EA018354B1

EA018354B1 - Ветроэлектростанция

Info

Publication number: EA018354B1
Application number: EA200800960A
Authority: EA
Inventors: Николай Садвакасович Буктуков; Жаксылыковна Молдабаева Гульназ; Бейсен Жакыпович Буктуков; Айтмухамед Кудайбергенулы Жакып
Original assignee: Николай Садвакасович Буктуков
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2013-07-30
Also published as: WO2008030073A1; EA200800960A1; EP2065594A1; EP2065594B1; CA2662404A1; KZ19064A; EP2065594A4

Abstract

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 имеют нижний и верхний 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 внутренним и внешним торцами со стороны верхней и нижней кромок шарнирно закреплены к кронштейнам. Лопасти между центром и внешним торцом у верхней и нижней кромок шарнирно соединены штоками. 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

Description

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 имеют нижний и верхний 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 внутренним и внешним торцами со стороны верхней и нижней кромок шарнирно закреплены к кронштейнам. Лопасти между центром и внешним торцом у верхней и нижней кромок шарнирно соединены штоками. Другим концом штоки шарнирно прикреплены со смежной лопастью снаружи посредством рычагов со стойкой. Стойки жестко прикреплены к лопасти. Одна лопасть шарнирно соединена с гобразным 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-образные рычаги со стойками, г-образный рычаг с грузом, лопасти, которые выполнены в виде двух или более сегментов наружной части полого тора и имеют нижнюю и верхнюю кромки, а также внутренний и внешний торцы. Кронштейны жестко закреплены к корпусу подшипников. Подшипники насажены на неподвижную ось. Каждая лопасть между внешним и внутренним торцами снаружи шарнирно закреплена с кронштейном посредством гобразных рычагов со стойками. Стойки жестко прикреплены к лопасти. Кронштейн шарнирно соединен с г-образными рычагами со стойками по центру. Концы г-образных рычагов со стойками шарнирно соединены со штоками. Одна из лопастей 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 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, ведущую 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 верхнюю и нижнюю 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 внутренним и внешним 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 скреплены 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, ведущую 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 верхнюю и нижнюю кромки, а также внутренний и внешний торцы. Кронштейны жестко закреплены к корпусу подшипников. Подшипники насажены на неподвижную ось. Каждая лопасть между внешним и внутренним 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 лопастей 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 Бони-ШХВ (патент РК № 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 РК № 3230), 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, заключающийся в том, что при необходимом для увеличения мощности увеличеним 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 снижает 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 независимо 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,

- 1 018354 подшипникового узла с корпусом, ведущей и ведомой шестерен, штоков, рычагов со стойкой, гобразного рычага с грузом, лопастей, которые выполнены в виде двух или более сегментов наружной части полого тора и имеют верхнюю и нижнюю 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 да неподвижную ось. Каждая лопасть между внутренним и внешним торцами со стороны нижней и верхней кромок шарнирно закреплена к кронштейнам. Каждая лопасть между внутренним и внешним 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, ведущую 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 верхную и нижную кромки, а также внутренний и внешний торцы. Кронштейны жестко закреплены к корпусу подшипников. Подшипники насажены на неподвижную ось. Каждая лопасть между внешним и внутренним 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 лопастей шарнирно соединена с г-образным рычагом-кронштейном с грузом. Рычагкронштейн 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 большее количество дней, следовательно, и выработка электроэнергии также будет более чем в три раза больше. 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 и/или карданного вала с электромеханической установкой.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых 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 трехлопастной ВЭС;

на фиг. 4 - общий вид четырехлопастной ВЭС с креплением лопастей у внутренней кромки к кронштейнам;

на фиг. 5 - вид сверху четырехлопастной 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 четырехлопастных ВЭС при закрытом положении.

Ветроэлектростанция состоит (фиг. 1) из неподвижной оси 1, к которой прикреплен подшипниковый узел 2. К подшипниковому узлу жестко прикреплены кронштейны 3. К кронштейнам 3 между внешним и внутренним 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 которых шарнирно прикреплены штоки 7 (фиг. 1, 4, 5). Другой конец штоков 7 шарнирно прикреплен к смежной лопасти 4 у верхних и нижних кромок. Стойки 6 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 одной из лопастей 4 посредством тяг 14 и 15. К нижнему концу рычага-кронштейна 8 прикреплен груз 10.

Нижний конец неподвижной оси 1 (фиг. 1, 2, 4) жестко соединен с опорой 11.

- 2 018354

С ведущей шестерней зацеплена ведомая шестерня меньшего диаметра (на чертежах не представлена), 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 внутренним и внешним торцами посредством г-образных рычагов 5 со стойками 6. На обоих концах гобразных рычагов 5 со стойками 6 шарнирно прикреплены штоки 7. Г-образные рычаги 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.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Ветроэлектростанция, состоящая из груза, кронштейнов, лопастей, имеющих кромки, отличающаяся тем, что лопасти выполнены в виде двух или более сегментов наружной части полого тора и имеют верхние и нижние кромки, а также внутренние и внешние торцы, каждая лопасть между внутренним и внешним торцами со стороны нижних и верхних кромок шарнирно прикреплена к кронштейнам, которые жестко прикреплены к корпусу подшипников, в свою очередь, подшипники насажены на неподвижную ось, к лопасти между центром и внешним торцом у верхней и нижней кромок шарнирно присоединены штоки, другим концом штоки шарнирно прикреплены со смежной лопастью снаружи посредством рычагов со стойкой, стойка жестко прикреплена к лопасти, одна лопасть шарнирно соединена с гобразным рычагом-кронштейном, на противоположном конце которого прикреплен груз, рычагкронштейн 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.
2. Ветроэлектростанция, состоящая из груза, кронштейнов, лопастей, имеющих кромки, отличающаяся тем, что лопасти выполнены в виде двух или более сегментов наружной части полого тора и имеют нижнюю и верхнюю кромки, а также внутренний и внешний торцы, каждая лопасть между внешним и внутренним торцами снаружи шарнирно закреплена с кронштейнами посредством г-образных рычагов со стойками, стойки жестко прикреплены к лопасти, кронштейны жестко прикреплены к корпусу подшипников, которые насажены на неподвижную ось, кронштейны шарнирно соединены с г-образными рычагами со стойками по центру, а другие концы г-образных рычагов со стойками шарнирно соединены со штоками, одна из лопастей 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 установлена внутри ведущей шестерни, неподвижная ось прикреплена к опоре.