Мобильный ветроэнергетический комплекс

Авторы патента:

Полезная модель относится к ветроэнергетике и мобильным источникам электроэнергии и может быть использована для создания мобильных ветроэнергетических установок, размещенных на транспортных средствах. Задача - повышение эффективности выработки энергии мобильным ветроэнергетическим комплексом. Мобильный ветроэнергетический комплекс (фиг.1-фиг.3) включает в себя ротор 1, закрепленный на подвижной ступице 2, установленной на мачте 3. При этом ротор 1 выполнен типа Ф-Дарье (фиг.4) и состоит из трех лопастей 4, каждая из которых прикреплена обоими концами к расположенным на концах ступицы 2 траверсам 5 и 6 с помощью поворотных пружинных шарниров 7. Лопасти 4 выполнены дугообразной, выгнутой наружу формы, имеют в сечении аэродинамичный профиль и разнесены между собой на 120° (см. фиг.6, где: а) - вид лопасти сбоку; 6 - вид соединения лопастей сверху; в) - поперечное сечение лопасти). Для обеспечения равномерного отклонения лопастей 4 от оси вращения (ступицы 2) на ступице 2 в ее середине на втулке закреплен подшипник 8, на внешнюю обойму которого одет фланец (на чертежах не показан), к которому жестко прикреплены три короткие штанги-плечи 9 с грузиками 10, образующие синхронизатор 11 вращения. От каждого плеча 9 (см. фиг.5) через шарнирное соединение 12 к лопасти идет траверса 13, второй конец которой крепится через шарнир 14 к хвостовой части лопасти 4. При этом масса грузика 10, крепящегося к траверсе 13 непосредственно у лопасти 4, подбирается опытным путем таким образом, чтобы лопасть 4 за счет центробежной силы начала поворачиваться по отношению к своей оси при превышении заданных номинальных оборотов ротора. При снижении оборотов пружины 15 в местах крепления лопасти 4 к траверсам 13 возвращают лопасть 4 на исходную позицию, опять обеспечивая оптимальный угол атаки. Работа синхронизатора 11 обеспечивает равномерно-синхронное отклонение всех трех лопастей 4 (см. фиг.4, 5). Под верхней траверсой 6 (фиг.4) расположен прикрепленный к ней генератор 16, преобразующий механическую энергию вращения ротора в электрическую. На нижнем конце ступицы 2 траверса 5 прикреплена с помощью опорного подшипника 17 и защищающего его от попадания летящих по ветру песка и грязи, скатывающейся по мачте воды, пыльника 18 (фиг.4). Мачта 3, на которой расположен ротор 1, закреплена на мобильном средстве 19 при помощи анкерных болтов 20 (см. фиг.3). На мобильном средстве 19 также расположены в термоизолированном кожухе 21 аккумуляторные батареи 22 и система 23 управления. Система 23 управления выполнена на контроллере и включает в себя выпрямитель тока, стабилизатор напряжения и инвертор (на чертежах не обозначены) для преобразования переменного тока в постоянный напряжением 24 В и последующего преобразования его в переменный ток напряжением 220 В частотой 50 Гц для непосредственного потребления пользователем. Термоизолированный кожух 21 предохраняет при работе в районах Севера систему 23 управления и аккумуляторные батареи 22 от низких температур, пагубно влияющих на работу электроники и негативно сказывающихся на заряде аккумуляторных батарей 22. Ветроэнергетический комплекс закреплен на мобильном транспортном средстве 19 на жесткой коробчатой раме 24, а к грунту он крепится с помощью раздвижных опор 25 и специальных металлических колышков 26. Выполнение ротора типа Ф-Дарье при наличии дополнительной третьей лопасти в совокупности с разнесением осей лопастей под углом 120° при креплении концов лопастей с помощью поворотных пружинных шарниров к траверсам и в совокупности с выполнением лопастей ветроэнергетического комплекса дугообразной, выгнутой наружу формы с аэродинамичным профилем, который при набегающем потоке ветра создает подъемную силу, вектор которой направлен по касательной к оси вращения, и крутящий момент, как при прохождении лопасти во фронте, так и в тылу ветропотока при обеспечении равномерности вращения лопастей с помощью синхронизатора в виде трех коротких поперечных штанг-перекладин с грузиками на их концах, прикрепленных к середине каждой из лопастей с помощью шарниров и траверс, увеличивая эффективность и надежность работы комплекса, при размещении на мобильном транспортном средстве в термоизолированном кожухе аккумуляторной батареи и блока управления обеспечивает значительное повышение эффективности работы мобильного ветроэнергетического комплекса в целом. При этом крепление концов лопастей с помощью поворотных пружинных шарниров к траверсам дает возможность поворота выпуклых сторон лопастей к мачте, что обеспечивает при шквалистых ветрах самоторможение ротора и исключает возможность поломки установки, что повышает ее надежность. 1 п.ф., 6 ил.

Известна мобильная ветроэнергоустановка, описанная в п. РФ 95755, по Кл. F03D 11/00, 3.04.03.10, оп. 10.07.10.

Известная ветроэнергоустановка содержит раму, выполненную каркасной в виде надувной оболочки, разделенной на автономные секции, каждая из которых снабжена пневмоштуцерами и заполнена под давлением либо воздухом, либо газом легче воздуха. Рама закреплена на жесткой опоре, а ветровинты закреплены на образующих цилиндра, выполненного в виде надувного элемента, со встроенным генератором и снабженного торцевыми полуосями, закрепленными в опорах, расположенных на верхних площадках каркасной рамы. Ветроустановка снабжена пневматическим компрессором с распределителем воздуха или газа с соответствующими гибкими трубопроводами и пневмоштуцерами.

Недостатком известной установки является сложность и ненадежность опоры, представляющей собой надувную оболочку. Конструкция является сложной, требующей дополнительные приборы и электроэнергию для их работы.

Известна мобильная ветроэнергетическая установка, описанная в п. РФ 110424, по Кл. F03D 7/06, з. 17.06.2011, оп. 20.11.2011 и выбранная в качестве прототипа.

Известная ветроэнергетическая установка содержит ротор типа Н-Дарье и расположена на мачте, установленной на шарнире, находящемся на мобильном транспортном средстве, при этом мачта оснащена тремя проушинами, к одной из которых крепится канат, с помощью которого осуществляется подъем мачты в рабочее положение и опускание в мобильное положение лебедкой, установленной также на мобильном средстве, при том, что в рабочем положении две другие проушины мачты с канатами служат для фиксации мачты в вертикальном положении на мобильном транспортном средстве. При этом лопасти средней их частью прикреплены к траверсам, расположенным на подвижной ступице, установленной на подшипнике на мачте.

Недостатком известной конструкции является невысокая эффективность работы, обусловленная недостаточно аэродинамичным профилем лопастей и ненадежность работы при шквалистых ветрах.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности выработки энергии мобильным ветроэнергетическим комплексом.

Поставленная задача решается тем, что в мобильном ветроэнергетическом комплексе с вертикальной осью вращения, содержащей ротор из двух лопастей, находящихся па траверсах, расположенных на подвижной ступице, установленной на подшипнике на мачте, закрепленной на мобильном транспортном средстве, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, ротор выполнен типа Ф-Дарье, в него введена дополнительно третья лопасть, при этом лопасти имеют дугообразную, выгнутую наружу форму с аэродинамичным профилем, оси лопастей разнесены под углом 120, в средней части ступицы закреплен синхронизатор вращения лопастей в виде трех коротких поперечных штанг-перекладин с грузиками на их концах, прикрепленных к середине каждой из лопастей с помощью шарниров и траверс, а оба конца каждой из лопастей прикреплены с помощью поворотных пружинных шарниров к траверсам, расположенным на концах подвижной ступицы, при этом на мобильном транспортном средстве расположены в термоизолированном кожухе аккумуляторная батарея и блок управления.

Выполнение ротора типа Ф-Дарье при наличии дополнительной третьей лопасти в совокупности с разнесением осей лопастей под углом 120^ при креплении концов лопастей с помощью поворотных пружинных шарниров к траверсам и в совокупности с выполнением лопастей ветроэнергетического комплекса дугообразной, выгнутой наружу формы с аэродинамичным профилем, который при набегающем потоке ветра создает подъемную силу, вектор которой направлен по касательной к оси вращения, и крутящий момент, как при прохождении лопасти во фронте, так и в тылу ветропотока при обеспечении равномерности вращения лопастей с помощью синхронизатора в виде трех коротких поперечных штанг-перекладин с грузиками на их концах, прикрепленных к середине каждой из лопастей с помощью шарниров и траверс, увеличивая эффективность и надежность работы комплекса, при размещении на мобильном транспортном средстве в термоизолированном кожухе аккумуляторной батареи и блока управления обеспечивает значительное повышение эффективности работы мобильного ветроэнергетического комплекса в целом. При этом крепление концов лопастей с помощью поворотных пружинных шарниров к траверсам дает возможность поворота выпуклых сторон лопастей к мачте, что обеспечивает при шквалистых ветрах самоторможение ротора и исключает возможность поломки установки, что повышает ее надежность.

Технический результат - обеспечение вращения лопастей как во фронте, так и в тылу ветропотока, что увеличивает коэффициент использования ветра, и возможность самоторможения ротора при шквалистых ветрах за счет изменения угла атаки с помощью пружинных поворотных шарниров и синхронизатора вращения.

Заявляемый мобильный ветроэнергетический комплекс обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение ротора типа Ф-Дарье, введение дополнительно третьей лопасти, выполнение лопастей дугообразной, выгнутой наружу формы аэродинамичного профиля, расположение осей лопастей под углом 120°, наличие в средней части ступицы синхронизатора вращения лопастей в виде трех коротких поперечных штанг-перекладин с грузиками на их концах, прикрепленных к середине каждой из лопастей с помощью шарниров и траверс, крепление концов лопастей к траверсам, расположенным па концах подвижной ступицы, с помощью поворотных пружинных шарниров, наличие на мобильном транспортном средстве аккумуляторной батареи и блока управления, размещенных в термоизолированном кожухе, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемый мобильный ветроэнергетический комплекс может найти широкое применение в не электрифицированных регионах с проблемами энергоснабжения, а также может быть использован геологоразведочными группами, подразделениями МЧС, кочевыми племенами, коренными народами Севера, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Полезная модель иллюстрируются чертежами, где показаны на:

- фиг.1 - общий вид комплекса;

- фиг.2 - вид комплекса спереди;

- фиг.3 - вид комплекса сверху;

- фиг.4 - схема ротора ветроэнергетического комплекса;

- фиг.5 - вид ротора сверху в горизонтальном разрезе;

фиг.6 - конструкция лопасти.

Мобильный ветроэнергетический комплекс (фиг.1-фиг.3) включает в себя ротор I, закрепленный на подвижной ступице 2, установленной на мачте 3. При этом ротор 1 выполнен типа Ф-Дарье (фиг.4) и состоит из трех лопастей 4, каждая из которых прикреплена обоими концами к расположенным на концах ступицы 2 траверсам 5 и 6 с помощью поворотных пружинных шарниров 7. Лопасти 4 выполнены дугообразной, выгнутой наружу формы, имеют в сечении аэродинамичный профиль и разнесены между собой на 120° (см. фиг.6, где: а) - вид лопасти сбоку; 6 - вид соединения лопастей сверху; в) - поперечное сечение лопасти). Для обеспечения равномерного отклонения лопастей 4 от оси вращения (ступицы 2) на ступице 2 в ее середине на втулке закреплен подшипник 8, на внешнюю обойму которого одет фланец (на чертежах не показан), к которому жестко прикреплены три короткие штанги-плечи 9 с грузиками 10, образующие синхронизатор 11 вращения. От каждого плеча 9 (см. фиг.5) через шарнирное соединение 12 к лопасти идет траверса 13, второй конец которой крепится через шарнир 14 к хвостовой части лопасти 4. При этом масса грузика 10, крепящегося к траверсе 13 непосредственно у лопасти 4, подбирается опытным путем таким образом, чтобы лопасть 4 за счет центробежной силы начала поворачиваться по отношению к своей оси при превышении заданных номинальных оборотов ротора. При снижении оборотов пружины 15 в местах крепления лопасти 4 к траверсам 13 возвращают лопасть 4 на исходную позицию, опять обеспечивая оптимальный угол атаки. Работа синхронизатора 11 обеспечивает равномерно-синхронное отклонение всех трех лопастей 4 (см. фиг.4, 5). Под верхней траверсой 6 (фиг.4) расположен прикрепленный к ней генератор 16, преобразующий механическую энергию вращения ротора в электрическую. На нижнем конце ступицы 2 траверса 5 прикреплена с помощью опорного подшипника 17 и защищающего его от попадания летящих по ветру песка и грязи, скатывающейся по мачте воды, пыльника 18 (фиг.4). Мачта 3, на которой расположен ротор 1, закреплена на мобильном средстве 19 при помощи анкерных болтов 20. (см. фиг.3). На мобильном средстве 19 также расположены в термоизолированном кожухе 21 аккумуляторные батареи 22 и система 23 управления. Система 23 управления выполнена на контроллере и включает в себя выпрямитель тока, стабилизатор напряжения и инвертор (на чертежах не обозначены) для преобразования переменного тока в постоянный напряжением 24 В и последующего преобразования его в переменный ток напряжением 220 В частотой 50 Гц для непосредственного потребления пользователем. Термоизолированный кожух 21 предохраняет при работе в районах Севера систему 23 управления и аккумуляторные батареи 22 от низких температур, пагубно влияющих на работу электроники и негативно сказывающихся на заряде аккумуляторных батарей 22. Ветроэнергетический комплекс закреплен на мобильном транспортном средстве 19 на жесткой коробчатой раме 24, а к грунту он крепится с помощью раздвижных опор 25 и специальных металлических колышков 26.

Мобильный ветроэнергетический комплекс работает следующим образом. С помощью транспортного средства 19 ветроэнергетический комплекс доставляется в разобранном виде в нужное место. На месте ветроэнергетический комплекс собирают на мобильном транспортном средстве 19, как описано выше, жестко крепят его с помощью раздвижных опор 25 к грунту специальными металлическими колышками 26 и он начинает работать.

Поток ветра воздействует на лопасти 4 дугообразной, выгнутой наружу формы аэродинамичного профиля, ротора 1 типа Ф-Дарье, создавая подъемную силу, вектор которой направлен по касательной к оси вращения. Создается крутящий момент как при прохождении каждой из лопастей 4 во фронте, так и в тылу ветропотока. При вращении лопастей 4 их равномерное отклонение от оси вращения (ступицы 2) обеспечивается синхронизатором 11 вращения. Механическая энергия вращения лопастей 4 ротора 1 преобразуется с помощью генератора 16 в электрическую энергию, которая затем с помощью кабеля, проходящего внутри полых ступицы 2 и мачты 3, поступает в систему 23 управления и на зарядку аккумуляторных батарей 22. При штормовых ветрах лопасти 4, прикрепленные к траверсам 5 и 6 с помощью пружинных поворотных шарниров 7, синхронно разворачиваются, меняя угол атаки при повышенных скоростях ветра за счет центробежной силы (т.к. хвостовая часть лопасти тяжелее, чем носовая), и работают в режиме торможения (см. фиг.5, где: а- крепление траверсы к хвостовой части лопасти; 6 -ось вращения лопасти; в- пружина возврата; г- синхронизатор). Под действием центробежной силы хвостовая часть отклоняется на 20° от центра вращения при превышении максимальных оборотов. При снижении скорости ветра пружина возвращает лопасть в нормальное положение.

При подготовке к транспортировке ветроротор складывают в транспортное средство 19 (например, нарты) путем поворота вручную каждой лопасти 4 на 180°, для чего отсоединяют один болт крепления траверсы к лопасти, после чего лопасти 4 разворачивают выпуклой частью внутрь и крепят простой стяжкой-обвязкой к мачте 3, отсоединяют мачту 3 от транспортного средства 14 и размыкают разъем кабеля внутри мачты 3.

В сравнении с прототипом заявляемый мобильный ветроэнергетический комплекс является более эффективным.

Мобильный ветроэнергетический комплекс с вертикальной осью вращения, содержащий ротор из двух лопастей, находящихся на траверсах, расположенных на подвижной ступице, установленный на подшипнике на мачте, закрепленной на мобильном транспортном средстве, отличающийся тем, что ротор выполнен типа Ф-Дарье, в него введена дополнительно третья лопасть, при этом лопасти имеют дугообразную, выгнутую наружу форму аэродинамичного профиля, оси лопастей разнесены под углом 120°, в средней части ступицы закреплен синхронизатор вращения лопастей в виде трех коротких поперечных штанг-перекладин с грузиками на их концах, прикрепленных к середине каждой из лопастей с помощью шарниров и траверс, а оба конца каждой из лопастей прикреплены с помощью поворотных пружинных шарниров к траверсам, расположенным на концах подвижной ступицы, при этом на мобильном транспортном средстве расположены в термоизолированном кожухе аккумуляторная батарея и блок управления.

Крышка аккумуляторной батареи // 124053

Ветроэнергетическая установка горизонтально-осевого типа // 63875