ветроэлектростанция

изобретение относится к ветроэнергетике и может найти применение для автономного энергоснабжения объектов и выработки электроэнергии в энергосистему.

технический результат - повышение коэффициента использования энергии ветра во времени вне зависимости от его направления и скорости, упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик, снижение стоимости изготовления и эксплуатационных расходов, повышение надежности при повышении единичной мощности ветроэлектростанции. это достигается тем, что электростанция имеет кронштейны, подшипниковый узел с корпусом, ведущий и ведомые шестерни, штоки, рычаги со стойкой, г-образный рычаг с грузом, лопасти, которые выполнены в виде двух или более сегментов наружной части полого тора и имеющие верхний и нижний кромки, а также внутренний и внешний торцы. наружная часть полого сегмента тора представляет собой в сечении наружную полуокружность, что позволяет представить ее в сечении как часть автомобильной шины более простой формы (в форме полуокружности). кронштейны жестко закреплены к корпусу подшипников. подшипники насажены на неподвижную ось. каждая лопасть между внутренней и внешней торцами со стороны верхней и нижней кромок шарнирно закреплена к кронштейнам. к лопасти между центром и внешним торцом у верхних и нижних кромок шарнирно присоединены штоки. другим концом штоки шарнирно прикреплены со смежной лопастью снаружи посредством рычагов со стойкой. стойки жестко прикреплены к лопасти. одна лопасть шарнирно соединена с г- образным рычагом-кронштейном, на противоположном конце которого прикреплен груз. рычаг-кронштейн с грузом шарнирно прикреплен к корпусу ведущей шестерни. ведущая шестерня зацеплена с ведомой шестерней меньшего диаметра, которая жестко прикреплена к карданному валу или к валу с шаровым креплением. неподвижная ось находится внутри ведущей шестерни. карданный вал (или вал с

шаровым креплением) соединен снизу с электромеханической установкой. неподвижная ось жестко прикреплена к опоре.

возможен другой вариант реализации ветроэлектростанции в котором электростанция имеет кронштейны, подшипниковый узел с корпусом, ведущий и ведомые шестерни, штоки, г-обазные рычаги со стойками, г-образный рычаг с грузом, лопасти, которые выполнены в виде двух или более сегментов наружной части полого тора и имеют верхний и нижний кромки, а также внутренний и внешний торцы. кронштейны жестко закреплены к корпусу подшипников. подшипники насажены на неподвижную ось. каждая лопасть между внешней и внутренней торцами снаружи шарнирно закреплена с кронштейном посредством г- образных рычагов со стойками. стойки жестко прикреплены к лопасти. кронштейн шарнирно соединен с г-образным рычагом со стойками по центру. концы г- образных рычагов со стойками шарнирно соединены со штоками.

одна из лопасти шарнирно соединена с г-образным рычагом-кронштейном, на противоположном конце которого прикреплен груз. рычаг-кронштейн с грузом шарнирно прикреплен к корпусу подшипников. к корпусу подшипников снизу жестко прикреплена ведущая шестерня, которая через ведомую шестерню меньшего диаметра зацеплена с карданным валом или с валом с шаровым креплением. неподвижная ось находится внутри ведущей шестерни. карданный вал (или вал с шаровым креплением) соединен снизу с электромеханической установкой. неподвижная ось прикреплена к опоре.

изобретение относится к области энергетики, в частности, к ветряным электростанциям, и может найти применение для автономного энергоснабжения объектов и выработки электроэнергии в энергосистему, особенно при малых скоростях ветра.

известна виндроторная электростанция «бoни-шXB» (патент PK N°5595), состоящая из виндроторных модулей, включающих направляющие аппараты и лопастные вертикальные виндроторы, выполненные кольцевыми с числом лопаток и диаметрами, изменяющимися по высоте в соответствии с формулой хельмана, а генераторная группа содержит один или несколько ярусов, соединенных с валом

виндротора.

этой виндроторной электростанции присущ ряд недостатков, таких как высокая металлоемкость, необходимость высокой классности изготовления для его работы на больших скоростях ветра, что ведет к значительному удорожанию, не работоспособность при малых скоростях ветра.

известен ветродвигатель системы савониуса (патент PK JYs3230) содержащий две полуцилиндрические лопасти, размещенные между платами и имеющие внешние и внутренние кромки, которые кинематически соединены жестко с валом и шарнирно с лопастями, снабженными грузами на их внешних кромках.

этот ветродвигатель имеет существенный недостаток, заключающий в том, что необходимое для увеличения мощности увеличение диаметра более 0,5 м и повороте на ветер кромками лопастей, происходит неуправляемый сдвиг полуцилиндров под напором ветра и производится удар кронштейнами, что требует усложнения конструкции и снижается надежность устройства. а уменьшение диаметра полуцилиндров ведет к снижению мощности и сокращению диапазона рабочих скоростей ветра.

задачей настоящего изобретения является разработка ветроэлектростанции (вэс), позволяющей повысить коэффициент использования во времени (расширить диапазон рабочих скоростей ветра), обеспечить постоянную мощность электростанции не зависимо от скорости и направления ветра, упростить конструкцию и повысить надежность работы, при существенном увеличении мощности, что ведет к снижению стоимости и затрат на эксплуатацию.

технический результат достигается тем, что в ветроэлектростанции, состоящей из кронштейнов, подшипникового узла с корпусом, ведущего и ведомого шестерен, штоков, рычагов со стойкой, г-образного рычага с грузом, лопастей, которые выполнены в виде двух или более сегментов наружной части полого тора и имеют верхний и нижний кромки, а также внутренний и внешний торцы. наружная часть полого сегмента тора представляет собой часть автомобильной шины более простой формы (полуокружность). кронштейны жестко закреплены к подшипникам. подшипники насажены на неподвижную ось. каждая лопасть между внутренней и

внешней торцами со стороны нижней и верхней кромок шарнирно закреплена к кронштейнам. каждая лопасть между внутренней и внешней торцами у верхней и нижней кромок шарнирно соединена штоками со смежной лопастью снаружи посредством рычагов со стойкой. стойки жестко соединены с лопастью. одна лопасть шарнирно соединена с г-образным рычагом-кронштейном, на противоположном конце которого прикреплен груз. рычаг-кронштейн шарнирно прикреплен к корпусу ведущей шестерни. ведущая шестерня зацеплена с ведомой шестерней меньшего диаметра, которая жестко прикреплена к карданному валу или к валу с шаровым креплением. неподвижная ось находится внутри ведущей шестерни. карданный вал (или вал с шаровым креплением) соединен снизу с электромеханической установкой. неподвижная ось жестко прикреплена к опоре.

технический результат может быть достигнут и при другом варианте, в котором электростанция имеет кронштейны, подшипниковый узел, ведущий и ведомые шестерни, штоки, г-обазные рычаги со стойками, г-образный рычаг с грузом, лопасти, которые выполнены в виде двух или более сегментов наружной части полого тора и имеют верхний и нижний кромки, а также внутренний и внешний торцы. кронштейны жестко закреплены к корпусу подшипников. подшипники насажены на неподвижную ось. каждая лопасть между внешней и внутренней торцами снаружи шарнирно закреплена с кронштейном посредством г-образных рычагов со стойками. стойки жестко прикреплены к лопасти. г-образные рычаги со стойками по центру шарнирно прикреплены к кронштейну. концы г-образных рычагов со стойками шарнирно соединены со штоками.

одна из лопасти шарнирно соединена с г-образным рычагом-кронштейном с грузом. рычаг-кронштейн с грузом шарнирно прикреплен к подшипниковому узлу. к корпусу подшипников снизу жестко прикреплена ведущая шестерня, которая через ведомую шестерню меньшего диаметра зацеплена с карданным валом или с валом с шаровым креплением. неподвижная ось находится внутри ведущей шестерни. карданный вал (или вал с шаровым креплением) соединен снизу с электромеханической установкой. неподвижная ось прикреплена к опоре.

причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения

и достигаемыми результатами заключается в том, что при применении указанных признаков коэффициент использования энергии ветра во времени увеличивается, т.е. вэс будет работать в диапазоне скоростей от 1 до 90 м/с. в результате вэс работает более чем в три раза количество дней, следовательно, и выработка электроэнергии также будет более чем в три раза. кроме того, можно существенно увеличить единичную мощность установки. это достигается тем, что при малых скоростях ветра увеличивается площадь ометаемой поверхности, и, наоборот, при увеличении скорости ветра уменьшается за счет смыкания лопастей вокруг шарнирного крепления к кронштейну. при ураганных порывах ветра, грузы за счет центробежной силы смыкают лопасти, при этом вэс принимает форму наружной половины полого тора. надежность работы обеспечивается как за счет простоты конструкции, так и за счет того, что ось не вращается, а также наличия шарового крепления вэс или/и карданным валом с электромеханической установкой.

сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведен общий вид трехлопастной вэс с креплением лопастей у внутренней кромки к кронштейнам;

на фиг. 2 — общий вид трехлопастной вэс с креплением лопастей к кронштейну снаружи;

на фиг. 3 - вид сверху и сечение лопасти трехлопастного вэс;

на фиг. 4 - общий вид четырех лопастной вэс с креплением лопастей у внутренней кромки к кронштейнам;

на фиг. 5 - вид сверху четырех лопастной вэс;

на фиг. 6 - схема крепления г-образного рычага-кронштейна с грузом, обеспечивающего открывание и закрывание лопастей (ветроприемников) при изменении скорости ветра;

на фиг.7 - вид трех- и четырех лопастных вэс при закрытом положении.

ветроэлектростанция состоит (фиг. 1) из неподвижной оси 1 к которому прикреплен подшипниковый узел 2. к подшипниковому узлу жестко прикреплены кронштейны 3. к кронштейнам 3 между внешней и внутренней торцами шарнирно прикреплена лопасть 4. лопасти 4 выполнены в виде сегмента полого тора (фиг. 3).

к кронштейнам 3 шарнирно прикреплены рычаги 5 со стойкой 6 на другой конец которого шарнирно прикреплены штоки 7 (фиг. 1, 4, 5). другой конец штоков 7 шарнирно прикреплены к смежной лопасти 4 у верхних и нижних кромок. стойки б жестко прикреплены к лопасти 4.

г-образный рычаг-кронштейн 8 шарнирно прикреплен к корпусу 9 ведущей шестерни (фиг. 6). верхний конец рычага-кронштейна 8 шарнирно прикреплен к одному из лопасти 4 посредством тяг 14 и 15. к нижнему концу рычага-кронштейна 8 закреплен груз 10.

нижний конец неподвижной оси 1 (фиг. 1, 2, 4) жестко соединен с опорой 11. с ведущей шестерней зацеплена ведомая шестерня меньшего диаметра (на чертежах не представлены), которая жестко насажена на карданный вал 12. нижний конец вала 12 соединен с электромеханической установкой 13.

во втором варианте (фиг. 2) к кронштейнам 3 шарнирно прикреплена лопасть 4 снаружи между внутренней и внешней торцами посредством r-образных рычагов 5 со стойками 6. на обоих концах г-образных рычагов 5 со стойками 6 шарнирно прикреплены штоки 7. г-образные рычаг 5 со стойками 6 по центру шарнирно прикреплены к кронштейнам 3. стойки 6 жестко прикреплены к лопасти 4.

крепление неподвижной оси 1, крепление рычага-кронштейна 8 с грузом 10 и соединение с электромеханической установкой 13 аналогично с первым вариантом.

работа ветровой электростанции происходит следующим образом. ветровой поток поступает на лопасти 4, что приводит к вращению лопастей 4, кронштейнов 3 и ведущей шестерни на подшипниках вокруг неподвижной оси 1. вращение ведущей шестерни передается посредством ведомой шестерни и карданного вала (или шарового крепления) 12 на электромеханическую установку 13. при увеличении скорости ветра за счет центробежной силы груз 10 начинает отходить от оси вращения, что приводит к отклонению рычага-кронштейна 8 вокруг шарнирного крепления. рычаг-кронштейн 8 тянет (или толкает) лопасть 4 посредством тяг 14 и 15, что приводит к смещению всех лопастей 4 вокруг шарнирного крепления на кронштейнах 3. при ураганных порывах ветра лопасти 4 смыкаются и принимают форму тора (фиг. 7).

при отсутствии ветра груз 10 под действием гравитационных сил опускается вниз и посредством рычага-кронштейна 8 через тяги 14 и 15 полностью раскрывает лопасти 4.

работа ветроэлектростанции по второму варианту аналогична.