УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ СИГНАЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИЛЫ ВЕТРА Российский патент 2000 года по МПК F03B13/10 F03D1/00 

Настоящее изобретение связано с устройством для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра и, в частности, с усовершенствованным устройством для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра, которое позволяет генерировать сигнал электрической мощности на основе использования силы ветра в условиях суши или моря.

Характеристика известного уровня техники
В последнее время проблемы, связанные с энергетикой, находятся в центре внимания международного сообщества. Среди этих проблем присутствует проблема загрязнения атмосферной среды, а также проблема, связанная со все возрастающим дефицитом полезных ископаемых, используемых в области энергетики.

Следовательно, для преодоления вышеупомянутых проблем возникает настоятельная необходимость в альтернативных источниках энергии. И нет необходимости говорить о том, что подобные альтернативные источники энергии должны быть созданы для решения вышеупомянутых проблем.

Способ гидроэлектрического получения энергии уже давно используется в качестве весьма важного способа для генерации сигнала электрической мощности. Но для создания гидроэлектростанции приходится затоплять водой весьма значительные области, в результате чего сокращается площадь суши, и на ней происходит разрушение природных биологических систем.

Кроме того, в качестве способа получения энергии, альтернативного по отношению к способу получения энергии на основе использования полезных ископаемых, в промышленности был разработан способ получения атомной энергии. Однако атомная энергия порождает ряд проблем, например, связанных с утилизацией радиоактивных отходов, получением, хранением и использованием радиоактивных материалов и т.д., которые на сегодняшний день являются проблемами всего международного сообщества. В дополнение к этому, в некоторых странах оказывается весьма сложно подготовить области, в которых могла бы производиться обработка радиоактивных отходов и материалов, что прежде всего связано с нестабильностью существующих способов их обработки.

Для преодоления вышеупомянутых проблем был также предложен способ использования солнечной энергии, которая, как известно, не загрязняет окружающую среду и также является альтернативным видом энергии, причем этот способ в последнее время проходит детальное изучение. Однако с этим способом также связаны определенные проблемы; так, солнечную энергию удается наиболее эффективно получать вне земной атмосферы, поэтому этот подход наиболее успешно используются, в основном, на космических станциях или спутниках. В условиях атмосферы, однако, вследствие изменения объемов регистрируемой солнечной энергии, что может быть связано с изменяющимися погодными условиями, использование солнечной энергии находит пока лишь узкое применение, в частности в системах обогрева домов.

В дополнение к этому, был разработан способ получения энергии, предусматривающий использование приливных электростанций и опирающийся на использование эффекта наличия разности механических энергий при отливе и приливе морского течения. Тем не менее, применение этого способа на практике ограничивается теми местами, где оказывается возможным обеспечить заданную величину разности указанных механических энергий при приливе и отливе морского течения.

В последнее время было разработано устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы морской волны и способ, предусматривающий использование этого устройства, которые в целом основывались на использовании механической энергии морских волн. В связи с подобным способом следует упомянуть патент Республики Корея N 35913 (см. также патент США N 5066867, который является производным от патента Республики Корея N 35913) и патентную заявку Республики Корея N 96-11790, в которой были поставлены цели по совершенствованию технических решений, предложенных ранее в патенте Республики Корея N 35913.

Вышеупомянутое устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы морских волн обеспечивает преобразование энергии, аккумулируемой в результате вертикального перемещения, вверх и вниз, буйков в соответствии с прохождением волн, в поворотное усилие таким образом, чтобы это формируемое в результате преобразования поворотное усилие могло быть использовано для управления генератором сигнала электрической мощности.

В условиях использования упомянутого устройства для генерации сигнала электрической мощности на основе использования энергии морских волн оказывается возможным генерировать сигнал электрической мощности необходимого уровня, поскольку в море всегда присутствуют волны высотой не менее 1 метра. Кроме того, подобная установка размещается непосредственно в море, которое, как известно, занимает 78% поверхности земного шара, в связи с чем практически отсутствуют ограничения по площадям для размещения устройства для генерации сигнала электрической мощности на основе использования энергии морских волн. Подобное устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования энергии морских волн может также устанавливаться и во внутренних водоемах; следует отметить, что, поскольку известное устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования энергии морских волн, созданное авторами настоящего изобретения, может устанавливаться в море, нет никаких ограничений на установку такого же устройства и во внутренних водоемах, при этом в условиях размещения подобной энергетической установки в водоеме не происходит какого-либо уменьшения полезных площадей на суше.

Для успешного преодоления вышеупомянутых проблем ниже предлагается генератор мощности (энергетическая установка) на основе использования силы ветра. Следует отметить, однако, что энергетическая установка, использующая силу ветра, предполагает наличие сильного ветра. В результате этого возникает проблема, связанная с обеспечением восприятия необходимой энергии ветра в течение всего времени работы установки.

В известном генераторе мощности на основе использования силы ветра, в частности, предусматривается использование множества установленных под определенным углом пропеллеров заданной формы, что и позволяет эффективно воспринимать энергию ветра. В подобных условиях оказывается невозможным обеспечивать необходимый эффект генерации мощности в условиях, когда энергия ветра оказывается меньше предварительно заданного уровня, скажем, когда скорость ветра оказывается меньше 20 м в секунду. С другой стороны, если энергия ветра оказывается слишком большой, скажем, скорость ветра превышает 60 м в секунду, упомянутые пропеллеры могут под действием сильного ветра просто разрушаться.

Краткое изложение существа изобретения
Соответственно целью настоящего изобретения является создание устройства для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра, в котором обеспечивается преодоление вышеупомянутых проблем, имеющих место для известных устройств, характеризующих текущий уровень развития техники.

Другая цель настоящего изобретения состоит в создании устройства для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра, которое обеспечивает увеличение эффективности процесса генерации сигнала электрической мощности посредством изменения воспринимаемой энергии ветра за счет изменения ориентации пропеллеров, последнее при воздействии на устройство ветра с определенной энергией, превышающей по величине предварительно заданный уровень.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра, которое позволяет генерировать высококачественный сигнал электрической мощности, последнее благодаря объединению этого устройства с устройством для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы морских волн, предложенным ранее автором настоящего изобретения, и размещению подобного совмещенного устройства в условиях моря.

Для достижения вышеупомянутых целей предлагается устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра, которое включает перпендикулярно ориентированную (по отношению к поверхности земли) неподвижную опорную стойку, поворотный вал, установленный с возможностью поворота в неподвижной опорной стойке, корпус пропеллера, установленный с возможностью поворота на верхнем конце поворотного вала, ось пропеллера, установленную горизонтальным образом, с возможностью вращения в корпусе пропеллера, лопасть пропеллера, установленную на оси пропеллера с возможностью вращения в прямом и обратном направлении, узел пропеллера, включающий узел блока пропеллера, имеющий упругие фиксирующие средства, такие, чтобы узел пропеллера фиксировался в перпендикулярном положении, когда величина скорости ветра оказывается меньше предварительно заданного уровня, или отклонялся назад на предварительно заданный угол, когда величина скорости ветра оказывается больше предварительно заданного уровня, и генератор сигнала электрической мощности, связанный с целью управления с другой концевой частью оси пропеллера, для генерации сигнала электрической мощности.

Дополнительные преимущества, цели и признаки настоящего изобретения станут более очевидными из приводящегося ниже подробного описания.

Краткое описание сопутствующих чертежей
Настоящее изобретение станет более очевидным из приводящегося ниже его подробного описания и сопутствующих чертежей, которые приводятся исключительно в иллюстративных целях, которые не могут ограничивать объем настоящего изобретения и на которых показано следующее.

На фиг. 1-6 приводятся различные виды, призванные проиллюстрировать устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения, при этом:
На фиг. 1 приведен вид сзади, призванный проиллюстрировать конструкцию устройства для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра;
На фиг. 2 приведен вид сбоку на устройство, показанное на фиг. 1;
На фиг. 3 приведено частично увеличенное поперечное сечение для устройства, показанного на фиг. 2;
На фиг. 4 приведен вид сбоку, призванный проиллюстрировать конструкцию пропеллера (в профиль);
На фиг. 5 приведено поперечное сечение, выполненное вдоль линии V-V для конструкции пропеллера, показанной на фиг. 4, и
На фиг. 6 приведен частичный увеличенный вид, призванный проиллюстрировать различные рабочие положения пропеллера в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 7 и 8 приведены виды, призванные проиллюстрировать устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра в соответствии со вторым вариантом реализации настоящего изобретения, при этом:
На фиг. 7 приведен пространственный вид, призванный проиллюстрировать устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра, и
На фиг. 8 приведен вид спереди на устройство, показанное на фиг. 7.

На фиг. 9-11 приведены виды, призванные проиллюстрировать устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра в соответствии с третьим вариантом реализации настоящего изобретения, при этом:
На фиг. 9 приведен пространственный вид, призванный проиллюстрировать устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра;
На фиг. 10 приведен вид спереди на устройство, показанное на фиг. 9; и
На фиг. 11 приведен вид сбоку на устройство, показанное на фиг. 10.

Описание предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения
Ниже будет приведено, со ссылками на сопутствующие чертежи, описание устройства для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 1 показано устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения для случая, когда это устройство устанавливается в условиях суши.

В рамках варианта реализации, иллюстрируемого на фиг. 1, предусматривается использование установленной на земле неподвижной опорной стойки 100, поворотного вала 200, установленного с возможностью вращения на верхней части неподвижной опорной стойки 100, узла пропеллера 300, соединенного с возможностью вращения с поворотным валом 200 для создания поворотного усилия посредством восприятия энергии ветра, и генератора сигнала электрической мощности 400, показанного также на фиг. 3, управляемого с помощью поворотного усилия, создаваемого узлом пропеллера 300, с целью генерации сигнала электрической мощности.

Неподвижная опорная стойка 100 установлена перпендикулярно (по отношению к поверхности земли) на блоке основания 110. Следует отметить, что неподвижная опорная стойка 100 может устанавливаться независимым образом в том случае, если она выдерживает воздействие силы ветра или других воздействующих на нее усилий. В рамках настоящего изобретения неподвижная опорная стойка 100 надежно закреплена с помощью множества опор 120.

Нижние части опор 120 закреплены на множестве субблоков основания 130, размещенных вокруг блока основания 110 (на сопутствующих чертежах показаны два субблока основания, однако, на практике обычно используется три субблока основания), а верхние части опор 120 надежно закреплены на промежуточном элементе конструкции неподвижной опорной стойки 100.

Блок основания 110 и субблоки основания 130 устанавливают на поверхность земли общепринятым образом, а неподвижную опорную стойку 100 и опоры 120 монтируют посредством установки каждой опоры на бетонном блоке основания.

При этом анкерные плиты 101 и 121 закреплены на нижних частях неподвижной опорной стойки 100 и опор 120, а анкерные болты (не показаны), установленные в блоке основания 110 и субблоках основания 130, пропускаются насквозь через отверстия анкерных плит 101 и 121 и выступают из них вертикально вверх, после чего на выступающие из анкерных плит 101 и 121 части анкерных болтов устанавливают гайки таким образом, чтобы неподвижная стойка 100 и опоры 120 оказались надежно закрепленными на блоке основания 110 и субблоках основания 130.

Следует отметить, что крепление неподвижной опорной стойки 100 и опор 120 на блоке основания 110 и субблоках основания 130 не ограничивается вышеописанным подходом. Для этих целей на практике может использоваться любой подходящий способ.

Неподвижная опорная стойка 100 может быть изготовлена на основе полого элемента конструкции так, чтобы в последнем мог быть проложен кабель (не показан) для передачи сигнала электрической мощности, генерируемого генератором 400 сигнала электрической мощности, на центральный контроллер (не показан), а опоры 120 изготавливают в виде стальных элементов определенной формы, например в виде двутавровой балки, уголковой балки и т.д.

Неподвижную опорную стойку 100 фиксируют с помощью опор 120 посредством установки соединительного элемента 140 конструкции на промежуточном элементе конструкции неподвижной опорной стойки 100 и закрепления верхних частей опор 120 на соединительном выступе 141 этого соединительного элемента с помощью болтов и гаек (не показаны). Кроме того, соединительный элемент 140 конструкции может быть закреплен на неподвижной опорной стойке 100 посредством установки и фиксации винтов 143, последнее благодаря тому, что соединительный элемент 140 конструкции снабжен фиксирующим элементом 142, вставляемым в неподвижную опорную стойку 100.

Следует отметить, что соединение, используемое для закрепления неподвижной опорной стойки 100 и опор 120, не ограничивается использованием одних только болтов и гаек. При этом для упомянутых целей может использоваться практически любой способ, позволяющий надежно зафиксировать неподвижную опорную стойку 100 и опоры 120.

Неподвижная опорная стойка 100 может быть изготовлена в виде единого компонента конструкции. В более предпочтительном варианте выполнения неподвижная опорная стойка 100 подразделяется на множество элементов 101 конструкции, как показано на фиг. 1 и 3, при этом число элементов соответствует высоте стойки, а соединение этих элементов 101 конструкции между собой осуществляют в соответствии с предпочтительным вариантом реализации с помощью болтов 102 и гаек 103.

Как показано на фиг. 3, верхний и нижний концы поворотного вала 200 фиксируются с возможностью вращения с помощью подшипников 210 и 220 соответственно, установленных в неподвижной опорной стойке 100. В данном случае в качестве установленного на верхнем конце вала подшипника 210 использован в соответствии с предпочтительным вариантом реализации роликовый подшипник с коническим вкладышем, который обеспечивает вращение поворотного вала 200 и воспринимает создаваемое им осевое усилие, а в качестве установленного на нижнем конце вала подшипника 220 использован, также в соответствии с предпочтительным вариантом реализации, цилиндрический роликовый подшипник, который обеспечивает вращение поворотного вала 200.

Кроме того, поворотный вал 200 выполнен, как показано на фиг. 3, в виде полого вала для обеспечения возможности прокладки в нем кабеля (не показан) с целью передачи сигнала электрической мощности, генерируемого генератором 400 сигнала электрической мощности, на центральный контроллер (не показан).

Узел 300 пропеллера включает корпус 310 пропеллера, который может поворачиваться совместно (как одно целое) с поворотным валом 200, ось 320 пропеллера, которая может вращаться относительно корпуса 310 пропеллера, и узел блока пропеллера 330, установленный на верхнем конце оси 320 пропеллера.

Корпус 310 пропеллера, как показано на фиг. 3, полностью изготовлен из технического пластика для того, чтобы уменьшить массу всего устройства и упростить технологическую производственную линию посредством создания возможности для независимого изготовления корпуса 310 и поворотного вала 200.

Кроме того, как показано на фиг. 3, корпус 310 пропеллера включает пару фиксирующих плоских элементов 311 и 312 конструкции, которые используют для фиксации оси 320 пропеллера, при этом ось 320 пропеллера установлена в этих фиксирующих плоских элементах 311 и 312 конструкции с возможностью вращения в паре подшипников 323 и 324.

В корпусе 310 пропеллера предусмотрен также элемент 313 корпуса привода для установки блока 410 привода, описание которого будет приведено ниже.

Как показано на фиг. 3, в качестве подшипника 323, установленного в переднем фиксирующем плоском элементе 311 конструкции и относящегося к упомянутой выше паре подшипников, 323, 324, использован шарикоподшипник, который обеспечивает вращение оси 320 пропеллера, а в качестве подшипника 324, установленного в заднем фиксирующем плоском элементе 312 конструкции, использован цилиндрический роликовый подшипник, который воспринимает усилие, возникающее в процессе работы устройства.

Кроме того, ось 320 пропеллера, как показано на фиг. 3, включает фланцевый элемент 321 для соединения узла 330 блока пропеллера с задним фиксирующим плоским элементом конструкции и резьбовую часть 322 для соединения блока 410 привода с концевой частью этой оси.

Узел 330 блока пропеллера, как показано на фиг. 3, включает поворотный элемент 340 конструкции, соединенный с задним фиксирующим плоским элементом 321 конструкции оси 320 пропеллера, множество лопастей пропеллера 350 (на чертежах число показанных лопастей пропеллера соответствует восьми), которые могут вращаться в прямом и обратном направлении и закреплены на внутренней и на наружной частях поворотного элемента 340 конструкции, а также упругий фиксирующий элемент конструкции для осуществления упругой фиксации лопасти пропеллера 350 в прямом направлении.

Поворотный элемент 340 конструкции включает фланцевый элемент 341, соединенный с крепежной частью фланцевого элемента 325 оси 320 пропеллера, осевой элемент 342, выступающий назад из центральной части фланцевого элемента 341 конструкции, и множество фиксирующих лопасти пропеллера пластинок 343 (на чертежах число подобных пластинок соответствует 8, что соответствует числу лопастей пропеллера), выполненных по наружной окружности промежуточной части осевого элемента 342.

Как показано на фиг. 5, фиксирующие лопасти пропеллера пластинки 343 установлены радиально по отношению к осевой линии конструкции, а на конце каждой фиксирующей лопасть пропеллера пластинки 343 предусмотрена пара поворотных пластинок 344, имеющих проточку 345 для установки лопасти пропеллера.

Поворотные пластинки 344 могут быть изготовлены независимым образом от фиксирующей лопасть пропеллера пластинки 343 и затем просто соединены с ней с использованием винта 344а. В соответствии с другим вариантом реализации те же самые пластинки могут быть изготовлены в виде элементов фиксирующей лопасть пропеллера пластинки 343.

На фиксирующей лопасть пропеллера пластинке 343 предусмотрен также стопор 347, который позволяет предотвратить избыточный поворот лопасти пропеллера и с помощью которого лопасть пропеллера 350 устанавливается в прямом направлении, под прямым углом по отношению к оси 320 пропеллера.

Лопасть пропеллера снабжена соединительными стержнями 351 пропеллера, которые закреплены с возможностью шарнирного отклонения на торцевой части фиксирующей лопасть пропеллера пластинки 343, которые могут вращаться в прямом и обратном направлениях и которые выступают в радиальном направлении из этой пластинки, а также собственно лопастью 352 пропеллера, соединенной посредством резьбового соединения с соединительным стержнем 351 пропеллера.

Для того чтобы соединить с возможностью шарнирного отклонения внутреннюю часть соединительного стержня 351 пропеллера с торцевой частью фиксирующей лопасть пропеллера пластинки 343, внутренняя часть соединительного стержня 351 пропеллера вставлена в проточку 345 для установки лопасти пропеллера, предусмотренную в фиксирующей лопасть пропеллера пластинке 343, при этом в поворотные пластинки 344 и соединительный стержень 351 пропеллера вставлен шарнирный болт 346. Как показано на фиг. 3 и 4, упругий фиксирующий элемент конструкции включает элемент 347 крепления пружины, выполненный на торцевой части осевого элемента 342 поворотного элемента 340 конструкции, и создающую крутящий момент пружину 360, имеющую вывод 361 и вывод 362, соединенные соответственно с элементом 353 крепления пружины, выполненным на соединительном стержне 351 пропеллера.

Создающая крутящий момент пружина 360 установлена посредством изгиба ее спиральной части 363 в направлении шарнирного пальца 346, обеспечивающего шарнирную связь между поворотной пластинкой 344 фиксирующей пластинки 343 и соединительным стержнем 351 пропеллера, а концы ее выводов 361 и 362 могут упруго фиксироваться на элементах 347 и 353 крепления пружины. Следует отметить, что в данном случае необходимая упругая фиксация не будет обеспечиваться, если выводы 361 и 362 выйдут из контакта с элементами 347 и 353 крепления пружины. Следовательно, выводы 361 и 362 должны быть соединены с элементами 347 и 353 крепления пружины так, чтобы спиральная часть 363 могла изменять свое положение.

Элементы 347 и 353 крепления пружины могут быть изготовлены независимым образом от фиксирующей лопасть пропеллера пластинки 343 и винтов 347а и 353а, однако они могут быть изготовлены и в виде элементов самой этой фиксирующей лопасть пропеллера пластинки 343 и соединительного стержня 351 пропеллера.

Генератор 400 сигнала электрической мощности установлен, как показано на фиг. 3, в области концевой части оси 320 пропеллера и связан с ней через блок 410 привода.

Блок 410 привода включает коронную шестерню 411, установленную в элементе 313 корпуса привода, выполненном в виде единого целого с торцевой частью корпуса 310 пропеллера, и закрепленную на заднем конце оси 320 пропеллера планетарную шестерню 412, находящуюся в зацеплении с внутренней частью периферической поверхности коронной шестерни 411, шестерню 414 большого диаметра, установленную коаксиально по отношению к планетарной шестерне 412, шестерню 415 малого диаметра, находящуюся в зацеплении с шестерней 414 большого диаметра, и выходной вал 416, соединенный с шестерней 415 малого диаметра.

Коронная шестерня 411 надежно закреплена на оси 320 пропеллера посредством установки ее через резьбовую часть 322, выполненную на заднем конце оси 320 пропеллера, на центральную часть оси 320 пропеллера и посредством закрепления гаек 418 на резьбовой части 322, планетарная шестерня 412 и шестерня большого диаметра 414 закреплены коаксиально по обоим концам управляющего вала 413, а выходной вал 416 установлен с возможностью вращения в элементе 313 корпуса привода.

Выходной вал 416 выполнен как одно целое с валом генератора 400 сигнала электрической мощности, а шестерня 415 малого диаметра и выходной вал 416 соединены с помощью подшипника муфты 419 сцепления одного направления. Подшипник муфты 419 сцепления используется для целей передачи поворотного усилия шестерни 415 малого диаметра к выходному валу 416 в тех случаях, когда ветер дует в обычном (нормальном) направлении, а когда узел 330 блока пропеллера поворачивается в обратном направлении под действием случайного порыва ветра, воздействующего в обратном направлении, шестерня 415 малого диаметра фактически проскальзывает относительно выходного вала 416 таким образом, чтобы соответствующее поворотное усилие не передавалось к выходному валу 416, в результате чего выходной вал 416 всегда вращается в заранее известном направлении (нормальное направление вращения).

В дополнение к этому на выходном валу 416 установлено маховое колесо 417 так, чтобы вращение выходного вала в заданном направлении обеспечивалось и за счет сил инерции.

Что касается генератора 400 сигнала электрической мощности, то в качестве его использован генератор постоянного тока. Генерируемый таким образом сигнал электрической мощности передается на аккумуляторную батарею (не показана), установленную на центральном контроллере (не показан), через кабель (не показан), проходящий через полости поворотного вала 200 и неподвижной опорной стойки 100.

Как показано на фиг. 2 и 3, узел 300 пропеллера закрывается с помощью передней и задней боковых частей 371 и 372 корпуса для предотвращения попадания в него пыли и инородных предметов. Этим частям 371 и 372 корпуса придана обтекаемая форма с целью минимизации их сопротивления ветру.

В части 371 корпуса, кроме того, предусмотрено размещение генератора 400 сигнала электрической мощности. При этом считается предпочтительным, чтобы внутри корпуса 310 пропеллера сразу же предусматривалось посадочное место для генератора электрической мощности с тем, чтобы имелась возможность устанавливать на нем генератор 400 сигнала электрической мощности.

Устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра может быть смонтировано в виде независимой автономной конструкции. Однако оказывается предпочтительным осуществлять монтаж одновременно большого числа подобных устройств и посредством их параллельного включения генерировать сигнал электрической мощности высокого уровня.

Ниже со ссылками на сопутствующие чертежи будет более подробно описан процесс генерации сигнала электрической мощности.

Когда ветер дует справа, в соответствии с направлением, указанным на чертежах, и в соответствии с положением самого устройства для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра, показанного на фиг. 1, лопасть пропеллера 350 вращается под воздействием энергии ветра, в результате чего вращается и поворотный элемент 340 конструкции, соединенный с лопастью пропеллера 350.

Поворотное усилие, создаваемое поворотным элементом 340 конструкции, передается на ось 320 пропеллера через торцевую часть фланцевого элемента 341 поворотного элемента 340 конструкции и фланцевого элемента 321, соединенного с крепежной частью фланцевого элемента 341, в результате чего осуществляется поворот оси 320 пропеллера.

При повороте оси 320 пропеллера оба ее конца фиксируются подшипниками 323 и 324, установленными в корпусе 310 пропеллера. В подобной ситуации, когда передний подшипник 323 выполнен в виде шарикоподшипника, а задний подшипник 324 выполнен в виде цилиндрического роликового подшипника, ось 320 пропеллера будет, благодаря выбранному типу конструкции, поворачиваться под воздействием силы ветра.

Поворотное усилие, создаваемое осью 320 пропеллера, передается далее к коронной шестерне 411 привода 410, закрепленной на резьбовой части 322 с помощью гаек 418, при этом обеспечивается увеличение поворотного усилия в процессе передачи его к планетарной шестерне 412, находящейся в зацеплении с коронной шестерней 411. В результате этого обеспечивается поворот шестерни 414 большого диаметра, установленной коаксиально по отношению к планетарной шестерне 412 на управляющем валу 413, а поворотное усилие повторно увеличивается в процессе передачи его к шестерне 415 малого диаметра, находящейся в зацеплении с шестерней 414 большого диаметра, после чего это поворотное усилие передается к выходному валу 416, соединенному с шестерней 415 малого диаметра.

В результате происходит поворот выходного вала 416 и обеспечивается управление генератором 400 сигнала электрической мощности, который генерирует сигнал электрической мощности.

В подобной ситуации благодаря тому, что на выходном валу 416 установлено маховое колесо 417, имеется возможность за счет силы инерции обеспечивать непрерывность процесса вращения вала.

Когда ветер дует в обратном направлении, под воздействием энергии ветра создается вращающий момент относительно вертикальной оси. Следовательно, весь узел 300 пропеллера будет поворачиваться под воздействием создаваемого таким образом вращающего момента относительно поворотного вала 200. Таким образом, можно утверждать, что центральная осевая линия узла блока 330 пропеллера всегда совпадает с направлением ветра.

При повороте поворотного вала 200 этот поворотный вал 200 фиксируется верхним и нижним боковыми подшипниками 210 и 220 относительно неподвижной опорной стойки 100, причем в качестве верхнего подшипника 210 использован роликовый подшипник с коническим вкладышем. Кроме того, благодаря использованию нижнего подшипника 220, в качестве которого использован цилиндрический роликовый подшипник, гарантируется надежная фиксация узла пропеллера, в результате чего обеспечивается нормальный поворот поворотного вала 200.

В подобной ситуации при внезапном изменении направления ветра лопасть пропеллера 350 может быть повернута в обратном направлении, однако в этом случае вышеописанная процедура, связанная с поворотом поворотного вала 200, не реализуется, поскольку имеет место проскальзывание в подшипнике 419 между шестерней 415 малого диаметра и выходным валом 416. Следовательно, поворотное усилие, создаваемое шестерней 415 малого диаметра, не будет передаваться к выходному валу 416. В результате, выходной вал 416 будет продолжать вращаться в прежнем нормальном направлении под воздействием силы инерции, создаваемой маховым колесом 417, оставаясь в режиме нормального вращения.

Кроме того, поскольку соединительный стержень 351 лопасти пропеллера 350 соединен со стопором 347, этот соединительный стержень 351 пропеллера всегда устанавливается перпендикулярно относительно оси 320 пропеллера с тем, чтобы обеспечить наиболее эффективный режим создания лопастью пропеллера 350 поворотного усилия под воздействием энергии ветра.

В данном случае для оптимизации поворотного усилия, создаваемого лопастью пропеллера 350, в тех ситуациях, когда скорость ветра оказывается меньше 20 метров в секунду, предусматривается использование упругого фиксирующего элемента конструкции, при этом, если величина скорости ветра оказывается превышающей предварительно заданный уровень, например величину 20 метров в секунду, усилие, создаваемое ветром, будет превалировать над упругим воздействием, создаваемым упругим фиксирующим элементом конструкции, так, чтобы лопасть пропеллера 350 отклонялась назад в направлении шарнирного пальца 346, в результате чего будет достигаться уменьшение воздействия, оказываемого ветром на лопасть пропеллера 350, и будет исключаться возможность разрушения лопасти пропеллера 350, а также узла 300 пропеллера.

Как показано на фиг. 6, штрихпунктирная линия указывает на то положение, которое соответствует случаю максимального отклонения назад лопасти пропеллера 350, в тех ситуациях, когда величина скорости ветра превышает 60 метров в секунду.

В ситуации, когда лопасть пропеллера 350 отклоняется назад под воздействием энергии ветра, величина этого воздействия на лопасть пропеллера 350 уменьшается в соответствии с величиной угла наклона, а создаваемое при этом ветром поворотное усилие продолжает непрерывным образом воздействовать на лопасть пропеллера 350, так чтобы непрерывным образом обеспечивалась генерация сигнала электрической мощности.

Что касается создающей вращающий момент пружины 360 упругого фиксирующего элемента конструкции, то, поскольку ее выводы 361 и 362 закреплены соответственно на элементе 347 крепления пружины поворотного элемента 340 конструкции и элементе 353 крепления пружины соединительного стержня 351 пропеллера, а спиральная часть 363 занимает произвольное положение в пределах предварительно заданного диапазона положений, эта пружина 360 не может выйти из фиксирующего контакта даже в случае внезапного поворота лопасти пропеллера 350.

В ситуации, когда лопасть пропеллера 350 оказывается максимально отклоненной назад под воздействием сильного ветра и величина скорости ветра снижается ниже предварительно заданного уровня, лопасть пропеллера 350 возвращается в свое исходное положение под воздействием упругого фиксирующего элемента конструкции, как это показано сплошной линией на фиг. 6.

Кроме того, генерируемый генератором 400 сигнала электрической мощности сигнал постоянного тока используется первоначально для зарядки аккумуляторной батареи центрального контроллера и только после нескольких подобных операций передается на заранее определенный элемент.

На фиг. 7 и 8 проиллюстрировано устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра в соответствии со вторым вариантом реализации настоящего изобретения, которое предназначено для установки в море.

Как показано на этих чертежах, поворотный вал 200 установлен с возможностью вращения на решетчатой конструкции 500, которая в свою очередь размещена на буйке, погруженном в морскую воду и связанном с блоком якоря (не показан), установленным на морском дне под поверхностью моря, якорным тросом 510. В данном случае узел 300 пропеллера установлен на поворотном валу 200 так, чтобы имелась возможность генерировать сигнал электрической мощности на основе использования силы ветра. При этом, поскольку устройство установлено непосредственно в море, по существу, отсутствуют ограничения на место для установки этого устройства по сравнению со случаем, когда установка производится на земле. Поскольку конструкция поворотного вала 200 узла 300 пропеллера и генератора 400 сигнала электрической мощности выбрана той же самой, что и в случае устройства в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения, однотипные элементы конструкции на чертежах обозначены с помощью тех же самых цифр.

На фиг. 9-11 проиллюстрировано устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра, которое адаптировано с целью его совместного использования с устройством в соответствии с патентной заявкой республики Корея N 96-11790, так чтобы имелась возможность более эффективно генерировать сигнал электрической мощности при совместном использовании устройства в соответствии с патентной заявкой республики Корея N 96-11790 и устройства для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра в соответствии с настоящим изобретением.

В этом варианте реализации настоящего изобретения, как показано на фиг. 8 и 9, поворотный вал 200 установлен на поворотном валу 700 буйка, в результате чего обеспечивается соединение с возможностью вращения буйка 600 к неподвижной опорной стойке 100, установленной на решетчатой конструкции 500, погруженной в море, по аналогии со случаем, проиллюстрированным на фиг. 8 и 9. Поскольку конструкция для варианта реализации настоящего изобретения, проиллюстрированного фиг. 10-11, является аналогичной конструкции, реализованной для варианта реализации, проиллюстрированного на фиг. 8 и 9, описание этой конструкции в данном случае не приводится.

На фиг. 9-11 цифрой 610 обозначен насос, установленный на буйке, цифрой 620 обозначен поддерживающий элемент конструкции для фиксации буйка 600 в положении, обеспечивающем его перемещения в вертикальном направлении, вверх и вниз, а цифрой 800 обозначена трубка для подачи жидкости под давлением, предназначенная для подачи под давлением жидкости, нагнетаемой насосом 610.

Выше в иллюстративных целях были подробным образом описаны предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения, при этом для специалистов в данной области техники очевидно, что в эти варианты реализации могут быть внесены многочисленные модификации, дополнения и изменения без выхода за объем и существо настоящего изобретения, определяемые приводимой ниже формулой изобретения.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к устройствам для генерации сигнала электрической мощности с использованием силы ветра. Технический результат, заключающийся в увеличении эффективности процесса генерации сигнала электрической мощности за счет изменения воспринимаемой энергии ветра, достигается за счет того, что устройство содержит неподвижную опорную стойку, поворотный вал, установленный с возможностью поворота в неподвижной опорной стойке, корпус пропеллера, установленный с возможностью поворота на верхнем конце поворотного вала, ось пропеллера, установленную горизонтально с возможностью вращения в корпусе пропеллера, лопасть пропеллера, установленную с возможностью вращения в прямом и обратном направлении на оси пропеллера, узел пропеллера, включающий узел блока пропеллера, имеющий упругие фиксирующие средства, такие, что узел пропеллера поддерживается в перпендикулярном положении, когда величина скорости ветра оказывается ниже предварительно заданного уровня, и отклоняется назад на заранее заданный угол, когда величина скорости ветра оказывается превышающей предварительно заданный уровень, и генератор сигнала электрической мощности, соединенный с целью управления с другой концевой частью оси пропеллера для генерации сигнала электрической мощности. 8 з. п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для генерации сигнала электрической мощности на основе использования силы ветра, содержащее перпендикулярно установленную неподвижную опорную стойку, поворотный вал, установленный с возможностью вращения в неподвижной опорной стойке, корпус пропеллера, установленный с возможностью поворота на верхнем конце поворотного вала, ось пропеллера, установленную горизонтально с возможностью вращения в корпусе пропеллера, лопасть пропеллера, установленную с возможностью вращения в прямом и обратном направлении на оси пропеллера, узел пропеллера, включающий узел блока пропеллера, имеющий упругие фиксирующие средства, обеспечивающие фиксацию узла пропеллера в перпендикулярном положении, когда величина скорости ветра не превышает предварительно заданного уровня, и обеспечивающие отклонение узла пропеллера назад на заранее определенный угол, когда величина скорости ветра превышает предварительно заданный уровень, и генератор сигнала электрической мощности, соединенный с целью управления с другой концевой частью оси пропеллера, для генерации сигнала электрической мощности. 2. Устройство по п.1, в котором неподвижная опорная стойка установлена на решетчатой конструкции, погруженной в море, а поворотный вал установлен с возможностью поворота в неподвижной опорной стойке и связан, также с возможностью поворота, с поворотным валом буйка, обеспечивая соединение с возможностью поворота с буйком, который создает управляющее усилие заданной величины в результате его вертикального перемещения вверх и вниз в соответствии с прохождением морских волн. 3. Устройство по п.1, в котором в узле блока пропеллера на одном конце оси пропеллера закреплен поворотный элемент конструкции, а узел пропеллера соединен с возможностью отклонения и вращения в прямом и обратном направлении с фиксирующей узел пропеллера пластинкой, выполненной на поворотном элементе конструкции. 4. Устройство по п.1 или 3, в котором узел пропеллера включает соединительный стержень пропеллера, закрепленный с возможностью вращения в прямом и обратном направлении на фиксирующий узел пропеллера пластинке, и лопасть пропеллера, соединенную с соединительным стержнем пропеллера. 5. Устройство по п.1 или 3, в котором упругие фиксирующие средства выполнены в виде создающей крутящий момент пружины, оба вывода которой соединены, соответственно, с первым элементом крепления пружины, выполненным на поворотном элементе конструкции, и со вторым элементом крепления пружины, выполненным на узле пропеллера. 6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее блок привода, установленный между осью пропеллера и генератором сигнала электрической мощности. 7. Устройство по п. 6, в котором блок привода включает: коронную шестерню, закрепленную на оси пропеллера, планетарную шестерню, находящуюся в зацеплении с внутренней периферической поверхностью коронной шестерни, шестерню большого диаметра, соединенную коаксиально с планетарной шестерней, шестерню малого диаметра, находящуюся в зацеплении с шестерней большого диаметра, и выходной вал, связанный с шестерней малого диаметра и соединенный коаксиально с валом генератора сигнала электрической мощности. 8. Устройство по п.6, в котором между шестерней малого диаметра и выходным валом установлен подшипник муфты сцепления для одного направления. 9. Устройство по п.1 или 8, в котором выходной вал включает установленное на нем маховое колесо.