МОБИЛЬНАЯ РОТОРНАЯ ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2023 года по МПК F03D9/32 B63B35/44 F03D13/20 F03D1/04 

Данное изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветряным электростанциям, работающим от действия ветрового потока воздуха.

В настоящее время, конструкция используемых ветровых электростанций (далее, ВЭС) не претерпевает существенных изменений и достигла пика своего эволюционного развития, однако задачи по повышению мощности, КПД, эффективности работы ВЭС, стоят как никогда остро, в связи с постоянным поднятием цен на топливо и его образующемся дефиците во многих районах на планете, кроме того, существует проблема оперативной временной подачи энергии при чрезвычайных ситуациях, авариях, ремонтных работах, при которых нужно быстро развернуть установку и обеспечить бесперебойную подачу энергии.

Широко известны ВЭС крыльчатой конструкции, однако данный тип устройств является стационарными, поскольку требуют основательного крепления на поверхности, их эффективность и КПД работы, с учетом их габаритов, недостаточно высока, а конструкция сложная и громоздкая и может применяться далеко не везде.

В качестве прототипа может быть принят патент RU 2115825 U1, 20.07.1998, раскрывающий ветряную роторную электростанцию, содержащую не менее двух парусных ветродвигателей, при этом, ветродвижители состоят из двух прямоугольных пластин, параллельные тросы гибкого вала, передающие вращение от ветродвигателей к генератору, гибкий вал, связанный с реями, на которые навешены ветродвижители, и с подшипником вверху, при этом оба троса гибкого вала зафиксированы в вырезах - четырех отверстиях, через которые пропускается фал и осуществляется последовательный подъем реи вверх по тросам гибкого вала, а другой конец фала перекидывается через неподвижный блок - ролик.

Его недостатком является то, что устройство не может быть мобильным, имеет сложную конструкцию, низкий КПД при больших габаритах.

В основу данного изобретения поставлена задача разработать конструкцию мобильной роторной ветроэлектростанции, устраняющей указанные недостатки известного устройства.

Техническим результатом является повышение эффективности и КПД устройства с одновременной компактностью и мобильностью.

Данный технический результат достигается тем, что мобильная роторная ветроэлектростанция (ВЭС), содержащая,

по меньшей мере, два опорных борта, связанных посредством каркасного основания,

на каркасном основании установлены основная и вспомогательная пара стоек, при этом между основной парой стоек закреплена с возможностью поворота во втулках, поворотная штанга, а между вспомогательной парой стоек закреплена опорная штанга,

поворотная штанга включает жестко связанный с ней держатель, включающий ротор, конический редуктор с рабочим валом ротора, а также выходной вал, проходящий через держатель, выполненный с возможностью передавать вращательное движение от ротора на электрогенератор, при этом держатель также включает крепежные элементы для фиксации в них обтекателя вокруг и по ширине указанного ротора,

рабочий вал ротора связан с рассекателем воздуха, выполненным, в своей основе, в виде конуса с закругленными внутрь сторонами, вокруг рассекателя воздуха размещены, по меньшей мере, два опорных кольца, на которых установлены профильные лопатки, пропускающие через свою поверхность воздух для создания вращательного движения ротора.

Опорный борт выполнен в виде плавучего буля.

Поворотная штанга включает приводную передачу, связанную с механизмом подъема-опускания.

Механизм подъема-опускания выполнен в виде мотор - редуктора.

Приводная передача выполнена в виде приводной шестерни.

Крепежные элементы выполнены в виде проушин с отверстиями под болты.

Профильные лопатки выполнены с возможностью менять угол их наклона.

Далее, предложенное изобретение будет подробно рассмотрено с учетом иллюстраций, где на:

Фиг. 1 - представлен вид сбоку мобильной роторной ветроэлектростанции в рабочем состоянии;

Фиг. 2 - представлен вид сбоку мобильной роторной ветроэлектростанции в транспортном состоянии;

Фиг. 3 - представлен вид спереди мобильной роторной ветроэлектростанции в транспортном состоянии;

Фиг. 4 - увеличенный фрагмент редуктора вид А;

Фиг. 5 - представлен ротор, вид сверху;

Фиг. 6 - представлено сечение профильных лопаток, вид Б;

Фиг. 7 - представлен ротор, вид сбоку;

Фиг. 8 - представлен ротор, в изометрии;

Фиг. 9 - увеличенный фрагмент ротора, вид В,

где позиции:

1 - опорный борт;

2 - каркасное основание;

3 - основная пара стоек;

4 - вспомогательная пара стоек;

5 - поворотная штанга;

6 - опорная штанга;

7 - держатель;

8 - ротор;

9 - конический редуктор;

10 - рабочий вал;

11 - выходной вал;

12 - электрогенератор;

13 - профильные лопатки;

14 - рассекатель воздуха;

15 - опорные кольца;

16 - обтекатель;

Мобильная роторная ВЭС, содержит, по меньшей мере, два опорных борта 1, связанных посредством каркасного основания 2. Количество опорных бортов может быть большим, например четыре, шесть штук и пр. для лучшей устойчивости ВЭС. Как вариант, опорный борт 1 мажет быть выполнен в виде плавучего буля, для использования ВЭС не только на суше, но и в пределах водоема, например в прибрежной морской зоне, где, как правило поток ветра более стабилен. Материал и форма булей, при их использовании, может быть различными и не ограничиваться каким-либо выполнением, однако очевидно, они должны обеспечивать достаточную грузоподъемность и устойчивость на воде всей конструкции.

Каркасное основание 2 выполнено в виде единого каркаса, предпочтительно прямоугольной формы, например, из металлопрофиля, для обеспечения единой жесткой конструкции устройства и выполнения необходимой обвязки устройства ее узлами и элементами.

На каркасном основании 2 установлены основная 3 и вспомогательная 4 пара стоек. Данные, основная 3 и вспомогательная 4 пара стоек, как правило, выполняются из металла и жестко или разъемно крепятся на элементах каркасного основания 2.

Между основной парой стоек 3 горизонтально закреплена поворотная штанга 5. Поворотная штанга 5 крепится во втулках, или иных узлах вращения, например в подшипниковых узлах, с возможностью поворота вокруг оси поворотной штанги 5. Предпочтительно, поворотная штанга 5 включает приводную передачу, например, приводную шестерню, связанную с механизмом подъема-опускания, выполненного, например, в виде мотор-редуктора, выходной вал которого взаимодействует с приводной передачей, для осуществления автоматизированного подъема-опускания ротора 8, при переходе устройства от сложенного (транспортируемого) состояния в рабочее, либо при чрезмерно сильном ветре. При этом устройство может осуществлять переход в сложенное и рабочее состояние в автоматическом режиме, в зависимости от скорости ветра и/или при выключении электроэнергии.

Между вспомогательной парой стоек 4 закреплена опорная штанга 6, которая служит для опирания на нее держателя 7 с ротором 8 в транспортировочном (сложенном) положении ВЭС, либо при чрезмерно сильном ветре.

Поворотная штанга 5 включает жестко связанный с ней держатель 7. Держатель 7 в своей конструкции включает ротор 8, конический редуктор 9 с рабочим валом 10 ротора, а также выходной вал 11, проходящий через держатель 7, выполненный с возможностью передавать вращательное движение через указанные валы 10,11 от ротора 8 на электрогенератор 12.

Конический редуктор 9 предпочтительно выполняется в толще держателя 7, для исключения попадания на него пыли, грязи, воды и обеспечения более легкого его вращения. Выходной вал 11 также предпочтительно проходит через корпус держателя 7, например, в соответствующем его внутреннем отверстии. Передача вращения с выходного вала 11 на электрогенератор 12 может осуществляться по различным схемам, как с использованием дополнительных узлов (редукторов, валов, передач), так и напрямую с выходного вала 11 на электрогенератор 12. Электрогенератор 12 может содержать генератор переменного тока и выпрямительный блок, для выравнивания вырабатываемого электрического тока.

Держатель 7 также включает крепежные элементы для фиксации в них обтекателя 16, размещенного вокруг и по ширине ротора 8. Крепежные элементы выполнены, например, в виде проушин с отверстиями под болты, для обеспечения надежной фиксации и быстрого съема обтекателя 16, в случае необходимости.

Обтекатель 16 выполнен в виде наружного кожуха, закрывающего с боковой части элементы ротора 8, для исключения воздействия бокового ветра или дождя или снега или иных внешних факторов на подвижные элементы ротора 8 и препятствия вращения ротора 8, для повышения эффективности и КПД устройства. Предпочтительно выполнять обтекатель 16 в форме усеченного конуса с расширением его по ширине ротора 8.

Далее, рассмотрим подробно конструкцию ротора 8 (см. фиг. 5-9). Необходимо отметить, что рассекатель 14 воздуха на фиг. 1-4 выполнен схематично.

Рабочий вал 10 ротора 8 связан с рассекателем 14 воздуха. Рассекатель 14 воздуха выполнен, в своей основе, в виде конуса с закругленными внутрь, под определенным радиусом изгиба, сторонами. Данное закругление рассекателя 14 воздуха обеспечивает перенаправление потока воздуха к краям рассекателя 14 на профильные лопатки 13, для повышения эффективности и КПД устройства. Профильные лопатки 13 по фиг. 1 также не показаны, а на фиг. 5-9 схематично изображены лишь часть профильных лопаток 13, которые распределяются по всему кругу по опорным кольцам 15.

Вокруг рассекателя 14 воздуха размещены, по меньшей мере, два опорных кольца 15, связанных с рассекателем 14 воздуха. Количество опорных колец 15 может быть и больше, например три, четыре и пр., что в первую очередь связано с шириной конструкции ротора 8 в целом, для обеспечения достаточной жесткости установки профильных лопаток 13.

На опорных кольцах 15 устанавливаются профильные лопатки 13, пропускающие через свою поверхность воздух для создания вращательного движения ротора 8. Количество профильных лопаток 13, их угол постановки, расстояние между ними подбираются исходя из условий применения устройства, ориентировочной скорости воздуха, предполагаемого места установки устройства и прочих факторов. Предпочтительно, профильные лопатки 13 выполняются с возможностью менять угол их наклона в опорных кольцах 15. Механизм изменения угла наклона профильных лопаток 13 может быть различным, например, посредством их крепежных элементов, способных фиксировать лопатки под разными углами, или же посредством различных прорезей (прорези с различными углами установки) в опорных кольцах 15 или по иной схеме изменения угла их наклона. Наличие и конструкция данных профильных лопаток 13 обеспечивает стабильное и постоянное вращение ротора 8 для повышения эффективности и КПД устройства.

Принцип использования предложенного изобретения следующий.

- мобильная роторная ВЭС перемещается на транспортном средстве в нужную точку в транспортируемом состоянии и устанавливается на опорные борта 1,

- мобильная роторная ВЭС разворачивается в рабочее положение, для чего держатель 7 на поворотной штанге 5 (между основной парой стоек 3) поворачивается вверх,

- поток воздуха, поступая в ротор 8, попадает на рассекатель 14 воздуха, по которому воздух меняет свое направление и стремится к наружным краям ротора 8. Поток воздуха у края ротора 8 проходит через профильные лопатки 13, пропускающие через свою поверхность воздух, тем самым толкая ротор 8 в одном направлении, для создания его вращательного движения.

- вращение передается на электрогенератор 12 для выработки энергии, через рабочий вал 10, конический редуктор 9, а также выходной вал 11.

Пример 1

Мобильная роторная ВЭС содержит два опорных борта 1, связанных посредством каркасного основания 2,

на каркасном основании 2 установлены основная 3 и вспомогательная 4 пара стоек, при этом между основной парой стоек 3 закреплена с возможностью поворота во втулках, поворотная штанга 5, а между вспомогательной парой стоек 4 закреплена опорная штанга 6,

поворотная штанга 5 включает жестко связанный с ней держатель 7, включающий ротор 8, конический редуктор 9 с рабочим валом 10 ротора, а также выходной вал 11, передающий вращательное движение на электрогенератор 12, при этом держатель 7 также включает крепежные элементы для фиксации в них обтекателя 16,

рабочий вал 10 ротора 8 связан с рассекателем 14 воздуха, выполненным, в своей основе, в виде конуса с закругленными внутрь сторонами, вокруг рассекателя 14 воздуха размещены два опорных кольца 15, на которых установлены профильные лопатки 13.

Пример 2

Мобильная роторная ВЭС содержит два опорных борта 1, выполненных в виде плавучего буля и связанных посредством каркасного основания 2,

на каркасном основании 2 установлены основная 3 и вспомогательная 4 пара стоек, при этом между основной парой стоек 3 закреплена с возможностью поворота во втулках, поворотная штанга 5, а между вспомогательной парой стоек 4 закреплена опорная штанга 6,

поворотная штанга 5 включает приводную передачу в виде приводной шестерни, связанную с механизмом подъема-опускания в виде мотор-редуктора,

поворотная штанга 5 включает жестко связанный с ней держатель 7, включающий ротор 8, конический редуктор 9 с рабочим валом 10 ротора, а также выходной вал 11, передающий вращательное движение на электрогенератор 12, при этом держатель 7 также включает крепежные элементы для фиксации в них обтекателя 16,

рабочий вал 10 ротора 8 связан с рассекателем 14 воздуха, вокруг рассекателя 14 воздуха размещены три опорных кольца 15, на которых установлены профильные лопатки 13. Профильные лопатки выполнены с возможностью менять угол их наклона.

Предложенное изобретение обеспечивает повышение эффективности и КПД устройства с одновременной компактностью и мобильностью.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Мобильная роторная ветроэлектростанция (ВЭС), содержит, по меньшей мере, два опорных борта, связанных посредством каркасного основания. На каркасном основании установлены основная и вспомогательная пара стоек, при этом между основной парой стоек закреплена с возможностью поворота во втулках поворотная штанга, а между вспомогательной парой стоек закреплена опорная штанга. Поворотная штанга включает жестко связанный с ней держатель, включающий ротор, конический редуктор с рабочим валом ротора, а также выходной вал, проходящий через держатель, выполненный с возможностью передавать вращательное движение от ротора на электрогенератор, при этом держатель также включает крепежные элементы для фиксации в них обтекателя вокруг и по ширине указанного ротора. Рабочий вал ротора связан с рассекателем воздуха, выполненным, в своей основе, в виде конуса с закругленными внутрь сторонами, вокруг рассекателя воздуха размещены, по меньшей мере, два опорных кольца, на которых установлены профильные лопатки, пропускающие через свою поверхность воздух для создания вращательного движения ротора. Техническим результатом является повышение эффективности и КПД устройства с обеспечением компактности и мобильности. 6 з.п. ф-лы, 9 ил., 2 пр.

1. Мобильная роторная ветроэлектростанция (ВЭС), характеризующаяся тем, что включает, по меньшей мере, два опорных борта, связанных посредством каркасного основания, на каркасном основании установлены основная и вспомогательная пара стоек, при этом между основной парой стоек закреплена с возможностью поворота во втулках поворотная штанга, а между вспомогательной парой стоек закреплена опорная штанга, поворотная штанга включает жестко связанный с ней держатель, включающий ротор, конический редуктор с рабочим валом ротора, а также выходной вал, проходящий через держатель, выполненный с возможностью передавать вращательное движение от ротора на электрогенератор, при этом держатель также включает крепежные элементы для фиксации в них обтекателя вокруг и по ширине указанного ротора, рабочий вал ротора связан с рассекателем воздуха, выполненным, в своей основе, в виде конуса с закругленными внутрь сторонами, вокруг рассекателя воздуха размещены, по меньшей мере, два опорных кольца, на которых установлены профильные лопатки, пропускающие через свою поверхность воздух для создания вращательного движения ротора.

2. Мобильная роторная ВЭС по п. 1, характеризующаяся тем, что опорный борт выполнен в виде плавучего буля.

3. Мобильная роторная ВЭС по п. 1, характеризующаяся тем, что поворотная штанга включает приводную передачу, связанную с механизмом подъема-опускания.

4. Мобильная роторная ВЭС по п. 3, характеризующаяся тем, что механизм подъема-опускания выполнен в виде мотор-редуктора.

5. Мобильная роторная ВЭС по п. 3, характеризующаяся тем, что приводная передача выполнена в виде приводной шестерни.

6. Мобильная роторная ВЭС по п. 1, характеризующаяся тем, что крепежные элементы выполнены в виде проушин с отверстиями под болты.

7. Мобильная роторная ВЭС по п. 1, характеризующаяся тем, что профильные лопатки выполнены с возможностью менять угол их наклона.