Ветровая энергетическая установка

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к использованию энергии ветра для получения механической энергии. Ветровая энергетическая установка содержит насос с поршнями и камерами, которые имеют впускные и выпускные клапаны, соединенные с питающей и напорной магистралями. Вал закреплен в верхнем и нижнем опорных стаканах с подшипниками. Нижний опорный стакан соединен с поверхностью опоры, а верхний соединен с конструктивным узлом, обеспечивающим вертикальное положение вала. На верхней части вала закреплено ветроколесо, а ниже на вал симметрично насажена прямоугольная призма с четным числом сторон, к каждой боковой стороне которой прикреплен силовой узел, выполненный в виде подвижной мембраны и насоса. Противоположные мембраны попарно связаны штоками. Впускные и выпускные клапаны насосов подсоединены к напорной и питающей магистралям. В камере насоса напротив поршня установлен конечный выключатель, фиксирующий контакт поршня с противоположной стенкой камеры насоса. На валу установки под призмой жестко закреплен тормозной диск с числом пошаговых отверстий, равным количеству сторон призмы. Под диском на опоре установлен в тормозном стакане управляемый тормоз, состоящий из соленоида, пружины и тормозного цилиндрического штока с контактным роликом на верхнем конце. Может применяться при отсутствии надежного электроснабжения и в качестве аварийного резерва для подъема воды в водонапорные башни, для полива в сельском хозяйстве, для работы пневматическими и гидравлическими инструментами и устройствами. 6 ил.

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к использованию энергии ветра для получения механической энергии.

Известно устройство, в котором реализована идея качающегося щита, на который давит воздушный поток. Это устройство описано в патенте "Ветровая энергетическая установка" (см. патент RU 2277642, F03D 3/00, 10.01.2006). Примем его за аналог. Ветровая энергетическая установка содержит опору и стержень, прикрепленный одним окончанием к опоре при помощи шарнирного соединения. Стержень соединен с устройством (условно называемое "парусом"), которое обладает поверхностной площадью и способностью сопротивляться ветровому потоку, а также в автоматическом и (или) ручном режиме может менять величину своей поверхностной площади.

При этом устройство ("парус"), сопротивляясь ветровому потоку, осуществляет отклонение стержня относительно шарнирного соединения при воздействии на это устройство ветрового потока. Стержень также соединен с компенсатором, удерживающим этот стержень в исходном вертикальном положении при отсутствии воздействия ветрового потока на установку и возвращающим стержень в исходное вертикальное положение после окончания воздействия ветрового потока на ветровую энергетическую установку. Недостатком аналога является низкий КПД. Кроме того, в предлагаемом устройстве конкретно не решены вопросы ориентирования "паруса" относительно направления ветрового потока, переход на режим флюгера (при обратном ходе мачты) и установка активного "паруса". Для внедрения известного устройства необходимо еще решать вопросы управления для циклической работы "паруса".

В качестве прототипа предлагается - Ветровая энергетическая установка - (патент RU №2484296 С2. Опубликован 10.06.2013 г, Бюл. №16). Это ветровая энергетическая установка, содержащая опору, стержень, прикрепленный одним окончанием к опоре, а другим соединенный с устройством, которое обладает поверхностной площадью и способностью сопротивляться ветровому потоку, насос с поршнем, который имеет впускные и выпускные клапаны, соединенные с питающей и напорной магистралями, причем в качестве стержня используется вращающийся вал, который закреплен в верхнем и нижнем опорных стаканах с подшипниками, нижний опорный стакан соединен с поверхностью опоры, а верхний соединен с конструктивным узлом, обеспечивающим вертикальное положение вала, причем на верхнюю часть вала в качестве устройства, способного сопротивляться ветровому потоку закреплено ветроколесо, а ниже на вал симметрично насажена прямоугольная многосторонняя призма с четным числом сторон, к каждой боковой стороне которой прикреплен силовой узел, выполненный в виде мембраны и насоса, поршни насосов подсоединены к соответствующим мембранам, причем противоположные мембраны попарно связаны штоками, а впускные и выпускные клапаны насосов подсоединены к общим напорной и питающей магистралям установки, проходящими внутри вала и переходящими на опору через ротационное соединение, установленное на ней. В этой установке вход питающей магистрали соединен с источником рабочего вещества, а выход напорной магистрали подсоединен к аккумулятору рабочего вещества, причем к выходу последнего подключен напорный трубопровод, соединяющий ее с потребителем. Основным недостатком прототипа является сложность согласования оборотов вала установки, задаваемых ветроколесом, и эффективной работы силовых узлов (насосов) из-за изменения скорости ветрового потока и давления в напорной магистрали. Возможны неэффективные режимы работы:

1) поршни не успевают из своих камер выдавить все рабочее вещество за время активного воздействия ветрового потока на их мембраны (в этом режиме завышены обороты вала установки).

2) поршни выдавили все рабочее вещество из камер, но на их мембраны продолжает активно воздействовать ветровой поток (в этом режиме занижены обороты вала установки).

В предлагаемой ветровой энергетической установке (ВЭУ) для надежного согласования оборотов вала с эффективной работой силового узла, выполненного в виде мембраны и насоса (когда поршень полностью выдавливает из камеры рабочее вещество, происходит поворот вала установки на один шаг и на мембрану этого силового узла прекращается активное воздействие ветрового потока (ВП), причем одновременно под активное воздействие ВП попадает очередная мембрана и силовой узел, в ее конструкцию вводится ряд дополнительных узлов и деталей, обеспечивающих шаговый (циклический) режим ее работы и повышающий ее энергоэффективность по сравнению с прототипом. Этот результат обеспечивается за счет того, что ВЭУ наряду с элементами и узлами используемыми в прототипе, дополнительно в камере каждого насоса напротив поршня установлен конечный выключатель, фиксирующий контакт движения поршня с противоположной стенкой камеры насоса, а на валу установки под призмой жестко закреплен тормозной диск с числом фиксирующих отверстий, равным количеству сторон призмы, под диском на опоре также установлен в тормозном стакане тормоз, состоящий из соленоида, пружины и тормозного цилиндрического штока с контактным роликом на верхнем его конце. При этом вход питающей магистрали соединен с источником рабочего вещества, а выход напорной магистрали подсоединен к аккумулятору рабочего вещества, задающему давление в напорной магистрали, и связанному с потребителем.

На Фиг. 1 изображен общий вид ветровой энергетической установки, обдуваемой ВП-15. Призма-1, ветроколесо-14, тормозной диск-26 закреплены на валу-2, который входит в опорные стаканы-3,4. На опоре -5 под тормозным диском находится тормозной стакан-20. Вся установка закрепляется на опоре-5 и поддерживается в вертикальном положении конструктивным узлом-6.

На Фиг. 2 изображена конструкция ветровой энергетической установки в разрезе, вид сбоку. Наряду с узлами и элементами, отмеченными на Фиг. 1, показаны мембраны-8, поршни насосов-9, камеры насосов-10, выпускные-11 и впускные -12 клапаны насосов, конечные выключатели-7, штоки-13, питающая-16 и напорная-17 магистрали, ротационное соединение -18, тормозной стакан-20, аккумулятор рабочего вещества 29, источник рабочего вещества-30.

На Фиг. 3 изображена конструкция ВЭУ в разрезе по А-А Фиг. 2.

На Фиг. 4 изображен тормозной диск-26 с фиксирующими отверстиями-19.

На Фиг. 5 изображены тормозной стакан-20 с соленоидом (втягивающей катушкой) -21, пружиной-22, фиксатор пружины на штоке-23, тормозной цилиндрический шток-24, контактный ролик-25.

На Фиг. 6 дана блок-схема управления шаговым режимом работы ВЭУ. Конечные выключатели-7, формирователи коротких импульсов-27, логическая схема ИЛИ-28, соленоид-21.

ВЭУ представляет собой прямоугольную призму -1 с четным числом сторон, не менее 4-х, и симметрично по центру расположенным валом - 2. Вал - 2 закреплен в верхнем - 3 и нижнем - 4 опорных стаканах с подшипниками. Нижний опорный стакан - 4 жестко соединен с поверхностью опоры - 5, на которой располагается ВЭУ. Опорой - 5 может быть поверхность земли, крыша здания и т.п. Верхний опорный стакан-3 соединен с конструктивным узлом- 6, обеспечивающим жесткое, строго вертикальное положение вала - 2. В конструктивном узле - 6 могут быть применены, например, стальные растяжки, показанные на Фиг. 1. На каждую боковую сторону призмы - 1 закреплен силовой узел, состоящий из мембраны-8, насоса с поршнем-9 и рабочей камерой-10, причем на ее стенке, противоположной поршню, установлен конечный выключатель-7 и выпускные-11, и впускные-12 клапаны. Мембрана 8 также соединена со штоками-13, которые связаны с мембраной 8 силового узла на противоположной стороне призмы - 1.

Для того чтобы ВП воздействовал на все стороны призмы-1, ВЭУ снабжена ветроколесом-14. Оно преобразует кинетическую энергию ВП- 15 во вращательное движение вала-2, когда отсутствует его торможение. В качестве ветроколеса могут применяться любые известные типы с вертикальной осью вращения ротора. ВЭУ содержит питающую-16 и напорную-17 магистрали, которые могут быть наполнены газовым (в самом простом случае просто воздухом) или жидким рабочим веществом. Питающая магистраль соединена с впускными клапанами-12 камеры-10, а напорная магистраль соединена с выпускными клапанами-11 камер-10. Для передачи рабочего вещества по напорной-17 и питающей-16 магистралям с вращающейся части ВЭУ на опору-5, используется ротационное соединение-18, установленное на опоре-5.

ВЭУ (по фиг. 1-6) работает следующим образом: при воздействии ВП-15 на мембрану-8 одного из силовых узлов, она движется параллельно начальному положению в направлении вала-2, преодолевая сопротивление рабочего вещества в поршне- 9 соответствующего насоса, вытесняя из рабочей камеры-10 этого насоса рабочее вещество в напорную магистраль-17 через выпускной клапан-11 и смещая противоположную мембрану-8 от вала-2 в другое крайнее (начальное) положение с помощью штоков-13, создавая при этом разрежение в пустой противоположной камере-10 насоса, которое способствует заполнению ее жидким или газообразным рабочим веществом. Вал-2 ВЭУ в этом режиме неподвижен и удерживается тормозными диском-26 и штоком-24, а в момент, когда из камеры-10 очередного насоса вытесняется полностью рабочее вещество и поршень-9 касается конечного выключателя-7, формирователем коротких импульсов-27 и логическим элементом-28 на соленоид-21 тормоза подается короткая команда на втягивание тормозного штока-24. Шток 24 кратковременно выходит из фиксирующего отверстия-19, вал-2 под действием ветроколеса-14 поворачивается, шток-24 после окончания короткой команды на соленоид, под действием пружины-22, касается контактным роликом-25 поверхности тормозного диска-26 и движется к очередному фиксирующему отверстию-19, а попадая в него останавливает вращение вала-2 до очередной команды от конечника-7 следующего силового узла (следующей стороны призмы) и т.д. Рабочее вещество по питающей-16 и напорной-17 магистралям передается с вращающейся части установки на опору-5 через ротационное соединение-18.

Коэффициент усиления давления рабочего вещества в напорной магистрали-17 зависит от соотношения площадей мембраны Si и поршня S2, что позволяет варьировать соотношение Si/ S2 существенно расширить рабочий диапазон скоростей ВП-15 при заданном давлении в аккумуляторе-29.

Один из вариантов ВЭУ (по Фиг. 2) устанавливается вблизи источника рабочего вещества- 30 (например - водоема), расположенного на уровне земли или ниже. При этом питающая магистраль-16 соединяется с указанным источником, а напорная магистраль-17 соединяется с аккумулятором рабочего вещества-29, сооруженным на значительном возвышении над уровнем земли (например, водонапорная башня, верхнее помещение жилого, административного или заводского здания и т.п.). Выход аккумулятора рабочего вещества- 29 подключен к потребителю рабочего вещества с заданным давлением.

Под воздействием ВП-15 призма-1 с помощью ветроколеса-14 будет вращаться, а элементы силовых узлов будут совершать возвратно-поступательные движения, вытесняя рабочее вещество из питающей магистрали -16 в напорную магистраль-17 через ротационное соединение-18.Таким образом, предлагаемая ВЭУ позволяет по сравнению с прототипом обеспечить более высокий КПД и надежную работу по четкому шаговому алгоритму даже при порывистых и переменных ВП. Может применяться при отсутствии надежного электроснабжения (и в качестве аварийного резерва) для подъема воды в водонапорные башни, для полива в сельском хозяйстве, для работы пневматическими и гидравлическими инструментами и устройствами. В связи с этим разработанная конструкция ВЭУ имеет более широкую область применения.

Ветровая энергетическая установка, содержащая насосы с поршнями и камерами, которые имеют впускные и выпускные клапаны, соединенные с питающей и напорной магистралями, вал, который закреплен в верхнем и нижнем опорных стаканах с подшипниками, нижний опорный стакан соединен с поверхностью опоры, а верхний соединен с конструктивным узлом, обеспечивающим вертикальное положение вала, причем на верхней части вала закреплено ветроколесо, а ниже на вал симметрично насажена прямоугольная призма с четным числом сторон, но не менее четырех, к каждой боковой стороне последней прикреплен силовой узел, выполненный в виде подвижной мембраны и насоса, причем противоположные мембраны попарно связаны штоками, а впускные и выпускные клапаны насосов подсоединены к напорной и питающей магистралям, проходящим внутри вала и переходящим на опору через ротационное соединение, установленное на ней, отличающаяся тем, что в камере насоса напротив поршня установлен конечный выключатель, фиксирующий контакт поршня с противоположной стенкой камеры насоса, а на валу под призмой жестко закреплен тормозной диск с числом пошаговых отверстий, равным количеству сторон призмы, под диском на опоре также установлен в тормозном стакане управляемый тормоз, состоящий из соленоида, пружины и тормозного цилиндрического штока с контактным роликом на верхнем его конце.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике, использующей для производства электричества возобновляемые источники энергии. Биогазовая аэродинамическая установка содержит вытяжную башню с воздуховходными окнами, внутри которой находится ветровое колесо, соединенное с электрогенератором.

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя механической энергии воздушного потока (например, энергии набегающего воздушного потока при использовании на подвижных локальных объектах, энергии ветра при использовании на неподвижных локальных объектах) в электрическую энергию постоянного тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в качестве преобразователя механической энергии воздушного потока (например, энергии набегающего воздушного потока при использовании на подвижных локальных объектах, энергии ветра при использовании на неподвижных локальных объектах) в электрическую энергию постоянного тока.

Изобретение относится к области летно-подъемных радиотехнических средств. Привязной аэростат содержит двояковыпуклую оболочку 1 с легким газом, контейнер 11 с аппаратурой, тросовой разводкой 12 и ветропривод с электрическим генератором, питающим аппаратуру в контейнере.

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии и может быть использовано для энергоснабжения различных объектов преимущественно в Арктике и других районах, отличающихся сильными ветрами.

Изобретение относится к ветроколесам ветросиловых и ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения, предназначенным для работы с электрогенераторами сегментного типа.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Бортовой ветрогенератор, характеризующийся тем, что закреплен внутри корпуса, содержит ветроколесо, ротор и статор, выполненный из шихтованного магнитопровода с обмотками, закрепленные в герметичном кожухе, на торцевой части корпуса установлена заслонка регулятора контроля силы набегающего воздушного потока, с возможностью перевода ее в открытое и закрытое положение с помощью системы приводных механизмов, соединенной с вышеупомянутой заслонкой с помощью вала привода, а на осевом вале генератора, в передней его части, закреплены упорный пассивный подвес на постоянных магнитах и опорный пассивный подвес на постоянных магнитах, причем на задней части вышеупомянутого вала также закреплены опорный пассивный подвес на постоянных магнитах и упорный пассивный подвес на постоянных магнитах.

Изобретение относится к способу и устройству производства электроэнергии под действием потока. Способ для производства электроэнергии с использованием турбин и генераторов с переменным моментом инерции за счет вращения винта под действием потока и вращения ротора внутри статора, где в одной части возбуждается магнитное поле за счет электромагнитов или постоянных магнитов, а в другой части в обмотке наводится ЭДС и при подключении нагрузки появляется электрический ток, в котором две группы роторов работают поочередно от одного винта в противоположных направлениях, при этом каждый ротор состоит из нескольких роторов, имеющих различные моменты инерции, которые во время вращения могут объединяться в единую систему вращения с винтом или разъединяться в зависимости от изменения мощности потока, вырабатывая электроэнергию на оптимальных оборотах вращения, при этом винт сначала раскручивает первую группу роторов и при смене потока на встречное направление переключается на другую группу роторов, при этом роторы первой группы при отключении винта и нагрузки могут работать в качестве маховиков, а другие роторы принимать эту энергию и вырабатывать электроэнергию.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроколесо содержит вал, ступицу, лопасти и дуги с роторными элементами, закрепленными на внешних краях лопастей, согласно изобретению, ступица выполнена в виде пластины, на пластине закреплены внутренние края лопастей и стойки, причем между стойками и дугами с роторными элементами установлены стержни.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроколесо содержит ступицу, лонжероны и парусные плоскости, ступица выполнена в виде пластин, расположенных в параллельных плоскостях, между пластинами закреплены концы лонжеронов.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к использованию энергии ветра для получения механической энергии. Ветровая энергетическая установка содержит насос с поршнями и камерами, которые имеют впускные и выпускные клапаны, соединенные с питающей и напорной магистралями. Вал закреплен в верхнем и нижнем опорных стаканах с подшипниками. Нижний опорный стакан соединен с поверхностью опоры, а верхний соединен с конструктивным узлом, обеспечивающим вертикальное положение вала. На верхней части вала закреплено ветроколесо, а ниже на вал симметрично насажена прямоугольная призма с четным числом сторон, к каждой боковой стороне которой прикреплен силовой узел, выполненный в виде подвижной мембраны и насоса. Противоположные мембраны попарно связаны штоками. Впускные и выпускные клапаны насосов подсоединены к напорной и питающей магистралям. В камере насоса напротив поршня установлен конечный выключатель, фиксирующий контакт поршня с противоположной стенкой камеры насоса. На валу установки под призмой жестко закреплен тормозной диск с числом пошаговых отверстий, равным количеству сторон призмы. Под диском на опоре установлен в тормозном стакане управляемый тормоз, состоящий из соленоида, пружины и тормозного цилиндрического штока с контактным роликом на верхнем конце. Может применяться при отсутствии надежного электроснабжения и в качестве аварийного резерва для подъема воды в водонапорные башни, для полива в сельском хозяйстве, для работы пневматическими и гидравлическими инструментами и устройствами. 6 ил.

Наверх