Гидроветросиловая установка
HYDRO WIND POWER PLANT

Область техники
Изобретение относится к области силовых механизмов, а именно к ветряным и водяным двигателям, и может быть использовано для привода вентилятора при вентилировании помещений, насоса при перекачивании жидкостей, гребного винта корабля, но основную ценность данное изобретение имеет, а в области электроэнергетики при работе с электрогенератором в качестве нагрузочного устройства, связанного ведущим элементом установки, например, звездочкой.
Гидроветросиловая установка ГВУС может быть использована как для преобразования энергии ветра, так и для преобразования энергии воды рек, морей уходящих вод после турбин и вместо турбин ГЭС, где только есть движение воды.
Гидроветросиловая установка, в принципе одна и та же установка, может быть использована как ветросиловая установка ВСУ для преобразования энергии ветра и как гидросиловая ГСУ для преобразования энергии воды в зависимости, где установлена в воде или на поверхности.
Существующие установки для преобразования энергии ветра или воды сложны конструктивно и малоэффективны.
Прототипом данному решению выбран патент Российской Федерации 2611139 С2 25.02.15 недостатком данного изобретения является то, что оси лопастей расположены на роторе, жестоко расположенном на валу, это ограничивает возможности применения установок, а также расположения кулачка на корпусе и контакт кулачка с роликами с рычагами, расположенными снаружи способствует увеличению сопротивления при работе.
Основным отличием предлагаемого изобретения от прототипа является то, что оси лопастей расположены в отверстиях корпуса и расположение кулачков на стойке и расположения рычага с роликом, позволяющего лопастям поворот на 90° и обратно, между корпусом и стойкой, что способствует компактности и расширяет возможности применения, а именно появляется возможность установки их на столбах линии электропередач ЛЭП, на отдельно стоящих стройных растущих деревьях, на трубах дымохода ТЭЦ.
Установка выполнена с возможностью транспортировки по воздуху для чего внутри стойки пропущен трос, это особенно актуально в экстренных случаях. Лопасти могут быть изготовлены из гибкого материала, например, тканевые, в этом случае упрощается конструкция и при слабой натяжке повышается парусность в результате повышается эффективность.
В процессе поиска были анализированы патенты:
RU 2462612 С1 27.09.2011
RU 2466293 С1 10.11.2012
RU 2487265 С1 10.07.2013
RU 2498107 С110.11.2013
RU 2502892 С1 27.12.2013
RU 2561051 С1 20.05.2014
RU 2539250 С2 20.01.2015
RU 2587731 С2 26.06.2014
RU 2611139C2 25.02.2015
RU 2689650 C1 17.04.2018
Изобретение направлено на создание мощной и удобной в эксплуатации установки.
Описание изобретения
Гидроветросиловая установка содержит основание, жестко сидящая на нем втулку, в которой жестко для ГСУ и свободно для ВСУ установлена стойка на которой на подшипниках сидит корпус с отверстиями расположенными перпендикулярно оси вращения его равной количеству лопастей в отверстиях корпуса сидят поворотные втулки, для быстрой сборки и разборки с возможностью вращаться вокруг своей оси, имеют пазы, куда входят упоры, ограничивающие поворот на более 90° и исключающие продольные перемещения, в поворотных втулках жестко сидят оси лопастей, на поворотных втулках жестко установлены рычаги с роликами и подпружины пружинами, на чертеже не указано, например кручения. На стойке сидит диск с кулачками жестко, с возможностью регулирования, для ГСУ и ВСУ, но жестко связанный с флюгером, ролик катаясь по основному кулачку, набегая на выступы и впадины вместе с рычагом, преодолевая сопротивление пружины (на чертеже не указана) и фиксатора, поворачивает лопасти на 90° и обратно, а именно устанавливают перпендикулярно потоку воды и ветру, работая в части траектории как парус, создавая максимальный крутящий момент при рабочей фазе, а не рабочий устанавливаясь вдоль потока и ветра, создают минимальное сопротивление. Крутящий момент, созданный лопастями, предается через корпус сидящего на стойке, например, звездочки, жестко сидящей на другом конце корпуса, цепной передачи и ведомой звездочки приводит во вращательное движение нагрузочного устройства, например, генератора для генерации электрической энергии.
Гидроветросиловая установка выполнена с возможностью работы на горизонтальной и на вертикальной плоскостях с расположением лопастей и кулачков на обоих торцах (см. фиг. 9) и возможностью вращения статора и якоря в разные стороны, повышая эффект использования потока и могут вращать только статор.
Гидроветросиловая установка выполнена с возможностью размещения на одной стойке друг над другом 2 и более ГСУ в воде и 2 и более ВСУ на поверхности, работающих на вертикальной плоскости, и 2 и более ГСУ и ВСУ, работающих на горизонтальной плоскости, создавая большие мощности на одном месте.
Гидроветросиловая установка может быть установлена стационарно, т.е. одна установка ГСУ или ВСУ, 2 и более шт. на одной платформе ГСУ или ВСУ, 2 и более спаренных внизу ГСУ в воде наверху ВСУ на одной платформе - сочетания могут быть разные.
Установка выполнена с возможностью использования вместо турбин ГЭС, т.к. позволяет полнее использовать водяной столб, а именно расположить вал отбора мощности ближе к нижнему уровню воды, т.к. в переходной зоне с рабочей в нерабочую и обратном ходе сопротивления минимальные вместо турбин могут быть использованы ГСУ как работающие на вертикальной плоскости, так и на горизонтальной.
Гидроветросиловая установка нагрузочное устройство может располагаться вне установки, а на стороне, например, ГСУ в воде или под водой, подо льдом, а нагрузочное устройство на берегу, а движение передается, например, гибким валом.
Гидроветросиловые установки могут быть установлены как стационарно, так и на движущихся средствах, которые двигаются с небольшой скорость, например, на экскаваторах при погрузке руды или копке траншеи, с/х машинах, на средствах на воде: баржах, на плотах, на платформах при добыче полезных ископаемых, на судах кораблях для привода гребного винта или для выработки электроэнергии, привода насоса, на воздушных судах, например, на дирижаблях, на воздушных шарах. ВСУ могут быть установлены на зданиях и сооружениях и на домах, где есть возможность по прочностным характеристикам и по конструкции крыши.
Гидроветросиловые установки могут быть сборно-разборные и переносными для туристов геологов, рыбаков, так как установка при малых габаритах создает большие мощности.
Может быть установлена на полярных станциях.
ГСУ выполнена с возможностью использования на малых реках с небольшой глубиной и найдет широкое применение.
Для установок большой мощности предусмотрен ободок-кулачок сечением, например П-образной формы жестко связанный с основным кулачком, работающий синхронно с ним для устойчивости лопастей и поворота их с двух концов, основного в месте крепления и на периферии для чего на конце лопасти жестко закреплена ось, на ней расположена каретка с роликами, пружиной, например кручения, упором, позволяющим оси поворачиваться на 90 и обратно, на оси жестко сидит рычаг с роликом, у обода-кулачка частично убрана нижняя полка, а на переходном месте, например, с рабочей фазы на нерабочую, часть полки отогнута и усилена косынкой, создавая кулачок, куда набегает ролик с рычагом, жестко сидящим на оси, поворачивает лопасть, с учетом направления ветра, т.к. основной кулачок и обод-кулачок жестко связаны флюгером - сидят на стойке.
Расположение диска с кулачками, основным для поворота лопастей на 90 и дополнительным для возврата обратно, причем углы подъема в начальной части минимальные для облегчения расфиксации поворотной втулки вместе с лопастью повышает компактность конструкции так как, кулачки рычаги с роликами спрятаны внутри корпуса, а также расширяет конструктивные возможности применения, например на установке с вертикальным расположением лопастей количество лопастных групп увеличены в два раза по сравнению с прототипом. Установка выполнена с возможностью поворота лопастей на 90° и обратно второй групп с помощью рычагов и тяг установленных на первой, а также с возможностью вращения якоря в противоположном направлении статора с колеса жестко сидящего на корпусе статора, саттелитов свободно сидящих на диске жестко сидящем на главной оси и колеса жестко связанного с якорем сидящим на подшипниках на главной оси.
Установка выполнена с возможностью транспортировки по воздуху, это особенно важно при непредвиденных ситуациях, а также установка содержит стяжки, закрепленные на траверсы, сидящие на втулке, сидящей на подшипниках на стойке, это особенно актуально при размещении установок на крышах домов, зданий и сооружений. Для фиксации стойки на определенном месте предусмотрен стопор, а для торможения и фиксации звездочки (установки) предусмотрен тормоз-фиксатор, (см. фиг. 12).
Ветросиловая установка ВСУ выполнена с возможностью установки на стволе, отдельно стоящего, стройного, растущего дерева, где наружная и внутренняя трубы (корпус, стойка) выполнены по меньшей мере из двух секций с доработкой на месте, корпус и стойка внизу опираются на катки расположенные на платформе, на верху корпус и стойка опираются на ролики, такая конструкция позволяет растущему дереву расти, а связь между деревом и металлоконструкцией установки выполнен гибким элементом, например, запенены (см. фиг. 13).
Ветросиловая установка ВСУ выполнена с возможностью установки на столбах линии электропередач ЛЭП, на опорах ветроустановок, вне зоны действия лопастей, на дымовых трубах ТЭЦ, с креплением хомутами, с подпоркой снизу и без, где стойка и корпус выполнены по меньшей мере из двух частей с доработкой на месте, (см. фиг. 15).
Установки выполнены с возможностью установки на сваях забитых на воде, где есть движение воды, и выступающие над водой, внизу гидросиловая установка ГСУ, в этом случае стойка выполняется из трубы и непосредственно крепится на основании, а наверху устанавливается ветросиловая установка ВСУ. Установка может быть укомплектована установкой для очистки воды по патенту №2668924 заявка №2017101173 от 13.01.2017 с подачей чистой воды, в высоко расположенную емкость (водоем) ГЭС и с использованием для питья и хозяйственных нужд.
Ветросиловые установки ВСУ могут быть укомплектованы кожухами, направляющими, а у ГСУ поплавки могут иметь форму направляющей для направления потока лопастям, (на чертеже не указаны).
Ветросиловые установки могут быть установлены на воздушных емкостях сверху …, например, кубической формы, заполненных легким газом и на центральной стяжке удерживающей емкости, причем емкость может быть изготовлена из отдельных ячеек как соты пчел.
Лопасти могут быть дырчатыми для повышения эффективности количество отверстий и размер определяется опытным путем.
Установка выполнена сборно-разборной.
Гидроветросиловая установка может быть выполнена в игрушечном варианте.
Описание конструкции Гидроветросиловой установки
На основании 1 жестко закреплена втулка 2, в которой жестко для ГСУ и свободно для ВСУ установлена стойка 3, на которой на подшипниках установлен корпус 4, на которой приварена втулка 5, в которой сидит лопасть с осью 7 и фиксируется винтом 8, поворотная втулка имеет паз, куда входит ограничитель 9 со свободно сидящей на ней подшипниковой втулкой 10, на втулке 5 установлен фиксатор 11, для чего в местах фиксации у поворотной втулки имеются выемки, с помощью винта 12 и прижима 13 к поворотной втулке 6 крепится рычаг 14, на котором жестко сидит ось 15, на которой на подшипниках сидит основной ролик 16 и дополнительный 17, которые катаясь по основному кулачку 18, дополнительному 19 и попадая на выступ и впадины с помощью рычага 14 поворачивают промежуточную втулку 6 и вместе с ней лопасть на 90° и обратно за счет паза на поворотной втулке.
Основной кулачек установлен жестко, с возможностью регулирования, на диске 20 жестко сидящей на стойке 3. На корпусе жестко установлена звездочка 21 и через цепные передачи и звездочек 22, 23, 24 крутящий момент, созданный лопастями 7 передается нагрузочному элементу, например, генератору 25 для защиты движущихся частей предусмотрен кожух 26 и для предупреждения маяк 27. Плавучесть обеспечивает поплавок 28. Ветросиловая установка установлена на мачте 29. В корпусе 4 жестко установлен статор 30, а на стойке 3 якорь 31 и на ней жестко установлен флюгер 32, жестко связанном с помощью спиц 33 обод-кулаком 34 для больших мощностей, где с помощью рычага 35 с роликом 36 жестко сидящих на оси 37, жестко закрепленной на периферии лопасти 7, на оси установлена каретка 38 с роликом 39, пружиной 40, упором 41, позволяющим поворачиваться оси 37 на 90° и обратно.
Ось 3 установлена во втулке 2 с возможностью поворачиваться.
Ветросиловая установка, работающая на вертикальной плоскости.
Центральная ось 42 жестко закреплена на штанге 43, установленной во втулке 44, жестко закрепленной на мачте 29 с помощью хомута 45, на котором жестко, с помощью соединительной трубы 46, закреплен флюгер 32.
На оси 42 установлена на подшипниках торцовая стенка 47 корпуса 48.
На стенке 47 установлена втулка 49, в которой установлена лопасть 7, статор 30 посажен на цилиндре 50, а якорь 31 на цилиндр 51 для удобства сборки. На правой стороне выполнен вариант с подвижным якорем, вращающимся в противоположном направлении статору, для этого в корпусе закреплено колесо 52, на оси 42 жестко закреплен диск 53, на котором установлен саттелитное колесо 54, которое вращает колесо 55, жестко сидящее на втулке 56, жестко связанной якорем 31. Втулка 56 сидит, например, на игольчатых подшипниках 57. На промежуточной втулке 6 установлена тяга 58 с помощью рычага 59, закрепленной винтом 60, поворачивает вторую лопасть на 90° и обратно. Подвижные части защищены кожухами 61 и 62 на стойке 3 штифтом 63 и с помощью хомута 45 жестко закреплена ось 42, на которой на подшипниках установлен корпус 64, на котором жестко сидит коническое колесо 65 в паре с коническим колесом 66, жестко сидящим на корпусе 4. Коническое колесо 66 приводится во вращательное движение двумя коническими колесами 65, вращающимися в разные стороны. На стойке 3 сидит подшипниковая втулка 67, а на корпусе 4 втулка 68, обеспечивая соостность стойки 3 и корпуса 4, подвижные части закрыты кожухом 69.
На оси 42 на подшипниках установлен корпус 70 со своей лопастной группой. Вращающиеся на разные стороны и звездочки 21, жестко сидящие на корпусе через цепные передачи, вращают каждая свой генератор 25, установленные на разных сторонах втулки 44, вращающиеся в разные стороны для симметричной нагрузки ветра.
При варианте исполнения установок с возможностью размещения двух и более лопастных групп, на втулке 71, сидящей на основании 1, жестко установлены подшипниковые кольца 72 и 73, работающие в паре с втулками 74 и 75, как подшипники жестко сидящими на стойке 3, на которой жестко сидит втулка с буртиком 76, упирающаяся на подшипниковый диск 77, находящийся на втулке с буртиком 78, от продольного перемещения стойка 3 фиксируется втулкой 79 жестко сидящей на ней, в верхней части стойки 3, жестко сидит втулка 80, на которой на подшипниках сидит втулка 81, на которой жестко установлен диск 82, на котором жестко установлена верхняя секция корпуса 4, на ней приварена накладка 83 для усиления втулки 5, нижняя секция корпуса 4 жестко закреплена на маховик со звездочкой 21, который жестко сидит на втулке 84, сидящей на подшипниках, на втулке 71.
Для исключения продольного перемещения маховика со звездочкой предусмотрена шайба 85 и гайка 86.
Для перевозки установки по воздуху внутри стойки пропущен трос 87, установленный на оси 88, сидящей на втулке 89, сидящий свободно с зазором в стакане 90, для стопоренния стойки 3 на определенной позиции предусмотрен стопор 91, для торможения и фиксации звездочки предусмотрен тормоз-фиксатор 92.
Для обеспечения устойчивости установки предусмотрены стяжки 93 соеденены траверсами 94 сидящими на подшипниках, на стойке 3.
Ветросиловая установка, установленная на отдельно стоящем, растущем дереве.
На дерево 95 с помощью гибких элементов 96 и 97, например, запениваются, крепятся кольца 98 и 99, на нижнем кольце 98 пристраивается платформа 100, состоящим минимум из двух частей и жестко закрепляются, и опираются подпорки 101, на платформу настелен настил 102, на которой установлены внутренние катки 103, по которому опирается обечайка из уголка 104 жестко установленной на нижней секции внутренней трубы 105, каждая секция состоит минимум из двух половин, на следующих секциях внутренней трубы установлены кулачки 18, на технологических штифтах 106, на последней секции внутренней трубы жестко закреплен диск 107, на котором, жестко закреплен цилиндр 108, на котором жестко закреплен диск 109, на котором жестко закреплен цилиндр 110, на котором жестко установлены ролики 111, которые катятся по кольцу 99, на цилиндр 110 жестко закреплен кожух 112 и флюгер 32.
На нижней секции наружной трубы 113, жестко закреплена обечайка из уголка114, которая опирается на катки 115, жестко сидящих на настиле 102, на нижней секции 113 жестко закреплена обмайка, например из швелера 116, на которой жестко сидит, например, звездочка 117 и через цепную передачу вращает генератор 25, на промежуточных секциях установлены лопасти 7, на последней секции наружной трубы 113 жестко закреплен диск 118, на котором жестко установлен цилиндр 119, на котором жестко закреплен ролик 120, который катится по обмайке 121 жестко сидящей на цилиндре 108 для усиления и более точной центрации, на цилиндре 119 жестко закреплен кожух 122, на настиле 102 жестко закреплен ограничитель 123.
Позиции 99, 104, 114, 117, 121 после установки должны быть заделаны тщательно.
Вариант установки ВСУ на столбе линии электропередач ЛЭП на существующем столбе 124 установлены нижние изолятор 125 и токопровод 126.
Хомутами 127 закреплен на столб 124 цилиндр 128 на котором установлена платформа 100, на которой закреплены кожуха 129 и 130, на верхней части хомутами и 131 закреплен к столбу цилиндр 132 по которой катится ролик 111 установленный на цилиндре 110, на котором закреплен кожух 133 для надежности платформа 100 подперта подпоркой 134. ВСУ может быть установлена на домах, зданиях и сооружениях. Для устойчивости установка стянута стяжкой 93 через траверсу 94 сидящей на подшипниках на стойке.
При варианте использования ГСУ вместо турбин ГЭС показана установка из двух групп лопастей. Ось 42 установлена на опоре 135 и прижата прижимом 136 поворот второй лопасти от первой осуществлен через тягу 58.
Пояснение чертежей гидроветросиловой установки
Изобретение поясняется чертежами, где:
На Фиг. 1 изображен общий вид гидросиловой установки ГСУ с частичным вырезом кожуха и корпуса для наглядности и где уровень реки обозначен буквой S, уровень дна буквой R.
На Фиг. 2 тоже разрез А-А расположения рычагов с роликами на разных позициях.
На Фиг. 3 тоже узел I с указанием фиксации оси кулачка на поворотной втулке, поворотной втулки в втулке корпуса, фиксатора поворотной втулки, крепления рычага к поворотной втулке, крепления роликов на рычаге и расположения роликов относительно кулачка.
На Фиг. 4 тоже разрез В-В с указанием прореза поворотной втулки для возможности поворачиваться на 90° и обратно и с указанием положения фиксатора.
На Фиг. 5 тоже разрез Г-Г с шестигранным сечением прижима рычага и поворотной втулки.
На Фиг. 6 изображен общий вид гидросиловой ГСУ и ветросиловой ВСУ установок, работавших на горизонтальной плоскости, расположенных на одном основании расположенных друг над другом с частичным вырезом корпуса для наглядности.
На Фиг. 7 тоже вид Д с частичным вырезом обода-кулачка и спицы для наглядности.
На Фиг. 8 тоже разрез Е-Е с обзором на обод-кулачек на переходной фазе.
На Фиг. 9 изображен вертикальный разрез общего вида ветросиловой установки ВСУ, работающей на вертикальной плоскости, где на левой половине установки якорь относительно статора неподвижен, а на правой якорь выполнен вращающимся относительно статора, причем вращения получает через шестерню внутренними зубцами расположенной в корпусе через саттелиты и колесо жестко связанным с якорем, а также вторая лопасть получает поворот на 90° и обратно через тягу от первой.
На Фиг. 10 вид Ж с указанием работы тяги.
На Фиг. 11 изображен вертикальный разрез общего вида гидросиловой ГСУ и ветросиловой ВСУ установок, работающих на вертикальной плоскости, расположенных на одном основании друг над другом, где уровень воды обозначен буквой S.
На Фиг. 12 изображен вертикальный разрез ветросиловой установки ВСУ с указанием крепления троса для возможной переброски по воздуху и с указанием расположения траверсы и стяжек для обеспечения устойчивости при работе, особенно при больших скоростях ветра.
На Фиг. 13 изображен общий вид ветросиловой установки ВСУ с частичным вырезом наружного корпуса и внутренней трубы-стойки, расположенной на растущем дереве, где наружные и внутренние трубы состоят из отдельных секций, на дереве оставлена верхняя крона.
На Фиг. 14 тоже узел II с указанием соединения секций.
На Фиг. 15 изображен общий вид с частичным разрезом ветросиловой установки ВСУ, установленной на столбе линии электропередач ЛЭП, где основание и верхний цилиндр крепятся хомутами и дюбелями, и могут быть подперты подпорками снизу.
На Фиг. 16 изображена ветросиловая установка ВСУ на крыше дома с указанием траверсы и стяжек для устойчивости.
На Фиг. 17 изображен вариант использования ГСУ вместо турбин ГЭС, поперечный разрез и вариант применения ГСУ на месте уходящих вод после турбин ГЭС.
На Фиг. 18 тоже разрез И-И, вариант спаренных установок на общей оси с приводом поворота второй группы через тягу.