СИСТЕМА ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГИИ ВЕТРА С ТУРБОВЕНТИЛЯТОРАМИ Российский патент 2016 года по МПК F03D1/04 F03D3/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе генерации электроэнергии на основе энергии ветра и, в частности, относится к системе генерации электроэнергии на основе энергии ветра с турбовентиляторами.

Уровень техники

В настоящее время лопастное колесо, устанавливаемое в оборудовании для преобразования энергии ветра малой мощности, по существу вращается в вертикальной плоскости. Кроме того, лопасти непосредственно соединены с осью электрогенератора. Эта конфигурация приводит к возникновению жестких требований к началу работы и номинальной скорости, причем электрогенератор может работать лишь при бризе выше умеренного, что приводит к недостаточному использованию энергии ветра и плохой совместимости. Кроме того, высокая скорость приводит к большой вибрации и сильному шуму, причем при неустойчивости направления ветра ориентационный механизм часто меняет свое положение и подвержен большим вибрациям.

В патентном документе Китая CN 201260763 Y описано оборудование генерации электроэнергии на основе энергии ветра с постоянной скоростью вращения двигателя, который принуждает инерционный маховик запасать энергию и стабилизировать скорость вращения. Но такая конструкция не способна эффективно стабилизировать скорость вращения. При резком изменении энергии ветра способность маховика стабилизировать скорость вращения ограничена, причем сам маховик занимает много места. В патентном документе Китая CN 201288636 Y описана разновидность устройства для измерения скорости вращения и управления ею, предназначенная для устройства преобразования ветровой энергии малой мощности, причем устройство содержит формирующую схему для управления электрическим током и напряжением генератора. В патентном документе Китая CN 101526068 A описана система генерации электроэнергии на основе энергии ветра, содержащая комбинированное спиральное лопастное колесо, на котором в осевом направлении размещены лопастные вертикальные элементы, на каждом из которых вдоль радиального направления спирального лопастного колеса размещено несколько лопастных горизонтальных элементов, а спиральное лопастное колесо посредством передаточного механизма соединено с некоторыми генерирующими группами, при этом несколько генерирующих групп дают на выходе электроэнергию в режиме параллельного соединения. Однако в этом изобретении лишь одно спиральное лопастное колесо использовано для управления несколькими маломощными генерирующими группами и эффективность генерации низка. Кроме того, в спиральном лопастном колесе имеется только одна средняя ось, что приводит к неудовлетворительной стабильности.

Раскрытие изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в выполнении системы генерации электроэнергии на основе энергии ветра, способной с высокой эффективностью генерировать электроэнергию даже при слабом ветре посредством горизонтального поворота лопастного колеса.

Настоящее изобретение основано на излагаемом далее принципе действия. Естественный воздушный поток собирают вместе с образованием интенсивного воздушного потока посредством мощной воздуходувки высокого давления, после чего происходит вертикальное перемещение вверх образованного интенсивного воздушного потока через раструб подачи воздушного потока. После выхода из верхнего отверстия раструба интенсивный воздушный поток подается непосредственно на составную конструкцию, содержащую турбовентиляторы. Поскольку рабочее зубчатое колесо приварено к верхней поверхности составной конструкции, содержащей турбовентиляторы, происходит поворот с высокой скоростью рабочего зубчатого колеса против часовой стрелки в горизонтальном направлении составной конструкции. Рабочее зубчатое колесо входит в зацепление с малым зубчатым колесом, причем при повороте рабочего зубчатого колеса оно вынуждает малое зубчатое колесо совершать с высокой скоростью поворот по часовой стрелке в горизонтальном направлении, так что генератор начинает генерировать электроэнергию при достижении электрогенерирующими установкам необходимой угловой скорости. Кроме того, электрогенерирующая установка установлена в неподвижном лопастном цилиндре, который вынуждает нижний воздушный поток совершать подъем к следующей электрогенерирующей установке по спирали цилиндрической стенки.

Для достижения вышеупомянутых целей настоящее изобретение использует следующие технические особенности. Во-первых, турбовентилятор содержит несколько лопастей, прикрепленных по спирали к втулке колеса, причем прилежащий угол между лопастями и горизонтальной плоскостью составляет 75°. Турбовентилятор размещен в неподвижном лопастном цилиндре, и несколько прикрепленных по спирали лопастей закреплены на внутренней стенке указанного неподвижного лопастного цилиндра, причем прилежащий угол между лопастями и горизонтальной плоскостью составляет 75°, так что воздушный поток течет вдоль угла лопастей и затем образует высокоскоростной тепловой поток высокой скорости, который совершает вихревое движение вверх под углом 75°. Во-вторых, рабочий планетарный механизм в монтажной конструкции турбовентилятора обеспечивает возможность поворота турбовентилятора в результате воздействия воздушного потока, причем одновременно турбовентилятор имеет некоторый центростремительный угол по отношению к центру рабочего планетарного механизма, что приводит к круговому перемещению турбовентилятора на рабочем планетарном механизме, то есть, не происходит его перемещения по прямой линии или в других направлениях. В-третьих, большое зубчатое колесо, соединенное с турбовентилятором, совершает поворот вместе с турбовентилятором, а затем поворачивает малое зубчатое колесо, входящее в зацепление с большим зубчатым колесом для совершения поворота с высокой скоростью. Генератор начинает генерировать электроэнергию при достижении требуемой частоты вращения электрогенерирующих установок.

Основное техническое решение по настоящему изобретению представляет собой систему генерации электроэнергии на основе энергии ветра, рабочая конструкция которой содержит турбовентиляторы, конструкцию для монтажа турбовентиляторов, электрогенерирующие установки и устройство управления. Турбовентилятор входит в зацепление с малым зубчатым колесом посредством большого зубчатого колеса, а малое зубчатое колесо также снабжено цилиндрическим распределителем мощности, передачей, высоковольтным вспомогательным электромагнитным блоком питания и генератором, размещенными коаксиально один за одним. Генератор начинает генерировать электроэнергию, когда рабочая скорость малого зубчатого колеса достигает требуемой частоты вращения электрогенерирующих установок. При низкой рабочей скорости поворота малого зубчатого колеса высоковольтный вспомогательный электромагнитный блок питания способен подавать дополнительную мощность на генератор для генерации электроэнергии.

В вышеупомянутом техническом решении конструкция турбовентилятора содержит внутренние лопасти, внешние лопасти и основной корпус турбовентилятора. Внутренние лопасти расположены по спирали с закручиванием и приварены к внутренней стенке основного корпуса турбовентилятора, а внешние лопасти расположены по спирали с закручиванием и приварены к внешней стенке основного корпуса турбовентилятора, причем как внутренние лопасти, так и внешние лопасти размещены под прилежащим углом 75°, отсчитываемым от горизонтальной плоскости. Такая схема закручивания имеет целью создание одинаковой высоты нагнетания от кромки лопасти до хвостовика лопасти, что позволяет избежать потерь, связанных с вихревым движением. Для получения одинаковой высоты нагнетания при повороте рабочего колеса установочные углы на каждой плоскости сечения лопастей вдоль радиального направления должны быть различными ввиду различной линейной скорости вдоль радиального направления. Установочный угол имеет меньшее значение вблизи внешней границы и поэтому лопасти имеют закрученный вид. Современные турбовентиляторы в достаточной степени используют изменение энергии ветра, вихревое движение с возрастающей от центра к внешней границе скоростью поворота, что приводит к автоматической закачке протекающего воздушного потока в вихрь от центра вихря с последующим образованием силы всасывания через центр вихря, что поднимает воздушный поток вверх от воздуходувки и способствует генерации электроэнергии генератором.

Предпочтительно, чтобы турбовентилятор представлял собой лопастное колесо для генерации электроэнергии на основе энергии ветра. Турбовентилятор по настоящему изобретению применим не только в окружающей среде с различными направлениями ветра, но применим также в окружающей среде с малой силой ветра и может преобразовать больше энергии ветра в механическую энергию с возможностью ее последующего преобразования в электроэнергию.

Предпочтительно, чтобы основной корпус турбовентилятора представлял собой цилиндр определенной толщины, обеспечивающей возможность легкого приваривания внутренних и внешних лопастей.

Предпочтительно, чтобы лопасти были выполнены как на внутренней стороне, так и на наружной стороне основного корпуса турбовентилятора. Внешние лопасти собирают воздушный поток, проходящий от воздуходувки во внутреннюю часть турбовентилятора, а внутренние лопасти закачивают собранный воздушный поток вверх.

Предпочтительно, чтобы лопасти турбовентилятора были с закручиванием прикреплены к стенке основного корпуса с углом спирали 2°-5°, и по спирали подымались от одного конца к другому.

Предпочтительно, чтобы количество лопастей турбовентилятора было определено согласно различным скоростям подачи газа, поступающего в турбовентилятор, причем отношение количества внутренних и внешних лопастей обычно составляет 1:2.

Предпочтительно, чтобы конфигурации внутренних и внешних лопастей турбовентилятора были различными, и чтобы имели место противоположные и чередующиеся распределения внутренних и внешних лопастей, что обеспечивает возможность более эффективного отбора энергии воздушного потока.

Предпочтительно, чтобы турбовентилятор содержал 9 внутренних лопастей и 18 внешних лопастей. Поскольку конфигурации внутренних и внешних лопастей различны, имеют место противоположные и чередующиеся распределения лопастей, что уменьшает потерю энергии ветра и обеспечивает возможность подъема вверх большего объема воздушного потока. Количество лопастей представляет собой самый важный параметр в настоящем изобретении, причем обеспечена возможность увеличения или уменьшения количества лопастей согласно практическим потребностям. Количество внутренних лопастей может быть выбрано равным 6 или 7 или 9 или 10 и т.д., а количество внешних лопастей может быть увеличено согласно увеличению количества внутренних лопастей и может быть уменьшено согласно уменьшению количества внутренних лопастей.

Предпочтительно, чтобы лопасти турбовентилятора в развернутом состоянии имели прямоугольную форму. Кроме того, лопасти могут иметь другую форму, например:

форму в виде широкого обратноовального листа с приблизительно равными длиной и шириной, причем самое широкое место расположено вблизи верхней части лопастей (например, как в листе магнолии);

форму в виде округлого листа с приблизительно равными длиной и шириной, причем самое широкое место расположено вблизи средней части лопастей (например, как в листе лотоса);

форму в виде широкого овального листа с приблизительно равными длиной и шириной, причем самое широкое место расположено вблизи нижней части лопастей (например, как в листе палиуруса);

форму в виде обратноовального листа с приблизительным отношением длины и ширины, составляющим 1,5~2, причем самое широкое место расположено вблизи верхней части лопастей (например, как в листе Talinum paniculatum);

форму в виде эллипсообразного листа с приблизительным отношением длины и ширины, составляющим 1,5~2, причем самое широкое место расположено вблизи средней части лопастей (например, как в листе Euonymus Japonicus Thunb);

форму в виде овального листа с приблизительным отношением длины и ширины, составляющим 1,5~2, причем самое широкое место расположено вблизи нижней части лопастей (например, как в листе Ligustrum lucidum);

форму в виде обратноланцетовидного листа с приблизительным отношением длины и ширины, составляющим 3~4, причем самое широкое место расположено вблизи верхней части лопастей (например, как в листе Gnaphalium multiceps);

форму в виде длинного эллипсообразного листа с приблизительным отношением длины и ширины, составляющим 3~4, причем самое широкое место расположено вблизи средней части лопастей (например, как в листе Hypericum patulum);

форму в виде ланцетовидного листа с приблизительным отношением длины и ширины, составляющим 3~4, причем самое широкое место расположено вблизи нижней части лопастей (например, как в листе ивы);

форму в виде вытянутого листа с приблизительным отношением длины и ширины, большим 5, причем самое широкое место расположено вблизи средней части (например, как в листе Ophiopogon japonicus);

форму в виде мечеобразного листа с приблизительным отношением длины и ширины, большим 5, причем самое широкое место расположено вблизи средней части лопастей (например, как в листе стрелолистного тростникового аира).

Что касается других форм, то могут быть использованы формы в виде треугольника, алебарды, стрелы, сердца, почки, ромба, ложки, косы, другой формы изгиба и т.д. Предпочтительно равномерное распределение лопастей турбовентилятора. Внутренние лопасти должны быть равномерно распределены и прикреплены на внутренней стенке основного корпуса, а внешние лопасти равномерно распределены и прикреплены на внешней стенке основного корпуса.

Предпочтительно, чтобы внутренние лопасти и внешние лопасти турбовентилятора были размещены под прилежащим углом 75°~80°, отсчитываемым от горизонтальной плоскости. При повороте турбовентилятора воздушный поток, идущий от воздуходувки, образует тепловой поток, быстро поднимающийся по спирали вверх как торнадо.

В вышеупомянутом техническом решении монтажная конструкция турбовентилятора содержит рабочий планетарный механизм, турбовентилятор, крепежное кольцо резервуара для смазочного материала, большое зубчатое колесо, причем турбовентилятор размещен посредством установочных штифтов на рабочем планетарном механизме, крепежное кольцо резервуара для смазочного материала размещено на верхней плоскости турбовентилятора, а крепежное кольцо резервуара для смазочного материала соединено с большим зубчатым колесом посредством болтов. Группа рабочего планетарного механизма содержит рабочий планетарный механизм, установочные штифты и держатели роликового колеса. Рабочий планетарный механизм содержит внешнюю вогнутую поверхность рабочего планетарного механизма, внутреннюю вогнутую поверхность рабочего планетарного механизма, верхнюю вогнутую поверхность рабочего планетарного механизма, верхнее основание рабочего планетарного механизма и нижнее основание рабочего планетарного механизма. Турбовентилятор содержит основной корпус турбовентилятора, внутренние лопасти и внешние лопасти.

Предпочтительно, чтобы рабочий планетарный механизм представлял собой круговой планетарный механизм, содержащий три отдельных дугообразных элемента. Рабочий планетарный механизм разделен на три отдельных дугообразных элемента, что облегчает проектирование и сборку, причем эти элементы могут просто и без усилий захватить держатель роликового колеса, размещенный вместе с роликовым колесом на рабочем планетарном механизме. После выполнения каждого сегмента планетарного механизма в виде соединяемого сегмента, эти три отдельных соединяемых сегмента соединяют посредством нескольких комплектов болтов, образуя единый круговой планетарный механизм, так что они могут быть просто собраны и удовлетворяют потребностям выработки электроэнергии.

Предпочтительно, чтобы турбовентилятор был прикреплен установочными штифтами к рабочему планетарному механизму, а верхняя поверхность установочного штифта представляла собой плоскость в виде круга.

Предпочтительно, чтобы рабочий планетарный механизм содержал роликовое колесо. Роликовое колесо представляет собой сходящееся на конус цилиндрическое роликовое колесо. Вал роликового колеса расположен посередине сходящегося на конус роликового колеса, причем вал роликового колеса размещают в круглых отверстиях на боковой стороне, и затем сходящееся на конус цилиндрическое роликовое колесо размещают на держателе роликового колеса.

Предпочтительно, чтобы рабочий планетарный механизм содержал верхнюю вогнутую поверхность планетарного механизма, а конусная выступающая поверхность сходящегося на конус цилиндрического роликового колеса контактировала с верхней вогнутой поверхностью планетарного механизма, что обеспечивает возможность центростремительного кругового перемещения сходящегося на конус цилиндрического роликового колеса.

Предпочтительно, чтобы внутренняя и наружная поверхности рабочего планетарного механизма представляли собой вогнутые поверхности, внутренняя выпуклая поверхность роликового колеса представляла собой дугообразную поверхность, центр которой концентричен с центром рабочего планетарного механизма, а внутренняя вогнутая поверхность держателя роликового колеса была закреплена на выпуклой поверхности, так что турбовентилятор не будет уходить с планетарного механизма при вращении и выполнять перемещение вверх вместе с воздушным потоком при очень большой интенсивности потока воздуха, причем роликовое колесо обладает определенным центростремительным углом относительно центра планетарного механизма, что обеспечивает возможность кругового перемещения роликового колеса вдоль планетарного механизма, но не позволяет проводить перемещение по прямой линии или в других направлениях.

Предпочтительно, чтобы крепежное кольцо резервуара для смазочного материала было присоединено к верхней поверхности турбовентилятора посредством комплекта болтов. Крепежное кольцо резервуара для смазочного материала присоединено к большому зубчатому колесу посредством комплекта болтов, причем происходит попадание смазочного материала во внутреннюю часть крепежного кольца резервуара для смазочного материала с возможностью реализации функции смазки и предупреждения появления ржавчины при работе турбовентилятора.

В вышеупомянутых технических решениях все составные конструкции турбовентилятора размещены в воздуховодной шахте.

Предпочтительно, чтобы воздуховодная шахта содержала цилиндрическую стенку, устройство прохождения воздуха по внешней стенке воздуховодной шахты и неподвижные лопасти. Неподвижные лопасти выполнены в виде спирали на внутренней стенке цилиндрической стенки, а относительно внутренней стенки цилиндрической стенки лопасти размещены с прилежащим углом 75°, отсчитываемым от горизонтальной плоскости.

В вышеупомянутых технических решениях имеет место несколько электрогенерирующих установок, каждая из которых содержит малое зубчатое колесо, подшипник вала зубчатого колеса, многоколонный распределитель мощности, передачу, высоковольтный вспомогательный электромагнитный блок питания и генератор с постоянным магнитом. Малое зубчатое колесо неподвижно присоединено к подшипнику вала зубчатого колеса, причем малое зубчатое колесо имеет внешнее зацепление с большим зубчатым колесом. Кроме того, колонный распределитель мощности, передача, высоковольтный вспомогательный электромагнитный блок питания и генератор коаксиально размещены друг за другом на валу малого зубчатого колеса.

В вышеуказанных технических решениях функции каждой части в электрогенерирующей установке таковы: создание крутящего момента, возникающего при повороте вала малого зубчатого колеса с помощью зубчатого колеса, колонный распределитель мощности способен уменьшать крутящий момент, исключая тем самым отвинчивание вала; передача позволяет автоматически регулировать скорость при различной интенсивности ветра, что обеспечивает возможность стабильной генерации электроэнергии генератором; высоковольтный вспомогательный электромагнитный блок питания, размещенный на поворотном валу, способен выполнить функцию усилителя мощности при слабой интенсивности ветра.

В вышеупомянутых технических решениях электрогенерирующая установка и устройство управления размещены на неподвижном держателе внутренней стенки неподвижных лопастей. Устройство управления содержит пусковое устройство и электромагнитный тормоз. Электромагнитный тормоз размещен на внутренней стенке большого зубчатого колеса, и открыт при возникновении необходимости остановки турбовентилятора. Сила магнитного поля, создаваемая электромагнитным тормозом, притягивает большое зубчатое колесо для обеспечения функции торможения. Пусковое устройство, размещенное на валу малого зубчатого колеса, помогает турбовентилятору начать поворот, когда поворот малого зубчатого колеса приводит к повороту большого зубчатого колеса.

Краткое описание чертежей

Варианты реализации настоящего изобретения подробно описаны со ссылками на чертежи, на которых:

на фиг. 1 схематически показана работа конструкции в одном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения согласно конструкции каждого слоя системы генерации электроэнергии на основе энергии ветра с турбовентиляторами по настоящему изобретению;

на фиг. 2 схематически показан структурный вид одного предпочтительного варианта реализации системы генерации электроэнергии на основе энергии ветра с турбовентиляторами по настоящему изобретению;

на фиг. 3 показан вид в разрезе раструб для подачи ветрового потока;

на фиг. 3-1 показан вид сверху раструба для подачи ветрового потока;

на фиг. 4А схематически показан вид одного предпочтительного варианта реализации конструкции для генерации электроэнергии на основе энергии ветра по настоящему изобретению;

на фиг. 4В схематически показан вид другого варианта реализации конструкции для генерации электроэнергии на основе энергии ветра по настоящему изобретению;

на фиг. 4-1 показан вид сверху конструкции одного предпочтительного варианта реализации изобретения по фиг. 1;

на фиг. 4-2 показан вид сбоку конструкции одного предпочтительного варианта реализации изобретения по фиг. 1;

на фиг. 5 показан вид в перспективе составной конструкции с турбовентилятором по фиг. 1;

на фиг. 5-1 показан вид сбоку составной конструкции с турбовентилятором по фиг. 1;

на фиг. 6 показан вид в перспективе турбовентилятора;

на фиг. 7 показан вид в перспективе рабочего планетарного механизма;

на фиг. 7-1 показан вид сверху рабочего планетарного механизма;

на фиг. 8 показан вид перспективе неподвижных лопастей;

на фиг. 8-1 показаны в разобранном виде неподвижные лопасти.

Список компонентов: бетонная стенка 010, раструб 020 подачи воздушного потока, воздуходувка 021 высокого давления, воздуховод 022 для подачи воздушного потока, раструб 023, составная конструкция 030 с турбовентилятором, бетонная опорная плита 100, крепежный болт 200, рабочий планетарный механизм 300, турбовентилятор 400, рабочее зубчатое кольцо 500, кольцо 600 крепления резервуара для смазочного материала, электромагнитный тормоз 700, подшипник 800 вала зубчатого колеса, малое зубчатое колесо 900, многоколонный распределитель мощности 110, передача 120, высоковольтный вспомогательный электромагнитный блок питания 130, генератор 140 с постоянным магнитом, крепежный держатель 150, цилиндр 160 с неподвижными лопастями, пусковое устройство 170, тормоз 180 в виде перевернутого стержня, большой подшипник 190, центральный вал 210, внутренняя выпуклая поверхность 301 держателя роликового колеса, держатель 302 роликового колеса, установочный штифт 303, сходящееся на конус роликового колеса 304, вал 305 роликового колеса, роликовое колесо 306, внутренняя вогнутая поверхность 307 рабочего планетарного механизма, верхняя вогнутая поверхность 308 рабочего планетарного механизма, верхний поддерживающий элемент 309 рабочего планетарного механизма, внешняя вогнутая поверхность 310 рабочего планетарного механизма, нижний поддерживающий элемент 311 рабочего планетарного механизма, планетарный механизм 312, внешние лопасти 401, основной корпус 402 турбовентилятора, внутренние лопасти 403, внутренняя стенка 404 основного корпуса, внешняя стенка 405 основного корпуса, верхняя плоскость 406 основного корпуса, нижняя плоскость 407 основного корпуса.

Подробное описание вариантов реализации изобретения

Ниже описаны со ссылками на чертежи варианты реализации настоящего изобретения. Согласно первому варианту реализации изобретение представляет собой систему генерации электроэнергии на основе энергии ветра с турбовентиляторами, причем работа каждого слоя конструкции показана на фиг. 1.

Естественный воздушный поток собирают вместе с образованием интенсивного воздушного потока посредством мощной воздуходувки 021 высокого давления. Образованный интенсивный воздушный поток перемещается вертикально вверх через раструб 020 подачи воздушного потока. После выхода из верхнего отверстия раструба 023 интенсивный воздушный поток поступает непосредственно к составной конструкции 030, содержащей турбовентиляторы. Поскольку рабочее зубчатое колесо 500 приварено к верхней поверхности составной конструкции 030 с турбовентиляторами, происходит поворот с высокой скоростью рабочего зубчатого колеса 500 против часовой стрелки в горизонтальном направлении составной конструкции 030. Рабочее зубчатое колесо 500 входит в зацепление с малым зубчатым колесом 900, причем при повороте рабочего зубчатого колеса 500 оно принуждает малое зубчатое колесо 900 совершать с высокой скоростью поворот по часовой стрелке в горизонтальном направлении. Составная конструкция 030 с турбовентиляторами содержит бетонную опорную плиту 100, Крепежный болт 200, рабочий планетарный механизм 300, турбовентилятор 400, пусковое устройство 170, кольцо 600 крепления резервуара для смазочного материала, электромагнитный тормоз 700. Кроме того, прямолинейная стрелка указывает направление перемещения воздушного потока, а стрелка в виде дуги указывает направление поворота конструкции в горизонтальном направлении.

Общая монтажная конструкция по настоящему изобретению показана на фиг. 2, 3, 3-1, 4А. Раструб 020 подачи воздушного потока содержит раструб 023 и воздуховод 022 для подачи воздушного потока. Большое отверстие раструба 023 направлено вверх, а малое отверстие вниз. Большое отверстие раструба 023 контактирует с дном бетонной опорной плиты 100. Нижний конец раструба 023 присоединен к четырем воздуховодам 022 для подачи воздушного потока, угол изгиба которых составляет 90 градусов, способствующий непосредственному подъему вдоль внутренней стенки канала воздушного потока, поступающего с нижнего конца, а воздуховод 022 для подачи воздушного потока приварен посредством трубы из листовой стали толщиной 10 мм. Поскольку естественный воздушный поток рассеян, воздуходувка 021 высокого давления размещена в горизонтальном приемном устройстве каждого воздуховода 022 для подачи воздушного потока, так что мощная воздуходувка 021 высокого давления собирает естественный воздушный поток вместе, и выполняет перенос образованного интенсивного воздушного потока в цилиндр 160 неподвижных лопастей через воздуховод 022 для подачи воздушного потока. Лопасти в цилиндре неподвижных лопастей прикреплены с закручиванием к стенке основного корпуса с углом спирали 2°-5°, причем эти лопасти прикреплены по спирали с закручиванием к внутренней стенке цилиндра 160 неподвижных лопастей с прилежащим углом 75°, отсчитываемым от горизонтальной плоскости, что принуждает воздушный поток в целом подыматься вверх по спирали, как торнадо.

Электрогенерирующая установка и устройство управления размещены на держателе, прикрепленном к внутренней стенке цилиндра 160 неподвижных лопастей, причем имеет место зазор, составляющий 200 мм, между цилиндром 160 с неподвижными лопастями и турбовентилятором 400, обеспечивающий возможность подъема большего воздушного потока от цилиндра 160 неподвижных лопастей к следующей электрогенерирующей установке системы генерации электроэнергии с турбовентилятором.

Устройство управления содержит пусковое устройство и электромагнитный тормоз. Электромагнитный тормоз размещен на внутренней стенке рабочего зубчатого колеса 500. При необходимости остановки турбовентилятора, его останавливают посредством подачи воздушного потока на мощную воздуходувку, предназначенную для подачи воздушного потока. Вследствие инерции турбовентилятор 400 не может быть остановлен мгновенно, причем в этот момент электромагнитный тормоз 700 открыт.Электромагнитный тормоз 700 содержит два железных сердечника, и электрический ток протекает в каждый железный сердечник по одной и той же спирали и в одинаковом направлении. На основании правила винта магнитная сила возникает при включении электропитания, причем происходит перемещение двух железных сердечников ближе к центру, что приводит к блокированию зубчатого колеса между двумя сердечниками, и, таким образом, при повороте зубчатого колеса возникает большая сила трения между двумя железными сердечниками. Таким образом обеспечена возможность функции торможения. Пусковое устройство размещено на валу малого зубчатого колеса, и это помогает запуску турбовентилятора 400, когда поворот малого зубчатого колеса 900 приводит к повороту рабочего зубчатого колеса 500.

Как показано на фиг. 8 и фиг. 8-1, вся монтажная конструкция по настоящему изобретению размещена в воздуховодной шахте. Воздуховодная шахта содержит неподвижные лопасти 2, рабочий планетарный механизм 3, стенку цилиндра 4 с лопастями, проход 7 по внешней стенке воздуховодной шахты, внутреннюю стенку 9 воздуховодной шахты, внешнюю стенку 10 воздуховодной шахты, внешнюю стенку 6 цилиндра, внутреннюю стенку 5 цилиндра. Рабочий планетарный механизм 3 выполнен между неподвижной лопастью 2 и другой неподвижной лопастью 2. Внутренняя стенка воздуховодной шахты 9 неподвижно присоединена к внешней стенке 6 цилиндра посредством прохода 7 по внешней стенке воздуховодной шахты, а проход 7 по внешней стенке воздуховодной шахты размещен вокруг внешней стенки 10 воздуховодной шахты.

Как показано на фиг. 8-1, неподвижные лопасти 2 на внутренней стенке 5 цилиндра размещены под прилежащим углом 75°, отсчитываемым от горизонтального направления внутренней стенки 5 цилиндра. Поскольку прилежащий угол между неподвижными лопастями и горизонтальной плоскостью совпадает с углом между внутренними и внешними лопастями турбовентилятора и горизонтальной плоскостью, происходит быстрый подъем воздушного потока по спирали при его прохождении по стенке лопастного цилиндра под действием спирального рабочего планетарного механизма 3 и спиральных неподвижных лопастей.

Конструкция турбовентилятора в этом варианте реализации настоящего изобретения показана на фиг. 5. Турбовентилятор 400 содержит внешние лопасти 401, основной корпус 402 и внутренние лопасти 403. Основной корпус содержит внутреннюю стенку 404 основного корпуса, внешнюю стенку 405 основного корпуса, верхнюю плоскость 406 основного корпуса и нижнюю плоскость 407 основного корпуса. Девять внешних лопастей 401 под наклоном и неподвижно присоединены к внешней стенке 405 основного корпуса посредством сварки. Между внешними лопастями и вертикальной стенкой внешней стенки 405 образован угол, например 15 градусов, 20 градусов или 25 градусов и т.д. Конец, противоположный одному концу внешней стенки 405 лопасти, присоединенной к внешним лопастям 401, не выходит за пределы верхней плоскости 406 основного корпуса и нижней плоскости 407 основного корпуса в горизонтальном направлении. Восемнадцать внутренних лопастей 403 под наклоном и неподвижно присоединены к внутренней стенке 404 основного корпуса посредством сварки, а между внутренними лопастями и вертикальной стенкой 404 внутренней стенки образован угол, например, 15 градусов, 20 градусов или 25 градусов и т.д. Кроме того, конец, противоположный одному концу внутренней стенки 404 лопасти, присоединенной к внутренним лопастям 403, не выходит за пределы верхней плоскости 406 основного корпуса и нижней плоскости 407 основного корпуса в горизонтальном направлении. Преимущество такой наклонной конфигурации внутренних лопастей 401 и внешних лопастей 402 в том, что такое конфигурационное направление лопастей обычно совпадает с направлением воздушного потока, протекающего через лопасти, так что несложно уменьшить потери мощности воздушного потока с увеличением эффективности лопастей турбовентилятора.

Внешние лопасти 401 и внутренние лопасти 402 по настоящему изобретению приварены к внешней стенке 405 основного корпуса и внутренней стенке 404 основного корпуса с углом закручивания спирали, составляющим 2°-5°. При повороте турбовентилятора происходит преобразование воздушного потока, подаваемого воздуходувкой воздушного потока, в тепловой поток, поднимающийся по спирали как торнадо, а воздушный поток быстро уходит вверх в расположенное выше открытое пространство.

Лопасти турбовентилятора равномерно распределены по внутренней стенке 404 основного корпуса и внешней стенке 405 основного корпуса с соотношением количества внутренних и внешних лопастей, составляющим 1:2. В настоящем изобретении предпочтительно наличие девяти лопастей внутри и восемнадцати лопастей снаружи. Поскольку конфигурации внутренних и внешних лопастей турбовентилятора различны, имеют место противоположные и чередующиеся распределения внутренних и внешних лопастей, что позволяет уменьшить потери энергии воздушного потока и обеспечить возможность более эффективного отбора энергии воздушного потока. Количество лопастей представляет собой самый важный параметр в настоящем изобретении, причем обеспечена возможность увеличения или уменьшения количества лопастей согласно практическим потребностям. Количество внутренних лопастей может быть выбрано равным 6 или 7 или 9 или 10 и т.д., а количество внешних лопастей может быть увеличено согласно увеличению количества внутренних лопастей и может быть уменьшено согласно уменьшению количества внутренних лопастей. Лопасти турбовентилятора имеют прямоугольную форму в развернутом состоянии. Кроме того, могут быть использованы лопасти, имеющие другую форму.

Принятая в этом варианте реализации настоящего изобретения монтажная конструкция турбовентилятора показана на фиг. 5, фиг. 7 и фиг. 7-1. Монтажная конструкция турбовентилятора содержит рабочий планетарный механизм 300, турбовентилятор 400, крепежное кольцо 600 резервуара для смазочного материала, рабочее зубчатое колесо 500. Турбовентилятор 400 размещен посредством установочного штифта 303 на рабочем планетарном механизме 300, причем установочный штифт 303 размещен на держателе 302 роликового колеса, а крепежное кольцо 600 резервуара для смазочного материала неподвижно закреплено на верхней плоскости 400 турбовентилятора посредством нескольких комплектов болтов. Верхняя плоскость крепежного кольца 600 резервуара для смазочного материала неподвижно присоединена к рабочему зубчатому колесу посредством нескольких комплектов болтов. После соединения комплектами болтов турбовентилятор 400, крепежное кольцо 600 резервуара для смазочного материала и рабочее зубчатое колесо представляют собой единую часть. При совершении поворота турбовентилятором крепежное кольцо 600 резервуара для смазочного материала и рабочее зубчатое колесо 500 также совершают поворот, так что отсутствуют явления сдвига и относительного смещения.

Крепежное кольцо 600 резервуара для смазочного материала присоединено к верхней поверхности турбовентилятора 400 посредством комплекта болтов. Крепежное кольцо 600 резервуара для смазочного материала присоединено к рабочему зубчатому колесу 500 посредством комплекта болтов, причем происходит попадание смазочного материала во внутреннюю часть крепежного кольца 600 резервуара для смазочного материала с возможностью реализации функции смазки и предупреждения появления ржавчины при работе турбовентилятора 400.

Как показано на фиг. 7 и фиг. 7-1, группа рабочего планетарного механизма 300 содержит планетарный механизм 312, установочные штифты 303 и держатели 302 роликового колеса. Планетарный механизм 312 содержит внешнюю вогнутую поверхность 310 рабочего планетарного механизма, внутреннюю вогнутую поверхность 307 рабочего планетарного механизма, верхнюю вогнутую поверхность 307 рабочего планетарного механизма, верхнее основание 309 рабочего планетарного механизма и нижнее основание 311 рабочего планетарного механизма.

Планетарный механизм 312 представляет собой круговой планетарный механизм, содержащий три отдельных дугообразных элемента. Это означает, что планетарный механизм 312 содержит три сегмента, а каждый сегмент имеет на своих концах ломаную поверхность. Одна ломаная поверхность представляет собой вогнутый элемент, а другая ломаная поверхность представляет собой выступающий элемент, причем обеспечена возможность соединения переднего и заднего концов двух соседних сегментов в виде поверхности дуги. Такая конфигурация в виде трех сегментов имеет целью облегчение проектирования и сборки. В то же самое время, при такой конфигурации обеспечена возможность простого и без усилий захвата держателя 302 роликового колеса, размещенного вместе с роликовым колесом на планетарном механизме 312. После выполнения каждого сегмента планетарного механизма в виде соединяемого сегмента, эти три отдельных соединяемых сегмента соединяют посредством нескольких комплектов болтов, с образованием единого кругового планетарного механизма, при этом обеспечивается простота сборки и требования работы на мощности.

Верхняя поверхность установочного штифта 303 представляет собой плоскость в виде круга, которая входит в контакт с нижней плоскостью турбовентилятора 400. Нижняя поверхность установочного штифта 303 представляет собой гладкую плоскость в виде круга, которая расположена на верхней плоскости держателя 302 роликового колеса, а верхняя плоскость держателя 302 роликового колеса больше нижней поверхности установочного штифта 303, так что компонент роликового колеса может быть легко установлен.

Роликовое колесо 306 содержит вал 305 роликового колеса, проходящий через маленькое отверстие на боковой панели держателя 302 роликового колеса, причем роликовое колесо 306 размещено на держателе 302 роликового колеса, и сходящаяся на конус цилиндрическая поверхность 304 роликового колеса 306 контактирует с верхней вогнутой поверхностью 308 планетарного механизма. Роликовое колесо обладает определенным центростремительным углом относительно центра планетарного механизма, что обеспечивает возможность кругового перемещения роликового колеса 306 вдоль планетарного механизма 312 при повороте турбовентилятора 400.

Внутренняя сторона держателя 302 роликового колеса захвачена внешней вогнутой поверхностью 310 планетарного механизма и внутренней вогнутой поверхностью 307 планетарного механизма. Нижняя плоскость держателя 302 роликового колеса примыкает к нижнему поддерживающему элементу 311 планетарного механизма, а внутренняя выступающая плоскость держателя 302 роликового колеса примыкает к верхнему поддерживающему элементу 309 планетарного механизма. Кроме того, турбовентилятор 400 не будет сходить с планетарного механизма 312 при вращении и выполнять перемещение вверх вместе с воздушным потоком при очень большой интенсивности ветра. Роликовое колесо 306 обладает определенным центростремительным углом относительно центра планетарного механизма 312, что обеспечивает возможность кругового перемещения роликового колеса 306 вдоль планетарного механизма 312, но не позволяет проводить перемещение по прямой линии или в других направлениях. В этом варианте реализации изобретения количество установочных штифтов 303, держателей 302 роликового колеса, валов 305 роликового колеса и сходящихся на конус цилиндрических поверхностей 304 роликового колеса равно пяти. Поскольку известно, что три точки определяют плоскость, количество вышеупомянутых компонентов может быть выбрано равным трем или четырем или шести или семи и т.д. Обеспечена возможность увеличения или уменьшения количества установочных штифтов 303, держателей 302 роликового колеса, валов 305 роликового колеса и сходящихся на конус цилиндрических поверхностей 304 роликового колеса согласно реальному размеру монтажной конструкции. Блоки, состоящие из установочных штифтов 303, держателей 302 роликового колеса, валов 305 роликового колеса и сходящихся на конус цилиндрических поверхностей 304 роликового колеса равномерно распределены на планетарном механизме 312.

Вариант 2 реализации настоящего изобретения:

Конструкция, монтажная конструкция и электрогенерирующая установка в этом варианте реализации изобретения такие же, как в варианте 1 реализации настоящего изобретения. Конструкция этого варианта реализации настоящего изобретения показана на фиг. 4 В. Стальная рама приварена к внутренней стенке турбовентилятора 400, центральный вал 210 присоединен к центру стальной рамы, пусковое устройство и тормоз 180 в виде направляющего стержня размещены на центральном валу 210. Инерция турбовентилятора 400 велика вследствие его большой массы, и таким образом турбовентилятор 400 начинает совершать поворот из неподвижного состояния медленно при воздействии на него энергии воздушного потока. Предусмотрено пусковое устройство для содействия началу работы турбовентилятора, принуждающее турбовентилятор 400 входить в рабочее состояние с высокой скоростью. При неправильной работе системы и необходимости проведения технического обслуживания турбовентилятор должен быть немедленно остановлен, при этом тормоз с направляющим стержнем открыт для остановки поворота турбовентилятора 400.

Настоящее изобретение относится к системе генерации электроэнергии на основе энергии воздушного потока и, в частности, к системе генерации электроэнергии на основе энергии воздушного потока с турбовентиляторами. Система содержит раструб (020) подачи воздуха, составную конструкцию (030) с турбовентилятором, несколько компонентов генератора, устройство управления и воздуховодную шахту. Раструб (020) подачи воздуха выполнен с возможностью подъема воздушного потока, поступающего в систему генерации электроэнергии на основе энергии воздушного потока. Поднимающийся воздушный поток приводит во вращение составную конструкцию (030) турбовентилятора; рабочее зубчатое колесо (500), соединенное с составной конструкцией (030) турбовентилятора, совершает поворот вместе с ней, а затем приводит во вращение малое зубчатое колесо (900) в компоненте генератора, входящее в зацепление с рабочим зубчатым колесом (500) для выполнения поворота с высокой скоростью. Изобретение направлено на стабильную и бесперебойную выработку электроэнергии. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система генерации электроэнергии на основе энергии воздушного потока, содержащая систему подачи воздуха, составную конструкцию (030) с турбовентилятором, электрогенерирующие установки, устройство управления и воздуховодную шахту, причем система подачи воздуха выполнена с возможностью подъема потока воздуха, поступающего в систему генерации электроэнергии на основе энергии воздушного потока,
раструб (020) подачи потока воздуха в устройстве подачи воздуха размещен в нижней части составной конструкции (030) с турбовентилятором,
составная конструкция (030) с турбовентилятором размещена внутри воздуховодной шахты,
поднимающийся поток воздуха приводит во вращение составную конструкцию (030) с турбовентилятором,
при этом рабочее зубчатое колесо (500), соединенное с составной конструкцией (030) с турбовентилятором, совершает поворот вместе с ней,
приводя во вращение малое зубчатое колесо (900) в электрогенерирующей установке, входящее в зацепление с рабочим зубчатым колесом (500) для выполнения поворота с высокой скоростью, причем
генерация электроэнергии генератором начинается при достижении требуемой угловой скорости электрогенерирующих установок,
составная конструкция (030) с турбовентилятором содержит рабочий планетарный механизм (300), турбовентилятор (400), кольцо (600) крепления резервуара для смазочного материала, а устройство управления содержит пусковое устройство (170) и электромагнитный тормоз (700),
турбовентилятор (400) содержит множество лопастей, которые по спирали закреплены на внутренней и внешней стенках основного корпуса,
прилежащий угол между лопастями и горизонтальной плоскостью составляет 75°, а лопасти на внутренней и внешней стенках установлены на внутренней и внешней стенке основного корпуса противоположно друг другу и в чередующемся порядке с соотношением количества внутренних и внешних лопастей, равным 1:2.

2. Система по п. 1, в которой
составная конструкция с турбовентилятором установлена с возможностью поворота против часовой стрелки в горизонтальном направлении.

3. Система по п. 1, в которой
пусковое устройство (170) установлено на валу малого зубчатого колеса и электромагнитный тормоз (700) установлен на внутренней стенке рабочего зубчатого колеса.

4. Система по п. 3, в которой
рабочее зубчатое колесо (500) совершает поворот в горизонтальном направлении против часовой стрелки.

5. Система по п. 1, в которой
малое зубчатое колесо (900) совершает поворот в горизонтальном направлении по часовой стрелке.

6. Система по п. 1, в которой
указанный раструб (020) подачи воздушного потока содержит раструб (023) и по меньшей мере один воздуховод (022) для подачи воздушного потока.

7. Система по п. 6, в которой
большое отверстие раструба (023) направлено вверх, а малое отверстие раструба (023) направлено вниз,
большое отверстие раструба (023) контактирует с нижней частью бетонной опорной плиты (100),
нижний конец раструба (023) соединен с четырьмя воздуховодами (022) для подачи воздушного потока с углом изгиба 90 градусов, каждый воздуховод (022) для подачи воздушного потока приварен посредством трубы из листовой стали с толщиной 10 мм,
мощная воздуходувка (021) высокого давления размещена в горизонтальном канале каждого воздуховода (022) для подачи воздушного потока.

8. Система по п. 7, в которой
монтажная конструкция турбовентилятора содержит рабочий планетарный механизм (300), кольцо (600) крепления резервуара для смазочного материала и рабочее зубчатое колесо (500), причем
рабочий планетарный механизм (300) содержит планетарный механизм (312), установочные штифты (303) и держатели (302) роликового колеса.

9. Система по п. 8, в которой
держатели (302) роликового колеса равномерно распределены на планетарном механизме (312), причем каждый установочный штифт (303) приварен к верхней плоскости каждого из держателей (302) роликового колеса,
внутренняя боковая поверхность каждого держателя (302) роликового колеса зафиксирована на внутренней и внешней вогнутых поверхностях подвижной направляющей,
а роликовое колесо (306) размещено внутри каждого держателя (302) роликового колеса.

10. Система по п. 8, в которой
воздуховодная шахта содержит цилиндрическую стенку (4), проход (7) по внешней стенке воздуховодной шахты и по меньшей мере одну неподвижную лопасть (2).

11. Система по п. 10, в которой
указанная неподвижная лопасть (2) имеют спиральную форму на внутренней стенке цилиндрической стенки (5) и установлена с прилежащим углом в 75° в горизонтальном направлении от внутренней стенки цилиндрической стенки (5).

12. Система по п. 1, в которой
каждая электрогенерирующая установка содержит многоколонный распределитель (110) мощности, передачу (120), генератор с постоянным магнитом и высоковольтный вспомогательный электромагнитный блок питания (130).