початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2136957

Вітроенергетичних ПРИСТРІЙ З беськонсольниє КРІПЛЕННЯМ лопатей і СПОСІБ РЕГУЛЮВАННЯ ЧАСТОТИ ОБЕРТАННЯ Вітроколесо

Ім'я винахідника: Малишкін В.М .; Калашников С.П.
Ім'я патентовласника: Малишкін Віктор Михайлович; Калашников Сергій Петрович
Адреса для листування: 392000, Тамбов, ул.М.Горького 16, кв.7, Калашникову Сергію Петровичу
Дата початку дії патенту: 1997.12.09

Вітроенергетичне пристрій з бесконсольні кріпленням лопатей і спосіб регулювання частоти обертання вітроколеса відносяться до вітроенергетичним двигунів великої потужності для використання енергії вітру і вироблення електричної енергії. Технічний результат полягає в збільшенні навантажувальної спроможності лопатей і вітроколеса, одиничної потужності ветроагрегата, зменшенні маси лопатей, забезпечується наявністю тросів і розтяжок, які забезпечують равномернораспределенную передачу реакції вітрового потоку від лопатей вітроколеса на його обіддя. Підвищення ефективності відбору потужності повітряного потоку, забезпечення змінної напруги постійної частоти для подачі електроенергії в мережі існуючих систем в більш широкому діапазоні зміни швидкості вітру і швидкості обертання вітроколеса забезпечується зміною кута нахилу лопатей, що здійснюється поворотом ободів вітроколеса щодо один одного. Цим же цілям служить спочатку почергове відключення від навантаження генераторів, з'єднаних послідовно при мінімальній швидкості вітроколеса, а потім почергове підключення до навантаження паралельно, паралельно зі збільшенням швидкості вітроколеса.

ОПИС ВИНАХОДИ

Вітроенергетичне пристрій з бесконсольні кріпленням лопатей і спосіб регулювання частоти обертання вітроколеса відноситься до вітроенергетичним двигунів великої потужності для використання енергії вітру і вироблення електричної енергії.

Відомі вітродвигуни з дифузором і ветроколесом лопаті, якого консольно закріплені в центральній втулці, розташованої на осі обертання разом з підшипником, механізмом зміни кута установки лопатей, системою передачі крутного моменту, редуктором і генератором. [1] с. 134. Така конструкція обумовлює великі згинальні моменти в лопатях вітроколеса, особливо в місці їх кріплення до втулки, накладає обмеження на діаметр вітроколеса, обумовлює високу питому вартість лопатей вітроенергетичних пристроїв. Велика маса вітроколеса створює при обертанні великі сили інерції, що ускладнює його швидку зупинку без пошкоджень.

Метою винаходу є створення вітроенергетичного пристрої з ветроколесом, що забезпечує равномернораспределенную передачу реакції вітрового потоку від обертових лопатей до нерухомих елементів.

Пропоноване вітроенергетичне пристрій з бесконсольні кріпленням лопатей містить поворотну платформу 1 (фіг. 1) для орієнтації пристрою у напрямку вітру. На платформі 1 для концентрації енергії вітру знаходиться дифузор 2. У дифузорі 2 розміщені радіальні нерухомі стійки 3 на яких встановлено осьової підшипник 4 з горизонтальною віссю 5. Підшипник 4 може переміщатися уздовж своєї осі щодо стійок 3 і фіксуватися в заданому положенні.

Вітроколесо містить передній (по ходу вітрового потоку) обід 6 і задній обід 7 з горизонтальною віссю обертання, що обертаються на ведених колесах 8 і вільних роликах 9, рівномірно розміщених по внутрішньому периметру дифузора 2. (фіг. 4). Для стійкого положення ободів 6 і 7 ведені колеса 8 і вільні ролики 9 розташовані з протилежних сторін по периметру поперечного перерізу ободів 6 і 7 (фіг. 2). Ведені колеса 8 контактують з обіддям 6 і 7 розташовані співвісно і з'єднані попарно валами 10. Для управління взаємним переміщенням (поворотом) ободів 6 і 7 вали 10 містять керовані, наприклад електромагнітні, муфти 11 забезпечують з'єднання і роз'єднання валів 10. При включених муфтах 11 забезпечується синхронне обертання ободів 6 і 7, а при відключених муфтах 11 обіддя 6 і 7 мають можливість повороту щодо один одного і обертання з різними кутовими швидкостями. Вали 10 з'єднують ведені колеса 8 з синхронними генераторами 12, які перетворюють механічну енергію вітроколеса в електричну. Синхронні генератори 12 системою управління можуть відключатися і підключатися до навантаження як паралельно, так і послідовно. Рівномірний розподіл генераторів 12 на ободах 6 і 7 забезпечує їх рівномірне навантаження по всьому периметру моментами опору обертанню, з боку генераторів 12, що в свою чергу зменшує вимоги до жорсткості ободів, дозволяє зменшити їх масу.

Для кріплення лопатей вітроколесо містить радіально розташовані передні троси 13 і задні троси 14. (фіг. 5). Передні троси 13 підвішені одним кінцем на внутрішньому ребрі жорсткості переднього обода 6, а іншим кінцем на фланці горизонтальній осі 5. Задні троси 14 підвішені одним кінцем на внутрішньому ребрі жорсткості заднього обода 7, а іншим кінцем на фланці горизонтальній осі 5. Площина обертання центральних точок підвісу 15 і 16 тросів 13 і 14 (фіг. 3) зміщена щодо площини обертання периферійних точок підвісу 17 і 18 (фіг. 2) в напрямку протилежному вітрового потоку так, щоб при вітрової навантаженні лінії прогину тросів 13 і 14 в даних точках розташовувалися в напрямі, який забезпечує рівномірне навантаження ободів 6 і 7 наприклад, по дотичній до площини їх обертання. Таке розташування точок підвісу забезпечує зменшення навантаження від лобового опору лопатей 19, переданої на обіддя 6 і 7, ведені колеса 8, вільні ролики 9 і дифузор 2. Переміщенням горизонтальній осі 5 уздовж осі обертання вітроколеса забезпечується регулювання натягу і лінії прогину в точках підвісу передніх 13 і задніх 14 тросів.

Кожна лопать 19 (фіг. 5) вітроколеса закріплена між переднім тросом 13 і заднім тросом 14. Необхідний кут нахилу лопаті 19 до напрямку вітрового потоку забезпечується відносним зсувом периферійних точок підвісу 17 і 18 відповідно переднього троса 13 і заднього троса 14. Передні розтяжки 20 кріпляться одним кінцем до проміжних точках передніх тросів 13, а іншим кінцем до внутрішнього ребру жорсткості переднього обода 6 в напрямку протилежному реакції вітрового потоку. Аналогічно задні розтяжки 21 кріпляться одним кінцем до проміжних точках задніх тросів 14, а іншим кінцем до внутрішнього ребру жорсткості заднього обода 7 в напрямку протилежному реакції вітрового потоку. Точки кріплення передніх розтяжок 20 і задніх розтяжок 21 на ободах 6 і 7 розподілені так, щоб забезпечити рівномірний розподіл зусиль переданих на обіддя від лопатей 19. Наявність розтяжок 20 і 21 і забезпечує зниження вимог до жорсткості лопатей 19, що дозволяє зменшити їх масу і вартість .

Для гальмування вітроколеса з метою управління та в екстрених ситуаціях служать гальмівні прокладки 22 і 23 забезпечують гальмування відповідно переднього обода 6 і заднього обода 7 при контакті з бічними поверхнями внутрішніх ребер жорсткості 24 (фіг. 2).

При набіганні потоку повітря на лопаті 19, встановлені під відповідним кутом, починають діяти сили передаються через передні троси 13 і розтяжки 20 на передній обід 6, а через задні троси 14 і розтяжки 21 на обід 7. Частина цих сил створює крутний момент, прикладений до вітроколеса, а інша утворює силу лобового опору потоку повітря (фіг. 5). Лобове опір лопатей 19 вітрового потоку сприймається через передні троси 13, задні троси 14, передні і задні розтяжки 20 і 21 обіддям 6 і 7, а під дією крутного моменту обіддя 6 і 7 приводяться в обертання проти годинникової стрілки, якщо дивитися з боку набігаючого потоку . Від ободів 6 і 7 крутний момент передається на ведені колеса 8, а від них через вал 10 синхронним генераторам 12. Обертання синхронних генераторів 12 призводить до створення в ланцюзі електрорушійної сили (ЕРС).

Частота обертання вітроколеса при зміні швидкості вітрового потоку регулюється зміною кута установки лопатей 19, і / або зміною кількості і схеми підключення до навантаження генераторів 12.

При збільшенні швидкості вітрового потоку і, відповідно, кутової швидкості вітроколеса, система автоматичного управління (на схемі не показана) одночасно відключає електромагнітні муфти 11 і включає гальмівні прокладки 23. Гальмівні прокладки 23 притискаються до бічних поверхонь ребра жорсткості обода 7 з таким зусиллям, щоб сумарний момент опору обертанню переднього обода 6 виявився менше сумарного моменту опору обертанню заднього обода 7. В результаті обід 7 сповільниться і повернеться щодо обода 6, а кут нахилу лопаті 19 по відношенню до набігаючого потоку зменшиться. Після зменшення до заданого кута нахилу лопатей 19, муфти 11 включаються, а гальмівні прокладки 23 відводяться від обода 7 і обіддя 6 і 7 продовжують обертатися синхронно. Зменшення кута нахилу лопатей 19 призводить до зменшення крутного моменту, створюваного вітровим потоком і, відповідно збереженню заданої кутової швидкості.

При зменшенні швидкості вітрового потоку і, відповідно, кутової швидкості вітроколеса, система автоматичного управління одночасно відключає електромагнітні муфти 11 і включає гальмівні прокладки 22. Гальмівні прокладки 22 притискаються до бічних поверхонь ребра жорсткості переднього обода 6 з таким зусиллям, щоб сумарний момент опору обертанню переднього обода 6 виявився більше сумарного моменту опору обертанню заднього обода 7. В результаті передній обід 6 сповільниться і повернеться щодо заднього обода 7, а кут нахилу лопаті 19 по відношенню до набігаючого потоку збільшиться. Після збільшення до заданого кута нахилу лопатей 19, муфти 11 включаються, а гальмівні прокладки 22 відводяться від обода 6. Збільшення кута нахилу лопатей 19 призводить до збільшення крутного моменту, створюваного вітровим потоком і, відповідно збереженню заданої кутової швидкості.

При роботі з мінімальним навантаженням (швидкістю вітрового потоку) все генератори 12 підключені до електричної навантаженні послідовно. При низькій кутової швидкості обертання генераторів 12, кожен з них створює невелику за величиною ЕРС змінного струму і постійної частоти, але сумарна ЕРС, послідовно підключених генераторів 12, достатня для подачі елетроенергіі в мережу. Загальна потужність електроенергії, що виробляється і мінімальна. Збільшення швидкості вітрового потоку, при постійному куті нахилу лопатей 19, призведе до збільшення швидкості обертання вітроколеса, сили струму, ЕРС на кожному генераторі і сумарної потужності, створюваної усіма послідовно підключеними генераторами. Автоматична система управління при цьому по черзі відключає генератори 12 так, щоб сумарна ЕРС перебувала в заданому діапазоні, а збільшення крутного моменту, що діє з боку вітру, врівноважиться сумарним моментом опору обертанню з боку послідовно підключених до навантаження генераторів 12. Коли швидкість обертання вітроколеса під впливом вітрового потоку збільшиться до швидкості, при якій система управління залишить в ланцюзі генераторів 12 тільки один, то вона ж почне по черзі підключати генератори 12 до мережі, але не послідовно один одному, а паралельно. При цьому кожен генератор виробляє ЕРС з номінальним для даних генераторів і мережі напругою. Загальна потужність електроенергії, що виробляється генераторами продовжує збільшуватися.

За рахунок великої кількості встановлених генераторів 12 почерговий їх відключення або відключення дозволяє багатоступінчасто регулювати момент опору обертанню вітроколеса і забезпечувати цим регулювання кутової швидкості обертання вітроколеса.

Для зупинки вітроколеса в екстрених ситуаціях гальмівні прокладки 22 і 23 притискаються системою управління до бічної поверхні ребра жорсткості ободів 6 і 7, створюючи момент сил тертя спрямований протилежно обертанню вітроколеса. Розміщення гальмівних прокладок 22 і 23 (фіг. 2) на периферії вітроколеса дозволяє збільшити ефективність гальмування і зменшити можливість поломки лопатей.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Під ред. Д.де Рензо. Вітроенергетика, М .: Вища школа, 1982, с. 134.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Вітроенергетичне пристрій з бесконсольні кріпленням лопатей вітроколеса, що містить центральний підшипник, периферійні опори, горизонтальну вісь обертання, концентратор енергії у вигляді вхідного звужується конусоподібного дифузора, генератор і систему управління поворотом лопатей, що відрізняється тим, що вітроколесо містить не менше двох обертових ободів, між якими на передніх і задніх тросах кріпляться лопаті, причому передні і задні кромки з'єднані передніми і задніми розтяжками з обіддям, а площину обертання центральних точок підвісу тросів, на яких кріпляться лопаті, зміщена щодо площини обертання периферійних точок підвісу в напрямку, протилежному до вітрового потоку.

2. Спосіб регулювання частоти обертання вітроколеса, кінематично пов'язаного з генераторами шляхом зміни кута нахилу лопатей до набігаючого потоку, який відрізняється тим, що зміна кута нахилу лопатей здійснюють поворотом ободів вітроколеса щодо один одного.

3. Спосіб регулювання по п.2, що відрізняється тим, що генератори, з'єднані послідовно при мінімальній швидкості вітроколеса, по черзі відключають від навантаження (з ланцюга), а потім по черзі підключають до навантаження паралельно (в ланцюг), паралельно зі збільшенням швидкості вітроколеса.

Версія для друку
Дата публікації 18.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів