Устройство для преобразования ветровой энергии в механическую энергию

 

Полезная модель относится к области ветроэнергетической техники и может быть использована в ветряных энергетических установках, рабочие органы которых совершают колебательные движения и не вращаются. Содержит поворотное крыло 3 с удерживающей его конструкцией 1 и ограничительными упорами 2. При этом ось поворота крыла 3 отклонена на угол 57°, что обеспечивает повышение производительности и долговечности ветроэнергетических установок.

Полезная модель относится к области ветроэнергетической техники и может быть использована в ветряных энергетических установках, рабочие органы которых совершают колебательные движения и не вращаются.

Известен качающийся ветровой привод [1], в котором рабочие органы в виде взаимно-перпендикулярных лопастей установлены против ветрового потока на конце рычажного коромысла так, что центр давления расположен за центром тяжести вдоль продольной оси рычажного коромысла. Вертикальные лопасти отрабатывают флюгерную функцию, а горизонтальные лопасти формируют подъемную силу. С помощью кинематических передач изменяется угол атаки горизонтальных лопастей до критического значения, после которого под действием силы тяжести рычажное коромысло приходит в исходное положение, совершая качающее движение. Это качающееся движение коромысла передается нагрузке. За счет отсутствия вращающихся рабочих органов ветровая энергия наиболее полным образом передается через качающееся рычажное коромысло нагрузке. Отметим, что вращающиеся под действием ветра рабочие органы создают большой гироскопический момент, что крайне нежелательно препятствует технической реализации флюгерной функции ветровой установки.

Недостаток известного устройства преобразования ветровой энергии в механическую состоит в том, что для его технической реализации требуется отторжение большого рабочего пространства, определяемого длиной коромысла, и дорогостоящая очистка горизонтальных лопастей от снега.

Наиболее близким известным техническим решением к предлагаемому является устройство, реализующее известный способ преобразования кинетической энергии текучей среды в возвратно-поступательное перемещение крыла, которое содержит поворотное крыло с удерживающей его конструкцией в вертикальном положении с возможностью совершать колебательное движение под действием поочередной аэродинамической силы поворотного крыла то одного, то другого направления, механизм передачи колебательного движения удерживающей конструкции нагрузке и ограничительные упоры колебательного движения удерживающей конструкции с противодействующими пружинами относительно неподвижной опоры [2]. Ограничительные упоры формируют сектор колебательного движения удерживающей поворотное крыло конструкции. При этом поворотное крыло содержит закрылок с ограничительными упорами, которые ограничивают повороты закрылка. За счет использования всей поверхности рабочего органа - крыла с закрылком обеспечиваются необходимые условия для формирования наибольшей подъемной силы крыла и, следовательно, достигается высокий коэффициент использования энергии течения среды в заданном профиле поперечного сечения канала для преобразования ее в механическую энергию без вращения рабочего органа.

Недостаток прототипа состоит в том, что периодическое накопление противодействующей пружиной механической энергии при каждом циклическом движении удерживающей поворотное крыло конструкции в окрестностях краевых зон ограничения заданного сектора ее перемещения снижает производительность энергетической установки по причине не совсем рационального расхода накопленной противодействующей пружиной механической энергии на поддержание автоколебательного режима, кроме того, использование закрылка и противодействующей пружины для поддержания автоколебательных движений конструкции с поворотным крылом, не отвечает в полной мере требованиям высокой долговечности энергетической установки. Кроме того, для возбуждения автоколебательного режима движения конструкции, удерживающей поворотное крыло, в воздушной среде требуется ручная установка крыла под углом атаки к ветровому потоку, в случае, когда появится ветер, и вручную поворачивать рабочий сектор неподвижной опоры в направлении против ветра в случае, когда ветер изменит свое направление.

Целью полезной модели является повышение производительности, долговечности ветроэнергетических установок и автоматизации процесса преобразования ветровой энергии в механическую за счет формирования автоколебательного движения конструкции, удерживающей поворотное крыло, в воздушных потоках разной интенсивности и направления ветра с использованием силы притяжения земли.

Указанная цель достигается тем, что, в известном устройстве, содержащем поворотное крыло с удерживающей его конструкцией в вертикальном положении с возможностью совершать колебательное движение под действием поочередной аэродинамической силы поворотного крыла то одного, то другого направления и механизм передачи колебательного движения удерживающей конструкции нагрузке, ограничительные упоры установлены на конструкции, удерживающей поворотное крыло, для ограничения вращения поворотного крыла, при этом ось вращения поворотного крыла отклонена на угол 57° в направлении минимального значения диаграммы направленности розы ветров вдоль ветрового потока.

Новизна предлагаемого устройства для преобразования ветровой энергии в механическую энергию заключается в том, ограничительные упоры установлены на конструкции, удерживающей поворотное крыло, для ограничения вращения поворотного крыла, при этом ось вращения поворотного крыла отклонена на угол 57° в направлении минимального значения диаграммы направленности розы ветров вдоль ветрового потока, что обеспечивает повышение производительности, долговечности ветроэнергетических установок и автоматизации процесса преобразования ветровой энергии в механическую энергию.

Кинематическая схема предлагаемого устройства изображена на чертеже, где обозначено: 1 - конструкция, удерживающая поворотное крыло; 2 - ограничительные упоры; 3 - поворотное крыло.

В исходном положении в конструкции 1 с ограничительными упорами 2 установлено поворотное крыло 3.

Устройство работает следующим образом.

При отклонении от вертикального положения на угол 57° продольной оси поворота крыла 3 в направлении минимального значения диаграммы направленности розы ветров автоматически (без участия человека) поворотное крыло 3 из-за возникшего несовпадения положений его центра массы и центра давления занимает одно из значений установочного угла, подставляя всегда одну из своих сторон потоку ветра, формируя аэродинамическую (подъемную) силу. Под действием сформированной крылом 3 аэродинамической силы конструкция 1, удерживающая поворотное крыло 3, начинает перемещаться. Сформированный при этом крутящий момент конструкции 1 передается механической нагрузке, которая на чертеже не показана.

Поворот крыла 3 и, следовательно, угол его атаки, ограничиваются ограничительными упорами 2. Поэтому под действием ранее сформированного момента силы инерции конструкция 1 переместит поворотное крыло 3 в такое крайнее положение, при котором потоки воздуха начнут обдувать другую сторону крыла 3, формируя противоположный угол атаки крыла 3. Под действием аэродинамических сил крыла 3 конструкция 1, удерживающая поворотное крыло 3, совершает автоколебательное движение, период которого равен времени прямого и обратного перемещения конструкции 1. При этом для поддержания автоколебательного движения конструкции 1 не требуется расхода дополнительной противодействующей механической энергии пружин, используемых в прототипе, и ручного поворота сектора колебаний конструкции 1 в зависимости от направления ветра, что повышает производительность и долговечность ветровой энергетической установки.

Промышленная осуществимость предлагаемой полезной модели обосновывается тем, что в ней используются известные в аналоге и прототипе механизмы и детали по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлена в 2011 году действующая модель устройства для преобразования ветровой энергии в механическую энергию.

Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается не менее чем на 1520% производительность и долговечность ветроэнергетических установок, а также обеспечиваются условия для автоматизации процесса преобразования ветровой энергии в механическую за счет формирования автоколебательного движения конструкции, удерживающей поворотное крыло, в воздушных потоках разной интенсивности и направления ветра с использованием силы притяжения земли и ограничительных упоров поворотного крыла.

Источники информации:

1. Патент RU 2059108, Качающийся ветропривод, МПК F03D 5/06, приоритет: 30.10.1991, заявитель, автор и патентообладатель: Анцелиович Л.Л., (аналог).

2. Патент RU 2141058, Способ преобразования кинетической энергии текучей среды в возвратно-поступательное перемещение крыла и установка для его осуществления, МПК F03D 5/06, приоритет: 01.11.1995, заявитель, автор и патентообладатель: Бакай В.И., (прототип).

Устройство для преобразования ветровой энергии в механическую, содержащее поворотное крыло с удерживающей его конструкцией в вертикальном положении с возможностью совершать колебательное движение под действием поочередной аэродинамической силы поворотного крыла то одного, то другого направления, механизм передачи колебательного движения удерживающей конструкции нагрузке и ограничительные упоры, отличающееся тем, что ограничительные упоры установлены на конструкции, удерживающей поворотное крыло, для ограничения вращения поворотного крыла, при этом ось вращения поворотного крыла отклонена на угол 57° в направлении минимального значения диаграммы направленности розы ветров вдоль ветрового потока.



 

Похожие патенты:

Промышленная или бытовая ветряная электростанция для дачи, частного дома, промышленности (ветроэлектростанция) относится к энергетике, в частности к использованию энергии ветра для выработки электроэнергии. Ветроэлектростанция обеспечивает полноту использования энергии ветрового потока. Конструкция ветроэлектростанции создает возможность выработки электроэнергии и при низких скоростях ветра с достижением цикла устойчивости работы до 270-300 дней в году.
Наверх