоприятных обстоятельствах, причем обратное движение обеспечивается автоматически с помощью датчиков и других элементов, что позволяет избежать повреждения или выхода из строя механизмов системы преобразования энергии ветра.
Настоящая система преобразования энергии ветра с автоматической защитой имеет вертикальный центральный вал, по оси которого смонтирован вращающийся блок механизмов, к которому в свою очередь в нескольких периферийных точках прикреплены треугольные лопасти, состоящие, каждая, из двух половин, закрепленных на восходящих стержнях или опорах, которые в верхней части установлены с возможностью перемещения вокруг центрального вала в правильном направлении, в то время как в обратном направлении имеет возможность вращения сам восходящий стержень, на котором закреплены двойные треугольные лопасти, таким образом, что эти лопасти в форме парусов скручиваются вокруг стержня, позволяя тем самым избежать резкого воздействия порыва ветра. При этом каждый восходящий стержень или опора, на которой закреплены лопасти, в своей нижней части имеет привод на основе конических зубчатых колес, передающих вращение сердечнику центрального блока с ротором, оборудованным передачей, преобразующей движение в энергию.
Треугольные лопасти в форме парусов, в своей нижней части, имеют тросы, обеспечивающие закрепление их к небольшим шкивам по обоим краям траверс, соединенных с помощью свободных подшипников с восходящими опорами. Смонтированные на них пружины или иные упругие элементы при растяжении обеспечивают свертывание лопастей и их последующее разворачивание. Проходя через шкивы, тросы удерживаются от возможного смещения специальными направляющими.
Все конические зубчатые колеса передач одинаковые, то есть имеют одно и то же количество зубьев, в то время как центральное коническое зубчатое колесо, соосное с нижним вертикальным валом, имеет зубьев ровно в два раза меньше, чем конические зубчатые колеса, расположенные на вертикальных валах по краям ступиц передачи.
Вертикальные валы, представляющие собой нижнюю консольную часть опор сворачивающихся лопастей, с коническими зубчатыми колесами и соответствующими шарнирными соединениями, соосно соединены с траверсами, поддерживающими снизу сворачивающиеся лопасти. Весь блок соединен с помощью подшипников с верхними консольными частями опор двойных треугольных лопастей. Окончания верхних консольных частей опор с помощью шаровых шарниров прикреплены к верхнему диску центрального вала, в который они вставляются с помощью небольших вертикальных валов. При порывистом ветре или неблагоприятных атмосферных условиях диск обеспечивает вращение узла в обратом направлении, в то время как центральный нижний вращающийся сердечник фиксируется с помощью подшипников на неподвижной опоре, закрепленной на земле.
Для лучшего понимания изложенных выше общих характеристик устройства прилагаются чертежи, иллюстрирующие, в схематической форме, один из возможных случаев работы системы преобразования энергии ветра с автоматической защитой. При этом необходимо констатировать, что чертежи выполняют исключительно информативную роль. Изображенные на них фигуры следует рассматривать как обобщение. Никаких ограничительных функций для заявляемого права они не имеют.
Ниже приводится описание фигур в соответствии с прилагаемыми чертежами:
фиг.1 - общая вертикальная проекция системы преобразования энергии ветра;
фиг.2 - фрагмент вертикальной проекции;
фиг.3 - схематическое изображение генератора энергии ветра в обычной горизонтальной проекции пои его работе.
На фиг.1 показано расположение двойных треугольных лопастей в форме парусов. Каждая из лопастей установлена на восходящих валах или опорах. Эти восходящие валы своими верхними концами закреплены на диске, которым заканчивается центральный неподвижный вал. Нижние части восходящих валов, к которым крепятся двойные треугольные лопасти, содержат траверсы с небольшими шкивами на концах. К ним посредством упругого троса крепятся нижние углы развернутых лопастей. В своей нижней части восходящие валы или опоры треугольных лопастей заканчиваются коническими зубчатыми колесами, через которые вращение генерируемой силы преобразуется в полезную энергию.
На фиг.2 представлены в сечении пары радиальных конических зубчатых колес, таких же как и во вращающемся сердечнике, с передачей движения на коническое зубчатое колесо с вдвое меньшим количеством зубьев, через которое генерируется энергия. Блок имеет несколько лопастей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Лопасти пересекаются во время вращения, не мешая друг другу, что позволяет обеспечить наибольшую производительность.
На фиг.3 показано расположение четырех треугольных лопастей и их вращение под воздействием ветра. Непрерывной линией показаны двойные треугольные лопасти, пунктирной линией - те же лопасти в промежуточных положениях во время вращательного перемещения.
Необходимо констатировать, что имеющиеся на фигурах цифровые ссылки соответствуют приводимым ниже различным элементам системы при описании их характеристик и функций и служат для быстрого определения местоположения того или иного элемента. Цифрой 1 обозначена нижняя часть позиционирующего вертикального вала, установленного в подшипниках 2, размещенных во вращающемся сердечнике 3, и снабженного зубчатым колесом 4 или иным средством передачи для преобразования силы вращения в энергии. Сердечник 3 расположен у основания блока и содержит несколько втулок 5, которых может быть любое количество, оптимально - четыре. На втулках 5 смонтировано основание 6, которое поддерживает вертикальный восходящий вал 7, заканчивающийся диском 8. Диск служит направляющей вращательного перемещения или свертывания лопастей, имеющих форму парусов, при вращении в обратную сторону.
Внутри каждой втулки 5 находится вал 9, установленный в подшипниках 10. На обоих концах вала расположены конические зубчатые колеса 11, соединенные с точно такими же коническими зубчатыми колесами 12, расположенными перпендикулярно к первым таким образом, что центральное коническое зубчатое колесо 24 с вдвое меньшим количеством зубьев соосно соединено с верхней частью вертикального вала 1, в то время как зубчатые колеса 12, находящиеся в соединении с концами втулок 5, закреплены на вертикальных валах 13, установленных в блоках 14 посредством подшипников 22. В верхней части зубчатых колес 12, находящихся на вертикальных валах 13, имеются шарнирные соединения в виде шаровых шарниров 15, обеспечивающих определенный наклон верхней консольной части восходящего вала 16. На этом валу имеется крестовидная траверса 17, на концах которой предусмотрены шкивы 18 для крепления посредством пружин 23 или других упругих или гибких элементов 19 двойных лопастей 20, расположенных по обе стороны восходящего вала 16 с тросами 21, обеспечивающими натяжение двойных лопастей 20, имеющих форму сворачивающихся парусов.
Верхние консольные части восходящего вала 16 всех двойных треугольных лопастей 20 своими концами и посредством соответствующих шаровых шарниров закреплены и размещены посредством небольших вертикальных валов в верхнем диске 8, которым заканчивается восходящий вертикальный вал 7. Диск служит направляющей для перемещения лопастей 20 под воздействием ветра и включает механизм, который в случае вращения в обратную сторону с поворотом вертикального вала 1 на 180° при порывистых ветрах или иных неблагоприятных атмосферных явлениях заставляет сворачиваться двойные лопасти 20 в форме парусов, что позволяет избежать выхода из строя или повреждения системы. Лопасти в свернутом состоянии показаны справа на фиг.1 одного из прилагаемых чертежей.
На этом каждую из деталей системы преобразования энергии ветра с автоматической защитой можно считать достаточно подробно описанной. Остается только добавить, что детали системы могут изготовляться из разнообразных материалов, могут быть разного размера и формы и допускают внесение в них подсказываемых практикой конструктивных изменений, если такие изменения не нарушают работу основных элементов конструкции, являющихся предметом заявленного изобретения.
1. Система преобразования энергии ветра с автоматической защитой, отличающаяся тем, что она содержит вертикальный позиционирующий вал (1), на котором смонтирован с возможностью вращения сердечник (3) с несколькими равноотстоящими втулками (5), внутри которых, составляющих часть центрального вращающегося блока, проходит вал (9), на обоих концах которого имеются конические зубчатые колеса (11), которые соединены с коническим зубчатым колесом (24) с вдвое меньшим количеством зубьев, составляющими часть вертикального позиционирующего вала (7), с другой стороны, с противоположных концов втулок (5) конические зубчатые колеса (11) соединены с точно такими же коническими зубчатыми колесами (12), находящимися на вертикальных валах (13), установленных в подшипниках (22), причем в верхней части этих вертикальных валов (13) предусмотрен шаровой шарнир (15) или шарнирное соединение для соединения с наклонными верхними консольными частями восходящих валов (16), служащими опорой и направляющей для сворачивающихся лопастей (20), приводимых в движение ветром.
2. Система преобразования энергии ветра по п.1, отличающаяся тем, что содержит подшипник и крестовидную траверсу (17), расположенные на наклонных верхних консольных частях восходящих валов (16), соединенных с втулками (5), на обоих концах траверсы (17) имеются шкивы (18), с которыми посредством гибкого и упругого соединения соединены нижние углы треугольных лопастей (20), разделенных на две части по обе стороны поддерживающего их восходящего вала (16), указанные лопасти (20), на которые воздействует ветер, имеют конфигурацию свертывающихся парусов и смонтированы на восходящем валу (16) с помощью равноотстоящих упругих тросов (21) по всей высоте, позволяющих лопастям (20) сворачиваться в форме парусов на восходящем валу (16) в том случае, если благодаря датчикам или иным электронным или механическим средствам происходит изменение направления вращения блока.
3. Система преобразования энергии ветра по п.1, отличающаяся тем, что вертикальный позиционирующий вал (7) проходит по восходящей линии через центр блока механизмов, причем в своей верхней части вал (7) заканчивается круглым направляющим диском (8), к которому периферийно на нижней плоскости или основании закреплены с помощью шаровых шарниров верхние окончания восходящих валов (16), поддерживающих лопасти (20) в форме парусов, приводимых в движение ветром, обеспечивая их равномерное перемещение, в направляющем диске (8) имеются механизмы, благодаря которым при изменении направления вращения всего блока механизмов происходит свертывание лопастей (20), имеющих форму треугольных парусов, в результате чего лопасти (20) перестают действовать и блокируются.
