ЭНЕРГОУСТАНОВКА Российский патент 2004 года по МПК F04D25/00 

Настоящее изобретение относится к устройствам производящим электрическую энергию за счет преобразования силы потока воздуха при помощи вентилятора, кинематически связанного с генератором электрической энергии, а также за счет силы потока жидкости и реактивной тяги.

Известна энергоустановка, содержащая полый нагнетательный элемент, выполненный в форме вентилятора, воздуховод, подведенный к нему. (См. патент RU № 2128787 от 10 апреля 1999 г.)

Недостатком известного устройства является нереализация его энергетических возможностей.

Цель изобретения - усовершенствование конструкции известного изобретения с целью расширения его энергетических возможностей.

Эта цель достигается за счет кинематической связи вентилятора с электрогенератором.

Устройство поясняется следующими чертежами:

Фиг.1 - принципиальная схема устройства.

Фиг.2 - пример выполнения энергоузла.

Фиг.3 - пример выполнения ступицы.

Фиг.4 - часть ступицы.

Фиг.5 - пример выполнения энергоузла.

Фиг.6 - пример выполнения энергоузла.

Фиг.7 - тройник.

Фиг.8 - пример установки лопастей.

Фиг.9 - пример выполнения ступицы.

Фиг.10 - редуктор устройства.

Фиг.11 - энергоузел.

Фиг.12 - энегоузел.

Фиг.13 - пример установки нагревателя (а-в).

Фиг.14 - устройство лопасти.

Энергоустановка состоит из полых лопастей 1, установленных на подвижной части 2 ступицы 3, которая при помощи муфты 4 соединена с валом 5 генератора 6, закрепленного на станине 7.

Лопасти 1 имеют внутреннюю полость 8, связывающую полость 9 ступицы 3 с проходными отверстиями 10, выполненными, например, в форме сопла.

На ступице 3 могут быть закреплены также реактивные патрубки, которые могут практически выполнять функции полых лопастей, о которых будет сказано ниже.

Неподвижная часть 12 ступицы 3 подсоединена к воздухопроводу 13, например к трубопроводу, который имеет вертикальную составляющую 14, подключенную к воздухоотборному устройству 15, выполненному как естественное продолжение воздухопровода 14, и отличается от него лишь тем, что может содержать, например, фильтр для воздуха.

Реактивные патрубки 16, закрепленные на ступице 3, на ее подвижной части 2 имеют загиб на конце 17 или выполнены в форме Сегнерового колеса.

Ступица 3 может иметь следующую конструкцию - втулка 18, имеющая в конце бортик в виде шайбы, т.е. внешний кольцевой выступ, соединена с подвижной частью 2, а в зацепление с ней выполнена втулка 19 с внутренним выступом, адекватным выступу втулки 18 по размерам, и соединенная с неподвижной частью 12. Втулка 19 и неподвижная часть 12 образуют карман, в который свободной посадкой установлен выступ втулки 18 с возможностью свободного вращения совместно с подвижной частью ступицы 3. Вместо выступов втулок 18 или 19 могут быть запрессованы или установлены подшипники. Подвижная часть 2 ступицы 3 имеет выступ 22, который муфтой 4 подсоединен к валу 5 генератора 6.

Втулка 18 имеет выступ 20, а втулка 19 имеет выступ 23 (фиг.4).

Между подвижной частью 2 и втулкой 19 может быть установлена прокладка 21. Учитывая, что втулка 19 жестко установлена над неподвижной частью 12, то их совместно можно назвать неподвижной частью ступицы 3, и прокладка 21 установлена между подвижной и неподвижной частью ступицы 3.

Подвижная часть 2 может иметь не прямое соединение с валом 5 электрического генератора 6, а через редуктор, например через одноступенчатый редуктор, выполненный в виде конической передачи.

В этом случае колесо 25 устанавливается на подвижной части 2 ступицы 3, а шестеренка 26 - на валу 27, муфтой 4 соединенном с валом 5.

Неподвижная часть 12 может иметь отвод 29, являющийся в свою очередь подвижной частью ступицы 30, подвижная часть которой соединена с воздуховодом 13, точнее с его вертикальной составляющей, воздуховодом 14.

Таким образом неподвижная часть 13 ступицы 3 по отношению к ее подвижной части 2 становится подвижной по отношению к неподвижной части 31 ступицы 30, т.е. она установлена на последней с возможностью вращения вокруг оси ступицы 30 совместно с ее подвижной частью 29. На конце неподвижной части 12 ступицы 3 может быть установлен хвостовик 32.

Устройство приобретает функцию флюгера. Необходимым условием для вращения ступицы 3 относительно оси неподвижной части 31 ступицы 30 является соосность вала 27 и ступицы 30, т.е. ось вращения шестеренки 26 совпадает с осью вращения подвижной части 29 ступицы 30.

Полость воздуховода 13 через соединенные полости ступиц 30 и 3 соединена с полостью 8 лопастей 1, через них и проходные отверстия 10 соединена с окружающей средой.

На фиг.9 показан пример выполнения ступицы 3, конструкция которой хорошо подходит для примеров выполнения устройства фиг.5 и 6. Лопасти 1 закреплены на подвижной части 33, выполненной в форме цилиндра, установленной с возможностью вращения вокруг своей оси оксиально неподвижного цилиндра, т.е. неподвижной части 34 с выполненными в ней отверстиями 35, которая имеет зазор по отношению к внутренней поверхности неподвижной части 38. В месте соединения лопастей 1 с подвижной частью 33 в последней выполнены отверстия 36. В нижней части неподвижной части 34 выполнена заглушка 37, имеющая также цилиндрическую форму. К заглушке 37 при помощи резьбового соединения подсоединена ограничительная шайба 38.

С противоположной стороны на неподвижной части 34 и воздуховоде 13 установлена другая ограничительная шайба 39. Между шайбой 39 и подвижной частью 33 и подвижной частью 33 и ограничительной шайбой 38 могут быть установлены прокладки 21 или вместо них подшипники. На подвижной части 33 закреплено также колесо 25. В данном примере обозначения даны независимо от общих обозначений позиций для того, чтобы подчеркнуть частное решение устройства ступицы, которое может быть разнообразным.

Колесо 25 может быть закреплено при помощи шпонки 41 к подвижной части 2 ступицы 3. На подвижной части 2 могут быть установлены дополнительные лопасти 40, которые могут быть сплошными.

Электрический генератор 6 может непосредственно крепится на вентиляторном устройстве энергоустановки.

Например, ротор 42 генератора 6 своим валом 22 соединен с неподвижной частью 12 ступицы 3, а статор 43 генератора 6, стойками 44 подсоединен, закреплен на лопастях 1, и его выход проводами 46 подключен к электропотребителю, например лампочкам 45, который установлен непосредственно на лопастях 1. Этим потребителем может быть также электронагреватель 47, выполненный в виде токопроводящей фольги 48, размещенной между изолирующими пластинами 49, которые, например, установлены или приклеены к лопастям 1. В частном случае эти нагреватели могут быть выполнены из части поверхности самих лопастей, если она выполнена токопроводящей.

Лопасти 1 по своей конструкции имеют переднюю кромку 50, в основании комль 51, заднюю кромку 52 и концевую кромку 53.

Дополнительные материалы: фиг.15 - вентиляторная часть устройства.

На подвижной части 2 могут быть закреплены и сплошные лопасти 54, на ней же в этом случае устанавливаются и реактивные патрубки 16 или полые лопасти 1. В этом случае электропотребитель, лампочки или электронагреватель могут быть совместно со статором генератора 6 закреплены на сплошных лопастях 54.

Энергоустановка работает следующим образом.

Учитывая разницу давления окружающей среды вентилятора и окружающей среды у заборного устройства, обусловленную разностью высот, уровня установки полых лопастей 1 или реактивных патрубков, которые установлены значительно выше заборного устройства, воздух по заборному устройству 15 проходит по воздухопроводу 13, ее вертикальной составляющей 14, которая может быть выполнена с определенным наклоном, через ступицу 3, поступает в полость 8 лопастей 1 или в полость реактивного патрубка 16 и через их отверстия, например через отверстия 10, развивает реактивную силу, выходя из них. Вращаясь, лопасти 1 или реактивные патрубки 16, кинематически связанные с генератором 6, начинают вращать его вал 6, и последний начинает генерировать электроэнергию, которая частично аккумулируется в аккумуляторе 11, а частично передается потребителю электрической энергии.

Вращательное движение подвижной части ступицы 2 может передаваться валу 5 и при помощи зубчатой передачи, например конической передачи.

Как указывалось раньше, соосность вала 5 со ступицей 30 позволяет вентиляторному устройству выполнять функции флюгера, т.е. реагировать на направление ветра, тем самым выполнять две функции: т.е. реагировать не только на тягу в воздухопроводе 13, обусловленную разностью высот их, вентилятора и заборного устройства, установки, но и силой ветр,а воздействующего на лопасти, что усиливает скорость вращения вентилятора и естественно повышение КПД устройства в целом при производстве электроэнергии.

На фиг.10-13, 15 рассматривается вопрос установки по меньшей мере одной основной части генератора 6, ротора или статора непосредственно на лопастях устройства или реактивных патрубках.

Наиболее рентабельный вариант, когда ротор 42 через свой вал 6 при помощи муфты 4 соединен с выступом 23 неподвижной части вентилятора устройства, а статор 43 генератора 6 при помощи стоек 44 установлен непосредственно на комле лопастей 1, таким образом ротор 42 генератора 6 в момент работы устройства остается неподвижным, а статор 43 вращается вместе с лопастями 1 или реактивными патрубками 16, на которых он может быть закреплен при помощи тех же стоек 44.

При вращении статора или ротора магнитоиндуктивного генератора 6 в обмотках статора генерируется электроэнергия, которая по элетропроводам передается энергопотребителю, например лампочкам 45 или нагревателям, в последнем примере энергопотребитель вместе с проводами вращается с лопастями 1. В последнем примере показан способ как, используя энергию естественной тяги и силу ветра, подогревать воздух или освещать окружающее пространство.

Аналогично установке генератора 6 на полых лопастях возможна его установка на сплошных лопастях 54.

Полые лопасти 1, реактивные патрубки 16, сплошные лопасти 54 совместно со ступицей 3 могут быть названы вентиляторным устройством энергоустановки. При этом вентиляторное устройство энергоустановки можно также назвать по принципу своего действия реактивным.

Дополнительные материалы:

Фиг.16 - пример выполнения коллекторной передачи.

Фиг.17 - пример выполнения коллекторной передачи, электросхема.

Передача электроэнергии к потребителю этой энергии, установленному на лопастях, например лампочке 45, может осуществляется при помощи коллекторной передачи, состоящей из токопроводящих колец 55 и 56, установленных непосредственно на подвижной части 2 ступицы 3, если ее корпус выполнен из изолирующего материала или через изолирующие кольца.

Кольца 55 и 56 контактно соединены со щетками 58 и 57, которые электропроводами 60 соединены с выходом генератора 6.

С другой стороны, на поверхности контакта колец со щетками эти кольца 55 и 56 проводами 59 соединены с энергопотребителем, например с лампочкой 45.

Таким образом, подвижная часть 2 ступицы 3 вращается вместе с лампочками 45, проводами 59, кольцами 55 и 56, при этом последние не теряют контакт со щетками 58 и 57, не теряя контакт с источником электрической энергии, в данном случае с генератором 6, который кинематически связан с вращающейся частью 2 ступица 3 и который передает свою энергию электропотребителю.

Дополнительные материалы:

Фиг.19 - узел энергоустановки с двойными лопастями.

Фиг.20 - генератор на узле с двойными лопастями.

Фиг.21 - пример выполнения генератора.

Фиг.22 - отбойник.

Фиг.23 - отбойник.

Фиг.24 - узел энергоустановки с отбойниками (а и б).

Фиг.25 - энергоустановка.

Фиг.26 - нагнетательный узел.

Фиг.27 - пример выполнения установки.

Фиг.28 - пример установки.

Фиг.29 - пример выполнения лопастей.

Энергоустановка может содержать дополнительные лопасти 61, установленные параллельно основным лопастям 1 на дополнительной ступице 64, соединенной с основной ступицей 3 промежуточным патрубком 63, аналогично этим лопастям 61 могут быть установлены дополнительные реактивные патрубки. Реактивные патрубки или дополнительные лопасти 61 устанавливаются на подвижной части 62 ступицы 64, а ее неподвижная часть закреплена на воздуховоде 14, который может выполнять и функции водопровода.

Таким образом, основной реактивный привод в виде лопастей 1 или установленных в место них реактивных патрубков 16 и вспомогательный привод в виде дополнительных полых лопастей 61, имеющих аналогичную конструкцию с основными лопастями 1, или реактивных патрубков, выполненных вместо лопастей 61 и имеющих аналогичную конструкцию с патрубками 16, закреплены на энергоустановке с возможностью независимого вращения друг от друга. Но приводной элемент реактивного привода основного имеет противоположную геометрию по отношению к геометрии приводного элемента вспомогательного реактивного привода, т.е. загиб у основных реактивных патрубков имеет противоположную направленность по отношению к загибу у вспомогательных реактивных патрубков, а отверстия у полых лопастей основного реактивного привода выполнены с противоположной стороны по отношению к отверстиям, выполненным у полых лопастей у вспомогательного реактивного привода, аналогично выполнена и направленность сопел и форсунок полых вспомогательных и основных лопастей. Таким образом, в рабочем положении лопасти основные вращаются в противоположную сторону по отношению к вращению вспомогательных лопастей.

Статор 43 может быть закреплен на основных лопастях, а ротор 42 - на вспомогательных лопастях, аналогичное крепление частей генератора может быть выполнено и при применении реактивных патрубков. Т.к. приводное устройство основное и вспомогательное вращается в разные стороны, то скорость вращения статора и ротора относительно друг друга увеличиться в два раза по отношению к предыдущим примерам, т.к. в них ротор был неподвижен, что увеличивает КПД энергоустановки в целом.

Статор 43, как и в предыдущих примерах, соединен с нагрузкой или энергопотребителем, размещенными непосредственно на полых лопастях или сплошных лопастях.

Возможно обращенное расположение статора и ротора, в котором статор 43 расположен внутри ротора 42.

Такое расположение может быть и при отсутствии вспомогательных лопастей 61, например статор 43 оксиально закрепляется на подвижной части 2 ступицы 3, а статор 42 на стойках 66 закреплен на воздуховоде 14.

В целях усиления тяги оксиально траектории движения приводного элемента установлен круговой обод 67, на котором выполнены выступы 68, например, выполненные в виде пластин или зубцов (фиг.22 и 23).

Выступы установлены таким образом, что угол их наклона, точнее их плоской составной части и направления струи среды, выходящей из приводного элемента, например из сопла приводного патрубка 16, составлял приблизительно девяносто градусов. В этом случае сила отталкивания струи от плоскостей выступов 68 будет наибольшей.

Обод 67 может располагаться сверху траектории движения приводного элемента, сзади или спереди ее (фиг.23 и 24).

В последних двух случаях приводной элемент, например загиб реактивных трубок 16, с соплом на конце будет иметь некоторый наклон в сторону обода 67.

Воздух по воздуховоду 14 может подаваться не только из-за естественной тяги, но при помощи компрессора 71 или вентилятора, подсоединенного к нему.

Реактивной движущей силой может быть и жидкость, например вода, которая при помощи насоса 72 по воздуховоду подается на лопасти 1 или лопасти 61. В этом случае насос 72 своим выходом подсоединен к воздуховоду 14, а его вход подсоединен к водопроводу 73, по которому подходит вода к насосу 72, в этом примере воздуховод может выполнять функции водопровода. И воздуховод 14, и компрессор 71, и насос 72, и вентилятор могут в общем быть названы нагнетательным устройством.

На фиг.27 показан пример применения энергоустановки для подогрева или охлаждения воды в емкости 74. Энергоустановка, установленная с верхней стороны емкости, соединена с ее нижней частью трубопроводом 75 с установленным на нем насосом 72, по которому циркулирует жидкость из емкости 74. Ёмкость имеет подводящий патрубок 76 и отводящий патрубок 77. Для этих же целей может быть использована и падающая со значительной высоты вода, проходящая по трубопроводу 78 к энергоустановки.

Лопасти 1 могут быть выполнены с встроенным в них микрохолодильником 81, т.е. лопасти выполнены в виде микрохолодильника, например электроэмиссионного холодильника, подключенного к генератору 6.

В этом случае на поверхности лопастей и внутри полости 8 могут быть выполнены гофры 82, которые могут быть выполнены и в других примерах с использованием в качестве энергопотребителей теплообменников. В воздуховод 14 может подаваться газожидкостная смесь.

Дополнительные материалы:

Фиг.30 - нагнетательный узел.

Фиг.31 - пример применения энергоустановки (а и б) для обогрева помещения.

Как отмечалось выше, в воздуховод 14 может подаваться и водовоздушная смесь. Например, выход компрессора 71 и выход насоса 72 могут быть соединены патрубками 83 и 84 между собой и воздухопроводом 14, т.е. выходы насоса 72 и компрессора 71 соединены с воздуховодом 14 через смеситель, а на патрубках 83 и 84 могут быть установлены вентиля 85 и 86.

Энергоустановка может выполнять функции вентилятора, обогрева, освещения и охлаждения помещения.

Например, несколько энергоустановок могут быть объединены коллектором 87, который соединен с воздуховодом 14 и который может быть соединен с компрессором 71, вход которого патрубком 88 соединен с нижней частью помещения 89, в то время как коллектор с энегоустановками размещен в верхней части здания или помещения 89.

Но и коллектор 87 может быть напрямую связан с источником воздуха под давлением, например с компрессорным цехом предприятия. Если приводное устройство выполнено в виде светильника, например лопасти 1 с установленными на них лампочками 45, то при установке их во взрывоопасном помещении на лампочки 45 устанавливается решетка 90.

На фиг.18 показана блочная схема, в которой выход генератора 6 соединен со стабилизатором напряжения или ограничителем напряжения 79, выход которого соединен с нагрузкой 80, и между которыми подключен аккумулятор 27. Обод 67 может быть установлен у вспомогательных лопастей 61 или вспомогательных патрубков.

В рассмотренных выше примерах статор является частью генератора, в обмотках которого индуцируется ЭДС, т.е. электродвижущая сила, и к которому подсоединена нагрузка, или иначе можно назвать, энергопотребитель, а ротор - это часть генератора, в котором могут быть выполнены постоянные магниты или обмотка возбуждения, которая индуцирует эту ЭДС в обмотка статора.

Поэтому в дальнейшем, т.е. в формуле будут применяться такие выражения, как часть генератора, в которой индуцируется ЭДС, и часть генератора, которая индуцирует ЭДС.

А полые лопасти, реактивные патрубки, сплошные лопасти, подвижная часть ступицы в целом будут называться подвижной частью энергоустановки или подвижной приводной частью.

Дополнительные материалы:

Фиг.32 - пример установки решетки.

Фиг.33 - пример установки дополнительного привода.

В целях установки наиболее стабильного режима к муфте 4, установленной на выступе 23, может быть подсоединен вал 91 дополнительного привода, например электродвигателя 92, закрепленного на станине 7.

При этом сама муфта 4 может быть выполнена магнитной, например на валу 91 крепится круглая пластина 93, на которой с торца установлены магниты 94, на незначительном расстоянии от которых на выступе 22 закреплена ответная круглая пластина 95 из магнитного материала. Это позволяет поддерживать связь между валом 91 или валом генератора 6 и выступом 22 через магнитное поле, при этом привод электродвигателя 92 помогает вращаться лопастям 1 или патрубкам 16. В данном примере ротор располагается непосредственно на трубопроводе 13, а статор 43 соединен с лопастями 1. Выход генератора 6 напрямую или через регулирующий прибор может быть связан с обмотками электродвигателя 92, что позволяет поддерживать заданную скорость вращения лопастей 1 или патрубков 16 при возникающих помехах за счет более активной работы электродвигателя 92.

В качестве регулирующего прибора может применяться частотный преобразователь, в этом случае сигнал на него с генератора 6 будет управляющим.

Изобретение относится к устройствам, производящим электрическую энергию за счет преобразования силы потока воздуха при помощи вентилятора, кинематически связанного с генератором электрической энергии, а также за счет потока жидкости и реактивной тяги, и позволяет расширить его энергетические возможности. Этот технический результат достигается тем, что в энергоустановке, содержащей реактивный привод, выполненный в виде полых лопастей или реактивных патрубков, функционально связанных с возможностью вращения с воздуховодом и трубопроводом для воды, подвижная часть реактивного привода кинематически связана с подвижной частью генератора электрической энергии. 8 з.п. ф-лы, 33 ил.

1. Энергоустановка, содержащая реактивный привод, выполненный в виде полых лопастей или реактивных патрубков, функционально связанных с возможностью вращения с воздуховодом или трубопроводом для воды,, отличающаяся тем, что подвижная часть реактивного привода кинематически связана с подвижной частью генератора электрической энергии.2. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что генератор электрической энергии электрически связан с энергопотребителем.3. Энергоустановка по п.2, отличающаяся тем, что энергопотребитель установлен непосредственно на подвижной части реактивного привода.4. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в ней выполнены два независимых реактивных привода, один из которых соединен с ротором, а другой со статором генератора электрической энергии, при этом статор как составная часть энергоустановки выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси.5. Энергоустановка по п.4, отличающаяся тем, что приводные элементы одного реактивного привода имеют противоположную направленность по отношении к направленности приводных элементов другого реактивного привода.6. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена в флюгерном исполнении, а именно: ее составной частью является хвостовик, реагирующий на направление ветра, кинематически соединенный с реактивным приводом с возможностью совместного вращения.7. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что аксиально траектории движения приводного элемента реактивного привода установлен круговой обод.8. Энергоустановка по п.7, отличающаяся тем, что на ободе выполнены выступы.9. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что на воздуховоде или трубопроводе установлены нагнетательные устройства, а именно: компрессор или насос.