Конструкция для регулирования скорости двигателей с ветряным рабочим колесом

Данная разработанная «полезная модель» относится к малой энергетике, применяющей энергию ветра «ветряные движители». По уровню технологий применима для мощностей до 100 квт. Существует патенты 2518786,2516732, 2502893 (www. findpatent.ru) Российской Федерации на локальные энергосистемы с электрогенераторами, приводимыми в действие вертикально установленными цилиндрическими ветряными движителями. Конструкция по патентам при всех своих положительных характеристиках имеет существенный недостаток - механическое торможение при превышении скорости вращения выше расчетной, либо изменение геометрии находящегося под нагрузкой рабочего колеса. Механическое торможение преобразует избыточную энергию рабочего колеса, приводимого в действие ветром, в потери на трение тормозной системы. Избыточная энергия рабочего колеса «W_изб » - это положительная разность между полной энергией вращающегося рабочего колеса «W_кол» и потребляемой генератором энергией «W_ген». W_кол-W_ген =W_изб. При положительном значении W_изб>«0» имеется избыточная энергия, выражающаяся в повышении скорости вращения. В данной разработанной системе устранен этот недостаток - механическое торможение исключено, применено принципиально иное радикальное решение. Техническая задача полезной модели заключается в том, что приводимый в действие гидравлическими цилиндрами (или механическим приводом) телескопический кожух управляет скоростью вращения рабочего колеса без каких либо затормаживающих элементов. Это особенно актуально при сильных (более 10 ^м/_сек) ветрах, значительном снижении потребления энергии и необходимости полной остановки работы ветряного двигателя. Выполняет функцию защиты от ураганов. Функционирование заключается в том, что для обеспечения необходимой мощности, в рабочую эксплуатацию задействуется необходимая часть рабочего колеса «ротора» энергосистемы. Та часть рабочего колеса, которая не требуется для производства энергии необходимой мощности - закрывается телескопическим цилиндром (кожухом). Управление кожухом возможно как в автоматическом режиме, так и ручном.

В данном тексте используются следующие значения:

1. Увеличение скорости вращения (возникает при « W_изб» - избыточной энергии рабочего колеса выражающейся в повышении скорости вращения.

«W_изб » - это положительная разность между полной энергией вращающегося рабочего колеса «W_кол» и потребляемой генератором энергией «W_гeн». W_кол-W_гeн =W_изб. При положительном значении W_изб>«0» имеется избыточная энергия.)

2. Телескопический кожух - в тексте обозначен «кожух» - из толковых словарей Русского языка (Ожегова, Ушакова, Кузнецова), «телескопический» - техническое - сконструированный на основе выдвижных частей.

Словарь синонимов «телескопический - раздвижной». (Как пример -«телескопический кран, телескопическая автовышка»)

3. «Система» нечто целое, представляющее собой единство закономерно расположенных и находящихся во взаимной связи частей Система (словарь-синонимов.рф) - способ, конструкция и т.д.

4. Устройство (словарь-синонимов.рф) - управляющее устройство, конструкция, и т.д.

5. Конструкция (словарь-синонимов.рф) - устройство, система.

Описание:

Данная разработка относится к области малой энергетики, к ветряным двигателям как для электрогенераторов сравнительно небольшой мощности (на уровне до 100 квт.), так и для других агрегатов

Существует довольно значительное количество различных систем ветряных двигателей - которые имеют вертикальное цилиндрическое рабочее колесо «движитель» (патенты 2518786, 2516732, 2502893 (www.findpatent.ru). Предотвращение увеличения скорости вращения цилиндрического рабочего колеса выше расчетной осуществляется во многих системах либо путем торможения, либо изменением геометрии находящегося под нагрузкой рабочего колеса. Существенными недостатками данного метода являются два фактора:

- повышенная механическая нагрузка на рабочее колесо, обусловленная тем, что оно несет нагрузку мощности генератора и дополнительную мощность механического торможения с целью предотвращения повышения скорости его вращения выше расчетной.

- неизбежный механический износ тормозной системы - ее «истирание», необходимость периодической замены

Разработанная конструкция (устройство) отличается тем, что достигает снижения скорости вращения рабочего колеса закрепленного на основании путем уменьшения его рабочей поверхности с помощью телескопического кожуха представляющего собой телескопический цилиндр выполненный с возможностью закрытия части рабочего колеса посредством гидравлических цилиндров, торможение и сопутствующие отрицательные факторы отсутствуют.

Значительным положительным эффектом применения данной «полезной модели» является устойчивость и работоспособность при больших скоростях ветра.

Аналога данной конструкции для регулирования скорости двигателей с ветряным рабочим колесом не обнаружено. Телескопический кожух для регулирования скорости вращения ветряного двигателя имеет существенное преимущество перед остальными в том, что на его работу внезапные изменения направления ветра влияния не оказывают.

Заявляемая полезная модель телескопический кожух представляет собой телескопический цилиндр, выполненный с возможностью закрытия части рабочего колеса посредством гидравлических цилиндров, установленных вертикально и закрепленных на общем основании с электрогенератором и ветряным двигателем. Решает техническую задачу по регулированию воздействия ветров на рабочее колесо методом открытия или закрытия части рабочего колеса, повышает эксплуатационную надежность ветряных двигателей за счет регулирования подачи воздуха (ветровой нагрузки) на рабочее колесо и устранения возможного разрушения лопастей рабочего колеса при больших скоростях ветра.

В настоящем устройстве полностью устранен такой недостаток в работе ветряных двигателей как механическое торможение.

Снижение скорости вращения достигается возможностью закрытия части рабочего колеса (фиг. 1 поз. 3) цилиндрическим телескопическим кожухом (фиг. 1 поз. 5) и фактическим снижением рабочей поверхности рабочего колеса для воздействия ветров с большой скоростью. При этом торможение и сопутствующие отрицательные факторы отсутствуют, рабочее колесо имеет нагрузку необходимую генератору.

Техническая задача достигается путем того, что телескопический кожух может понижать или повышать воздействие ветров на рабочее колесо. Данная конструкция является устойчивой и имеет надежную работоспособность при больших скоростях ветра.

Для увеличения скорости вращения происходит открытие той части поверхности рабочего колеса, которая находится под воздействием воздушного потока. В качестве привода для функционирования «кожуха» применяются или механическая или гидравлическая системы. «Кожух» имеет дополнительную функцию - возможность полного закрытия поверхности рабочего колеса ветряного двигателя при его консервации. На фиг. 1 и фиг. 2, представлена конструкция телескопического кожуха (телескопического цилиндра) с гидравлическим приводом, для электрогенератора с ветряным рабочим колесом.

Электрогенератор (поз. 4) с ветряным рабочим колесом (поз. 3) закреплены на основании (поз. 1)

«Кожух», с возможностью закрытия или открытия части рабочего колеса представляет собой телескопический цилиндр (поз. 5), и устанавливается на том же основании (поз. 1). Верхняя часть вала рабочего колеса (поз. 3) проходит через верхнюю крышку (поз. 2), в месте прохода устанавливается радиальный подшипник. Верхняя крышка крепится к основанию тремя стойками (поз. 9). Функционирование, а именно выдвижение вверх телескопического кожуха (поз. 5) для обеспечения снижения скорости вращения (ротора) рабочего колеса (поз. 3) или сжатие вниз для увеличения скорости вращения ротора осуществляется гидравлическими цилиндрами (фиг. 1, фиг. 2 - поз. 8), которые закреплены на основании (фиг. 1 поз. 1). Три гидравлических цилиндра синхронно приводятся в действие гидростанцией с гидравлическим распределителем (фиг. 1 поз. 7), Гидравлические цилиндры устанавливаются вертикально. Стойки крепления верхней крышки (фиг. 1 поз 9, фиг. 2 поз. 9) устанавливаются вертикально. В горизонтальной плоскости как гидравлические цилиндры, так и стойки расположены по одной окружности, диаметр окружности больше максимального диаметра телескопического кожуха на величину максимального диаметра гидравлического цилиндра. Стойки служат направляющими для движения телескопического кожуха. Взаимное расположение стоек и гидравлических цилиндров в горизонтальной плоскости показано на (фиг. 2) Три стойки располагаются равномерно по окружности, угол 120°, три гидравлических цилиндра располагаются по той же окружности с углом 120°. Гидравлические цилиндры и стойки чередуются, угол между стойками и гидравлическими цилиндрами 60°.

Телескопический кожух изготовлен из цилиндрических секций, материал для их изготовления различный. Для сравнительно малых мощностей (1÷10) применимы полимерные материалы или сплавы на основе алюминия, для больших мощностей применимы стали стойкие к коррозии. Зазор между внешним диаметром рабочего колеса и внутренним диаметром телескопического кожуха (5÷15)мм. 5 мм - для мощностей до 3 Квт, 10 мм - для мощностей до 10 Квт, до 15 мм для больших мощностей. Особенности исполнения рабочего колеса (ротора): При конструкции ветряных двигателей с телескопическим кожухом, цилиндрическое рабочее колесо имеет конструктивную особенность -верхняя секция изготавливается в два раза более прочной, чем остальные секции. Количество рабочих лопаток на верхней секции-60% по сравнению с остальными.

Конструкция для регулирования скорости вращения ветряных двигателей с цилиндрическим рабочим колесом, закрепленным на основании, состоящая из наружного телескопического кожуха, представляющего собой телескопический цилиндр, выполненный с возможностью закрытия или открытия части рабочего колеса посредством трех гидравлических цилиндров, установленных вертикально и закрепленных на том же основании.

РИСУНКИ