Область техники

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в области альтернативной энергетики.

Уровень техники

Известен прецессирующий ветродвигатель с вертикальным расположением вала, содержащий рабочее колесо в виде системы из свободно вращающихся роторов, расположенных на валу, который соединен с рабочим валом. Согласно решению рабочий вал расположен вертикально, а ветродвигатель содержит элемент для обеспечения третьей степени свободы, скрепленный с валом каждого ротора и с рабочим валом и обеспечивающий возможность поворачивать ось вала ротора относительно оси рабочего вала, в плоскости, проходящей через ось рабочего вала. Элемент выполнен упругим в виде рессоры, жестко скрепленной с рабочим валом и валом ротора, имеющей ограничитель перемещения рессоры, вдоль плоскости, проходящей через ось рабочего вала, и исключает поворот вокруг оси рабочего вала. Элемент выполнен в виде коромысла, выполненного с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси рабочего вала и оси роторов, при этом коромысло опирается на ограничитель перемещений в виде скобы, жестко соединенной с подпружиненной втулкой со шлицевым или шпоночным соединением, расположенной на рабочем валу [1] -

Недостатками известного ветродвигателя являются относительно низкое значение аэродинамического качества его самовращающихся роторов, сложности конструкции ветродвигателя и низкий КПД.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является упрощение конструкции предлагаемого устройства и повышение ее КНД

Сущность изобретения заключается в том, что в ветроэнергетической установке с ветроколесом, который имеет вертикальный вал с прикрепленными на него лопастями, согласно изобретению, лопасти профилированы и верхней частью прикреплены к перегородкам колпака, выполненного в виде сферического сегмента так, чтобы ветроколесо принимало форму волчка, вертикальный вал установлен между свободными концами двух горизонтальных балок, другие концы которых жестко прикреплены к неподвижной вертикально установленной стойке и расположены на расстоянии друг от друга, причем с помощью резьбовой втулки вал верхней частью подвешен из верхней горизонтальной балки, а его нижний конец выполнен шарообразно и расположен в цилиндрическом отверстии, выполненном в нижней балке, тем самым обеспечивая возможность вертикального перемещения вала, а верхний конец кинематически связан с установленным на верхней балке генератором.

Краткое ояисание графических материалов

Сущность изобретения поясняют следующие чертежи: на фиг. 1 показан общий вид ветроэнергетической установки. на фиг. 2 - вид установки сбоку, на фиг. 3 - показан вид установки спереди. на фиг. 4 - втулка с резьбой, на котором подвешен вертикальный вал, на фиг. 5 - нижная платформа ветроэнергетической установки со сферическим отверстием и нижней свободной частью вертикального вала, на фиг. 6 - показана нижная платформа установки со сферическим отверстием, на фиг. 7 - направление ветрового потока на лопастях и на узле с видом сферического сегмента.

Реализация изобретения

Ветроэнергетическая установка состоит из ветроколеса, вертикальный вал (1) которого соединен с лопастями (2). Лопасти (2) профилированы и верхней частью прикреплены к перегородкам (3) колпака (4) так, что ветроколесо принимает форму волчка. Вертикальный вал (1) установлен между свободными концами двух горизонтальных балок (5, 6), другие концы которых жестко прикреплены к неподвижной вертикально установленной стойке (7) и расположены на расстоянии друг от друга. При этом, вал (1) ветроколеса с помощью резьбовой втулки (8) верхней частью подвешен на верхней горизонтальной балке (5), а нижний конец вала (1) выполнен шарообразным (9) и расположен в цилиндрическом отверстии (10), выполненном в нижней балке (6), тем самым обеспечивая возможность вертикального перемещения вала (1). Верхний конец вала (1) кинематически связан с генератором (11), установленным на верхней балке (5). Минимальное число лопастей (2) ветроколеса - три (предпочтительными вариантами могут быть также пять или семь). Расположение лопастей (2) полностью соответствует положениям перегородок (3) колпака (4), в результате которого ветроколесо принимает форму гироскопа (волчка) (фиг. 3). Благодаря такому строению ветряка, наподобие волчка, и в результате его вращения возникает гироскопический эффект (гиростатический эффект), представляющий собой эффект, возникающий вследствие инерции вращающегося твердого тела, вызываемой его прецессией [2], на чем основан принцип работы предлагаемой установки. При этом, главное свойство прецессии - безинерционность: как только сила, вызывающая прецессию волчка, пропадёт, прецессия прекратится, а ось вращения волчка займёт неподвижное положение в пространстве [3]. Такое явление, как прецессия, можно наблюдать при сильном вращении диска. Она долго сохраняет свое положение в пространстве, но при снижении скорости вращения становится неустойчивой, ось начинает описывать окружность. Именно использование этого переходного эффекта в ветродвигателе позволяет добиться максимального использования энергии ветра и значительно уменьшить габариты предлагаемого ветродвигателя. Кроме того, в результате опытов по изучению «гироскопического эффекта» рядом исследователей наблюдалось уменьшение веса вращающегося гироскопа: изменение веса гироскопа происходило вдоль оси вращения массы, а в зависимости от направления вращения гироскопа его вес либо уменьшался, либо увеличивался [4].

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

Конструкция ветроколеса позволяет обеспечить одинаковое воздействие ветра на лопасти (2) независимо от направления ветра. При наличии ветра, движение ветроколеса происходит за счет разности наветренной и противоветренной поверхностей лопастей (2). Вследствие этого, в результате сил лобового давления на лопасти (2), начинается вращение ветроколеса вокруг своей оси. Поскольку ветроколесо опирается на верхнюю горизонтальную балку (5) ветродвигателя посредством втулки (8), его вращательное движение осуществляется по принципу вращения гироскопа. Помимо этого, за счет взаимного совмещения перегородок (3) колпака (4) и профилей лопастей (2), под колпаком (4) появляются три отдельные области (количество областей зависит от числа лопастей), в которых, в случае нахождения в противоветренном положении, накапливающийся ветровой поток, помимо вращения ветроколеса, стремится также толкнуть ветроколесо вверх по направлению его вертикальной оси. Вхождение нижней части (9) вертикального вала (1) ветроколеса установки в цилиндрическое отверстие (10) нижней балки (6) обеспечивается за счет висячего состояния вертикального вала (1), что одновременно направляет вращательное движение вертикального вала (1) в вертикальной плоскости. Иными словами, за счет прецессии «гироскопического эффекта» в результате уменьшения веса ветроколеса увеличится его частота вращения. Предлагаемое ветроколедо позволяет:

• упростить конструкцию ветряных турбин;

• значительно повысить коэффициент использования энергии ветра;

• являясь тихоходным ветродвигателем, обеспечивать экологическую чистоту окружающей среды, так как не влияет на окружающую флору и фауну, а также не способствует эрозии почвы.

Ветрогенератор можно использовать в следующих областях:

• в индивидуальных хозяйствах - минимальная необходимая мощность которых составляет 5 кВт,

• местные энергосистемы - минимальная мощность 10 кВт,

• данное устройство обладает высоким крутящим моментом и может быть использовано в качестве бурового или насосного агрегата, мельницы, маслобойки или для запуска машин, механизмов, станков и т.п., без применения электрогенератора.

• в виде крышных и подвальных электростанций жилых домов в качестве вспомогательных источников энергии, которые могут обеспечить энергией вход в дом.

• предлагаемые установки могут быть использованы в охотхозяйствах, дачных и садоводческих коллективах.

• установки могут использоваться в качестве силовых установок для морских нефтегазодобывающих и разведочных платформ.

• установки, как составной элемент комбинированных энергетических комплексов, совмещенных как с традиционными дизель-генераторами, так и с альтернативными источниками, такими как оригинальные преобразователи приливной и солнечной тепловой энергии и др.

Источники использованной литературы:

1. Прецессионный ветродвигатель с вертикальным расположением вала, RU2351794C1, 10.04.2009 Бюл. № 10:

2. Ю.Л. Саргсян, Н.Г. Овумян, Г.Ц. Петросян, Теория механизмов и машин, английский-армянский-русский терминологический словарь, Ереван, Инженер, 2009, 392 стр. 3. Википедия, https://ru . wikipedia.org/ wiki/%D0%9F%D 1 %80%D0%B5%D 1 %86%D0%B5%D 1 %81

%DI%81 %D()%B8%D1 %8F htps://hy.wikipedia.org/wiki/%D5%8A%D6%80%D5%A5%D6%81%D5%A5% D5%B

D%D5%AB%D5%A1

Сомсиков А.И. Гироскопические эффекты. Изменение веса вращающихся гироскопов,