ЭНЕРГОУСТАНОВКА Российский патент 2013 года по МПК F03D1/04 F03D9/00 F03B13/10 

Изобретение относится к ветро (гидро) энергетике и может быть использовано в качестве источника электроэнергии, в основном, в районах с ветрами постоянного направления или периодически изменяющимися на противоположное направление, типа бризов, муссонов, преобладающих на побережьях морей и океанов, а также может быть использовано в качестве приливо-отливных гидроэлектростанций и в водоемах с постоянным направлением течения и в условиях с переменной скоростью ветро (гидро) потока.

Одной из противопоставленных является ветровая электростанция с вертикальной двухступенчатой вихревой аэротурбиной с центробежными ограничителями скорости вращения аэротурбины, (патент 2392489 от 24.11.2008 г. F03D 3/00), содержащая ветротурбину, центробежный ограничитель скорости, вертикальный и горизонтальный валы, муфты (управления и обгона сцепления), ускоритель и электрогенератор.

Недостатками известной ветровой электростанции является отсутствие у ветротурбины средств защиты лопастей от запредельных ветровых нагрузок, возникающих в период бурь, штормов. Примененный центробежный ограничитель не предусмотрен для регулировки скорости. Не предусмотрен для эксплуатации в гидросреде.

(См. «Краткий политехнический словарь», ГИТТЛ, Москва, 1956 г., стр.303, «дросселирование пара или газа» и стр.143)

Другой близкой по конструктивному исполнению является ветросиловая энергоустановка вращающегося типа (патент 2156885 от 05.04.1999 г., F03D 3/04), содержащая корпус с диффузором, ветротурбину, передачу, включающую две пары конических шестерен, вертикальный и горизонтальный валы, центробежный ограничитель скорости, электрогенератор. Недостатками известной ветросиловой энергоустановки являются:

1. Большая парусность поверхности (площадь, подвергаемая воздействию ветра при разворотах). Это может явиться причиной аварии в механизме повороте при эксплуатации в районах с сильными ветрами (при бурях и штормах), в прибрежных районах морей и океанов.

2. Центробежный ограничитель в данном случае не предназначен для регулирования скорости, а только ограничивает верхний предел и не может быть использован в гидросреде.

3. В ветротурбине не предусмотрена защита лопастей от запредельных (при бурях и штормах) нагрузок.

4. Эксплуатация ветросиловой энергоустановки не предусмотрена в условиях гидросреды.

Целью изобретения является приспособление разработки к определенным условиям эксплуатации. Использование в качестве ветро (гидро) энергоустановки в районах, где преобладают бризовые и муссонные ветры (в прибрежных районах морей и океанов), в качестве приливо-отливных гидроэлектростанций, а также в водоемах с постоянным направлением течения и в условиях с переменной скоростью ветро (гидро) потока. Предлагаемая энергоустановка не имеет поворачивающихся за направлением ветро (потока) частей, поэтому конструктивно более надежна к перегрузкам при бурях и штормовых условиях погоды.

Поставленная цель достигается тем, что энергоустановка, состоящая из одного или нескольких энергоагрегатов, содержащих корпус с диффузором, ветроколесо (рабочее колесо), и электрогенератор, передачу от ветроколеса к электрогенератору, включающую две пары конических шестерен, вертикальный и горизонтальный валы, отличающаяся тем, что каждый энергоагрегат, находящийся в воздушной (гидро) среде, смонтирован и сориентирован вдоль воздушного (гидро) потока и работоспособен при изменении направления ветра на противоположный, при использовании комбинированной передачи, содержащей ведущую коническую шестерню, закрепленную на выходном конце первого вала, включающую также две ведомые конические шестерни, каждая из которых соединена со своей муфтой обгона, ведомые звенья которых закреплены на втором валу, соединенным через мультипликатор (ускоритель) и эластичную муфту с электрогенератором;

мультипликатор (ускоритель) выполнен в виде планетарного ряда, водило которого соединено с вторым валом, солнечная шестерня соединена с электрогенератором через эластичную муфту;

рабочее колесо снабжено лопастями, установленными на осях;

рабочее колесо снабжено двусторонними ограничителями рабочего положения лопастей, нерегулируемых в процессе работы;

рабочее колесо снабжено двусторонними ограничителями рабочего положения лопастей с предохранителями максимального давления и с механизмом возврата в рабочее положение;

энергоустановка снабжена ручным и автоматическим регулятором скорости вращения электрогенератора, состоящим из датчика, счетно-решающего устройства (задатчика), исполнительного электродвигателя и механической части;

механическая часть автоматического регулятора скорости выполнена в виде планетарного ряда, солнечная шестерня которого соединена с выходным валом мультипликатора, эпицикл соединен с колесом червячной передачи, червяк которой соединен с исполнительным электродвигателем, а водило планетарного ряда через ряд кинематических звеньев соединено с коническим зубчатым колесом, сидящим подвижно на валу рабочего колеса и находящимся в зацеплении с шестеренками, сидящими на осях и соединенными с лопастями;

между червяком червячной передачи и исполнительным электродвигателем установлены: эластичная муфта, муфта обгона и предохранительная муфта;

между ручным приводом и червяком червячной передачи установлена муфта обгона;

перед мультипликатором или комбинированной передачей установлена предохранительная муфта;

перед эластичной муфтой электрогенератора установлена муфта обгона;

эластичная муфта и муфта обгона выполнены за одно целое;

корпус выполнен разъемным из двух боковых обечаек с диффузорами и средней части, в которой размещено рабочее колесо;

вал рабочего колеса установлен на подшипниках в левой и правой стойках, закрепленных в средней части корпуса;

стойки снабжены обтекателями;

корпус снабжен смотровыми горловинами, закрытыми крышками;

внутренняя поверхность крышек выполнена по радиусу, соответствующему внутреннему отверстию корпуса;

диффузоры закрыты решетками;

каждый энергоагрегат, находящийся в гидросреде смонтирован в проеме основания, установленного на опорах или понтонах;

каждый энергоагрегат снабжен средствами подъема;

корпус энергоагрегата снабжен элементами крепления (кронштейнами) к опорам или основанию;

энергоустановка снабжена эстакадой, установленной на основании и подвижной площадкой на рельсовом ходу, на которой размещен электрогенератор.

Краткое описание чертежей

На чертеже (фиг. 1) схематично изображена энергоустановка из одного энергоагрегата, содержащего корпус 1 с диффузором 2, рабочее колесо 3 с лопастями 4, при этом снабженного первой конической передачей, ведущая шестерня 5 которой закреплена на валу 6 рабочего колеса 3, а ведомая шестерня 7 закреплена на первом (вертикальном) валу 8, на котором с другой стороны закреплена ведущая коническая шестерня 9 комбинированной передачи, включающей также две ведомые конические шестерни 10 и 11, каждая из которых соединена со своей муфтой обгона 12 и 13, ведомые звенья которых закреплены на втором (горизонтальном) валу 14, соединенным через мультипликатор 15 и эластичную муфту 16 с электрогенератором 17.

Мультипликатор 15 (фиг.1) выполнен в виде планетарного ряда, водило 18 (фиг.2) которого соединено со вторым (горизонтальным) валом 14, солнечная шестерня 19 соединена с электрогенератором 17 через эластичную муфту 16.

Рабочее колесо 3 (фиг.3) снабжено лопастями 4, установленными на осях 20.

Рабочее колесо 3 (фиг.3) снабжено не регулируемыми в процессе работы двухсторонними ограничителями 21 рабочего положения лопастей.

Рабочее колесо 3 (фиг.4) снабжено двухсторонними ограничителями 21 рабочего положения лопастей с предохранителями максимального давления 22 и с механизмом 23 возврата в рабочее положение.

Энергоагрегат снабжен ручным 24 (фиг.2) и автоматическим регулятором скорости вращения электрогенератора.

Автоматический регулятор скорости (фиг.2) состоит из датчика 25, счетно-решающего устройства (задатчика) 26, исполнительного электродвигателя 27 и механической части.

Механическая часть автоматического регулятора (фиг.2) выполнена в виде планетарного ряда, солнечная шестерня 28 которого соединена с выходным валом мультипликатора 15 (фиг.1), эпицикл 29 соединен с колесом червячной передачи 30, червяк 31 которой соединен с исполнительным электродвигателем 27, а водило 32 планетарного ряда через ряд кинематических звеньев соединено с коническим зубчатым колесом 33, сидящим на валу 6 рабочего колеса 3 и находящимся в зацеплении с шестеренками 34, сидящих на осях 20 и соединенных с лопастями 4.

Между червяком 31 червячной передачи (фиг.2) и исполнительным электродвигателем 27 установлена эластичная муфта 35, муфта обгона 36 и предохранительная муфта 37.

Между ручным приводом 24 (фиг.2) и червяком 31 червячной передачи установлена муфта обгона 38.

Перед мультипликатором 15 (фиг.1) установлена предохранительная муфта 39.

Перед комбинированной передачей (фиг.2) установлена предохранительная муфта 40.

Перед эластичной муфтой 16 (фиг.1) электрогенератора 17 установлена муфта обгона 41.

Эластичная муфта 16 и муфта обгона 41 выполнены за одно целое (фиг.2).

Корпус (фиг.2) выполнен разъемным, из двух боковых обечаек 42 с диффузорами 2 и средней части 43, в которой размещено рабочее колесо 3.

Вал 6 рабочего колеса (фиг.2) установлен на подшипниках в левой 44 и правой 45 стойках, закрепленных в корпусе 43.

Стойки 44 и 45 снабжены обтекателями 46.

Корпус 1 (фиг.1) снабжен смотровыми горловинами 47, закрытыми крышками 48.

Диффузоры 2 (фиг.1 и 2) закрыты решетками 49.

Каждый энергоагрегат (фиг.5), работающий от гидропотока, смонтирован в проеме 50 основания 51, установленного на опорах 52 или понтонах 53.

Каждый энергоагрегат, работающий от гидропотока, снабжен средствами подъема 54.

Корпус (фиг.5) энергоагрегата снабжен элементами крепления (кронштейнами 55) к основанию 51.

На опорах 52 или понтонах 53 (фиг.5) установлена эстакада 56 и подвижная площадка 57 на рельсовом ходу, на которой размещен электрогенератор.

Энергоустановка работает следующим образом:

Корпус 1 (фиг.1) энергоагрегатов выставляют вдоль преобладающих ветровых (гидро) потоков, которые заходя в цилиндрическую часть корпуса 1 формируют сплошной более мощный поток по сравнению с окружающей средой за счет забора более мощного потока диффузором 2. Ветро (гидро) поток воздействует на лопасти 4 рабочего колеса 3, которое разворачиваясь, передает вращение через первую коническую пару (5; 7), первый (вертикальный) вал 8, ведущую коническую шестерню 9 комбинированной передачи, на ведомые конические шестерни 10 и 11, соединенные каждая со своей муфтой обгона 12 и 13.

При поступлении на них вращения одна из муфт обгона 12 вращается в рабочем направлении и передает вращение на второй вал 14 и через мультипликатор 15 и эластичную муфту 16 на электрогенератор 17. Вторая муфта обгона 13 при этом проскальзывает.

При изменении направления ветро (гидро) потока изменяется направление вращения рабочего колеса 3, изменяется направление вращения и муфт обгона 12 и 13. Муфта обгона 12 передавала вращение, сейчас проскальзывает, а другая муфта обгона 13 имеет направление вращения рабочее и передает движение на вал 14 и далее на электрогенератор 17.

Другой вариант сохранения направления вращения электрогенератора 17 при изменении направления потока.

При изменении направления ветро (гидро) потока (фиг.3) лопасти 4, разворачиваясь на осях 20, перекладываются с ограничителей 21, одной стороны на ограничители 21 другой стороны, тем самым не изменяют направления вращения рабочего колеса 3.

При превышении рабочего давления на лопасти 4 (фиг.4) срабатывает предохранитель 22 ограничителей 21. Лопасти 4 разворачиваются, и уменьшается на них давление, а при уменьшении давления ветро (гидро) потока механизм возврата 23 возвращает лопасти 4 и ограничители 21 в рабочее положение.

При изменении режима работы электрогенератора 17 регулировка вручную осуществляется рукояткой 24, а автоматическая от датчика 25, сигнал поступает на счетно-решающее устройство 26, от него на исполнительный электродвигатель 27 и далее, как и при ручной, на вращение червяка 31, червячное колесо 30 эпицикл 29, водило 32 планетарного ряда, и через ряд кинематических звеньев вращение поступает на коническое зубчатое колесо 33, и разворот шестеренок 34 вместе с лопастями 4.

Благодаря предлагаемой энергоустановке имеется возможность эффективно использовать энергию восстанавливаемых воздушных и водяных ресурсов без ущерба для экологии в сложной географической среде.

Изобретение относится к ветро(гидро)энергетике и может быть использовано в качестве источника электроэнергии. Энергоустановка состоит из одного или нескольких энергоагрегатов, содержащих корпус с диффузором, ветроколесо или рабочее колесо с лопастями, электрогенератор, передачу от ветроколеса к электрогенератору, включающую две пары конических шестерен, первый и второй валы. Каждый энергоагрегат содержит ведущую коническую шестерню, закрепленную на выходном конце первого вала, две ведомые конические шестерни, каждая из которых соединена со своей муфтой обгона, ведомые звенья которых закреплены на втором валу, соединенном через мультипликатор и эластичную муфту с электрогенератором. Мультипликатор может быть выполнен в виде планетарного ряда, водило которого соединено со вторым валом, солнечная шестерня соединена с электрогенератором через эластичную муфту. Установка может быть снабжена ручным и автоматическим регулятором скорости вращения электрогенератора, механическая часть которого выполнена в виде планетарного ряда, солнечная шестерня которого соединена с выходным валом мультипликатора, эпицикл соединен с колесом червячной передачи, червяк которой соединен с исполнительным электродвигателем, а водило планетарного ряда через ряд кинематических звеньев соединено с коническим зубчатым колесом, сидящим подвижно на валу рабочего колеса и находящимся в зацеплении с шестеренками, сидящими на осях и соединенными с лопастями. Установка надежна к перегрузкам при штормовых условиях погоды. 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Энергоустановка, состоящая из одного или нескольких энергоагрегатов, содержащих корпус с диффузором, ветроколесо или рабочее колесо с лопастями, и электрогенератор, передачу от ветроколеса к электрогенератору, включающую две пары конических шестерен, первый и второй валы, отличающаяся тем, что каждый энергоагрегат, находящийся в воздушной (гидро) среде, смонтирован и сориентирован вдоль воздушного (гидро) потока при использовании комбинированной передачи, содержащей ведущую коническую шестерню, закрепленную на выходном конце первого вала, включающей также две ведомые конические шестерни, каждая из которых соединена со своей муфтой обгона, ведомые звенья которых закреплены на втором валу, соединенном через мультипликатор (ускоритель) и эластичную муфту с электрогенератором.

2. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что мультипликатор (ускоритель) выполнен в виде планетарного ряда, водило которого соединено со вторым валом, солнечная шестерня соединена с электрогенератором через эластичную муфту.

3. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что рабочее колесо снабжено лопастями, установленными на осях.

4. Энергоустановка по п.3, отличающаяся тем, что рабочее колесо снабжено двусторонними ограничителями рабочего положения лопастей, нерегулируемых в процессе работы.

5. Энергоустановка по п.3, отличающаяся тем, что рабочее колесо снабжено двусторонними ограничителями рабочего положения лопастей с предохранителями максимального давления и с механизмом возврата в рабочее положение.

6. Энергоустановка по п.3, отличающаяся тем, что снабжена ручным и автоматическим регулятором скорости вращения электрогенератора, состоящим из датчика, счетно-решающего устройства (задатчика), исполнительного электродвигателя и механической части.

7. Энергоустановка по п.6, отличающаяся тем, что механическая часть автоматического регулятора скорости выполнена в виде планетарного ряда, солнечная шестерня которого соединена с выходным валом мультипликатора, эпицикл соединен с колесом червячной передачи, червяк которой соединен с исполнительным электродвигателем, а водило планетарного ряда через ряд кинематических звеньев соединено с коническим зубчатым колесом, сидящим подвижно на валу рабочего колеса и находящимся в зацеплении с шестеренками, сидящими на осях и соединенными с лопастями.

8. Энергоустановка по п.7, отличающаяся тем, что между червяком червячной передачи и исполнительным электродвигателем установлены:
эластичная муфта, муфта обгона и предохранительная муфта.

9. Энергоустановка по п.7, отличающаяся тем, что между ручным приводом и червяком червячной передачи установлена муфта обгона.

10. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что перед мультипликатором или комбинированной передачей установлена предохранительная муфта.

11. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что перед эластичной муфтой электрогенератора установлена муфта обгона.

12. Энергоустановка по п.11, отличающаяся тем, что эластичная муфта и муфта обгона выполнены за одно целое.

13. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что корпус выполнен разъемным из двух боковых обечаек с диффузорами и средней части, в которой размещено рабочее колесо.

14. Энергоустановка по п.13, отличающаяся тем, что вал рабочего колеса установлен на подшипниках в левой и правой стойках, закрепленных в средней части корпуса.

15. Энергоустановка по п.14, отличающаяся тем, что стойки снабжены обтекателями.

16. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что корпус снабжен смотровыми горловинами, закрытыми крышками.

17. Энергоустановка по п.16, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность крышек выполнена по радиусу, соответствующему внутреннему отверстию корпуса.

18. Энергоустановка по п.13, отличающаяся тем, что диффузоры закрыты решетками.

19. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что каждый энергоагрегат, находящийся в гидросреде, смонтирован в проеме основания, установленного на опорах или понтонах.

20. Энергоустановка по п.19, отличающаяся тем, что каждый энергоагрегат снабжен средствами подъема.

21. Энергоустановка по п.19, отличающаяся тем, что корпус энергоагрегата снабжен элементами крепления (кронштейнами) к опорам или основанию.

22. Энергоустановка по п.19, отличающаяся тем, что снабжена эстакадой, установленной на основании, и подвижной площадкой на рельсовом ходу, на которой размещен электрогенератор.