Флажковый ветрогенератор

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Флажковый ветрогенератор содержит ветроприемник, выполненный в виде струн, расположенных в ветровом потоке между стойками, преобразователь колебаний струн в полезную энергию. Струны, натянутые между стойками, содержат навешанные на них полотнища в виде флажков, так что они делят струну между стойками на равные половины. Преобразователь энергии колебаний в полезную энергию установлен между центром струн и точкой поверхности, на которой расположены стойки для их крепления, являющейся проекцией центра струн на указанную поверхность. Изобретение позволяет повысить КПД и надежность ветрогенератора. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а точнее к безлопастным ветряным преобразователям, и может быть использовано в автономных источниках, преобразующих энергию ветрового потока в полезную энергию.

Известен безлопастной преобразователь ветрового потока в полезную энергию, в частности в электрическую, содержащий ветроприемники, выполненные в виде упруго натянутых лент, соединенных посредством тяг с подпружиненной подвижной частью, и линейные электрогенераторы, преобразующие колебания лент в электроэнергию (см. патент RU № 2391556 С1, 10.06.2010).

Недостаток известного безлопастного преобразователя заключается в том, что его КПД невысок. Кроме того, его конструкция сложна, а для его работы необходимо учитывать направление ветра.

В качестве прототипа выбран безлопастной преобразователь ветрового потока в полезную энергию, в частности в электрическую, описанный в патенте RU 2244850 С2, (20.01.2005).

Известный безлопастной преобразователь энергии, содержит ветроприемник, выполненный из струн-проводников, размещенных в магнитном поле, а энергия преобразования получается за счет электромагнитной индукции путем воздействия на проводники набегающего потока воздуха и магнитного поля.

Достоинством прототипа является относительная простота конструкции.

Его недостаток заключается в невысоком КПД. Кроме того, для генерации сигнала необходимо учитывать направление ветра, что приводит к усложнению устройства.

Задачей данного изобретения является создание простого и надежного безлопастного преобразователя ветровой энергии в полезную энергию, в частности в электрическую, генерирующего энергию, достаточную для промышленного применения.

Техническим результатом является повышение КПД и надежности преобразователя ветровой энергии в полезную энергию, в частности в электрическую, а также обеспечение универсальности и упрощение конструкции.

Технический результат достигается за счет того, что в безлопастном преобразователе ветровой энергии в электрическую, содержащем ветроприемник, выполненный в виде струн, расположенных в ветровом потоке, и преобразователь колебания струн в полезную энергию, согласно изобретению струны, натянутые между стойками, содержат навешанные на них на равном расстоянии друг от друга полотнища в виде флажков, так что они делят струну между стойками на равные половины, а преобразователь энергии колебаний в полезную энергию установлен между центром струн и точкой поверхности, на которой расположены стойки для их крепления, являющейся проекцией центра струн на указанную поверхность.

Струны флажкового ветрогенератора могут образовывать общий центр за счет пересечения их в одной точке.

Струны флажкового ветрогенератора могут располагаться по диаметру окружности, деля окружность на равные дуги.

Полотнища могут содержать кулисы, в которые вздеваются струны.

Полотнища могут быть навешаны на струну наподобие сушащегося белья.

В качестве материала полотнищ могут быть использованы легкие синтетические ткани, например нейлон.

В качестве материала полотнищ могут быть использованы плотные синтетические ткани.

В качестве материала полотнищ могут быть использован жесткий материал, например пластмасса.

Жесткий материал полотнищ может быть выполнен из поперечных полос, соединенных между соседними полосами гибкими связями.

В центре нижних кромок полотнищ могут быть выполнены отверстия, через которые проложен корд, соединяющий полотнища, расположенные на равном расстоянии от центра

Нижние кромки полотнищ могут содержать твердые накладки, в центре которых выполнены отверстия, и через отверстия полотнищ, расположенные на равном расстоянии от центра окружности, проложен корд, свободно свисающий между полотнищами.

Преобразователь колебаний струн в полезную энергию может быть выполнен в виде гидравлического насоса, создающего перепад давлений между приемной емкостью и напорной емкостью.

Между напорной емкостью и приемной емкостью может быть установлен электрический генератор, работающий на перепаде давлений между емкостями.

Преобразователь колебаний струн в полезную энергию может быть выполнен в виде линейного электрогенератора, установленного на подпружиненных растяжках.

Линейный генератор может быть выполнен в виде инерционного магнитного генератора с обращенными навстречу друг другу одноименными электромагнитами.

Изготовление ветроприемника в виде струн, на которые на равном расстоянии друг от друга навешаны полотнища, позволяет повысить чувствительность системы. Установка преобразователя энергии колебаний в полезную энергию между центром струн и поверхностью, на которой расположены стойки для крепления струн, повышает удельную мощность преобразователя энергии колебаний и упрощает конструкцию устройства.

Образование общего центра за счет пересечения струн флажкового ветрогенератора в одной точке позволяет использовать ветровой поток, идущий с любого направления. Установка в центре окружности на подпружиненных растяжках между центром струн и фундаментом преобразователя энергии колебаний в электрическую энергию способствует повышению удельной мощности преобразователя энергии и ведет к упрощению конструкции ветроприемника.

Струны флажкового ветрогенератора могут располагаться по диаметру окружности, деля окружность на равные дуги. Расположение струн по диаметру обруча позволяет использовать ветровой поток, идущий с любого направления. Установка в центре окружности на подпружиненных растяжках между центром струн и фундаментом преобразователя энергии колебаний в электрическую энергию способствует повышению удельной мощности преобразователя энергии и ведет к упрощению конструкции ветроприемника.

Наличие кулис в полотнищах, в которые вздеваются струны, позволяет относительно легко формировать ветроприемник.

Набрасывание полотнищ на струны дает возможность до предела упростить формирование ветроприемника и облегчить его ремонт.

Использование в качестве материала полотнищ легких синтетических тканей обеспечивает работу ветроприемника даже при легком дуновении ветра.

Использование в качестве материала полотнищ плотных синтетических тканей повышает долговечность работы ветроприемника.

Использование в качестве материала полотнищ жесткого материала, например пластмассы, также способствует долговечности ветряного преобразователя.

Выполнение полотнищ из жесткого материала, изготовленного из поперечных полос, соединенных между соседними полосами гибкими связями, повышает чувствительность ветроприемника.

Наличие твердых накладок на кромки полотнищ, в центре которых выполнены отверстия, с кордом, свободно свисающим между полотнищами, повышает долговечность полотнищ и также предотвращает забрасывание полотнищ на струны.

Наличие в центре нижних кромок отверстий, через которые проложен корд, соединяющий полотнища, расположенные на равном расстоянии от центра, предотвращает возможность забрасывания полотнищ на струны.

Выполнение преобразователя энергии колебания струн в полезную энергию в виде гидравлического насоса, создающего перепад давлений между приемной емкостью и напорной емкостью, обеспечивает универсальность предлагаемого ветрогенератора.

Между напорной емкостью и приемной емкостью может быть установлен электрический генератор, работающий на перепаде давлений между емкостями.

Выполнение преобразователя энергии колебаний в полезную энергию в виде линейного электрогенератора ведет к упрощению конструкции машины.

Выполнение линейного генератора в виде инерционного магнитного генератора с обращенными навстречу друг другу одноименными электромагнитами до предела снижает металлоемкость конструкции.

Флажковый ветрогенератор иллюстрируется восемью фигурами.

На фиг.1 представлен общий вид ветроприемника с полотнищами, навешанными на струны.

На фиг.2 изображен преобразователь энергии колебаний в полезную энергию, выполненный в виде гидравлического насоса.

Фиг.З имеется вид структурной схемы с гидравлическим преобразователем для получения электрической энергии.

На фиг.4 нарисован преобразователь энергии, выполненный в виде линейного электрогенератора.

На фиг.5 имеется чертеж электрогенератора, выполненного в виде инерционного магнитного генератора с обращенными навстречу друг другу одноименными электромагнитами.

На фиг.6 начерчена принципиальная электрическая схема для электрогенераторов.

На фиг.7 изображен ветроприемник, струны которого расположены по диаметрам окружности обруча, вид сверху.

На фиг.8 представлен общий вид ветроприемника с полотнищами, по краю которых вставлены твердые накладки, с отверстиями для корда.

Флажковый ветрогенератор выполнен следующим образом. На поверхности 1 (фиг.1) установлены стойки 2. Между стойками 2 натянута струна 3, на которую навешаны полотнища 4 в виде флажков. Полотнища 4 навешивают равномерно с таким расчетом, чтобы они делили струну между стойками 2 на равные половины. Между центром струн 3 и поверхностью 1 расположен преобразователь энергии колебаний в полезную энергию 5, крепящийся с помощью пружинных растяжек 6 и 7. Растяжка 6 в верхней своей точке прикреплена к центральной точке струны 3. Растяжка 7 в нижней точке сочленена с поверхностью в месте, являющимся проекцией центральной точки струны на фундамент.

В полотнищах 4 могут быть выполнены кулисы (на фиг. не показаны), в которые вздеваются струны.

Полотнища 4 могут быть навешаны на струну 3 наподобие сушащегося белья. В этом случае нижние кромки полотнищ должны быть сочленены между собой.

В качестве материала полотнищ 4 могут быть использованы легкие синтетические ткани, например нейлон.

В качестве материала полотнищ 4 могут быть использованы плотные синтетические ткани.

В качестве материала полотнищ 4 может быть использован жесткий материал, например пластмасса.

Жесткий материал полотнищ 4 может быть выполнен из поперечных полос, шарнирно соединенных между соседними полосами гибкими связями, выполненными, например, в виде петлевых шарниров (на фиг. не показан).

Во всех вариантах исполнения полотнища 4 должны быть жестко зафиксированы в своем положении во избежание их возможного смещения вдоль струны 3. Методы фиксации выбираются в зависимости от материала полотнищ и струн.

Если струны 3 расположены несколькими параллельными рядами, то каждая такая струна должна иметь собственный преобразователь энергии колебаний.

В свою очередь преобразователь энергии колебаний может быть выполнен в виде гидравлического насоса 8 (фиг.2). Корпус насоса 8 сочленен с шарниром 9, установленным на поверхности 1, а шток 10 сочленен с центром струны 3. Шарнир 9 сочленен с поверхностью в точке, являющейся проекцией центральной точки струны на эту поверхность 1.

На фиг.2 изображен насос двухстороннего действия с обратными клапанами 11, 12 и 13, 14. Для преобразования энергии колебаний поршня (на фиг. не обозначен) насоса применены баки 15 и 16. Бак 15 является приемным, а бак 16 - напорным. В напорном баке имеется датчик напора 17. Между баками 16 и 17 проложен трубопровод 18, в котором установлен электрический гидрогенератор 19. Напорный бак 16 связан с гидравлическим насосом 8 с помощью шлангов 20 и 21, а приемный бак связан с насосом с помощью шлангов 22 и 23. При этом в шланге 20 установлен клапан 13, в шланге 21 клапан 12, в шланге 22 клапан 11, а в шланге 23 клапан 14. В трубопровод 18 вставлен управляемый вентиль 25, сигнал на включение и отключение которого поступает от датчика напора 17.

Преобразователь энергии может быть выполнен в виде линейного электрогенератора 26 (фиг.4), который содержит статор 27, сочлененный с шаровым шарниром 9, и вторичное тело - бегун 28. Бегун подвешен на пружинных растяжках 6 и 7.

Линейный электрогенератор может быть выполнен в виде инерционного магнитного генератора 29 (фиг.5) с обращенными навстречу друг другу одноименными электромагнитами 30, 31, 32, 33. Генератор подвешен на растяжках 6 и 7, так же как и вторичное тело 28.

Все виды перечисленных генераторов соединены по принципиальной электрической схеме (фиг.6), на которой выходные зажимы генератора переменного тока 34 подключены к двухполупериодному мостовому выпрямителю 35. Параллельно цепи постоянного тока выпрямителя подключены конденсатор 36 и аккумулятор 37. На выходе схемы установлен преобразователь 38 постоянного тока в переменный промышленной частоты.

В варианте исполнения струны 3 расположены по диаметру окружности обруча 39 (фиг.7), деля окружность на равные дуги, так, чтобы они пересекались в ее центре, где они скреплены. При этом требуется только один преобразователь энергии колебаний (на фиг. не показан), помещаемый в центре окружности обруча 39. В качестве преобразователя может быть использовано одно из перечисленных выше устройств. Преобразователь установлен так же, как это показано на фиг.2, 3, 4, 5 или 6. Полотнища также должны быть навешаны равномерно с таким расчетом, чтобы они делили каждую струну между стойками 2 на равные половины и должны быть зафиксированы на струне во избежание их продольного перемещения.

В центре нижних кромок полотнищ могут быть выполнены отверстия, через которые проложен корд, свободно свисающий и соединяющий полотнища, расположенные на равном расстоянии от центра (не показано). Корд необходим для того, чтобы предотвратить забрасывания краев полотнищ на струны.

Нижние кромки полотнищ могут содержать твердые накладки 40 (фиг.8), в центре которых выполнены отверстия 41, и через эти отверстия полотнищ, расположенных на равном расстоянии от центра окружности, проложен корд, свободно свисающий между полотнищами (на фиг. не показан).

Флажковый ветроприемник, преобразующий энергиию ветра в полезную энергию, работает следующим образом. Под воздействием ветра на конструкцию, показанную на фиг.1, полотнища-флажки 4 начинают колыхаться. Их движение передается на струну 3, и последняя приводит в возвратно-поступательное движение преобразователь энергии механических колебаний в полезную энергию 5. Если в качестве такого преобразователя использован гидравлический насос 8 (фиг.2), то его шток, сочлененный с центром струны 3, приходит в движение и насос начнет качать жидкость из приемного бака 15 в напорный бак 16. При некотором перепаде давления по сигналам датчика давления 17 открывается управляемый клапан 25 и жидкость по трубопроводу 18 потечет обратно в приемный бак, приводя во вращение генератор 19. Этот генератор при соответствующем перепаде давлений будет вырабатывать электроэнергию промышленной частоты. Насос может быть использован и просто как нагнетатель жидкости в водопроводной системе.

Энергия, вырабатываемая преобразователем энергии, выполненным в виде линейного электрогенератора 26 (фиг.4) или в виде инерционного магнитного генератора 29 (фиг.5), выпрямляется выпрямителем 35, аккумулируется в аккумуляторе 37 и после преобразователя 38 поступает потребителю. По этой же схеме может быть включен и генератор 19. В этом случае требования к выходным параметрам гидравлической схемы (фиг.3) могут быть снижены, а схема упрощена.

Если в качестве материала полотнищ 4 использованы легкие синтетические ткани, например нейлон, то ветроприемник способен реагировать даже на легкое дуновение ветра.

Если в качестве материала полотнищ 4 использованы плотные синтетические ткани, то чувствительность ветроприемника снижается, но повышается его долговечность.

Жесткий материал полотнищ 4 будет несколько сложнее в изготовлении, но способен работать при различной силе ветра. При этом его долговечность повышается.

Если материал полотнищ выполнен из поперечных полос жесткого материала, гибко соединенных между соседними полосами, то такой ветроприемник рассчитан на длительный период работы и способен реагировать даже на слабые колебания ветра.

Наибольшей удельной мощностью обладает ветроприемник, в котором струны 3 расположены по диаметру окружности обруча 39 (фиг.7). Этот ветроприемник работает вне зависимости от направления ветра. При этом требуется только один преобразователь энергии колебаний, помещаемый в центре окружности обруча 39. В качестве преобразователя может быть использовано одно из перечисленных выше устройств. Для предупреждения забрасывания полотнищ на струны при сильных порывах ветра нижние кромки полотнищ снабжены отверстиями, через которые проложен корд, свободно свисающий и соединяющий полотнища, расположенные на равном расстоянии от центра. Такую же роль выполняют и твердые накладки 40 (фиг.8).

Представленный ветроприемник легко монтируется, не требует больших капитальных затрат и способен генерировать электрическую энергию в течение длительного времени.

1. Флажковый ветрогенератор, содержащий ветроприемник, выполненный в виде струн, расположенных в ветровом потоке между стойками, и преобразователь колебаний струн в полезную энергию, отличающийся тем, что струны, натянутые между стойками, содержат навешанные на них на равном расстоянии друг от друга полотнища в виде флажков, так что они делят струну между стойками на равные половины, а преобразователь энергии колебаний в полезную энергию установлен между центром струн и точкой поверхности, на которой расположены стойки для их крепления, являющейся проекцией центра струн на указанную поверхность.

2. Флажковый ветрогенератор по п.1, отличающийся тем, струны образуют общий центр за счет пересечения их в одной точке.

3. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что струны расположены по диаметру окружности, деля окружность на равные дуги.

4. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что полотнища содержат кулисы, в которые вздеваются струны.

5. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что полотнища навешаны на струну наподобие сушащегося белья.

6. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что в качестве материала полотнищ использованы легкие синтетические ткани, например нейлон.

7. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что в качестве материала полотнищ использованы плотные синтетические ткани.

8. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что в качестве материала полотнищ использован жесткий материал, например пластмасса.

9. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что материал полотнищ выполнен из поперечных жестких полос, соединенных между соседними полосами гибкими связями.

10. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что в центре нижних кромок полотнищ выполнены отверстия, через которые проложен корд, соединяющий полотнища, расположенные на равном расстоянии от центра.

11. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что нижние кромки полотнищ содержат твердые накладки, в центре которых выполнены отверстия, и через отверстия полотнищ, расположенных на равном расстоянии от центра окружности, проложен корд, свободно свисающий между полотнищами.

12. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что преобразователь энергии колебаний в полезную энергию выполнен в виде гидравлического насоса, создающего перепад давлений между приемной емкостью и напорной емкостью, а между напорной емкостью и приемной емкостью установлен генератор, преобразующий энергию перепада давлений в электрическую энергию.

13. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что преобразователь энергии колебаний в полезную энергию выполнен в виде линейного электрогенератора, установленного на подпружиненных растяжках.

14. Флажковый ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что преобразователь энергии выполнен в виде инерционного магнитного генератора с обращенными навстречу друг другу одноименными электромагнитами.