ВЕТРОАГРЕГАТ Российский патент 2021 года по МПК F03D13/20 F03D3/00 F03D13/35 

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии, а именно, к ветроагрегатам с вертикальной осью вращения с различными типами лопастей, например, с лопастями крыловидной формы.

Известен ветроагрегат, содержащий рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на котором установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенного с осью поворота лопасти, отличающийся тем, что верхний конец каждой лопасти выполнен с возможностью отклонения в плоскости лопасти симметрично относительно вертикальной оси на расстояние не более В/5,27, где В - максимальное значение ширины лопасти. [1].

С помощью этого известного ветроагрегата проблематично достичь достаточно больших мощностей энергии для потребителей, так как его максимальная производительность зависит исключительно от формы лопастей, а именно от ширины лопасти, то есть, практически придется существенно увеличивать габариты лопастей и, следовательно, габариты всего ветроагрегата, чтобы увеличивать напор и энергию воздушного потока.

Известен также ветряной агрегат, содержащий неподвижный центральный вал, подвижный каркас с рабочими лопастями с возможностью поворота каждой лопасти вокруг собственной оси и приводимый механизм, отличающийся тем, что над каждой рабочей лопастью при посредстве планетарного зубчатого редуктора, корпус которого жестко связан с подвижным каркасом, установлен флюгер, ось которого укреплена с возможностью поворота в корпусе редуктора и жестко связана с малой шестерней редуктора, большая шестерня которого жестко закреплена на оси рабочей лопасти, а отношение передачи между шестернями редуктора составляет 1:2 [2].

Данный ветряной агрегат существенно сложен по своему конструктивному исполнению (неподвижный центральный вал, подвижный каркас с рабочими лопастями с возможностью поворота каждой лопасти вокруг собственной оси и приводимый механизм и т.п.), тем не менее, энергетические характеристики этого технического решения не очень велики.

Заявитель поставил перед собой конкретную задачу, - разработать конструкцию, ветроагрегата с вертикальной осью вращения, исключающую биение вала лопастей, существенно не меняя его массо-габаритные характеристики, разработать конструкцию ветроагрегата, позволяющую устанавливать ее на стационарные поверхности с различными углами относительно вертикальной оси, обеспечивающую увеличение и резервирование мощности. Вышеуказанный положительный технический эффект был достигнут за счет новой совокупности существенных конструктивных признаков ветроагрегата, выполненного согласно настоящему изобретению, и представленной в нижеследующей формуле изобретения: « ветроагрегат с вертикальной осью вращения, содержащий вал лопастей, электрогенератор и фланец крепления; он снабжен дополнительными электрогенератором, С-образной рамой, состоящей из вертикально расположенного профиля и, по меньшей мере, двух горизонтальных профилей, и фланцем крепления, причем ось статора с фиксатором каждого электрогенератора жестко закреплена посредством фланца крепления к верхнему и нижнему горизонтальным профилям Сообразной рамы, по меньшей мере, в двух точках крепления вала, обеспечивая возможность установки и работы ветроагрегата под различными углами относительно вертикальной оси, корпус ротора каждого электрогенератора жестко посажен на вал лопастей, закрепленный в подшипниковых узлах внутри статоров, обеспечивая таким образом исключение «биения» вала лопастей во время его вращения, при этом постоянные магниты, закрепленные по кругу ротора сверху и снизу каждого электрогенератора, вращаясь, индуцируют в своих статорных обмотках электрический ток переменной частоты, прямо пропорциональной скорости вращения роторов; лопасти закреплены к валу с помощью шпилек и метизов; в качестве постоянных магнитов выбраны неодимовые магниты; на горизонтальных профилях С-образной рамы выполнены каналы для прохождения электрической проводки; он снабжен системой контроля и управления, расположенной внутри его конструкции; внутри его конструкции установлена аккумуляторная батарея».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид нижнего и верхнего электрогенераторов с лопастями ветроагрегата, выполненного согласно настоящему изобретению; на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, разрез элементов крепления верхнего электрогенератора; на фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, эксплуатационный рабочий вид ветроагрегата.

Заявляемый ветроагрегат с вертикальной осью вращения, выполненный согласно настоящему изобретению, состоит из нижнего электрогенератора 1, верхнего электрогенератора 2, вертикального вала 3, на котором шпильками с метизами 4 закрепляются лопасти 5 Корпус ротора 6 верхнего электрогенератора 2 (также и нижнего электрогенератора 1), посаженный на подшипниковый узел 7, жестко закрепляется на валу лопастей 3 в точках 8, обеспечивая, таким образом, исключение «биения» вала лопастей 3 во время его вращения.

Оба электрогенератора 1, 2 жестко фиксируются на сварной раме С-образной формы, состоящей из вертикального профиля 9 и двух нижнего и верхнего горизонтальных профилей 10, 11. Оси статоров с фиксаторами нижнего и верхнего электрогенераторов 1, 2 жестко крепятся с помощью фланцев крепления 12 на нижнем и верхнем горизонтальных профилях 10,11.

Для максимальной эффективности ветроагрегат закрепляется таким образом, чтобы между осью вращения и горизонтальной плоскостью был угол 90°, но допускается закрепление под любым углом опоры. Установка под различными углами опоры возможна за счет жесткого закрепления верхней точки вертикального вала 3 с лопастями 5 через верхний электрогенератор 3. В то же время, в известных одногенераторных конструкциях ветроагрегатов верхняя точка не закрепляется и, если есть угол относительно вертикали, то резко увеличивается нагрузка на подшипники электрогенератора и на точки крепления вала с лопастями.

На вертикальном профиле 9 С-образной рамы располагаются элементы 13 для установки ветроагрегата к стационарной поверхности под различными углами относительно вертикальной оси.

Свободное пространство внутри профилей 9, 10, 11 позволяет размещать внутри С-образной рамы системы управления ветроагрегата, а также систему контроля заряда АКБ непосредственно с самой батареей.

Изобретение работает следующим образом:

Оба электрогенератора, верхний 2 и нижний 1, работают одновременно. Ротор 6 верхнего электрогенератора 2, как и ротор нижнего электрогенератора 1, приводятся в движение набегающим потоком воздуха, создающего тяговое усилие на активных участках лопастей 5 Постоянные неодимовые магниты, закрепленные на роторах электрогенераторов 1, 2, вращаясь, индуцируют в своих статорных обмотках электрический ток переменной частоты -прямо пропорциональной скорости вращения роторов. Полученный электрический ток снимается со свободных концов обмоток статоров электрогенераторов 1,2.

Предлагаемый ветроагрегат с вертикальной осью вращения отличается высокими техническими характеристиками, в частности: высокой эксплуатационной надежностью за счет жесткого закрепления вала лопастей, исключающего его «биение» при вращении; при сопоставимых габаритах (изменения массо-габаритных показателей не превышают 20% от исходного образца ветроагрегата) увеличенной генерирующей мощностью, обеспечивающей резервирование мощности и повышенную надежность электроснабжения конечных потребителей энергии, за счет введения в конструкцию второго электрогенератора; функциональной универсальностью и широкими возможностями промышленного использования, за счет отсутствия ограничений по вариантам установки на стационарной поверхности, возможности установки и работы ветроагрегата под различными углами относительно вертикальной оси.

Источники информации

[1] Описание изобретения к патенту №2193688 «Ветроагрегат», F03D 7/06, заявлено 19.09.2001, опубликовано 27.11.2002.

[2] Описание изобретения к патенту №2169857 «Ветряной агрегат», F03D 3/02, заявлено 21.03.2000, опубликовано 27.06.2001.

[3] Описание изобретения к патенту №2119094 «Ветродвигатель», F03D 7/06, заявлено 03.12.1996, опубликовано 20.09.1998.

[4] Описание изобретения к патенту №2062352 «Ветроагрегат», F03D 1/00, заявлено 02.02. 1993, опубликовано 20.06.2000.

[5] Описание изобретения к патенту №2523705 «Ветроэлектростанция с плотиной», F03D 1/02, F03D 11/04, заявлено 11.04.2013, опубликовано 20.07.2014.

[6] Описание изобретения к патенту №2504685 «Ветровая электростанция», F03D 1/02, F03D 11/04, заявлено 04.12.2004, опубликовано 20.01.2014.

[7] Описание изобретения к патенту №2397361 «Ветроэнергетическая установка», F03D 1/02, F03D 11/04, заявлено 26.03.2009, опубликовано 20.08.2010.

[8] Патент США №8197172 В2 «Ветроэнергетическая установка», F03D 1/02, F03D 11/04, опубликован 12.06.2012.

[9] Патент Японии JP №2003120499, опубликован 23.04.2003.

Изобретение относится к ветроагрегатам с вертикальной осью вращения. Ветроагрегат состоит из электрогенераторов 1, 2, вертикального вала 3, на котором закрепляются лопасти 5. Корпуса роторов 6 электрогенераторов 1, 2 жестко закрепляются на валу 3, обеспечивая, таким образом, исключение «биения» вала 3 во время его вращения. Электрогенераторы 1, 2 жестко фиксируются на раме С-образной формы, состоящей из вертикального профиля 9 и двух горизонтальных профилей 10, 11. Оси статоров с фиксаторами электрогенераторов 1, 2 жестко крепятся с помощью фланцев крепления 12 на горизонтальных профилях 10, 11. Ветроагрегат закрепляется таким образом, чтобы между осью вращения и горизонтальной плоскостью был угол 90°, но допускается закрепление под любым углом опоры. Свободное пространство внутри профилей 9, 10, 11 позволяет размещать внутри С-образной рамы системы управления ветроагрегата, а также систему контроля заряда АКБ непосредственно с самой батареей. Оба электрогенератора, верхний 2 и нижний 1, работают одновременно. Роторы электрогенераторов 1, 2 приводятся в движение набегающим потоком воздуха, создающим тяговое усилие на активных участках лопастей 5. Магниты, закрепленные на роторах электрогенераторов 1, 2, вращаясь, индуцируют в своих статорных обмотках электрический ток переменной частоты, прямо пропорциональной скорости вращения роторов. Полученный электрический ток снимается со свободных концов обмоток статоров электрогенераторов 1, 2. Техническим результатом является повышение надежности за счет жесткого закрепления вала лопастей, исключающего его «биение» при вращении, и увеличение генерирующей мощности, обеспечивающей резервирование мощности и повышенную надежность электроснабжения конечных потребителей энергии, за счет введения в конструкцию второго электрогенератора. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ветроагрегат с вертикальной осью вращения, содержащий вал лопастей, электрогенератор и фланец крепления, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными электрогенератором, С-образной рамой, состоящей из вертикально расположенного профиля и, по меньшей мере, двух горизонтальных профилей, и фланцем крепления, причем ось статора с фиксатором каждого электрогенератора жестко закреплена посредством фланца крепления к верхнему и нижнему горизонтальным профилям С-образной рамы, по меньшей мере, в двух точках крепления вала, обеспечивая возможность установки и работы ветроагрегата под различными углами относительно вертикальной оси, корпус ротора каждого электрогенератора жестко посажен на вал лопастей, закрепленный в подшипниковых узлах внутри статоров, обеспечивая таким образом исключение «биения» вала лопастей во время его вращения, при этом постоянные магниты, закрепленные по кругу ротора сверху и снизу каждого электрогенератора, вращаясь, индуцируют в своих статорных обмотках электрический ток переменной частоты, прямо пропорциональной скорости вращения роторов.

2. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что лопасти закреплены к валу с помощью шпилек и метизов.

3. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что в качестве постоянных магнитов выбраны неодимовые магниты.

4. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что на горизонтальных профилях С-образной рамы выполнены каналы для прохождения электрической проводки.

5. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен системой контроля и управления, расположенной непосредственно внутри самого изделия.

6. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что внутри его конструкции установлена аккумуляторная батарея.