ПАРУСНАЯ ВЕТРЯНАЯ ГИРЛЯНДНО-ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2002 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к парусным ветряным электростанциям, устанавливаемым в зонах постоянных ветров, а также в областях Севера и Дальнего Востока.

Известно регулирующее приспособление для горизонтальных ветродвигателей со складными перьями или лопастями, содержащее трубы, пружины, вертикальный вал ветродвигателя, вилки для захвата кольца, соединенного тросами с граблями (см. SU 44853 А, кл. F 03 D 3/00, 31.10.1935).

К недостаткам приспособления относятся сложность конструкции, невысокая надежность, отсутствие регулирующих приспособлений в случае больших порывов ветра.

Известен горизонтальный ветряной двигатель со складными перьями, содержащий парусиновые шторы, являющиеся рабочими лопастями, подвешенные к рамкам и попарно связанные бесконечными цепями, обхватывающими блоки, а также регулирующий механизм (см. SU 2421 А, кл. F 03 D 3/00, 28.02.1927).

К недостаткам двигателя относятся низкий коэффициент использования энергии ветра и невысокая надежность за счет наличия большого количества кинематических пар в регулирующем механизме.

Известна ветряная электростанция парусная - 2 (ВЭПГ-2), содержащая тихоходный электрогенератор, четырехпарусные ветродвижители, смонтированные на одном гибком валу, тросы, крестовину, из которой состоит каждый ветродвижитель (см. RU 2114317 С1, кл. F 03 D 3/06, 27.06.1998).

К недостаткам относятся высокие эксплуатационные затраты за счет сложности конструкции и монтажа, наличие большого количества агрегатов, участвующих в схеме, низкий КПД электростанции.

Известна парусная ветряная гирляндно-горизонтальная электростанция, содержащая четыре паруса на каждом ветродвигателе, смонтированных на его валу, являющихся рабочими лопастями, причем движители сформированы в гирлянды, вращающие свои тихоходные генераторы (см. RU 2115018 С1, кл. F 03 D 3/00, 10.07.1998), по совокупности существенных признаков принятая за ближайший аналог изобретения (прототип).

К недостаткам электростанции относятся невысокая надежность, высокие эксплуатационные затраты на строительство и монтаж, невысокая мощность станции.

Технический результат, заключающийся в создании парусных ветряных электростанций с низкими затратами на их строительство и эксплуатацию и очень большой суммарной мощностью, достигается за счет того, что в парусной ветряной гирляндно-горизонтальной электростанции, содержащей четыре паруса на каждом ветродвигателе, смонтированных на его валу, являющихся рабочими лопастями, причем движители сформированы в гирлянды, вращающие свои тихоходные генераторы, согласно изобретению ветродвижители смонтированы на трубчатых опорных столбах, а горизонтальные прямолинейные гирлянды исходят веером от здания электростанции дугообразной формы, расположенного выпуклостью в сторону гирлянд.

На фиг. 1 изображена парусная ветряная гирляндно-горизонтальная электростанция, вид сверху с тремя гирляндами и зданием;
на фиг.2 - ветродвижитель (общий вид);
на фиг.3 - подшипник с гибким валом (тросом), (вид спереди);
на фиг.4 - подшипник (вид сбоку) без гибкого вала и опорного трубчатого столба;
на фиг.5 - зажимная втулка, зафиксированная на гибком валу с помощью болтов;
на фиг. 6 - парусная ветряная гирляндно-горизонтальная электростанция (общий вид).

Парусная ветряная гирляндно-горизонтальная электростанция содержит четыре паруса 1, являющихся рабочими лопастями, на каждом ветродвижителе 2, смонтированных на его гибком валу (тросе) 3, причем движители 2 сформированы в гирлянды (не показаны), вращающие свои тихоходные генераторы 4, причем ветродвижители 2 смонтированы на трубчатых опорных столбах 5, а гирлянды, выполненные горизонтальными прямолинейными, исходят веером от здания 6 электростанции дугообразной формы, расположенного выпуклостью в сторону гирлянд, при этом гибкий вал 3 опирается на подшипник 7, установленный на трубчатых опорных столбах 5, и передает вращение электрогенератору 4.

Ветродвигатель состоит из трубчатого вала 8, на концы которого подогнаны по размеру и надеты втулки-ступицы 9, (до середины длины ступицы 9), приваренные к валу 8. Но к валу 8 привариваются только те торцевые ступицы 9, которые обращены друг к другу, т.е. к середине вала 8. В каждой ступице 9 выполнены по восемь отверстий с резьбой (не показаны). Фиксирование трубчатого вала 8 на гибком валу 3 осуществляется путем вворачивания в каждую ступицу 9 четырех винтов 10, а другие отверстия (по четыре) в каждой ступице 9 служат для монтажа парусов 1. В каждую ступицу 9 вворачиваются по четыре накрест расположенных трубчатых переходника 11, в которые вставляются длинные трубчатые спицы 12. Каждая спица 12 контрится в переходнике 11 двумя толстыми шплинтами 13, а петлеобразные головки этих шплинтов (не показаны) контрятся между собой одним отрезком проволоки. А противоположные концы спиц 12 скреплены между собою четырьмя трубчатыми перекладинами 14 большого диаметра и ленторасчалками 15. В каждой перекладине 14 имеются отверстия (не показаны) под спицы 12. Каждая перекладина 14 и ролики 16, прижатые друг к другу, удерживаются с обеих сторон на спицах 12 трубчатыми втулками 17, каждая из которых крепится на этих спицах 12 толстыми шплинтами 13 в соответствующих отверстиях в спицах 12 и втулках 17. В каждом ролике 16, ближе к его цилиндрической кромке, просверлены отверстия большего диаметра, за которые привязываются и ленторасчалки 15 и все четыре паруса 1 ветродвижителя 2. Та кромка паруса 1, которая идет впереди по ходу вращения ветродвижителя 2, привязывается накоротке к перекладине 14 четырьмя поводками: двумя поводками 18 за середину перекладины 14 и двумя угловыми поводками 19 за ролики 16, а та кромка паруса 1, которая идет за впереди идущей кромкой, привязывается за угловые длинные поводки 20.

Подшипник 7 состоит из трубчатого держателя 21. К цилиндрической поверхности держателя 21 приварены два проволочных кольца 22 из толстой проволоки на некотором расстоянии друг от друга и тогда, при вворачивании всех четырех винтов 10 в соответствующие отверстия с резьбой в столбе 5, держатель 21 окажется зафиксированным внутри в верхней части столба 5. К верхнему торцевому концу держателя 21 приварена толстая опорная пластина 23, которая опирается на трубчатый столб 5. В пластине 23 предусматривают четыре отверстия под болты 24. К пластине 23 сверху приварена балочка 25, но так, что ее торцевые кромки заподлицо с кромками пластины 23 и вкладышем 26. После того как зажимная втулка 27, которая связана с гибким валом 3, будет уложена на вкладыш 26, то этот вкладыш 26 прижимают сверху крышкой 28, закрепив ее к пластине 23 болтами 24. Зажимная втулка 27 изготовлена из двух продольных полуцилиндров с толстыми стенками и плоскими бортами под болты 29, а в собранном состоянии втулка 27 - это пустотелый цилиндр с двумя дисками 30 на его поверхности. Эти диски 30 имеют больший диаметр, чем внешний диаметр втулки 27, а внутренний ее диаметр одинаков по всей ее длине и должен быть немного меньше диаметра (троса) гибкого вала 3.

Диски 30 удерживают от осевого смещения как втулку 27, так и гибкий вал 3, а поэтому кромки всех деталей подшипника 7, соприкасающиеся с поверхностью диска 30, должны быть закруглены. Для лучшего сцепления поверхности гибкого вала 3 с внутренней поверхностью втулки 27 необходимо на эту поверхность (напротив болтов 29) приварить восемь шлицов 31, то есть по четыре шлицы 31 с каждой стороны втулки 27. (Здесь шлицы 31 - эти отрезки тонкой проволоки длиной 5 см). Гайки всех болтов 29 надо контрить шплинтами (не показаны). Если подшипник 7 изготавливается из металла, то среднюю часть втулки 27 надо смазывать, для этого предусмотрена на крышке 28 мини-масленка 32 с фетровым фитилем, соприкасающимся с зажимной втулкой 27.

Парусная ветряная гирляндно-горизонтальная электростанция работает следующим образом. Тот из парусов 1, который находится вверху (плоскость полотна перпендикулярна направлению ветра), получает наибольший вращающий момент (по часовой стрелке), а три другие паруса 1 "готовятся" к рабочему ходу (плоскость полотна параллельна направлению ветра). Попеременное выполнение рабочего хода всех четырех парусов 1 вращает непрерывно гибкий вал 3, который передает вращение электрогенератору 4, а вырабатываемая энергия передается потребителю (не показан).

Порядок монтажа гирлянды электростанции.

Начинать монтаж каждой гирлянды надо с установки всех опорных столбов 5 по прямой линии, начиная от здания 6 электростанции. Ямки для столбов 5 надо сверлить буровой машиной на таком расстоянии, чтобы между столбами 5 оно было на 1 м больше длины трубчатого вала 8, например, если длина вала 8 равна пятнадцати метрам, то расстояние между столбами 5 должно быть равно 16 м. Внутрь каждого столба 5 надо вложить жердь, равную 1/2 длины столба 5. Это дерево предохранит основание столбов 5 от разрыва при замерзании в нем воды, накопившейся за лето и осень. Внутренняя и наружная поверхности столбов 5 должны иметь антикоррозийный слой. После установки всех столбов 5 надо смонтировать на них подшипники 7, предварительно ослабив гайки у всех болтов 24, 29. Затем между столбами 5 расположить каждый трубчатый вал 8 на специальные две подставки (или на деревянные брусочки 20х20 см) и протянуть трос, т. е. вал 3, через каждый трубчатый вал 8 и зафиксировать оба вала друг относительно друга винтами 10, вворачиваемыми в ступицу 9. Следует заметить, что вал 3 не обязательно должен быть сплошным, он может быть и составным, и может даже изготавливаться из отдельных отрезков троса, например длиной 17 м, но тогда трубчатые валы 8 должны быть длиной, равной 15 м (при такой длине можно перевозить их на железнодорожных платформах). Для сращивания концов отрезкой этих тросов следует изготавливать зажимы, состоящие из двух плоских толстых пластин с двумя рядами болтов. Концы тросов в зажиме надо располагать не торцами, а внахлест, и лишь после этого зажимать тросы, вращая гайки болтов. Гайки при этом надо законтрить.

После того, как через все трубчатые валы 8 будет протянут вал 3 и срощены концы всех его составных отрезков (тросов), можно начинать укладку его на подшипники 7, но перед этим надо отвернуть болты 24, и снять крышку 28, и отвернуть болты 29 у зажимной втулки 27, сняв одну из ее половин, оставив вторую ее половину на вкладыше 26, и уложить вал 3 на внутреннюю поверхность этой втулки 27, и, стягивая болтами 29 обе ее половины, зафиксировать втулку 9 с валом 3, поставить крышку 28 на место и закрепить ее болтами 24. После того, как вал 3 будет полностью смонтированным в своих подшипниках 7, можно начинать монтаж ветродвижителей 2, монтируя на всех валах 8 спицы 12, перекладины 14, ролики 16, а привязку всех парусов 1 надо выполнять в два этапа: сначала привязать их за ролики 16 короткими поводками, то есть двумя поводками 18 за перекладину 14 и двумя поводками 19 за ролики 16, а затем в безветренную погоду привязать паруса 1 за их длинные поводки 20, но уже за те ролики 16, которые идут за предыдущими роликами 16 по ходу вращения ветродвижителя 2. Если же будет ветер, то надо застопорить несколько ветродвижителей 2, расположенных в середине и на концах гирлянды. Стопорить надо отрезками фал, привязывая один из его концов за ролик 16, а другой за основание опорного столба 5. В безветренную погоду - привязать длинные поводки 20 у всех парусов 1 и затем снять концы фал с роликов 16 у всех застопоренных ветродвижителей 2.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к парусным ветряным электростанциям, устанавливаемым в зонах постоянных ветров, а также в областях Севера и Дальнего Востока. Технический результат, заключающийся в создании парусных ветряных электростанций с низкими затратами на их строительство и эксплуатацию и очень большой суммарной мощностью, достигается за счет того, что в парусной ветряной гирляндно-горизонтальной электростанции, содержащей четыре паруса на каждом ветродвигателе, смонтированных на его валу, являющихся рабочими лопастями, а движители сформированы в гирлянды, вращающие свои тихоходные генераторы, согласно изобретению, ветродвижители смонтированы на трубчатых опорных столбах, а горизонтальные прямолинейные гирлянды исходят веером от здания электростанции дугообразной формы, расположенного выпуклостью в сторону гирлянд. 6 ил.

Парусная ветряная гирляндно-горизонтальная электростанция, содержащая четыре паруса на каждом ветродвигателе, смонтированных на его валу, являющихся рабочими лопастями, причем движители сформированы в гирлянды, вращающие свои тихоходные генераторы, отличающаяся тем, что ветродвижители смонтированы на трубчатых опорных столбах, а горизонтальные прямолинейные гирлянды исходят веером от здания электростанции дугообразной формы, расположенного выпуклостью в сторону гирлянд.