БЛОК ВОЗДУШНЫХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2016 года по МПК F03D3/02 F03D3/04 F03D9/25 

Объектом предлагаемого изобретения является блок воздушных и пневматических устройств, в частности устройств большой мощности, предназначенный для выработки энергии.

Из японской заявки JP 2002130110 известна ветровая электростанция любой высоты, содержащая группу двигательных узлов с направляющими лопастями и вспомогательными направляющими лопастями, расположенными соосно. Роторы отдельных узлов соединены посредством храповых колес, сцепленных с храповыми собачками для передачи крутящего момента на приемники мощности.

Согласно настоящему изобретению блок устройств создан из по меньшей мере двух, а предпочтительно трех колонн, соединенных друг с другом жесткими соединительными стержнями, образующими ферменную конструкцию. Каждая колонна составлена из по меньшей мере трех вертикальных сегментов, соосно расположенных один над другим, причем первый от земли сегмент зафиксирован на основании. Соединительные стержни предпочтительно установлены между каждой парой сегментов.

Сегмент состоит из статора и ротора с вертикальной осью вращения. Статор сегмента образован четырьмя трубчатыми стойками, соединенными на каждом конце посредством круглых плит, нижней и верхней, параллельных друг другу, причем оконечности стоек выступают за пределы плиты. Верхняя плита состоит из кольца и несущей плиты, соединенных с возможностью разъединения посредством болтов. Стойки симметрично распределены по окружности, диаметр которой меньше, чем расстояние между плитами. Прижимные кольца надеты на оконечности, выступающие за пределы нижней плиты, и зафиксированы на указанной плите. Прижимные кольца снабжены проушинами для фиксации соединительных стержней, соединяющих колонны. Оконечности и прижимные кольца содержат отверстия, расположенные в одном направлении и на одинаковых расстояниях от внешних кромок стоек или прижимных колец и предназначенные для шплинтов, связывающих отдельные сегменты. На оси симметрии нижней и верхней плит находятся кронштейны для установки подшипников. На стойках и плитах зафиксированы две вертикальные панели, расположенные в одной плоскости, проходящей через ось стойки, причем указанные панели наклонены под острым углом относительно радиуса, проходящего от оси плиты к оси стойки. Между панелями вставлены направляющие лопасти в форме прямоугольных стенок, равномерно распределенные по окружности и наклоненные под острым углом относительно радиуса, проходящего через их центры.

По меньшей мере одна стойка каждого статора имеет трубопровод для сжатого воздуха, соединенный с указанной стойкой в точке ее соединения с панелью, расположенной снаружи. В статоре каждый трубопровод для сжатого воздуха оснащен соплами, направленными таким же образом, как и панели.

Статор вмещает ротор, вал которого установлен на подшипниках. Вал имеет два диска, прикрепленные к нему, причем между указанными дисками расположены вертикальные роторные лопатки, расположенные по периферии, предпочтительно в количестве больше восьми, причем указанные лопатки имеют полуцилиндрическую форму. Направляющие воздух лопасти статора расположены относительно роторных лопаток таким образом, что плоскости, проходящие через направляющие лопасти, являются касательными к окружности, на которой находятся оси полуцилиндрических роторных лопаток. Связующие диски установлены на оконечностях вала ротора, выступающих за пределы кронштейнов подшипников, причем указанные диски снабжены полосами, имеющими щитки, размещенные на внешней стороне. Боковые стороны щитков покрыты гибкими накладками.

Валы ротора одной колонны связаны с компрессором, соединенным с резервуаром для сжатого воздуха. Из указанного резервуара выходят трубопроводы для сжатого воздуха, соединенные с трубопроводами для сжатого воздуха в статорах, расположенных в других колоннах. Трубопроводы для сжатого воздуха в статорах, расположенных колонной, герметично соединены. Между резервуаром для сжатого воздуха и трубопроводами в статорах установлен электромагнитный клапан, соединенный посредством системы управления с измерителем скорости ротора.

Решение, предлагаемое согласно данному изобретению, обеспечивает возможность непрерывного приема мощности от данных сегментов ветрового двигателя, связанных с приводимыми в движение устройствами. В периоды отсутствия ветра роторы данных сегментов приводятся в движение посредством сжатого воздуха, накопленного в резервуаре. Предпочтительно каждая третья колонна блока воздушных и пневматических устройств предназначена для сжатия воздуха. Конструкция сегментов обеспечивает быструю сборку и устойчивость колонного блока, в частности, в таком варианте, когда колонны расположены по схеме равностороннего треугольника. Кроме того, конструкция сегмента отличается крайне эффективным использованием силы ветра.

Объект предлагаемого изобретения проиллюстрирован примером, в котором на фиг. 1 схематично показан вид сверху блока из трех колонн; на фиг. 2 приведен упрощенный вид колонн, включая узел сжатого воздуха; на фиг. 3 изображен, в увеличенном масштабе, аксиальный вид статора сегмента; на фиг. 4 изображен сегмент в поперечном разрезе; на фиг. 5 изображен общий вид ротора сегмента; на фиг. 6 изображен увеличенный вид спереди связующего диска; на фиг. 7 изображен, в поперечном разрезе, подробный вид соединения между трубопроводом для воздуха и стойкой; на фиг. 8 схематично изображен вид узла сжатого воздуха.

Согласно чертежу, три плиты 1 основания неподвижно закреплены в земле, расположены по схеме равностороннего треугольника и поддерживают каждый из восьми сегментов 2 ветрового двигателя, выполненных в виде трех колонн 3а, 3b и 3с, соединенных друг с другом жесткими соединительными стержнями 4, образующими ферменную конструкцию. Сегмент 2 ветрового двигателя состоит из статора 5 и ротора 6 с вертикальной осью вращения. Статор 5 состоит из четырех трубчатых стоек 7, соединенных на их концах с нижней плитой 8 и верхней плитой 9, причем указанные плиты параллельны друг другу, и оконечности стоек выступают за пределы плит 8 и 9. Верхняя плита 9 состоит из кольца 11 и несущей плиты 12, закрепленной на кольце 11 болтами 13. Кронштейны 14 подшипников прикреплены болтами к нижней плите 8 и несущей плите 12. Стойки 7 симметрично распределены по окружности, диаметр которой меньше, чем расстояние между плитами 8 и 9. К нижней плите 8 приварены четыре ребра 15, причем короткая сторона ребра соединена с прижимными кольцами 16, надетыми на оконечности стоек 7. Прижимные кольца 16 снабжены проушинами 17 для присоединения соединительных стержней 4. Стойки 7 приварены к ним между кольцом 11 и нижней плитой 8, при этом панели 18 и 19 расположены в плоскости, проходящей через ось стойки, причем панели 18 и 19 наклонены под острым углом относительно радиуса, проходящего от оси статора 5 к оси стойки 7. Между стойками 7 находятся шестнадцать направляющих лопастей 20 в форме прямоугольных стенок, прикрепленных к кольцу 11 и нижней плите 8. Направляющие воздух лопасти 20 равномерно распределены по окружности. Оконечности и прижимные кольца 16 содержат сквозные отверстия 21 для шплинтов, соединяющих отдельные сегменты 2, причем указанные отверстия 21 расположены в одном направлении и на одинаковом расстоянии от внешних кромок стоек 7 или прижимных колец 16.

В подшипниках 22 кронштейнов 14 статора 5 установлен вал 23 ротора 6, концы которого выступают над кронштейнами 14. К валу 23 приварены два диска 25 и 26, диаметр которых немного меньше внутреннего диаметра кольца 11. Между дисками 25 и 26, вокруг их периферии, равномерно распределены восемь роторных лопаток 27, каждая из которых имеет полуцилиндрическую форму и которые вставлены в отверстия в дисках 25 и 26 и постоянно соединены с указанными дисками. Отношение диаметра полуцилиндрической роторной лопатки 27 к диаметру дисков 25 и 26 составляет 1:4. Лопатки 27 расположены таким образом, что прямая линия, проходящая через ось вала 23 ротора 6, является касательной к обоим их кромкам. Относительно роторных лопаток 27 направляющие лопасти 20 расположены, аналогично панелям 18 и 19, в плоскостях, касательных к окружности, вокруг которой распределены оси полуцилиндрических лопаток 27. На выступающие оконечности вала 23 ротора 6 установлены диски 28, при этом указанные диски имеют четыре полосы 29, имеющие на своих верхушках щитки 30, помещенные на внешней стороне, причем указанные диски 28 смещены относительно друг друга на ширину щитка 30. Боковые стороны щитков 30 покрыты резиновыми накладками 24. Когда два сегмента 2 соединены, щитки 30 связующих дисков 28 находятся на одном и том же уровне.

Стойки 7 содержат прикрепленные к ним трубопроводы 31 узла сжатого воздуха, причем указанные трубопроводы снабжены соплами 32, выходные отверстия которых направлены к центру внутренней поверхности лопаток 27. Трубопроводы 31 снабжены герметичными соединителями, что обеспечивает возможность подачи сжатого воздуха в верхний сегмент 2. Трубопроводы 31 верхнего сегмента 2 закупорены. Компрессорный узел 33 связан с валом нижнего ротора 6 колонны 3а и соединен с резервуаром 34 для сжатого воздуха давления. Валы 23 роторов 6 других двух колонн 3b и 3с связаны с электрогенераторами 35. Резервуар 34 для сжатого воздуха соединен посредством электромагнитного клапана 36, системы 37 сжатого воздуха и ее ответвлений с трубопроводами 31 статоров 5 колонн 3b и 3с. Электромагнитный клапан 36 связан посредством системы 38 управления с измерителем скорости роторов 6.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Блок воздушных и пневматических устройств содержит три колонны (3), которые состоят из соосно расположенных сегментов (2) и соединены жесткими соединительными стержнями (4). Статоры (5) указанных сегментов (2) имеют четыре стойки (7), соединенные с плитами (8) и (9), причем по меньшей мере одна стойка (7) имеет прикрепленный к ней трубопровод (31) для подачи сжатого воздуха, причем указанный трубопровод снабжен соплами (32). Валы (23) роторов (6) одной колонны (3а) связаны с компрессорным узлом (33), который соединен с резервуаром (34) для сжатого воздуха. Резервуар (34) для сжатого воздуха соединен посредством электромагнитного клапана (36), узла (37) сжатого воздуха и его ответвлений к трубопроводам (31) статоров (5) других колонн (3b) и (3с). Электромагнитный клапан (36) соединен посредством системы (38) управления с измерителем скорости ротора (6). Изобретение направлено на непрерывную выработку электроэнергии. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Блок воздушных и пневматических устройств, содержащий сегменты ветрового двигателя, состоящие из статора, имеющего неподвижные, направляющие воздух лопасти, и ротора с вертикальной осью вращения, при этом указанные сегменты ветрового двигателя собраны в вертикальные колонны, опирающиеся на плиты основания, причем валы ветровых двигателей, соединенные друг с другом в колоннах, связаны с приемниками мощности, отличающийся тем, что указанный блок воздушных и пневматических устройств составлен из по меньшей мере двух, а предпочтительно трех колонн (3), соединенных друг с другом жесткими соединительными стержнями (4), зафиксированными на статорах (5), причем каждый статор (5) образован четырьмя трубчатыми стойками (7), равномерно распределенными по окружности и соединенными с круглой нижней плитой (8) и круглой верхней плитой (9), причем указанные стойки имеют две зафиксированные на них панели (18) и (19), при этом указанные панели находятся в плоскости, расположенной под острым углом относительно радиуса, проходящего через ось указанной стойки (7), и дополнительно по меньшей мере одна стойка (7) имеет зафиксированный на ней трубопровод (31) для сжатого воздуха, при этом указанный трубопровод оснащен соплами (32), направленными параллельно панелям (18) и (19), причем на оси симметрии нижней плиты (8) и верхней плиты (9) расположены кронштейны (14) подшипников (22), в которых установлен вал (23) ротора (6) с лопатками (27), причем валы (23) роторов (6) одной колонны (3а) связаны с компрессорным узлом (33), соединенным с резервуаром (34) для сжатого воздуха, который соединен с системой (37) сжатого воздуха, соединенной с трубопроводами (31) статоров (5) других колонн (3b) и (3с).

2. Блок воздушных и пневматических устройств по п. 1, отличающийся тем, что лопатки (27) ротора (6) имеют полуцилиндрическую форму.

3. Блок воздушных и пневматических устройств по п. 1, отличающийся тем, что направляющие лопасти (20) между нижней плитой (8) и верхней плитой (9) выполнены в форме прямоугольных стенок и размещены в плоскостях, касательных к окружности, на которой находятся оси полуцилиндрических лопаток (27).

4. Блок воздушных и пневматических устройств по п. 3, отличающийся тем, что верхняя плита (9) содержит кольцо (11), с которым с возможностью разъединения соединена несущая плита (12).

5. Блок воздушных и пневматических устройств по п. 1, отличающийся тем, что оконечности стоек (7) выступают за пределы нижней плиты (8) и кольца (11), причем указанные оконечности имеют прижимные кольца (16), установленные на стороне нижней плиты (8) или на стороне кольца (11).

6. Блок воздушных и пневматических устройств по п. 5, отличающийся тем, что оконечности и прижимные кольца (16) содержат сквозные отверстия (21), расположенные в одном направлении и на одинаковых расстояниях от внешних кромок стоек (7) или прижимных колец (16).

7. Блок воздушных и пневматических устройств по п. 5, отличающийся тем, что прижимные кольца (16) снабжены проушинами (17) для присоединения соединительных стержней (4).

8. Блок воздушных и пневматических устройств по п. 1, отличающийся тем, что соединительные стержни (4) закреплены предпочтительно между каждой парой сегментов (2) колонны (3).

9. Блок воздушных и пневматических устройств по п. 1, отличающийся тем, что на концах вала (23) ротора (6), выступающих за кронштейны (14) подшипников (22), расположены связующие диски (28) с полосами (29), имеющими на своих верхушках щитки (30), помещенные на внешней стороне, причем боковые стенки щитков (30) покрыты гибкими накладками (24).

10. Блок воздушных и пневматических устройств по п. 1, отличающийся тем, что между резервуаром (34) для сжатого воздуха и трубопроводами (31) в статорах (5) установлен электромагнитный клапан (36), соединенный посредством системы (38) управления с измерителем скорости ротора.