Мобильная арктическая ветроэлектростанция Российский патент 2022 года по МПК F03D3/06 F03D80/70 F03D9/30 

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования в ветросиловых установках для преобразования ветряной энергии в электрическую энергию.

Северные территории Российской Федерации обладают большим потенциалом для использования альтернативных источников энергии. Учитывая высокую скорость ветров в Арктике, их достаточно высокую стабильность, в том числе и независимость от времени суток и года, можно утверждать, что именно ветер является наиболее эффективным источником энергии на Крайнем Севере и Дальнем Востоке. Сегодня энергообеспечение различных объектов в районах Арктики осуществляется преимущественно за счет дизельных электростанций, топливо для которых поступает раз в год по северному завозу. Поэтому, решение проблемы использования местных, экологически чистых источников получения энергии позволит решить как проблему обеспечения электроэнергией различных объектов в Арктике и северных областях страны, так и проблемы сохранения природы в этом регионе. Использование установок для получения альтернативной энергии особенно актуально, для обеспечения жизнедеятельности мобильных или удаленных подразделений, длительное время отдаленных от источников централизованного энергоснабжения.

Известна лопастная система ветроэлектростанции (RU 2724359 от 2019 г.), содержащая лопасти, каждая из которых включает раму, жестко закрепленную к валу, и установленные в раме элементы заполнения, выполненные с возможностью перекрывать или открывать с разных сторон от вала область рамы, ограниченную ее контуром, рама каждой лопасти содержит, как минимум, две ячейки, элементы заполнения установлены в ячейки рамы и выполнены с возможностью перекрывать или открывать с разных сторон от вала область рамы, ограниченную ее контуром, посредством системы управления лопастью, которая выполнена с возможностью регулирования степени перекрывания ячейки элементом заполнения.

Недостатком этого устройства являются высокая материалоемкость конструкции, для обеспечения устойчивости формы лопасти и ограниченная функциональность, в частности, невозможность использования при высоких скоростях ветра.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является автономная ветряная электростанция (RU 2618152 от 2016 г.), содержащая вертикальный вал вращения, у которого рабочими органами являются лопасти, выполненные в виде части полой сферы или части полого цилиндра, закрепленные на вертикальном валу, вертикальный вал имеет вид полого цилиндра, на теле которого расположены лопасти, вставленные в пазы крепления лопастей с фиксаторами, кроме того, вертикальный вал в верхней части закреплен на валу ротора электрогенератора, который находится внутри полого цилиндрического корпуса, цилиндрический корпус имеет большую длину и меньший диаметр, чем полый цилиндр вертикального вала вращения, и вставлен внутрь его, корпус в нижней части снабжен съемными опорными панелями, а сверху закрыт вертикальным валом.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности регулировать нагрузку на электрогенератор при изменении воздушного потока.

Задачей изобретения является создание мобильной арктической ветроэлектростанции, конструкция которой позволила бы преодолеть указанные недостатки известных решений, снизить материалоемкость и вес конструкции, повысить надежность работы, а также расширить функциональные возможности, посредством использования ветроэлектростанции в широком диапазоне силы и направленности ветра.

Требуемый технический результат достигается тем, что мобильная арктическая ветроэлектростанция выполненная из углепластика, содержит вертикальный вал вращения (3), у которого рабочими органами являются лопасти (5), вставленные в пазы крепления лопастей с фиксаторами (4), вертикальный вал сверху зафиксирован верхним магнитным подшипником (1) на постоянных магнитах, в верней части к корпусу подшипника и поверхности крепятся растяжки для устойчивости ветроэлектростанции, в нижней части вертикальный вал (3) с магнитным подшипником на постоянных магнитах (8) устанавливается в корпус (11) и на нем устанавливается ведущий каток цилиндрической фрикционной передачи (6), ведомый каток (7) закреплен на валу электрогенератора (12), который соединен через выпрямитель с аккумуляторной батареей (10) и нагрузкой, пазы крепления лопастей с фиксаторами (4) расположены по всему валу на разных уровнях, в них вставляются направляющие лопастей (13), на которые наматывается мягкий материал лопасти в зависимости от необходимого расстояния между пазами крепления с фиксаторами (4). За счет этого можно увеличивать площадь рабочей поверхности лопасти (5) для повышения производительности мобильной арктической ветроэлектростанции при малом воздушном потоке и уменьшать площадь при увеличении воздушного потока.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг. 1 представлена схема мобильной арктической ветроэлектростанции, которая содержит:

1 - верхний магнитный подшипник;

2 - растяжки;

3 - вертикальный вал;

4 - пазы крепления лопастей с фиксаторами;

5 - лопасти;

6 - ведущий каток цилиндрической фрикционной передачи;

7 - ведомый каток цилиндрической фрикционной передачи;

8 - нижний магнитный подшипник;

9 - электрогенератор;

10 - аккумуляторная батарея;

11 - корпус.

На Фиг. 2 представлен вариант используемой цилиндрической фрикционной передачи:

3 - вертикальный вал;

6 - ведущий каток цилиндрической фрикционной передачи;

7 - ведомый каток цилиндрической фрикционной передачи;

12 - вал электрогенератора.

На Фиг. 3 представлен вариант крепления направляющих лопастей, где:

3 - вертикальный вал;

4 - пазы крепления лопастей с фиксаторами; ' 13 - направляющие лопастей.

Изобретение работает следующим образом: при развертывании мобильной арктической ветроэлектростанции вертикальный вал (3) устанавливается в корпус (11) и крепится в нижний магнитный подшипник (8) с заранее установленным на нем ведущим катком цилиндрической фрикционной передачи (6). Сверху на ведущий вал (3) крепится верхний магнитный подшипник (1) с помощью прикрепленных к нему растяжек (2) и фиксируется на местности. В зависимости от силы и высоты воздушных потоков выбирается высота и площадь устанавливаемых лопастей (5). Для этого верхняя направляющая лопасти (13) вставляется и фиксируется в паз крепления лопасти (4) разматывается необходимой длины поверхность лопасти (5) до нижней направляющей лопасти (13) которая затем вставляется в нижний паз крепления лопасти (4) натягивается и фиксируется там. Таким образом, выполняется сборка всех рабочих лопастей (5) мобильной арктической ветроэлектростанции. Пазы крепления лопастей (4) изготовлены для фиксирования направляющих лопастей (13), придания им угла, отличного от перпендикуляра к вертикальному валу в горизонтальной плоскости (3), что необходимо для придания вращательного момента в одном направлении при разнонаправленных воздушных потоках (Фиг. 3).

При воздействии воздушного потока на лопасти ветроэлектростанции происходит вращение вертикального вала (3) вместе с которым раскручивается ведущий каток цилиндрической фрикционной передачи (6) и передает вращательное движение на ведомый каток (7). Так как ведомый каток цилиндрической фрикционной передачи (7) закреплен на валу электрогенератора (12), электрогенератор (9) вращаясь, производит электроэнергию, которая через выпрямитель поступает на аккумуляторную батарею (10) и нагрузку. В процессе работы при увеличении или ослаблении воздушного потока имеется возможность изменять количество лопастей (5), их площадь и расположение на вертикальном валу (3) добиваясь максимально эффективного использования мобильной арктической ветроэлектростанции.

Использование магнитных подшипников на постоянных магнитах позволяет вывешивать вертикальный вал (3) в постоянном магнитном поле и избегать потери энергии за счет трения, избегать необходимости использования смазочных материалов особенно в условиях низких температур.

В Российской Федерации большое количество районов, богатых природными ресурсами, освоение которых затруднено как суровым климатом, так и ограниченностью использования существующих источников электроэнергии. Во всех районах Арктики преобладает суровый климат с продолжительной снежной зимой и коротким холодным летом. Зима продолжается 9-10 месяцев в году, а летний (безморозный) период всего 2-3 месяца. Безветренной погоды в Арктике почти не бывает. Средняя скорость ветра 4-10 м/с. Зимой наблюдаются ветра, скорость которых достигает 20-30 м/с. В течение всего года преобладает пасмурная погода, а летом часто наблюдаются плотные сырые туманы и низкая сплошная облачность, например, на побережье Карского моря туманы бывают 160-180 дней в году.

Для таких специфичных условий необходимы особые устройства генерирования электроэнергии, способствующие освоению и развитию этих территорий.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и предназначено для использования в арктических регионах. Мобильная арктическая ветроэлектростанция содержит вертикальный вал вращения, у которого рабочими органами являются лопасти, вставленные в пазы крепления лопастей с фиксаторами. Вертикальный вал на концах имеет магнитные подшипники на постоянных магнитах. В верней части к корпусу подшипника крепятся растяжки для придания устойчивости ветроэлектростанции. В нижней части вал с магнитным подшипником устанавливается в корпус и на нем устанавливается ведущий каток цилиндрической фрикционной передачи. Ведомый каток закреплен на валу электрогенератора, который соединен через выпрямитель с аккумуляторной батареей и нагрузкой. Пазы крепления лопастей с фиксаторами расположены по всему валу на разных уровнях, в них вставляются направляющие лопастей, на которые наматывается мягкий материал лопасти в зависимости от необходимой длины и расстояния между пазами крепления. Техническим результатом является обеспечение возможности изменять количество лопастей, площадь и расположение их на вертикальном валу для повышения эффективности преобразования энергии ветра и уменьшения потери за счет трения, избегая необходимости использования смазочных материалов в условиях низких температур. 3 ил.

Мобильная арктическая ветроэлектростанция содержащая вертикальный вал вращения, у которого рабочими органами являются лопасти, вставленные в пазы крепления лопастей с фиксаторами, отличающаяся тем, что вертикальный вал на концах имеет магнитные подшипники на постоянных магнитах, в верней части к корпусу подшипника крепятся растяжки для устойчивости ветроэлектростанции, в нижней части вал с магнитным подшипником устанавливается в корпус и на нем устанавливается ведущий каток цилиндрической фрикционной передачи, ведомый каток закреплен на валу электрогенератора, который соединен через выпрямитель с аккумуляторной батареей и нагрузкой, пазы крепления лопастей с фиксаторами расположены по всему валу на разных уровнях, в них вставляются направляющие лопастей, на которые наматывается мягкий материал лопасти в зависимости от необходимой длины и расстояния между пазами крепления.