ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2013 года по МПК F03D3/00 

Настоящее изобретение относится к возобновляемым источникам электроэнергии и может быть использовано при конструировании ветроэлектростанций.

Известна вихревая ветроэлектростанция, содержащая корпус в форме расширяющейся к низу башни, в верхней части которой расположено ветроколесо с вертикальной осью, соединенной с генератором электрического тока. В средней и нижней части башни выполнены ярусы направляющих конфузорных каналов, которые в каждом ярусе расположены спиралеподобно вокруг вертикальной оси и винтоподобно вдоль нее, при этом суженные сечения каналов образуют зону формирования вихревого потока.

(Патент РФ №2285149).

Известна ветроэлектростанция, содержащая электрогенератор, соединенный вертикальным валом с горизонтальным ветроколесом, размещенным внутри трубы, сопряженной с концентратором воздушного потока, выполненным в виде двух усеченных многогранных пирамид, расположенных горизонтально и повернутых своими вершинами друг к другу и соединенных по их ребрам трапецеидальными стенами, между которыми установлены двухстворчатые двери с возможностью поворота их в разные стороны и контактирующие а ними пружинные упоры.

(Патент РФ 2285147).

Недостатками известных аналогов являются: большие размеры, большой расход металла, низкий КПД, невозможность увеличения большой скорости движения воздушного потока.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией, а также большими поверхностями стенок, соприкасающихся с движущимся воздушным потоком и создающих большие потери на трение, возникающие турбулентные потоки снижают мощность воздушного потока.

Известен также ветродвигатель для электромобиля, содержащий вертикальный ваг, на верхнем конца которого неподвижно закреплены лопасти, а другой конец соединен с электрогенератором, причем лопасти замечены в защитный кожух, имеющий поворотный щиток, установленный с возможностью его открытия и закрытия.

(Патент РФ №104644 на полезную модель).

Известный ветродвигатель по патенту РФ №104644, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемое полезному результату, принят за прототип.

Недостатками известного ветродвигателя по патенту РФ №104644, принятому за прототип, являются: большой размер конструкции, неравномерность вращение электродвигателя, очень низкий КПД, очень малое получение электроэнергии.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией ветродвигателя, различной скоростью движения и остановками электромобиля, недостаточным напором воздушного напора.

Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик ветроэлектростанции.

Технический результат обеспечивается тем, что в ветроэлектростанции, содержащей каркас, вертикальный вал, закрепленный в подшипниках на каркасе, лопасти, закрепленные на верхнем конце вертикального вала, генератор электрического тока, закрепленный на каркасе, согласно изобретению нижний конец вертикального вала механически соединен с ведущим валом повышающего редуктора, ведомый вал которого механически соединен с валом лопастного гидронасоса, подключенного к гидравлической системе, содержащей бак с жидкостью, гидромотор, механически соединений с генератором электрического тока, шариковые клапаны с пружинами для обеспечения однонаправленного вращения вала гидромотора независимо от направлении вращение вертикального вала с лопастями, соединенные друг с другом трубопроводами, причем гидромотор содержит корпус с впускным и выпускным штуцерами, закрытый крышкой, внутрь которого вставлен вал с ротором, содержащем диски с центральными отверстиями, установленными на валу на шпонке один возле другого, прижатые друг к другу и скрепленные кольцом со штифтом, прячем на передней торцевой поверхности каждого из дисков, повернутой, в сторону крышки, выполнен наружный, а когда диски прижаты друг к другу, превращающийся во внутренний канал, представляющий собой полуокружность прямоугольного сечения, имеющую слева дно, правый конец которой соединен с прямолинейным каналом такого же сечения, открывающегося на боковую поверхность диска, противоположные станки которого одинаковы по длине и ширине и соответственно равны по площади, причем каналы последующего диска смещены относительно каналов предыдущего диска на 90 градусов, а количество дисков не ограничено и кратно четырем, кроме того генератор электрического тока выполнен трехфазным переменного тока с выпрямительным устройством и обмоткой возбуждения на роторе, причем выход выпрямительного устройства подключен к аккумуляторным батареям, с которых анергия поступает к потребителям, а часть ее поступает для питания обмотки возбуждения генератора электрического тока.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фигуре 1 - изображен общий вид ветроэлектростанции:

на фигуре 2 - блок-схема ветроэлектростанции;

на фигуре 3 - общий вид гидромотора)

на фигуре 4 - вид на гидромотор со стороны верхней крышки;

на фигуре 5 - продольный разрез гидромотора;

на фигуре 6 - общий вид вала гидромотора;

на фигура 7 - вид на вал гидромотора слева;

на фигуре 8 - вид на вал гидромотора справа;

на фигуре 9 - общий вид диска ротора гидромотора;

на Фигура 10 - вид на диск сверху;

на фигуре 11 - гидравлическая схема ветроэлектростанции;

на фигуре 12 - устройство повышающего редуктора;

на фигура 13 - электрическая схема ветроэлектростанции;

на фигуре 14 - схема возникновения вращающего момента на роторе гидромотора:

на фигуре 15 - схема расположения каналов на последующем и предыдущем дисках.

Ветроэлектростанций содержит каркас 1, вертикальный вал 2, закрепленный в подшипниках каркаса, лопасти 3, закрепленные на верхнем конце вертикального вала, генератор электрического тока 4, закрепленный на каркасе. Нижний конец вертикального вала механически соединен с ведущим валом 5 повышающего редуктора 6, имеющего корпус 7, закрытый крышкой 8. На ведущем валу закреплена вестерна 9 в форме опрокинутого стакана, имеющего внутренний зубчатый венец 10. Промежуточная шестерня 11, свободно сидящая на оси 12, закрепленной на корпусе редуктора, входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом ведущей шестерни и с зубьями ведомой шестерни 13, закрепленной на ведомом заду 14, соединенным с валом жидкостного лопастного насоса 15, содержащего корпус 16, вал 17, выполненный заодно с ротором 18, имеющим радиальные пазы, в которые вставлены подпружиненные лопасти, впускной 20 и выпускной 21 штуцеры. Продольная ось ротора смещена относительно продольной оси корпуса. Жидкостный лопастной насос подключен к гидравлической системе, содержащей бак с незамерзаемой жидкостью, шариковые клапаны 23а, б, в, г с пружинами 24 для обеспечения однонаправленного вращения гидромотора 25 независимо от направления вращения вертикального вала о лопастями. Гидромотор содержит корпус 26с впускным 27 и выпускным 28 штуцерами, которые трубопроводами соединены с другими агрегатами гидросистемы, закрытый крышкой 29, внутрь которого вставлен вал 30 с ротором 31. Вал выполнен заодно с упорным диском 32, имеющим сферические углубления 33 для шариков 34, движущиеся по беговой дорожке 35, выполненной на внутренней поверхности крышки. Вал имеет паз 36 для шпонки 37, а в нижней части торцевую сферическую выемку 3S для шарика, установленного в подпятнике 39. Ротор содержит диски 40 с центральными отверстиями, установленными на валу один возле другого, прижатые друг к другу и скрепленные кольцом 41 со штифтом. На переднем торцевой поверхности каждого из дисков, обращенной в сторону крышки, выполнен наружный, а когда диски прижаты друг к другу, превращающийся во внутренний канал, представляющий собой полуокружность 42 прямоугольного сечения, имеющую на конце слева дно 43, а правый конец которой соединен с прямолинейным канавой 44 такого же сечения, открывающегося на боковую поверхность диска. Противоположные стенки прямолинейного канала одинаковые по длине и ширине и равны по площади. Каналы последующего диска смещены относительно каналов предыдущего диска на 90 градусов, а количество дисков не ограничено и кратно четырем. Рабочим телом гидромотора является незамерзаемая жидкость. Вал гидромотора соединен с валом трехфазного генератора переменного тока с выпрямительным устройством 45 и обмоткой возбуждение 46 на роторе. Выход генератора соединен с аккумуляторными батареями 47, которые электрически связаны с потребителями 48. Часть энергии аккумуляторных батарей идет на питание обмотки возбуждения ротора генератора.

Работает ветроэлектростанция следующим образом.

Набегающий ветер давит на лопасти 3 и заставляет вертикальный вал 2 вращаться. Вращающийся момент передается на ведущий вал 5 повышающего редуктора 6 и далее через ведомый вал 11 на вал 17 лопастного насоса 15, приводя его в быстрое вращение. Незамерзаемая жидкость из бака 22 посредством лопастного насоса 15 подается в гидромотор 25 и циркулирует в гидравлической системе. Гидромотор 25 вращает вал генератора 4, который вырабатывает электроэнергию и подает ее на аккумуляторные батареи 47, где она накапливается и затем поступает потребителю 18, а ее часть идет на питание обмотки возбуждения 46 ротора генератора. При этом гидромотор 25, приводящий в движение генератор, работает следующим образом. Незамерзаемая жидкость подается лопастным насосом 15 во впускной штуцер 27 гидромотора под некоторым давлением ж с некоторой скоростью, а через выпускной штуцер 20 удаляется в бак 22. Попадая внутрь корпуса 26, жидкость уменьшает скорость своего движения, вследствие чего увеличивается ее давление потому, что сечение корпуса гидромотора больше сечения трубопровода. Внутри она окружает ротор 31 и по прямолинейным каналам 44 дисков 40 заполняет полукруглые каналы 42, производя давление на боковые поверхности дисков и на внутренние стенки каналов. При этом силы F и F₁, действующие на наружные боковые поверхности дисков, уравновешивают друг друга так, как они равны по величине, направлены в противоположные стороны, а векторы их действия проходят через центр вращения ротора 31 (на фигуре 14 показано пунктиром). Эти силы не создают вращающего момента, но к не препятствуют вращению ротора. Силы F₂ и F₃, действующие на противоположные стенки прямолинейных каналов 44 равны по величине и взаимно уравновешивают друг друга. Силы F₄ и F₅, действующие на внутренние поверхности полукруглых каналов 42, равны и взаимно уничтожаются, находятся на лиши, проходящей через центр вращения. Силы F₆, действующие на дно 43 полукруглого канала 42 каждого из дисков 40 ничем не уравновешены и создают вращающийся момент, который заставляет ротор 31, a вместе с ним и вал 30 вращаться в направления, показанным стрелкой. Величина крутящего момента будет зависеть от давления жидкости на дно 43 всех дисков и плеча $$\ell$$ до центра вращения. В зависимости от направления движения ветра вертикальный вал 2 с лопастями 3 может вращаться в ту или иную сторону, а вал генератора 4 должен вращаться в одной направлении. Для этого в гидравлическую систему введены шариковые клапаны 23а, б, в, г. На фигуре 11 показано, что если лопастной насос 15 вращается в направлении, показанной сплошной стрелкой, то жидкость из бака 22 поступает через клапан 23а, штуцер 21 лопастного насоса 15, штуцер 20 лопастного насоса, клапан 23г, впускной штуцер 27 гидромотора 25, выпускной штуцер 28в возвращается в бак 22. Если же ротор 18 лопастного насоса вращается в противоположном направлении, то жидкость движется во другому пути (показано пунктирными стрелками). Из бака 22 она движется через клапан 23б, через штуцер 20 лопастного насоса 15, штуцер 21, клапан 23в, впускной штуцер 27 гидромотора 25, выпускной штуцер 28 гидромотора м возвращается в бак 22. Чтобы не было вибрации каналы у дисков смещены, как было указано выше, а количество дисков должно быть не менее четырех. Для остановки ветроэлектростанции необходимо закрыть кран, показанный на Фигуре 2 и отключить включателем, показанным на фигуре 13, обмотку возбуждения 46 от аккумуляторных батарей 17.

Ветроэлектростанция обеспечивает получение большего количества электроэнергии при более высоком КПД.

Изобретение относится к возобновляемым источникам электроэнергии. Ветроэлектростанция содержит каркас, лопасти, закрепленные на верхнем конце вертикального вала, генератор электрического тока, закрепленный на каркасе. Нижний конец вертикального вала механически соединен с ведущим валом повышающего редуктора, ведомый вал которого механически соединен с валом лопастного гидронасоса, подключенного к гидравлической системе. Гидравлическая система содержит бак с жидкостью, гидромотор, механически соединенный с генератором электрического тока, шариковые клапаны с пружинами для обеспечения однонаправленного вращения вала гидромотора независимо от направления вращения вертикального вала с лопастями, соединенные друг с другом трубопроводами. Гидромотор содержит корпус с впускным и выпускным штуцерами, закрытый крышкой, внутрь которого вставлен вал с ротором, содержащим диски с центральными отверстиями, установленными на валу на шпонке один возле другого. Диски прижаты друг к другу и скреплены кольцом со штифтом. На передней торцевой поверхности каждого из дисков, повернутой в сторону крышки, выполнен наружный, а когда диски прижаты друг к другу, превращающийся во внутренний канал. Этот канал представляет собой полуокружность прямоугольного сечения, имеющую слева дно, правый конец которой соединен с прямолинейным каналом такого же сечения. Сечение открывается на боковую поверхность диска, противоположные стенки которого одинаковы по длине и ширине и соответственно равны по площади. Каналы последующего диска смещены относительно каналов предыдущего диска на 90 градусов, а количество дисков не ограничено и кратно четырем. Генератор электрического тока выполнен трехфазным переменного тока с выпрямительным устройством и обмоткой возбуждения на роторе. Причем выход выпрямительного устройства подключен к аккумуляторным батареям, с которых энергия поступает к потребителям, а часть ее поступает для питания обмотки возбуждения генератора электрического тока. Изобретение позволяет обеспечить получение большего количества энергии и более высокий КПД. 15 ил.

Ветроэлектростанция, содержащая каркас, вертикальный вал, закрепленный в подшипниках на каркасе, лопасти, закрепленные на верхнем конце вертикального вала, генератор электрического тока, закрепленный на каркасе, отличающаяся тем, что нижний конец вертикального вала механически соединен с ведущим валом повышающего редуктора, ведомый вал которого механически соединен с валом лопастного гидронасоса, подключенного к гидравлической системе, содержащей бак с жидкостью, гидромотор, механически соединенный с генератором электрического тока, шариковые клапаны с пружинами для обеспечения однонаправленного вращения вала гидромотора независимо от направления вращения вертикального вала с лопастями, соединенные друг с другом трубопроводами, причем гидромотор содержит корпус с впускным и выпускным штуцерами, закрытый крышкой, внутрь которого вставлен вал с ротором, содержащим диски с центральными отверстиями, установленными на валу на шпонке один возле другого, прижатые друг к другу и скрепленные кольцом со штифтом, причем на передней торцевой поверхности каждого из дисков, повернутой в сторону крышки, выполнен наружный, а когда диски прижаты друг к другу, превращающийся во внутренний канал, представляющий собой полуокружность прямоугольного сечения, имеющую слева дно, правый конец которой соединен с прямолинейным каналом такого же сечения, открывающегося на боковую поверхность диска, противоположные стенки которого одинаковы по длине и ширине и соответственно равны по площади, причем каналы последующего диска смещены относительно каналов предыдущего диска на 90°, а количество дисков не ограничено и кратно четырем, кроме того, генератор электрического тока выполнен трехфазным переменного тока с выпрямительным устройством и обмоткой возбуждения на роторе, причем выход выпрямительного устройства подключен к аккумуляторным батареям, с которых энергия поступает к потребителям, а часть ее поступает для питания обмотки возбуждения генератора электрического тока.