Резервуарный ветрогидравлический преобразователь
Полезная модель относится к устройствам преобразования энергии ветра и водной среды в энергию механического вращения инерционного маховика, выполненного в виде реактивной гидротурбины на основе Сегнерова колеса с положительной обратной связью по мощности, и размещенную в резервуаре с водной средой, в электрическую энергию.
Технический результат: устройство позволяет преобразовывать энергию потока ветра и водной среды в энергию механического вращения инерционного маховика, выполненного в виде реактивной гидротурбины на основе Сегнерова колеса с положительной обратной связью по мощности, в электрическую энергию, упрощает кинематические цепи устройства, позволяет применять резервуар для водной среды, что обеспечивает мобильность размещения устройства.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что резервуарный ветро-гидравлический преобразователь содержит ветрогенератор, который через блок коммутации и управления подсоединен последовательно к контроллеру, аккумулятору и инвертору, выход которого присоединен к блоку коммутации и управления, а выход этого блока присоединен к внешним потребителям электрической энергии.
Блок коммутации и управления снабжен кнопкой подключения внешнего источника тока - ветрогенератора, кнопкой подключения внешних потребителей энергии, кнопкой запуска и кнопкой останова устройства.
К блоку коммутации и управления подключены: цепь генератора, цепь тахометра, цепь питания пускового электродвигателя. На валу генератора установлен тахометр. Вал генератора соединен через кинематическую цепь, состоящую из шкива вала генератора, ремня и шкива пускового двигателя с валом реактивной гидротурбины типа Сегнерова колеса с положительной обратной связью, размещенную в резервуаре с водной средой. Вал, реактивной турбины через обгонную муфту, присоединен к пусковому электродвигателю. На валу реактивной турбины установлена крыльчатка для подачи водной среды по цилиндрическому насадку в реактивную гидротурбину на высоту Н.
Область применения.
Полезная модель относится к устройствам преобразования энергии ветра и водной среды в энергию механического вращения инерционного маховика, выполненного в виде реактивной гидротурбины на основе Сегнерова колеса с положительной обратной связью по мощности и помещенную в резервуар или водоем с водной средой, в электрическую энергию
Уровень техники.
Известен из теории и практики способ преобразования энергии потока ветра или воды в установке, содержащей вертикальный вал с перпендикулярно прикрепленными и диаметрально расположенными через равные углы штангами с лопастями и приспособлением ориентации энергетического потока движущейся среды. (ВОДО-ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, ПАТЕНТ RU 2141576, кл. МПК F03B 17/06. F03D 3/00).
Предлагаемое устройство осуществляет преобразование энергии потоков ветра и воды, и работает внутри этих движущихся сред и/или их приграничных зонах.
При этом элементы устройства, утилизирующие энергию потоков ветра т воды, жестко соединены с общим силовым валом, что взаимно ограничивает извлекаемую мощность.
Способ позволяет утилизировать только усредненную кинетическую энергию потоков воды и воздуха, что существенно ограничивает область своего применения - это энергия ветра и потока воды в реке или энергия приливов на море.
Известно также устройство для преобразования энергии потока воздуха и/или воды, обеспечивающее оптимальную ориентацию в воздушном и/или водном потоке. (УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПОТОКА СРЕДЫ. ПАТЕНТ RU 2281412, кл. F03D 5/00).
Технический результат заключается в повышении эффективности работы установки за счет обеспечения возможности совместной, согласованной и синхронизированной работы нескольких поворотных лопастей, что приводит к более эффективному использованию энергии потоков среды.
Недостатком этого способа и устройства утилизации энергии потока ветра и/или воды является необходимость применения сложного кинематического механизма, обеспечивающего возможность реализации различных трехмерных циклических траекторий движения функциональных элементов механической системы, что значительно сужает, как функциональное назначение данного механизма, так и область его применения, а также и места размещения устройства в близи потовов водной среды, а именно: река, или прилив на море.
Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является устройство с независимым принципом преобразования энергии потоков ветра и воды при работе на общую нагрузку. (ВЕТРОАГРЕГАТ И ГИДРОАГРЕГАТ ПАТЕНТ RU 2052658, кл. F03D 3/02. F03D 7/06). Данное устройство выбрано за прототип.
Недостатком данного способа и устройства утилизации энергии потоков ветра и воды являются отсутствие компенсации крутящих моментов на валах ветрогенератора и гидрогенератора, что требует технически сложного устройства ориентации их для компенсации крутящих моментов, или жесткой фиксации устройства путем применения растяжек, как для ветрогенератора, так и применение якорей для плавсредства с гидрогенератором.
Устройство технически сложно, требует специальных платформ, а именно: дирижаблей для ветрогенератора и плавучих средств для гидрогенератора, и ограничивается областью своего применения в части мобильности размещения - это преобразование энергия потока реки и/или энергия потока приливов на море.
Общими недостатками, рассмотренных устройств является: техническая сложность синхронизации и согласование динамических характеристик элементов устройства, а также согласование получаемых мощностей энергии из потоков воды и ветра, требует сложных кинематических цепей стабилизации направления на поток, как ветрогенераторов, так и гидрогенераторов, необходимость использования естественных источников потоков водной среды, то есть размещение устройств вблизи с реками или морем.
Указанных недостатков лишено предложенное ниже устройство.
Целью полезной модели является создание устройства для преобразования энергии потока ветра и водной среды в энергию механического вращения инерционного маховика, выполненного в виде реактивной гидротурбины на основе Сегнерова колеса с положительной обратной связью по мощности, в электрическую энергию, упрощение кинематических цепей устройства и применение резервуара для размещения водной среды, что обеспечивает мобильность размещения устройства.
Технический результат: устройство позволяет преобразовывать энергию потока ветра и водной среды в энергию механического вращения инерционного маховика, выполненного в виде реактивной гидротурбины на основе Сегнерова колеса с положительной обратной связью по мощности, в электрическую энергию, упрощает кинематические цепи устройства, позволяет применять резервуар для водной среды, что обеспечивает мобильность размещения устройства.
Реализация полезной модели.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что резервуарный ветро-гидравлический преобразователь содержит ветрогенератор, гидрогенератор, блок коммутации и управления, снабженного кнопкой подключения внешнего источника тока - ветрогенератора, кнопкой подключения внешних потребителей энергии, кнопкой запуска и кнопкой останова устройства, отличающийся тем,
что инерционный маховик, выполнен в виде реактивной гидротурбины на основе Сегнерова колеса с положительной обратной связью по мощности и размещен в резервуаре с водной средой, на валу реактивной гидротурбины размешена крыльчатка для подъема водной среды на высоту Н в реактивную гидротурбину. Ветрогенератор через блок коммутации и управления последовательно присоединен к контроллеру, аккумулятору и инвертору, выход которого присоединен к блоку коммутации и управления, выход которого подсоединен к цепи питания электродвигателя, вал которого через обгонную муфту соединен с валом реактивной гидротурбины, вал реактивной гидротурбины подсоединен к генератору через кинематическую цепь, состоящую из шкива реактивной гидротурбины, ременной передачи и шкива вала генератора, цепь генератора подключена к блоку коммутации и управления, а тахометр, размещенный на валу генератора присоединен цепью управления с блоком коммутации и управления.
Краткое описание чертежей.
На чертеже показана конструктивная схема резервуарного ветро-гидравлического преобразователя, где 1 - Ветрогенератор, 2 - Инвертор, 3 - Аккумулятор, 4 - Контроллер, 5 - Блок коммутации и управления, 6 - Генератор, 7 - Тахометр, 8 - Вал генератора, 9 - Кинематическая цепь, 10 - Шкив генератора, 11 - Ремень, 12 - Электродвигатель, 13 - Вал электродвигателя, 14 - Обгонная муфта, 15 - Шкив электродвигателя, 16 - Вал реактивной турбины, 17 - Резервуар, 18 - Реактивная гидротурбина, 19 - Насадок, 20 - Крыльчатка, 21 - Выход низковольтный блока коммутации и управления, 22 - Выход инвертора, 23 - Цепь генератора, 24 - Цепь тахометра, 25 - Цепь питания электродвигателя, 26 - Кнопка подключения внешнего источника тока, 27 - Кнопка подключения внешних потребителей энергии, 28 - Кнопка запуска устройства, 29 - Кнопка останова устройства. 30 - Цепь внешнего источника тока, 31 - Выход блока коммутации и управления. Н - высота подъема водной среды в реактивную турбину.
Осуществление полезной модели
Резервуарный ветро-гидравлический преобразователь может быть реализован следующим образом. Посредством объединения и преобразования кинетической энергии вращения ветрогенератора и генератора с реактивной гидротурбиной, выполненной в виде Сегнерова колеса с положительной обратной связью по мощности и размещенной в резервуаре с водной средой, в электрическую энергию с накоплением ее на аккумуляторе, с последующим инвертированием в переменны ток.
Такое техническое решение позволяет упростить кинематические механизмы ориентации ветрогенератора и гидрогенератора по потоку, не требует сложных средств стабилизации и синхронизации преобразования накопленной на аккумуляторе электрической энергии, обеспечивает устройству мобильность.
Ветрогенератор может быть применен любого типа, а именно: с вертикальной или с горизонтальной осью вращения ветроколеса, поскольку он носит вспомогательный характер и предназначен для создания необходимой первичной мощности для запуска устройства.
Генератор может быть выполнен на постоянных магнитах, синхронном или асинхронном генераторах, или на основе асинхронного электродвигателя с конденсаторными цепями для обеспечения работы электродвигателя в генераторном режиме.
Реактивная гидротурбина на основе Сегнерова колеса с положительной обратной связью оснащается крыльчаткой для подъема водной среды по цилиндрическому насадку в реактивную гидротурбину на высоту Н, и размещена ниже уровня водной среды в резервуаре.
Работа устройства.
При запуске резервуарного ветро-гидравлического преобразователя объединение полученной электрической энергии в устройстве осуществляется на общем накопителе - аккумуляторной батареи - 3.
Запуск устройства осуществляется путем подачи электрической энергии на пусковой электродвигатель - 12, раскручивающий реактивную гидротурбину - 18 в виде Сегнерова колеса с положительной обратной связью по мощности до возникновения режима авторотации. В режиме авторотации реактивная турбина - 18, за счет выброса рабочего тела - водной среды из сопел, создает крутящий момент, обеспечивающий мощность превышающую потери на преодоление трения скольжения в подшипниках электрогенератора - 6 и затрат на подъем воды в цилиндрическом насадке на уровень Н в реактивную турбину - 18. (Теоретическая механика. - М.: Изд-во Транс. Лит, 2010. - 560 с., Тарасов В.Н., Бояркина И.В., Коваленко М.В., Федорченко Н.П., Фисенко Н.И., стр.308., Раздел 21.7.2. Определение реакций и сил сплошного потока среды в колене трубы.).
Полученная электрическая энергия на генераторе - 6 реактивной гидротурбины - 18, и накопленная на аккумуляторе - 3, преобразуется на инверторе - 4 в переменный ток, далее через блок коммутации и управления - 5 поступает к внешним потребителям. При снижении числа оборотов генератора - 6, сигнал с тахометра - 7, расположенного на валу генератора - 6 поступает на цепь - 25 управления пусковым электродвигателем - 12. Электродвигатель - 12 приводится во вращение и через обгонную муфту - 14 передает на реактивную турбину - 18 типа Сегнерова колеса с положительной обратной связью по мощности дополнительный крутящий момент, обеспечивая необходимую мощность устройства. При достижении устройством расчетной мощности, с тахометра - 7 поступает сигнал по цепи - 24 о прекращении действия крутящего момента пускового электродвигателя - 12, на реактивную гидротурбину - 18, и он отключается.
Устройство переходит в установившийся рабочий режим.
1. Резервуарный ветрогидравлический преобразователь, содержащий ветрогенератор, генератор, блок коммутации и управления, снабженный кнопкой подключения внешнего источника тока - ветрогенератора, кнопкой подключения внешних потребителей энергии, кнопкой запуска и кнопкой останова устройства, отличающийся тем, что инерционный маховик выполнен в виде реактивной гидротурбины на основе Сегнерова колеса с положительной обратной связью по мощности и размещен в резервуаре с водной средой, на валу реактивной гидротурбины размешена крыльчатка для подъема водной среды в реактивную гидротурбину.
2. Резервуарный ветрогидравлический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что ветрогенератор через блок коммутации и управления последовательно присоединен к контроллеру, аккумулятору и инвертору, выход которого присоединен к блоку коммутации и управления, выход которого подсоединен к цепи питания электродвигателя, вал которого через обгонную муфту соединен с валом реактивной гидротурбины.
3. Резервуарный ветрогидравлический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вал реактивной гидротурбины подсоединен к генератору через кинематическую цепь, состоящую из шкива реактивной гидротурбины, ременной передачи и шкива вала генератора, цепь генератора подключена к блоку коммутации и управления, а тахометр, размещенный на валу генератора, присоединен цепью управления с блоком коммутации и управления.
