Ветряная энергетическая установка Российский патент 2022 года по МПК F03D15/10 F03D3/00 F03D5/00 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к конструкциям двигателей с осью вращения, перпендикулярной направлению ветра. Ветряные двигатели могут быть использованы в ветроэлектрических агрегатах небольшой мощности.

Известен ветровой двигатель с вертикальной осью вращения (патент на изобретение RU 2013648, опубл. 30.05.1994), содержащий вертикальный ротор с осями, установленные на осях под углом ϕ к вертикали поворотные лопасти, соединены с упругими элементами с возможностью поворота, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, каждая поворотная лопасть соединена посредством упругого элемента с концом соседней оси с возможностью поворота на угол ϕ+90^o в одном направлении при сопротивлении упругих элементов и на угол 90^o-ϕ в противоположном направлении, при котором упругие элементы не оказывают сопротивления повороту лопастей. Недостатком известной конструкции ветродвигателя является ее сложность и низкий КПД.

Известна конструктивно оптимизированная ветротурбина с наклонной или горизонтальной осью (патент на изобретение WO2015171347 от. 2015-11-12), содержащий башню, осевой ветровой ротор, установленный на башне; множество растяжек, поддерживающих башню; где растяжки крепятся к башне над линией ротора; и ось ветрового ротора наклонена в вертикальной плоскости таким образом, что осевая линия башни вращается с отражением плоскостности вращения над башней. Недостатком известной конструкции ветродвигателя является сложность конструкции и потребность в высокой скорости пускового ветра.

Известен карусельный ветродвигатель (патент на полезную модель RU 109807, опубл. 27.10.2011 Бюл. № 30), содержащий расположенные на мачте ветроколесо с профилированными лопастями на концах, ступицу, установленную соосно с валом, маховик, посредством механической передачи соединенный с генератором, отличающийся тем, что ветроколесо, выполненное в виде стержня с неподвижно закрепленными лопастями в форме полуцилиндра, и маховик установлены на валу, выполненном с возможностью вращения внутри неподвижной ступицы, на которой закреплена площадка для механической передачи и генератора Недостатком известной конструкции карусельного ветродвигателя является низкий КПД и потребность в высокой скорости пускового ветра.

В основу изобретения поставлена задача создания простого и эффективного ветродвигателя, в котором обеспечивается достижение технического результата – обеспечение простой конструкции, увеличение КПД и возможность работы при низкой скорости ветра.

Поставленная задача решается тем, что ветряная энергетическая установка содержит мачту, основание, шаговый гибридный двигатель, шкив, при этом основание состоит из двух стержней с закрепленными вдоль неподвижными лопастями и расположенными по краям стойками, между которыми натянут резиновый шнур, который обмотан через шкив, шкив соединен с ротором шагового гибридного двигателя, который установлен на одном краю неподвижного основания, представляющего собой прямоугольный элемент, другим краем который закреплен на верхней части мачты, и который расположен над основанием со стержнями и лопастями. Более эффективная выработка энергии осуществляется с помощью шкива и резинового шнура, выполняющих функцию мультипликатора, которые позволяют увеличить эффективность вращения ротора шагового гибридного двигателя.

Особенностью является то, что при осуществлении половины оборота основания меняется направление вращения шкива в противоположную сторону и передается энергия от натяжения резинового шнура на ротор шагового гибридного двигателя.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема (вид сбоку) ветряной энергетической установки, на фиг.2 – схема (вид сверху) ветряной энергетической установки.

Ветряная энергетическая установка содержит основание 1, которое закреплено на мачте 2 с помощью подшипника качения 3. Основание установки состоит из четырёх прямоугольных элементов, которые соединены между собой, образуя параллелограмм, внутри которого закреплен подшипник качения 3. Две противоположные стороны параллелограмма имеют продолжение в виде стержней. Установка содержит два стержня. На стержнях вдоль закреплены неподвижные (жестко зафиксированные) лопасти 4. По краям основания установки закреплены стойки 5, между которыми натянут резиновый шнур 6. Резиновый шнур 6 обмотан один раз через шкив 7. Шкив 7 имеет округлую форму и имеет канавку для размещения резинового шнура 6, что позволяет шнуру не соскальзывать со шкива. Шкив 7 соединен с ротором шагового гибридного двигателя 8, закрепленного к неподвижному основанию 9 шагового двигателя 8, которое расположено над основанием 1 ветряной энергетической установки. Неподвижное основание 9 шагового двигателя 8 представляет собой прямоугольный элемент, один край которого закреплен на верхней части мачты 2, на другом краю расположен шаговый гибридный двигатель 8.

Шаговый гибридный двигатель 8 подключен по силовому кабелю 10 к силовому шкафу 11.

Мачта и силовой шкаф расположены на фундаменте 12.

Лопасти могут быть выполнены из различных материалов и разных форм, в зависимости от мест и условий использования установки.

Ветряная энергетическая установка работает следующим образом.

Основание устанавливается на мачту 2. Воздушный поток попадает на поверхность лопастей 4 и приводит в движение основание 1 установки, одновременно с которым с помощью резинового шнура 6 посредством механической передачи вращается и шкив 7. Вращение от шкива передается через ротор к шаговому гибридному двигателю 8. При этом при каждом полуобороте меняется направление вращения шкива в противоположную сторону и происходит натяжение резинового шнура 6, а затем его сокращение, при котором передаётся часть энергии от натяжения на ротор шагового гибридного двигателя 8. Таким образом увеличивается КПД установки.

Стартовая скорость устройства по данному изобретению составляет 1,5 м/с.

При диаметре изделия 1,2 м, выдаваемая моментальная мощность при скорости ветра 1,5 м/с составляет 1 Вт.

За счет эффекта мультипликации вращение шкива больше вращения лопасти в 8 раз, что подтверждает повышенный КПД.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к конструкциям двигателей с осью вращения, перпендикулярной направлению ветра. Ветряная энергетическая установка содержит мачту, основание, шаговый гибридный двигатель, шкив. Основание состоит из двух стержней с закрепленными вдоль неподвижными лопастями и стоек, расположенных по краям. Между стойками натянут резиновый шнур, который обмотан через шкив. Шкив соединен с ротором шагового гибридного двигателя, который установлен на одном краю неподвижного основания, представляющего собой прямоугольный элемент. Другой край закреплен на верхней части мачты. Шкив расположен над основанием со стержнями и лопастями. Технический результат – обеспечение простой конструкции, увеличение КПД и возможность работы при низкой скорости ветра. 2 ил.

Ветряная энергетическая установка, характеризующаяся тем, что содержит мачту, основание, шаговый гибридный двигатель, шкив, при этом основание состоит из двух стержней с закрепленными вдоль неподвижными лопастями и расположенными по краям стойками, между которыми натянут резиновый шнур, который обмотан через шкив, шкив соединен с ротором шагового гибридного двигателя, который установлен на одном краю неподвижного основания, представляющего собой прямоугольный элемент, другим краем который закреплен на верхней части мачты и который расположен над основанием со стержнями и лопастями.