Воздушно-электрическая установка
Владельцы патента RU 2476718:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ (RU)
Изобретение относится к электроэнергетике. Воздушно-электрическая установка состоит из ветрогенератора с вертикальной осью вращения модулей вертикальной сборки. В установку введены ведущие валы ветротурбины с ведущими катками. Ведущие катки через редуктор соединены с электрогенератором. Электрогенератор через систему управления соединен с нагрузкой. Изобретение направлено на создание устройства для производства электроэнергии, использующего потоки воздуха на разных уровнях. 3 ил.
Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для производства электроэнергии.
Известны своим практическим использованием различные виды устройств: пропеллерного типа, повторяющие средневековую ветряную мельницу или роторные ветрогенераторы с вертикальной осью вращения.
Каждый вид имеет как достоинства, так и недостатки. Недостатками пропеллерных устройств являются: необходимость увеличения диаметра пропеллера для увеличения мощности, обеспечение постоянного разворота на ветер, что делает их весьма дорогостоящими. Не лишены недостатков и ветрогенераторы с вертикальной осью вращения.
Наиболее близким по технической сущности является ветроэнергетическая установка (RU 2390654 С1), содержащая роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения. Он выполнен в виде модуля с возможностью вертикальной сборки модулей. Роторный ветрогенератор включает прикрепленные к несущему цилиндру и выполненные плоскими лопасти ротора ветротурбины, размещенного внутри неподвижной системы ветронаправляющих экранов в виде вертикальных отклоняющих пластин. Ветронаправляющие экраны выполнены с возможностью изменения площади вертикальных отклоняющих пластин за счет телескопического перемещения их подвижного сектора, который может быть размещен как внутри них, так и параллельно им. Лопасти ротора ветротурбины снабжены завихрителями, выполненными в виде цилиндрически изогнутых полосок. Размещение лопастей ротора ветротурбины относительно несущего цилиндра выполнено с образованием вдоль их основания между ними и несущим цилиндром щелевого диффузора. В случае назначения ветроэнергетической установки для выработки электроэнергии на каждом из торцов ветротурбины установлен распределенный магнитоэлектрический генератор.
Задачей изобретения является создание устройства для производства электроэнергии, использующего естественные и искусственные потоки воздуха на разных уровнях.
Требуемый технический результат достигается тем, что роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения выполнен в виде модуля с возможностью вертикальной сборки модулей. Модули взаимонезависимы, т.е. каждый расположен на отдельном валу, и могут работать отдельно друг от друга, в зависимости от уровня набегающего потока воздуха. Валы модулей расположены один внутри другого и вращение одного не зависит от работы других (фиг.3). В редукторе применяется цилиндрическая фрикционная передача, состоящая из валов и двух видов катков - ведущих (4) и ведомого (6), которые прижаты друг к другу с заданной силой (фиг.2). При вращении одного из катков, например ведущего, приходит в движение ведомый, благодаря возникающей силе трения.
Условие работоспособности передачи Tmp>=F,
где F - передаточное окружное усилие;
Tmp - сила трения в месте контакта.
Окружное усилие - сила, которая вращает шкив, коленчатый вал, маховик и т.д., направленная по касательной к окружности, по которой движется точка приложения этой силы. Определяют окружное усилие по формуле F=М/r,
где М - вращающий момент;
r - расстояние от точки приложения окружного усилия до оси вращения.
Если это условие нарушается, то возникает буксование, то есть ведомый каток не вращается, а ведущий скользит по нему.
При вращении ведомого вала, являющегося валом электрогенератора вырабатывается электроэнергия. Полученная электроэнергия через систему управления поступает потребителям или аккумулируется.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен возможный вариант построения модулей воздушно-электрической установки, которая содержит:
1 - модули лопастей ветротурбины,
2 - ведущие валы ветротурбины.
На фиг.2 представлен вариант цилиндрической фрикционной передачи, используемой в редукторе:
3 - ведущий вал ветротурбины,
4 - ведущий каток,
5 - ведомый вал электрогенератора,
6 - ведомый каток.
На фиг.3 представлен возможный вариант устройства редуктора для одновременной или отдельной работы трех и более ведущих валов модулей ветротурбины на один ведомый вал, вал электрогенератора:
3 - ведущие валы ветротурбины,
4 - ведущий каток,
5 - ведомый вал электрогенератора,
6 - ведомый каток,
7 - электрогенератор,
8 - система управления,
9 - нагрузка.
Воздушно-электрическая установка работает следующим образом: при движении воздушного потока приводятся в действие лопасти турбины одного или нескольких модулей устройства, вращающие каждый свой вал (3). Валы через редуктор соединены с электрогенератором, в нашем случае применяется цилиндрическая фрикционная передача, где на ведущих (3) и ведомом (5) валах насажены на шпонках катки, ведущие (4) и ведомый (6). Подшипники вала (5) установлены неподвижно, а подшипники валов (3) позволяют перемещаться валу по направлению линии центров передачи. Если привести во вращение любой ведущий вал (3), то вместе с ним будет вращаться и ведущий каток. Ведомый каток не будет вращаться до тех пор, пока не будет преодолено полезное сопротивление на валу (5) - вращающий момент и сопротивление трения в подшипниках. Но так как подшипники ведущего вала выполнены плавающими и находятся под действием пружины сжатия, то этим самым обеспечивается прижимное усилие, а следовательно, и вращение ведомого вала, вала электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию. Полученная электроэнергия через систему управления или сразу поступает потребителям или аккумулируется для дальнейшего использования.
Воздушно-электрическая установка найдет свое применения на оживленных автотрассах, железной дороге и др. Нахождение установок на разделительной полосе позволит решить одновременно несколько проблем. Во-первых, изначальное разделение встречных потоков автотранспорта. Во-вторых, движение потока транспорта во встречных направлениях позволит эффективно использовать возможности установки по производству электроэнергии, задействовать как естественные воздушные потоки, так и искусственные от проезжающего мимо транспорта, а модульное устройство установки позволит задействовать в работе только модуль, находящийся на уровне воздушного потока. Полученная электроэнергия или сразу поступает потребителям (освещение автотрассы, зарядка аккумуляторов электромобилей и др.) или аккумулируется для дальнейшего использования.
Воздушно-электрическая установка, состоящая из ветрогенератора с вертикальной осью вращения, модулей вертикальной сборки, отличающаяся тем, что в нее введены ведущие валы ветротурбины с ведущими катками, которые через редуктор соединены с электрогенератором, через систему управления соединенным с нагрузкой.
