Сбалансированная ветроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями

Изобретение относится к возобновляемой энергетике и может быть использовано при разработке новых типов ветроустановок разной мощности, работающих в свободных воздушных потоках. Для создания компактной конструкции и компенсации образуемых лопастями больших опрокидывающих усилий генератор с мультипликатором и узел крепления поворотной консоли с лопастями смещены относительно дополнительного неподвижного несущего корпуса в сторону набегающего воздушного потока и установлены на верхней площадке наклонной поворотной рамы. При этом рама жестко связана внизу с размещенным в несущем корпусе на подшипниках центральным вертикальным валом, заторможенным червячным редуктором, который кинематически связан через пару конических шестерен с реверсивным электродвигателем постоянного тока, управляемым флюгером и контактной группой переключателей, размещенных на верхнем конце центрального вала. Изобретение способствует созданию компактных, устойчивых к опрокидыванию, бесшумных и безопасных ветроустановок, позволяющих размещать их на крышах зданий и палубах несамоходных плавсредств, способных при этом плавать неограниченное время без потребления углеводородного топлива и без парусной оснастки, а также дополнительно использоваться в качестве малых мобильных и автономных электростанций. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к возобновляемой энергетике и может быть использовано при разработке новых типов ветроустановок разной мощности, работающих в свободных воздушных потоках.

Известен наиболее близкий аналог (прототип) - ветро- и гидроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями (1), однако она способна обеспечивать балансировку опрокидывающих сил только в водных потоках за счет большой подъемной силы герметизированных пустотелых лопастей, при этом в наземном исполнении не предусмотрена ее противоаварийная остановка с одновременным разворотом лопастей по воздушному потоку.

Технической задачей изобретения является создание компактных, сбалансированных по опрокидывающим усилиям, бесшумных и безопасных ветроустановок с расширенными возможностями, позволяющими дополнительно устанавливать их на крышах зданий, а в судовом исполнении - на палубах несамоходных плавсредств.

Поставленная цель достигается тем, что содержащиеся в ветроустановке узел крепления консоли с лопастями и соосные с ним многополюсный генератор с мультипликатором смещены относительно дополнительного неподвижного несущего корпуса в сторону набегающего воздушного потока и размещены с помощью промежуточного кронштейна на верхней площадке наклонной поворотной рамы, жестко связанной в нижней части с установленным на подшипниках в несущем корпусе центральным вертикальным валом, который заторможен червячным редуктором, соединенным через пару конических шестерен с валом реверсивного электродвигателя постоянного тока, электрически связанного с флюгерным узлом самоориентации лопастей на ветер, размещенным в верхней части центрального вала.

В кожухе поворотной консоли возле оси основной лопасти дополнительно закреплены стопорная вилка и соленоид, электрически соединенный с противоаварийным флажковым замыкателем его цепи питания, размещенным на верхнем конце оси крепления поворотной консоли. Экстренная остановка консоли с лопастями в любом диапазоне скоростей ветра осуществляется с помощью внешнего дистанционного замыкателя цепи питания соленоида.

В отсутствие питающего напряжения остановка консоли с лопастями производится вручную - с помощью соединенного со стопорной вилкой тонкого протяженного троса, соединенного внизу наклонной рамы с натяжным поворотным рычагом.

Для бесперебойного потребления вырабатываемой электроэнергии установка снабжена техническими средствами (электрохимического и кислородно-водородного) преобразования и аккумулирования ее избыточной части в ночное время и в периоды сильных ветров, а в судовом исполнении - также при стоянке на якоре и использовании ее в качестве мобильной автономной плавучей электростанции для электроснабжения береговых не электрифицированных населенных пунктов и других удаленных от энергоресурсов объектов. Размещение на палубе несамоходного плавсредства (предпочтительней наиболее остойчивого катамарана с двумя установками), обеспечивает ему возможность плавания в течение неограниченного времени без потребления углеводородного топлива и без парусной оснастки.

Из патентной и научно-технической информации автору не известны источники, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих сходные признаки с заявляемым решением.

Изобретение поясняется схематическими изображениями, где:

Фиг.1 - вид сбоку на установку с развернутыми по воздушному потоку лопастями.

Фиг.2 - вид сверху на установку с рабочим положением лопастей (верхняя площадка наклонной поворотной рамы и промежуточный кронштейн не показаны).

Фиг.3 - вид сбоку на расположение основных энергетических узлов внутри неподвижного несущего корпуса.

Фиг.4 - вид сбоку на размещение внутри кожуха поворотной консоли стопорной вилки, соленоида и скобы с тросом (а) и вид сверху на стопорную вилку (в).

Фиг.5 - электрическая схема установки (П.У. - подвижные узлы, обведенные пунктирной линией).

Установка содержит поворотную консоль 1 с размещенными на ее кожухе 2 основной 3 и вспомогательной 4 лопастями, закрепленную посредством узла 1^/ на вертикальной оси 5 и удерживаемую в горизонтальном положении тросовой растяжкой 6 с натяжным талрепом 7, а ось 5 связана через мультипликатор 8 с многополюсным генератором 9, которые в предлагаемом конструктивном решении смещены в сторону набегающего воздушного потока.

Установка дополнительно снабжена размещенной на оси 5 подшипниковой втулкой 10 с закрепленным на ней промежуточным кронштейном 11, основание которого соединено болтами 12 с верхней горизонтальной площадкой наклонной несущей рамы 13 с установленными на ней двумя щеками 14, имеющими горизонтальные прорези для крепления к ним многополюсного генератора 9 с мультипликатором 8. Рама 13 в нижней части жестко связана с полым вертикальным центральным валом 15, на верхнем конце которого размещен флюгер 16 с контактной группой переключателей 17 и внутренним жгутом 17^/, а нижней частью вал 15 размещен на упорных подшипниках 18 и 19 в неподвижном несущем корпусе 20, удерживаемом опорными кронштейнами 21. Внутри корпуса 20 на валу 15 посажено тормозящее его червячное колесо 22, сочлененное через горизонтальный червячный вал 23 и пару конических шестерен 24 с валом реверсивного электродвигателя постоянного тока 25, электрически связанного с флюгерными переключателями 17.

Внутри корпуса 20 также размещены трехфазный силовой выпрямитель 26, стабилизатор напряжения 27 для внутренней подзарядки буферного аккумулятора 28, силовой коллекторный токосъемник 29 и распределительный слаботочный коллекторный токосъемник 30. На верхнем конце оси 5 размещен (наклоняемый избыточным воздушным потоком) противоаварийный флажок 36 с кнопочным замыкателем 37 цепи питания соленоида 38, шток которого посредством пружинящей пластины 39 соединен со стопорной вилкой 40, удерживаемой кронштейном 41 и соединенной посредством возвратной пружины 42 с кронштейном 43. На конце штока соленоида 38 закреплена подвижная скоба 44, соединенная через направляющую втулку 45 с тонким протяженным тросом 46, выведенным наружу из консоли 1 и соединенным с поворотным натяжным рычагом 47, закрепленным в нижней части несущей рамы 13.

Установка работает следующим образом.

Собранная на месте эксплуатации установка размещается на ровной площадке (мачте, возвышенности, крыше здания, палубе несамоходного судна и т.п.). Сдвоенные секции лопастей 3 и 4 являются легкосъемными, поэтому они могут быть закреплены в последнюю очередь на неподвижном кожухе 2 консоли 1. При фиксации промежуточного кронштейна 11 болтами 12 на верхней горизонтальной площадке наклонной несущей рамы 13 более предпочтительным является смещением его в сторону набегающего потока ветра для дополнительной компенсации динамического опрокидывающего воздействия, создаваемого преимущественно работающими лопастями.

Флюгерная система осуществляет самоориентацию лопастей на ветер и отслеживает изменение его направления в пределах 360° следующим образом.

При изменении направления набегающего потока на угол ±α_p, превышающий угол свободного люфтового поворота α₀ флюгера 16, замыкается левая или правая контактная группа сдвоенных переключателей 17 (например, типа П2Т-5), а включенный ими реверсивный электродвигатель 25 через пару конических шестерен 24 и червячную пару 23,22 повернет в том же направлении и на тот же угол центральный вал 15, при этом плоскость флюгера 16 будет снова ориентирована по воздушному потоку, а разомкнувшиеся переключатели 17 самопроизвольно возвратятся в нейтральное среднее положение (фиг.5) и отключат реверсивный электродвигатель 25.

В диапазоне избыточных скоростей ветра, например - более 30 м/с, заранее откалиброванный противоаварийный флажок 36 наклоняется вниз и замыкает контакты 37, при этом втягиваемый в катушку соленоида 38 шток (фиг.4a) с помощью пружинящей пластины 39 прижимает вилку 40 одновременно к двум рычагам 48 и 48^/ поперечного коромысла, посаженного в центре оси основной сдвоенной лопасти 3 и при нахождении ее в крайних правом II или в левом III положениях (фиг.2), т.е. в процессе разворота ее воздушным потоком для начала возвратно-поступательного движения в обратном направлении, в момент совпадения плоскости с осью консоли 1 пазы 49 вилки 40 сомкнутся с рычагами 48 и 48^/ и застопорят ось лопасти 3, а также связанную с ней ось вспомогательной лопасти 4. При этом обе лопасти, находящиеся уже во флюгерном режиме, повернутся под напором ветра в положение I и в течение всего буревого (или штормового) времени будут удерживаться развернутыми по воздушному потоку, в том числе при изменении его направления. После ослабления ветра до рабочих значений, например - ниже 30 м/с, флажок 36 поднимается вверх, ослабленный шток соленоида с помощью пружинящей пластины 39 и возвратной пружины 42 возвращается в исходное положение, вилка 40 - в верхнее разомкнутое (фиг.4a), а лопасти - в рабочее (фиг.2). Нахождение консоли с лопастями в крайних положениях не оказывает существенного влияния на общую балансировку установки.

Перед выполнением плановых профилактических или ремонтных работ с отключенным питающим напряжением производится ручное стопорение вилкой 40 оси основной лопасти 3 с помощью дополнительно посаженной на конце штока скобы 44 и связанного с ней посредством тонкого протяженного троса 46 поворотного натяжного рычага 47 путем поворота его в нижнее положение. После завершения работ рычаг 47 обязательно переводится в верхнее положение, при этом вилка 40 размыкается с рычагами 48 и 48^/, а лопасти самопроизвольно возвращаются в рабочее положение.

В судовом исполнении, особенно при использовании установки в качестве автономной электростанции, она дополнительно снабжается техническими средствами электрохимического, кислородно-водородного или другого аккумулирования вырабатываемой избыточной электроэнергии для бесперебойного снабжения ей внешних и внутренних потребителей.

Источник информации

1. Патент РФ №2484298 (фиг.1 и 5), МКИ F03D, 5/06, F03B, 13/26, 2012 г.

1. Сбалансированная ветроустановка с колеблющимися вертикальными лопастями, содержащая консоль с лопастями, тросовую растяжку с талрепом, вертикальную поворотную ось, мультипликатор и многополюсный генератор, отличающаяся тем, что многополюсный генератор с мультипликатором и соосный с ними узел крепления консоли на вертикальной поворотной оси для равновесия с лопастями смещены относительно дополнительного неподвижного несущего корпуса в сторону набегающего воздушного потока и размещены с помощью промежуточного кронштейна на верхней горизонтальной площадке наклонной поворотной рамы, жестко связанной внизу с установленным в несущем корпусе на подшипниках центральным вертикальным валом, заторможенным червячным редуктором, соединенным через пару конических шестерен с валом реверсивного электродвигателя постоянного тока, электрически связанного с контактной группой переключателей, закрепленной под флюгером в верхней части центрального вала.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри кожуха поворотной консоли возле оси основной лопасти размещена стопорная вилка, соединенная через пружинящую пластину со штоком соленоида, электрически связанного с размещенным на верхнем конце поворотной вертикальной оси флажковым замыкателем цепи его включения, совместно выполняющие дополнительную функцию противоаварийной остановки лопастей во время бури или шторма, а для экстренной остановки лопастей при любой скорости ветра соленоид напрямую электрически связан посредством дистанционного замыкателя с буферным аккумулятором.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в отсутствие питающего напряжения или при ее ремонте консоль с лопастями заторможена вручную с помощью закрепленной на конце штока соленоида скобы, связанной тонким протяженным тросом с расположенным внизу внешним натяжным поворотным рычагом.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стационарно размещенные внутри неподвижного несущего корпуса реверсивный электродвигатель постоянного тока, буферный аккумулятор, трехфазный выпрямитель, стабилизатор напряжения, а также внешний дистанционный замыкатель цепи питания соленоида электрически связаны с подвижными флюгерным и флажковым узлами, многополюсным генератором и соленоидом посредством силового трехконтактного и слаботочного распределительного пятиконтактного поворотных коллекторных токосъемников, размещенных для удобства доступа к ним ниже днища несущего корпуса и защищенных кожухом.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена техническими средствами электрохимического и кислородно-водородного аккумулирования вырабатываемой избыточной электроэнергии, а в судовом исполнении она дополнительно выполняет функцию плавающей мобильной и автономной электростанции, не содержащей парусов и не потребляющей углеводородного топлива.