ВЕТРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ПИРАМИДАЛЬНЫЙ ВЕТРЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК F03D3/06 

Изобретение относится в ветроэнергетике и касается ветросиловых установок с большой в отдельном экземпляре (единичной) мощностью. Оно должно войти в разработанную группу изобретений, включающую в себя следующие технические решения: «Пирамидальный ветряной двигатель» с вертикальной осью с лопастями-пирамидами, причем ось напрямую соединена с подшипниковым блоком, что обуславливает работоспособность двигателя в пределах 15-20 кВт (см. RU 2248463 С1, опубл. 20.03.2005), «Устройство для ограничения оборотов пирамидального ветряного двигателя» (см. RU 2003130043 А, опубл. 10.04.2005), «Устройство опорного узла для пирамидального ветряного двигателя», позволяющее увеличить мощность двигателя до 110 кВт за счет создания статического момента («рычага Архимеда») за счет устройства консолей и опоры на них в трех точках (см. RU 2003131661 А, опубл. 10.04.2005), «Устройство для гашения сотрясений ветросиловой установки» (см. RU 2003128919 А, опубл. 20.03.2005).

Для получения единичных мощностей в 150, 600, 1000 и 10.000 кВт потребуется осуществить определенные конструктивные решения. В частности, надо разгрузить нижний подшипниковый блок, а три конца консольной части должны опираться на шасси на резиновом ходу или на колесные пары, как в железнодорожных вагонах, и двигаться это соответственно должно по асфальтобетонному покрытию или по круговому рельсовому пути (фиг.1, 2).

Аналогом изобретения (прототипом) ветросиловой установки, содержащей пирамидальный ветряной двигатель с вертикальной осью вращения и лопастями, является FR 2418996 А, кл. F 03 D 3/00, 02.11.1979.

Технический результат заключается в расширении диапазона и функциональных возможностей установки, а также в повышении мощности, и обеспечивается за счет того, что в ветросиловой установке, содержащей пирамидальной ветряной двигатель (ПВД) с вертикальной осью и лопастями, согласно изобретению, лопасти закреплены вокруг вертикальной оси в два яруса, причем три края лопастей нижнего яруса через систему амортизации и стабилизации опираются на три опорных конца жестких пространственных ферм, сходящихся в центральной части в опорно-подшипниковый блок, вертикальная ось представляет собой трубу, через полость которой проходят стальные шпильки, скрепляющие лопасти между собой, при этом ось со шпильками замоноличивается внутри бетоном, а каркасы лопастей состоят из жестких пространственных ферм и трубчато-уголковых элементов. Каждая из пирамид-лопастей второго яруса опирается на балку, одновременно скрепляющую между собой лопасти нижнего яруса, крепление лопастей второго яруса в верхней части осуществляется посредством канатов и трубчато-уголковых элементов, которые, в свою очередь, снабжены канатом с распоркой, образуя ферму, при этом канат имеет систему автоматического натяжения, в которую входят неподвижные блоки, трос и грузовой компенсатор. Опорные концы ферм опираются через их концевую часть на шасси: резиновое, пневматическое или стальное, когда опирается на железнодорожную тележку, движущуюся по кольцевому рельсовому пути.

На фиг.1 изображена ветросиловая установка (общий вид);

на фиг.2 изображена концевая часть опорных концов ферм, установленных на кольцевой рельсовый путь;

на фиг.3 изображен вид А-А по фиг.2.

Ветросиловая установка содержит следующие элементы: опорные концы 1 жестких пространственных ферм 21 опираются посредством системы амортизации и стабилизации 2 на концевую часть 3, а она, в свою очередь, на железнодорожную тележку 4, которая движется по кольцевому рельсовому пути 5. Данный стальной путь как один из возможных вариантов: может быть еще колесный, резиновый и пневматический.

Концевая часть 3 - это часть опорного узла 6, который описан в заявке под названием «Устройство опорного узла для ПВД». Только в настоящей заявке в качестве примера приводится, что ВСУ (ветросиловая установка) может приводить в движение винт 7 водного корабля, для плавного трогания с места и плавного разгона которого используется гидромуфта или гидротрансформатор 8.

Три пространственные фермы 21 в центральной части сходятся, образуя узел 9, на который опирается ось ПВД 10, к которой, в свою очередь, боком к одной из сторон своих оснований крепятся пирамидальные лопасти 11. Геометрические принципы этих лопастей приводятся в заявке №2003107582/06 под названием «Пирамидальный ветряной двигатель». Ось 10 - это труба, может быть длиной в несколько десятков метров, сравнительно небольшого диаметра и небольшой толщины стенок. Фактически, ее функция упорная, а не опорная. Через ее полость проходят стальные шпильки, которые скрепляют лопасти 11 между собой в нужном геометрическом положении. Шпильки хорошо прижимают их к оси 14, а гайки завариваются для исключения ослабления их действия. Внутри трубчатой оси 10 образуется армировка за счет проходящих шпилек. Нижняя ее часть заглушается, а через верхнюю заливается бетон, который, затвердев, сделает всю систему монолитной.

Как видно на фиг.1, каркас каждой из шести пирамидальных лопастей 11 состоит из пространственных ферм 12, 21, 22 и трубчато-уголковых элементов 13. Это позволяет сделать конструкцию лопастей 11 надежной, неметаллоемкой и простой.

Трубчато-уголковые элементы 13 (на фиг.1 они изображены в виде трех линий, которые часто перечеркнуты) - это трубы небольшого диаметра (3/4 дюйма или 4 дюйма), которые охватываются двумя уголками, сверху и снизу (только уголки между собой не соприкасаются) и сжимаются либо плотно прилегающими хомутами, либо плотно намотанной нержавеющей проволокой. Образуется система, которая способна выдерживать значительные нагрузки и при этом незначительно изменять свою геометрическую форму, т.е. на протяжении многих метров она лишь слабо провисает. В отдельности же как труба, так и уголок в 10 метров длиной дают весьма заметный провис и непрочны. Соединяя же их, можно добиться такого эффекта, как, например, в железобетонной конструкции, где арматура из железа и бетонный раствор, соединившись вместе, легли в основу современной строительной индустрии.

Как стыки труб, так и стыки уголков в предлагаемой конструкции хорошо провариваются. Однако при наложении друг на друга они не должны совпадать. Места приложения в уголках следует вырезать, чтобы они могли к трубам плотно прилегать и их сварные швы не мешали бы при этом. На концах трубчато-уголковых элементов 13 проделываются отверстия через уголок - трубу - уголок под хомут соответствующего размера, или уголок - труба - уголок под прессом расплющиваются, затем проделываются нужные отверстия. Понятно, что между собой эти элементы при строительно-монтажных работах соединяются крепежными хомутами.

В целом, за счет трубчато-уголковых элементов 13 может быть выполнен каркас полой части пирамидальных лопастей 11. Затем он выполняется повторно деревянными брусками, прикрепленными к нему хомутами или плотно прилегающей нержавеющей проволокой. Как полая часть лопастей 11, так и наружная, т.е. с обеих сторон, обшивается пластиком (вагонкой или листами). Нигде не должно быть выступов или искривлений. Ветровой поток должен легко, без сопротивления соскальзывать по выступающим частям лопастей 11 и также легко уходить из их полых частей. В этом смысле пластик есть оптимальное средство в борьбе с «паразитными» аэродинамическими сопротивлениями при движении ПВД в воздушном турбулентном потоке.

Второй ярус ПВД практически исключает «мертвую точку», что может наблюдаться при одноярусной конструкции. Он также улучшает тяговые характеристики ветродвигателя. В нижней своей части каждая из пирамид-лопастей 11 опираются на балку (ферму) 14, которая одновременно скрепляет между собой лопасти 11 нижнего яруса. В верхней части лопасти 11 второго яруса скрепляются посредством канатов 15 и трубчато-уголковых элементов 16, которые, в свою очередь, для их усиления обеспечиваются канатом 17 с распоркой, что образует ферму упрощенной конструкции со своей прочностью и жесткостью, длина которой может достигать несколько десятков метров. В этом смысле также надо и канат 15, чтобы он эффективно выполнял свое предназначение (помогал балке 14), обеспечить схемой автоматического натяжения, в которую входят неподвижные блоки 18, трос 19 и грузовой компенсатор 20.

Круговой рельсовый путь 5 из-за своей кривизны может иметь много стыков. Они обычно делаются прямыми. Это создает стук (шум) при прохождении колесных пар по ним. Но если стыки сделать косыми, т.е. когда еще колесо не сошло с данного рельса, но уже заходит на второй, то нежелательный шум будет значительно меньше и система «путь-колесо» будет также меньше изнашиваться, и температурный стык останется.

Мощные ВСУ с опорой на шасси (резиновое, пневматическое или стальное) должны располагаться на земле (среди поля или на возвышенности), где ветрам нет помех из-за складок местности или искусственных сооружений. Они также могут располагаться на плавучих платформах или кораблях, которые не только будут обеспечены электроэнергией, но даже смогут приводить в движение их гребные винты, хотя лучше система ВСУ - генератор - электрический двигатель, приводящий гребной винт.

На плоских крышах цехов предприятий, жилых домов и между этажами в сквозных вентиляционных коридорах высотных зданий также возможна их установка. Шумовые эффекты можно сводить до минимума, до шумов от работы лифтов в жилом доме, за счет надлежащих конструктивных проработок и шумопоглощающих элементов, например резиновых прокладок, амортизирующих устройств.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно, к ветросиловым установкам с большой мощностью. Технический результат заключается в расширении диапазона и функциональных возможностей установки, а также в повышении мощности. Ветросиловая установка содержит пирамидальный ветряной двигатель с вертикальной осью и лопастями. Лопасти закреплены вокруг вертикальной оси в два яруса, причем три края лопастей нижнего яруса через систему амортизации и стабилизации опираются на три опорных конца жестких пространственных ферм, сходящихся в центральной части в опорно-подшипниковый блок, вертикальная ось представляет собой трубу, через полость которой проходят стальные шпильки, скрепляющие лопасти между собой, при этом ось со шпильками замоноличивается внутри бетоном, а каркасы лопастей состоят из жестких пространственных ферм и трубчато-уголковых элементов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ветросиловая установка, содержащая пирамидальный ветряной двигатель с вертикальной осью и лопастями, отличающаяся тем, что лопасти закреплены вокруг вертикальной оси в два яруса, причем три края лопастей нижнего яруса через систему амортизации и стабилизации опираются на три опорных конца жестких пространственных ферм, сходящихся в центральной части в опорно-подшипниковый блок, вертикальная ось представляет собой трубу, через полость которой проходят стальные шпильки, скрепляющие лопасти между собой, при этом ось со шпильками замоноличивается внутри бетоном, а каркасы лопастей состоят из жестких пространственных ферм и трубчато-уголковых элементов.2. Ветросиловая установка по п.1, отличающаяся тем, что каждая из пирамид-лопастей второго яруса опирается на балку, одновременно скрепляющую между собой лопасти нижнего яруса, крепление лопастей второго яруса и верхней части осуществляется посредством канатов и трубчато-уголковых элементов, которые, в свою очередь, снабжены канатом с распоркой, образуя ферму, при этом канат имеет систему автоматического натяжения, в которую входят неподвижные блоки, трос и грузовой компенсатор.3. Ветросиловая установка по п.1, отличающаяся тем, что опорные концы ферм опираются через их концевую часть на шасси: резиновое, пневматическое или стальное, когда опирается на железнодорожную тележку, движущуюся по кольцевому рельсовому пути.