Способ преобразования энергии воздушного потока в поступательное движение крыла

Изобретение относится к возобновляемой энергетике. Преобразование кинетической энергии воздушного потока в механическую и далее в электрическую энергию происходит, когда в воздушный поток помещают аэродинамическое крыло, которое движется под действием возникающей подъемной силы. В крайних положениях движения, в зонах изменения формы аэродинамического крыла, размещают конечные выключатели реверса, которые периодически передают сигналы на срабатывание шаговых двигателей, воздействующих на аэродинамическую обшивку крыла и изменяющих его конфигурацию на симметричную. Аэродинамическое крыло движется периодически вверх или вниз по направляющим стойкам с пазами параллельно горизонтальной плоскости, причем всегда обеспечивают положение передней кромки аэродинамического крыла перпендикулярно вектору воздушного потока независимо от его направления. Разнонаправленная подъемная сила аэродинамического крыла, периодически возникающая под действием воздушного потока, через силовую скобу и шаровой шарнир передается на кривошипный механизм, вал которого через муфты и ускоряющий редуктор подсоединяют к генератору, причем опорный шаровой шарнир ветроустановки располагают на вертикали, проходящей через геометрический центр ее опорного (обычно рельсового) кольца - одного из конструктивных элементов ориентации крыла. Техническим результатом является возможность наращивания мощности вдоль поверхности земли, уменьшая опрокидывающий момент устройства, что обычно упрощает и удешевляет конструкцию, повышает надежность при эксплуатации. 7 ил.

 

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики и может быть использовано для получения электрической и механической энергии. Известен «Способ преобразования кинетической энергии потока во вращательное движение крыла и устройство для осуществления этого способа» по патенту РФ №2589569, который принимаем за прототип заявляемого Способа, так как аналогов с симметричным реверсированием аэродинамического крыла не найдено.

В известном - Способе преобразования кинетической энергии потока, в частности ВП, во вращательное движение крыла, в потоке - устанавливается основной вал перпендикулярно направлению движения потока и на некотором расстоянии от основного вала помещают крыло, собственная ось которого параллельна основному валу. Вокруг основного вала это крыло под действием потока совершает вращательное движение по круговой орбите и колебательное движение вокруг собственной оси. При движении крыла по круговой орбите его угол атаки относительно результирующего вектора потока задается закрылком, узел управления которого через его вал и планку вращает закрылок, обеспечивая оптимальное значение угла атаки крыла при его движении по круговой орбите за исключением зон изменения формы крыла, определяемых узлом положения оси крыла. В зонах изменения формы крыла его ось с подшипником смещается в сторону электрического конечного выключателя реверса и прижимается к соответствующему толкателю, замыкается контакт электрического конечного выключателя реверса, передавая сигнал на срабатывание электромеханического триггера, который по команде конечного выключателя реверса поочередно выдвигает верхний или нижний грибовидный шток, изменяя в зонах конфигурацию крыла симметрично относительно базового листа, при этом меняет свое положение передняя и задняя аэродинамические обшивки крыла на оси поворота аэродинамических обшивок.

«Способ преобразования», предлагаемый в прототипе, имеет ряд недостатков, ограничивающих его область применения:

1. Достаточно сложная конструкция ветроэнергетической установки. Для получения приемлемой себестоимости необходимо мощность этой ветроэнергетической установки довести до 10-15 мегаватт.

2. Усложненная система управления. Особо проблематична конструкция узла положения оси крыла по Фиг. 5 патента. Предполагаются проблемы при наладке и эксплуатации такой ветроэнергетической установки.

3. Наличие вращающихся элементов создает шум и помехи для электроники вблизи ветроэнергетической установки, а также снижает надежность, особенно при штормовых ВП. Поэтому нельзя ее устанавливать вблизи жилых комплексов.

4. При значительной мощности ее вертикальный вал испытывает большой опрокидывающий момент. Это усложняет и удорожает реальную конструкцию, реализующую этот Способ.

Технический результат предлагаемого Способа заключается в эффективном преобразовании кинетической энергии воздушного потока (ВП) в механическую и далее в электрическую энергию. При этом учтены его повышенные характеристики по экологии. При описании Способа используется вариант конструкции ветроустановки, реализующий предложенный Способ.

Для преобразования энергии ВП в поступательное движение аэродинамического крыла его помещают в ВП. Поступательное движение аэродинамического крыла осуществляется за счет подъемной силы, возникающей от действия на него воздушного потока. В крайних положениях его движения, в зонах изменения формы аэродинамического крыла, размещают конечные выключатели реверса, которые воздействуют на аэродинамическую обшивку крыла и изменяют его конфигурацию на симметричную. Изменение конфигурации крыла осуществляется конструктивными элементами ветроустановки на базе шагового двигателя, при этом аэродинамическое крыло движется периодически вверх или вниз на тележках по направляющим стойкам с пазами параллельно горизонтальной плоскости. Всегда обеспечивают положение передней кромки аэродинамического крыла перпендикулярно вектору ВП независимо от его направления в данный момент конструктивными элементами ветроустановки, например, флюгерными плоскостями, рельсовым кольцом. Разнонаправленная подъемная сила аэродинамического крыла, возникающая под действием ВП, через силовую скобу и опорный шаровой шарнир передается на кривошипный механизма. Вал его маховика через муфты и ускоряющий редуктор подсоединяют к генератору. Для упрощения конструкции важно, чтобы опорный шаровой шарнир ветроустановки располагался на вертикали, проходящей через геометрический центр ее рельсового кольца.

Вариант конструкции ветроустановки, реализующий предлагаемый «Способ…», представлен на Фиг. 1-7. Для них введены следующие обозначения:

ФИГ. 1.

4 - средние детали системы инверсии крыла (подробнее на Фиг. 2), 5 - крайние детали системы инверсии крыла (подробнее на Фиг. 2), 11 - задняя аэродинамическая обшивка крыла (подробнее на Фиг. 3) системы инверсии крыла, 12 - базлвый контур крыла, 13 - передняя аэродинамическая обшивка крыла (подробнее на Фиг. 3) системы инверсии крыла, 14 - тележка (см. Фиг. 4) в пазах вертикальных стоек - 26 (см. Фиг. 5), 15 - силовая скоба, 16 - шаровой шарнир, 17 - шатун, 18 - палец маховика, 19 - маховик, 20 - опорная стойка вала маховика, 21 - валы, 22 - ускоряющий редуктор, 23 - электрогенератор, 24 - выходное напряжение генератора, 25 - опорная плита на земле, 26 - вертикальная стойка с Т-бразными пазами - деталь контура базовой призмы (см. Фиг. 5), 27 - ролики системы ориентации крыла, 28 - опорное (обычно рельсовое) кольцо системы ориентации крыла, 29 - контур базовой призмы ветроустановки.

Фиг 2.

2 - оси деталей системы инверсии крыла, закрепленные в базовом контуре крыла - 12, 3 - звездочка на осях - 2, 4-1----4-N - средние детали системы инверсии крыла, 5 - крайние детали системы инверсии крыла.

Фиг. 3.

11 - задняя деталь аэродинамической обшивки крыла, 13 - передняя деталь аэродинамической обшивки крыла, 31 - оси деталей 11, 13 системы инверсии крыла, закрепленные в базовом контуре крыла - 12.

Фиг. 4

14 - тележки - жестко закреплены на углах базового контура крыла - 12.

Фиг. 5

26 - фрагмент вертикальной стойки из контура базовой призмы - 29 с Т-образными пазами - 33 для тележек - 14, 32 - конечные выключатели реверса в зонах изменения конфигурации крыла (системы инверсии крыла),

Фиг. 6

4-1----4-N - средние детали системы инверсии крыла, 5 - крайние детали системы инверсии крыла, 6 - звездочки системы инверсии крыла, 7 - цепь системы инверсии крыла, 8 - шаговый двигатель системы инверсии крыла, 9 - звездочка на валу шагового двигателя, 10 - поверхность крыла в зоне 4-1----4-N - средних деталей системы инверсии крыла, 11 - задняя аэродинамическая обшивка крыла, 12 - базовый контур крыла, 13 - передняя аэродинамическая обшивка крыла, 14 - тележка (см. Фиг. 4) в пазах вертикальных стоек - 26 (см. Фиг. 5),

Фиг. 7.

26 - вертикальная стойка с Т-бразными пазами - деталь контура базовой призмы (см Фиг. 5), 27 - ролики системы ориентации крыла, 28 - опорное (например, рельсовое) кольцо системы ориентации крыла, 29 - контур базовой призмы ветроустановки. 30 - флюгерные плоскости системы ориентации аэродинамического крыла.

Работа ветроустановки, реализующей предлагаемый «Способ…».

Для функционирования этой ветроустановки разработано несколько систем управления:

1. Система инверсии крыла.

Движении аэродинамического крыла параллельно горизонтальной плоскости независимо от направления вверх-вниз относительно земли осуществляется под воздействием подъемной силы, возникающей при обтекании его воздушным потоком. Крайние положения при движении крыла вверх-вниз попадают в зоны изменения формы аэродинамического крыла. В этих зонах размещают конечные выключатели реверса - 32, которые воздействуют на аэродинамическую обшивку крыла и изменяют его конфигурацию на симметричную. Конкретно - (см Фиг. 6) по команде конечных выключателей реверса - 32 шаговый двигатель поворачивается на 180 градусов поочередно по часовой стрелке и против. Через цепную передачу - и звездочки - осуществляется поворот на 180 градусов средних детале системы инверсии крыла - 4-1----4-N, крайние детали системы инверсии крыла - 5, причем - 4-1----4-N формируют поверхность аэродинамического крыла в зоне - 10, а - 5 достраивает конфигурацию крыла, подставляя к зоне - 10 заднюю аэродинамическую обшивку крыла - 11 и переднюю аэродинамическая обшивку рыла - 13.

2. Система ориентации передней кромки крыла.

Значительную часть конструкции ветроустановки составляет система ориентации крыла. Это флюгерные плосклсти - 30 (см. Фиг. 7), закрепленные на бокових стенках контура базовой призмы - 29 ветроустановки, которые при отклонении передней кромки крыла от перпендикулярного положения относительно вектора воздушного потока, создают усилие, обеспечивающее ликвидацию этого отклонения. Поворот ветроустановки осуществляется на опорном (обычно рельсовом) кольце - 28 с помощью роликов - 27, закрепленных на углах базовой призмы - 29 в ее нижней плоскости.

3. Система движения аэродинамического крыла вверх-вниз под воздействием подъемной силы.

Движение крыла вверх-вниз осуществляется на тележках - 14 (см. Фиг. 4), которые жестко закреплены на углах базового контура крыла - 12. Тележки - 14 движутся в Т-образных пазах - 33 вертикальных стоек - 26 (см. Фиг. 5), фрагментов контура базовой призмы - 29 ветроустановки. Конечные выключатели реверса - 32 дают команды на изменение направления движения крыла вверх или вниз. Применение тележек - 14 вместо обычных роликов предохраняет движущееся крыло от заклинивания в пазах - 33.

4. Электромеханическая система ветроустановки (см. Фиг. 1).

Силовая скоба - 15 жестко крепится к базовому контуру - 12 аэродинамического крыла. Посредине ее закрепляют шаровой шарнир - 16, к которому жестко закрепляют шатун кривошипного механизма. Далее палец - 18 маховика - 19, опорная стойка вала маховика - 20, валы - 21, ускоряющий редуктор - 22 и электрогенератор - 23. При движении крыла вверх-вниз скоба 15 повторяет его движение. Через шаровой шарнир это движение передается на шатун - 17, палец - 18 и обеспечивает вращательное движение маховика - 19, вращающийся вал которого через муфты - 21, повышающий обороты редуктор - 22 вращает вал электрогенератора - 23, вырабатывающего электроэнергию - 24. При этом опорная стойка - 20 вала маховика - 19, ускоряющий редуктор - 22 и генератор - 23 стоят на опорной плите - 25, лежащей на земле.

Важной особенностью Способа и его устройства является возможность наращивания мощности вдоль поверхности земли, уменьшая опрокидывающий момент устройства, что обычно упрощает и удешевляет конструкцию, повышает надежность при эксплуатации. К тому же отсутствие вращающих частей устройства улучшает его экологические характеристики и расширяют область применения

Способ преобразования энергии воздушного потока в поступательное движение аэродинамического крыла за счет подъемной силы заключается в том, что его помещают в воздушный поток, а в крайних положениях движения, в зонах изменения формы аэродинамического крыла, размещают конечные выключатели реверса, которые воздействуют на аэродинамическую обшивку крыла и изменяют его конфигурацию на симметричную, отличающийся тем, что изменение конфигурации крыла осуществляется конструктивными элементами ветроустановки, при этом аэродинамическое крыло движется периодически вверх или вниз по направляющим стойкам параллельно горизонтальной плоскости и всегда обеспечивают положение передней кромки аэродинамического крыла конструктивными элементами ориентации крыла перпендикулярно вектору воздушного потока независимо от его направления, а разнонаправленная подъемная сила аэродинамического крыла, возникающая под действием воздушного потока, через силовую скобу и опорный шаровой шарнир передается на кривошипный механизм, вал которого через муфты и ускоряющий редуктор подсоединяют к генератору, причем опорный шаровой шарнир ветроустановки располагают на вертикали, проходящей через геометрический центр ее опорного кольца – одного из конструктивных элементов ориентации крыла.