Устройство для преобразования возобновляемой энергии

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения энергии от набегающего потока воздуха. Устройство для преобразования возобновляемой энергии содержит раму, лопасть, шарнирно связанную с рамой, закрепленный на раме кривошипно-шатунный механизм, одно из колен вала которого соединено шатуном с лопастью, причем шатун расположен в плоскости лопасти и жестко связан с ней. Устройство снабжено дополнительной лопастью, вторым шатуном и вторым коленом вала. Дополнительная лопасть шарнирно связана с рамой и соединена вторым шатуном со вторым коленом вала, при этом второй шатун расположен под углом к плоскости дополнительной лопасти и жестко связан с ней, а колена вала смещены относительно друг друга в плоскости вращения вала. Вал может быть размещен между лопастями, второй шатун расположен под углом 90 градусов к плоскости дополнительной лопасти, а колена вала смещены на угол 90 градусов относительно друг друга. Кроме того, вал может быть снабжен аэродинамическим кожухом. Изобретение направлено на повышение надежности и эффективности устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для преобразования возобновляемой энергии и может быть использовано в области энергетики для получения энергии от набегающего потока воздуха.

Известно устройство для преобразования энергии потока текучей среды в полезную работу, содержащее совокупность соединенных между собой лопастей, связанных с преобразователем энергии (патент РФ №2037641, 1991 г., МКИ F03B 13/00, F03B 17/06, F03D 5/06). Недостатком устройства является сложность конструкции, невысокая надежность и невысокая эффективность.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для преобразования возобновляемой энергии, содержащее раму, лопасть, шарнирно связанную с рамой, закрепленный на раме кривошипно-шатунный механизм, одно из колен вала которого соединено шатуном с лопастью, причем шатун расположен в плоскости лопасти и жестко связан с ней (патент РФ №2293212, 2005 г., МКИ F03D 5/00).

Недостатком этого устройства является невысокая надежность из-за невозможности самостоятельного включения после остановок при ослаблении скорости набегающего потока, а также невысокая эффективность использования энергии набегающего потока.

Заявляемое изобретение направлено на повышение надежности и эффективности устройства.

Указанный результат достигается тем, что известное устройство для преобразования возобновляемой энергии, содержащее раму, лопасть, шарнирно связанную с рамой, закрепленный на раме кривошипно-шатунный механизм, одно из колен вала которого соединено шатуном с лопастью, причем шатун расположен в плоскости лопасти и жестко связан с ней, снабжено дополнительной лопастью, вторым шатуном и вторым коленом вала. Дополнительная лопасть шарнирно связана с рамой и соединена вторым шатуном со вторым коленом вала, при этом второй шатун расположен под углом к плоскости дополнительной лопасти и жестко связан с ней, а колена вала смещены относительно друг друга в плоскости вращения вала. Указанный результат в частном случае выполнения устройства достигается тем, что вал размещен между лопастями, второй шатун расположен под углом 90 градусов к плоскости дополнительной лопасти, а колена вала смещены на угол 90 градусов относительно друг друга. В этом частном случае вал может быть снабжен аэродинамическим кожухом.

Отличительными признаками заявленного изобретения являются:

- дополнительная лопасть;

- второй шатун;

- второе колено вала кривошипно-шатунного механизма;

- шарнирная связь дополнительной лопасти с рамой;

- соединение дополнительной лопасти вторым шатуном со вторым коленом вала;

- расположение второго шатуна под углом к плоскости дополнительной лопасти;

- жесткая связь второго шатуна с дополнительной лопастью;

- смещение колен вала относительно друг друга в плоскости вращения вала.

Дополнительная лопасть, шарнирно связанная с рамой и соединенная вторым шатуном со вторым коленом вала, позволяет увеличить эффективность устройства за счет дополнительного использования энергии ветра.

Расположение второго шатуна под углом к плоскости дополнительной лопасти, жесткая связь шатуна с лопастью, а также смещение колен вала относительно друг друга в плоскости вращения вала позволяют избежать наличия в устройстве так называемых «мертвых точек», в которых набегающий поток не создает направленное вращение валу кривошипно-шатунного механизма. Отсутствие «мертвых точек» повышает надежность устройства, так как устройство, остановившееся после ослабления силы ветра, при возобновлении ветра приводится в движение самостоятельно, без внешнего вмешательства.

Сущность заявляемого изобретения поясняется нижеследующим описанием.

На прилагаемой фигуре 1 изображен общий вид предлагаемого устройства в частном случае его выполнения (вал размещен между лопастями, второй шатун расположен под углом 90 градусов к плоскости дополнительной лопасти, колена вала смещены на угол 90 градусов относительно друг друга, вал снабжен аэродинамическим кожухом).

Устройство включает основание 1 с установленной на нем поворотной рамой 2, на которой жестко закреплен силовой брус 3. На консольной части бруса 3 установлен кривошипно-шатунный механизм, выполненный в виде кривошипного вала 4. На коленах 5 и 6 вала 4 установлены верхний 7 и нижний 8 шатуны. Угол между коленами 5 и 6 в частном случае исполнения устройства равен 90 градусов. Верхний шатун 7 жестко соединен с верхней лопастью 9 таким образом, что угол между шатуном и плоскостью лопасти составляет 90 градусов. Нижний шатун 8 жестко соединен с нижней лопастью 10 и расположен в плоскости лопасти 10. Верхняя лопасть 9 шарнирно соединена с верхней тягой 11, которая, в свою очередь, шарнирно связана с поворотной рамой 2. Нижняя лопасть 10 шарнирно соединена с нижней тягой 12, которая также шарнирно связана с поворотной рамой 2. Верхняя тяга 11 выполнена удлиненной и на ее консольном конце шарнирно закреплена вертикальная тяга 13, соединенная с преобразующим механизмом 14, который установлен на площадке 15, жестко связанной с рамой 2. Кривошипный вал 4 расположен между верхней 9 и нижней 10 лопастями и снабжен аэродинамическим кожухом 16. На валу 4 установлен балансир 17. Стрелкой V указано направление набегающего потока воздуха, стрелкой ω обозначено направление вращение вала 4.

Устройство работает следующим образом.

Под действием подъемной силы воздушного потока лопасть 9, расположенная под положительным углом атаки, поднимается вверх, поворачивая кривошипный вал 4 по часовой стрелке. Положительный угол атаки лопасти 9 сохраняется до момента, пока колено 6 вала 4 не займет крайнее верхнее положение, соответствующее верхней «мертвой точке». При переходе лопасти 9 через свою верхнюю «мертвую точку» угол атаки лопасти становится отрицательным, под действием потока ветра лопасть 9 начинает опускаться вниз, продолжая поворачивать вал 4 по часовой стрелке. В нижней «мертвой точке» угол атаки лопасти 9 снова становится положительным, лопасть начинает подниматься вверх, продолжая поворачивать вал 4 по часовой стрелке. Нижняя лопасть 10 работает аналогичным образом, обеспечивая поворот коленчатого вала по часовой стрелке. Так как колена 5 и 6 вала 4 установлены со смещением на угол 90 градусов, отсутствие усилия на вал 4 со стороны одной из лопастей при нахождении ее в своей «мертвой точке» компенсируется соответствующим максимальным усилием другой лопасти. Механическое усилие от воздействия ветра на лопасти передается через рычаг 11 и тягу 13 на преобразующий механизм 14, установленный на площадке 15. При изменении направления ветра лопасти разворачивают раму 2 таким образом, что обеспечивается постоянное расположение лопастей в благоприятном режиме приема энергии набегающего потока воздуха. Установка аэродинамического кожуха 16 обеспечивает создание дополнительного вращающего момента, так как поток воздуха, огибая кожух, направляется на нижнюю 10 и верхнюю 9 лопасти.

В таком устройстве отсутствуют «мертвые точки», в которых ветер не создает направленное вращение валу кривошипно-шатунного механизма. Устройство, остановившееся после ослабления силы ветра, при возобновлении ветра приводится в движение самостоятельно, без внешнего вмешательства, что обеспечивает его надежное функционирование.

1. Устройство для преобразования возобновляемой энергии, содержащее раму, лопасть, шарнирно связанную с рамой, закрепленный на раме кривошипно-шатунный механизм, одно из колен вала которого соединено шатуном с лопастью, причем шатун расположен в плоскости лопасти и жестко связан с ней, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительной лопастью, вторым шатуном и вторым коленом вала, при этом дополнительная лопасть шарнирно связана с рамой и соединена вторым шатуном со вторым коленом вала, второй шатун расположен под углом к плоскости дополнительной лопасти и жестко связан с ней, а колена вала смещены относительно друг друга в плоскости вращения вала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вал размещен между лопастями, второй шатун расположен под углом 90° к плоскости дополнительной лопасти, а колена вала смещены на угол 90° относительно друг друга в плоскости вращения вала.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вал снабжен аэродинамическим кожухом.