ВЕТРО-ГИДРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2016 года по МПК F03D3/06 F03D9/00 F03D9/32 F03B13/00 

Изобретение относится к области силовых механизмов, а именно к ветряным и водяным двигателям, и может быть использовано для привода вентилятора при вентилировании помещений, насоса при перекачивании жидкостей, гребного винта корабля, но основную ценность данное изобретение имеет в области электроэнергии при работе с электрогенератором в качестве нагрузочного устройства, связанного с ведущим элементом установки, например звездочной. Ветро-гидросиловая установка содержит лопасти, установленные на периферии, на стяжках, соединяющих ободья, находящихся на некотором расстоянии, на шарнирах, и могут вращаться относительно оси стяжки пока не упрутся на упоры, установленные на верхнем и нижнем дисках, для установок малой мощности или на трубе, соединяющей диски, для установок большой мощности, имеющие возможность возвратно-поступательного движения упоры приводятся в движение за счет кулачков, жестко сидящих на стойке и пружины, расположенной в корпусе упора. Когда лопасть находится на вершине, напротив ветра или потока воды, располагаясь вдоль, упоры выдвинуты, и лопасть ложится на упоры подушками, установленными на лопасти для смягчения контакта. При дальнейшем вращении совместно с упорами лопасть устанавливается перпендикулярно движению потока воды или ветру, работая в части траектории как парус, создавая максимальный крутящий момент. При дальнейшем вращении упоры, попадая во впадины кулачков и с помощью пружины уходят из контакта, и лопасть, оставаясь без опоры, уходит в свободное плавание, находясь на стяжке шарнирно. При дальнейшем вращении лопасть с помощью ветра или потока воды устанавливается по ветру или вдоль потока воды, создавая минимальное сопротивление при обратном ходе.

Упор, катясь роликом по кулачку, преодолевая сопротивление пружины, выдвигается и на вершине готов принять лопасть.

Крутящий момент, созданный лопастями, передается посредством передаточного элемента, например звездочкой, через цепную передачу, ведомой звездочки, установленной на валу, находящегося в корпусе подшипников, установленной на основании и, например, конической пары, повышающего редуктора, через муфту передается нагрузочному устройству, например генератору.

Ветро-гидросиловая установка может быть установлена стационарно, т.е. одна установка ВСУ или ГСУ, 2 и более штук на одной платформе ВСУ или ГСУ, 2 и более спаренных - внизу ГСУ в воде, наверху ВСУ на одной платформе, 2 и более ГСУ могут быть установлены под водой на одной платформе, а над ними 2 и более ВСУ над водой на одной стойке, создавая больше мощности на одном месте.

Ветро-гидросиловая установка нагрузочного устройства может располагаться вне установки, а на стороне, например, ГСУ - в воде или под водой, а нагрузочное устройство - на берегу, а движение передается, например, гибким валом.

Ветро-гидросиловые установки могут быть установлены как стационарно, так и на движущихся средствах, спецсредствах, которые двигаются с небольшой скоростью, например, на экскаваторах при погрузке руды или копке траншей, с/х машинах, на средствах на воде: на баржах, на плотах, на платформах при добыче полезных ископаемых, на судах, на кораблях для привода гребного винта или для выработки электроэнергии, привода насоса, на воздушных судах, например, на дирижаблях, на воздушных шарах, ВСУ могут быть установлены на зданиях и сооружениях и на домах, где есть возможность по прочностным характеристикам и по конструкции крыши.

Ветро-гидросиловые установки могут быть сборно-разборными и переносными для туристов, геологов, рыбаков, так как установка при малых габаритах создает большие мощности. Может быть установлена на полярных станциях.

ГСУ может быть использована как для выработки электроэнергии под водой, над водой, подо льдом, так и для обогащения воды кислородом для увеличения количества рыб, а при 2 и более ГСУ под водой, над водой, подо льдом, рядом можно будет разместить рыбзавод. Используя ветро-гидросиловую установку, можно будет пустить водный «троллейбус» из-за обилия электроэнергии на месте.

Пояснение чертежей

Изобретения поясняются чертежами, где

на Фиг. 1 изображен вертикальный разрез ветро-силовой установки ВСУ по оси, где флюгер 23 изображен условно повернутым для наглядности;

на Фиг. 2 - то же, разрез Α-A, где направление ветра обозначено буквой D, направление вращения - буквой G;

на Фиг. 3 изображен вертикальный разрез гидросиловой установки ГСУ по оси, где с правой стороны не разрезаны корпуса упоров для наглядности;

на Фиг. 4 - то же, вид Б - условно уменьшено;

на Фиг. 5 изображен вариант установки ВСУ и ГСУ на одном корпусе: друг на друге. На верхней части ВСУ, на нижней - ГСУ с указаниями уровня воды буквой V, уровня дна буквой W;

на Фиг. 6 изображен вариант использования ГСУ вместо турбин ГЭС, поперечный разрез и вариант применения ГСУ на месте уходящих вод после турбин ГЭС;

на Фиг. 7 - разрез В-В ГСУ при использовании вместо турбин в ГЭС;

на Фиг. 8 изображен вид сверху УВ ГСУ - один из вариантов размещения на воде;

на Фиг. 9 - разрез Г-Г с вариантом сечения отражателей.

Фиг. 1. Вертикальный разрез ветросиловой установки ВСУ по оси

На мачте 1 установлено жесткое основание 2, на основании установлена жестко обойма 3, в обойме установлена пята 4 с возможностью вращаться вокруг вертикальной оси, на пяте жестко сидит стойка 5, на стойке жестко сидят кулачки 6 и 7.

На стойке 5 на подшипниках сидят диски: верхний 8 и нижний 9. ВСУ - нижний 9, ГСУ - верхний 8, выполнены массивными для создания эффекта маховика с целью смягчения пульсации.

На дисках жестко установлены корпуса упоров 10, в корпусе установлен упор 11, имеющий возможность возвратно-поступательного движения.

Упор 11, попадая во впадину кулачка, отводится с помощью пружины 12 и освобождает лопасти 13, сидящие на шарнирах на стяжке 14, установленной между ободьями - верхним 15 и нижним 16. Верхний обод 15 жестко связан спицами 17, жестко сидящими на верхнем диске 8, нижний обод жестко связан спицами 18, жестко сидящими на нижнем диске 9, на лопастях 13 жестко установлены подушки 18 для смягчения удара при контакте с упором 11. На нижнем диске 9 жестко закреплен элемент, передающий крутящий момент, например звездочка 20, которая с помощью цепной передачи 21 приводит в движение нагрузочное устройство, например генератор 22.

На стойке 5 установлен флюгер 23, имеющий возможность регулирования для установки стойки 5 с кулачками 6, 7 наиболее оптимальном положении в зависимости от направления ветра. Для остановки вращающейся части установки предусмотрен тормоз 24.

Фиг. 3 - вертикальный разрез ГСУ большой мощности на оси, где верхний 8, нижний 9 диски соединены трубой 25. Внутри трубы могут быть установлены статор 26 и на стойки ротор 27. Они могут быть установлены в основе на ВСУ.

Труба 25 одновременно является корпусом для упоров в сборе и обеспечивает жесткость вращающейся части установок. Цепная передача 21 через ведомой звездочки 28, сидящей на валу 29, находящемся в корпусе подшипников 30, расположенном на основании 31 и, например, конической пары 32, повышающего вращение редуктора 33, передается нагрузочному устройству, например генератору 22.

Фиг. 4. Вид Г-Г

Для улучшения эффективности работы установок, а именно для направления потока на лопасть и создания эффекта вакуума, при обратном ходе лопастей предусмотрен кожух-обтекатель 34, но он не является обязательным. Установка может работать и без него.

Фиг. 5. Вариант установки ветро-гидросиловой установки на одном корпусе на нижней части гидросиловая установка ГСУ, а на верхней - ветросиловая установка ВСУ. Изображен вариант размещения установок на воде, на определенной глубине, за счет понтонов 35, а место фиксируется якорем 36 через цепь 37.

Фиг. 6. Изображен вариант использования ГСУ вместо турбин в ГЭС, поперечный разрез и вариант применения ГСУ на месте уходящих вод после турбин ГЭС. Использование ГСУ вместо турбин позволит эффективно использовать водяной столб в ГЭС, так как конструкция ГСУ позволяет более близко к нижнему уровню воды в ГЭС расположить лопасти.

Использование ГСУ на месте уходящих вод позволит получить дополнительные мощности, особенно при использовании двух и более штук.

Фиг. 7 - разрез В-В. Конструктивно обоснована возможность использования ГСУ вместо турбин, обеспечено изолирование нагрузочного устройства, например генератора.

Фиг. 8 - вид сверху. Один из вариантов размещения на воде, где с целью исключения попадания посторонних предметов и льда в зону работы ГСУ применен отражатель.

Фиг. 9. Разрез Г-Г с вариантом сечения отражателя 38. Если гидросиловая установка ГСУ используется для привода насоса и в случае надежной герметизации генератора, то ГСУ может быть установлена под водой и подо льдом.

Для повышения крутящего момента предусмотрен кожух-обтекатель, установленный на стойке с возможностью регулирования, крутящий момент повышается за счет направления потока на лопасть и создания эффект вакуума при обратном ходе лопасти, но не является обязательным, установка может работать и без него. В трубе, соединяющей верхние и нижние диски, могут быть установлены статоры, а на стоке - роторы, генерирующие электрические энергии. В этом случае упрощается конструкция установки. Это особенно актуально для ВСУ. На ветросиловых установках - ВСУ - настройку обеспечивает флюгер, установленный на стойке с возможностью регулировки, а гидросиловые установки - ГСУ - устанавливаются с учетом направления потока воды.

Отчет о поиске.

Автору не известны источники научно-технической и патентной информации, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих признаки, сходные с признаком, отличающими заявленное решение от прототипа, а также свойства, совпадающие со свойствами заявленного решения, поэтому можно считать, что оно обладает существенными отличиями, позволяющими при практическом осуществлении создавать новые мощные и удобные в эксплуатации ветро-гидросиловые установки.

Прототипом данному решению выбран патент РФ RU 2392490 C1, 20.06.2010.

Недостатком ВСУ по данному патенту является сложность в эксплуатации и по конструкции.

В процессе поиска были анализированы патенты:

RU 2487265 C1 10.07.2013,

RU 2498107 C1 10.11.2013,

RU 2502892 C1 27.12.2013,

RU 2462612 C1 27.09.2011,

RU 2466293 C1 10.11.2012.

Изобретения относятся к области ветроэнергетики и гидроэнергетики и могут быть использованы для привода различных устройств, а также для производства электроэнергии. УВГСУ содержит лопасти, меняющие свое положение по отношению направления ветра или потока воды, а именно: в рабочей фазе лопасти устанавливаются перпендикулярно направлению ветра или потока воды, создавая максимальный крутящий момент, а в нерабочей фазе устанавливаются вдоль направления ветра или потока воды, создавая минимальное сопротивление при обратном ходе, тем самым обеспечивая высокий коэффициент использования энергии ветра и воды. УВГСУ содержит лопасти, установленные на периферии, на стяжках, соединяющих ободья, находящихся на некотором расстоянии, на шарнирах и могут вращаться относительно оси стяжки, пока не упрутся на упоры, установленные на верхних и нижних дисках, для установок малой мощности или на трубе, соединяющей диски, для установок большой мощности, имеющие возможность возвратно-поступательного движения, упоры приводятся в движение за счет кулачков, жестко сидящих на стойке и пружины, расположенной в корпусе упора. Когда лопасть находится на вершине, напротив ветра или потока воды, располагаясь вдоль, упоры выдвинуты и лопасть ложится на упоры. При дальнейшем вращении совместно с упорами, лопасть устанавливается перпендикулярно движению потока воды или ветру, работая в части траектории как парус, создавая максимальный крутящий момент. При дальнейшем вращении упоры, попадая во впадины кулачков и с помощью пружины уходят из контакта, и лопасть, оставаясь без опоры, уходит в свободное плавание, находясь шарнирно на стяжке. При дальнейшем вращении лопасть с помощью ветра или потока воды устанавливается по ветру или вдоль потока воды, создавая минимальное сопротивление при обратном ходе. УВГСУ могут быть сборно-разборными и переносными для туристов, геологов, рыбаков, так как установка при малых габаритах создает большие мощности. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Ветро-гидросиловая установка содержит лопасти, установленные на шарнирах, на стяжках соединяющих обода, жестко сидящие на верхнем и нижним дисках, сидящих на подшипниках на стойке, жестко сидящей на пяте, имеющей возможность вращаться вокруг вертикальной оси, на стойке жестко сидят кулачки, которые приводят в возвратно-поступательное движение упоры, корпуса которых установлены на дисках, каждый корпус упора содержит пружину, на упоры ложатся лопасти, устанавливаясь перпендикулярно движению потока воды или ветра, работая на части траекторий как парус, на не рабочей части упоры, попадая во впадины кулачков, уходят из контакта, и лопасть, оставаясь без опоры, находясь на стяжке шарнирно, располагается вдоль потока воды или ветра.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что верхний и нижний диски соединены с помощью трубы, в которой установлен статор, а на стойке установлен ротор, генерирующий электрическую энергию.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена сборно-разборной.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит кожух-обтекатель, установленный на стойке с возможностью регулирования, направляя поток на лопасть.