МОДУЛЬ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
ELECTRIC POWER GENERATING MODULE

Изобретение относится к области ветро-гидро-энергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии, поступающей в энергетические системы или используемой для питания обособленных потребителей.
Известна ветротурбинная установка (патент на изобретение РФ №2240442, МПК F03D 3/00, опубл.), содержащая ротор фрикционного типа, выполненный в виде вала, размещенного вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженного пластинами, установленными одна относительно другой на заданном расстоянии и имеющими форму дисков, между которыми по всему периметру ротора установлены лопасти турбинного типа, причем пластины и лопасти скреплены растяжками.
Недостаток указанной конструкции ветротурбины заключается в ограниченной области ее применения, а также в ее сложности и недостаточной надежности.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является модуль выработки электроэнергии по патенту Республики Казахстан №22192 (МПК F03D 03/00. опубл. 15.01.2010, бюл. №1), который состоит из следующих частей: вертикальной оси, на оси установлены две втулки с возможностью свободного поворота, к втулкам в диаметральном направлении прикреплены распорки, к которым крепятся лопасти. На нижней втулке соосно и жестко установлено зубчатое колесо, кинематически связанное со вторым зубчатым колесом, жестко установленным на валу генератора 8. Данный модуль работает следующим образом. На лопасти набегает ветер, лопасти начинают вращаться, вращение передается втулкам, зубчатому колесу, и второму зубчатому колесу, которое вращает вал генератора.
К недостаткам устройства по патенту KZ №22192 также следует отнести ограниченную область его применения, поскольку он может использовать только энергию воздушного потока. Кроме того, энергия вращения передается через передаточный механизм в виде зубчатых колес, что усложняет его конструкцию и снижает надежность и эффективность его работы.
Задача (технический результат), решаемая предлагаемым изобретением, заключается в расширении области применения и повышении эффективности использования энергии водного и/или воздушного потока за счет исключения потерь при передаче энергии вращения к электрогенератору.
Поставленная задача решается тем, что модуль выработки электроэнергии включает ось, на которой установлены вращающиеся втулки с прикрепленным к ним ветровым колесом, ротор и статор электрогенератора. Согласно предлагаемому изобретению модуль дополнительно снабжен гидроколесом, на наружной цилиндрической поверхности которого закреплены лопасти. Ось выполнена полой. Статор электрогенератора герметично закреплен на оси, вращающиеся втулки установлены на оси по обе стороны от статора. На втулках закреплены охватывающий статор герметичный ротор электрогенератора и охватывающее ротор гидроколесо. На втулке, расположенной с противоположной от гидроколеса стороны оси, закреплено ветроколесо с лопастями. Причем, гидроколесо и ветроколесо установлены с возможностью демонтажа.
Ротор электрогенератора может быть выполнен в виде герметично установленного на втулках кожуха, на внутренней цилиндрической поверхности которого установлены постоянные магниты.
Также ротор электрогенератора может быть выполнен в виде герметично установленного на втулках кожуха, на внутренней цилиндрической поверхности которого установлены обмотки возбуждения электромагнитного поля, а на наружной цилиндрической поверхности - солнечные фотоэлементы, подключенные к обмотке возбуждения. В цилиндрических стенках гидроколеса между лопастями в этом случае выполнены сквозные окна.
Снабжение устройства установленными с возможностью демонтажа гидроколесом и ветроколесом позволяет расширить область его применения за счет использования энергии не только воздушного, но и водного потока.
Герметичность статора и ротора электрогенератора также позволяют использовать предлагаемое устройство в ветро- и гидроэнергетике. При этом размещение ротора и статора на полой оси позволяют передавать энергию вращения непосредственно к ротору без использования промежуточных передаточных механизмов, что обеспечивает повышение эффективности использования энергии водного и/или воздушного потока.
Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически представлен заявляемый модуль, вид сбоку в разрезе.
Предлагаемый модуль выработки электроэнергии включает полую ось 1, на которой установлены вращающиеся втулки 2 и 3. Статор 4 электрогенератора герметично закреплен на оси 1, вращающиеся втулки 2 и 3 установлены на оси 1 по обе стороны от статора 4. На втулках 2 и 3 закреплены охватывающий статор 4 герметичный ротор 5 электрогенератора и охватывающее ротор 5 гидроколесо 6. На наружной цилиндрической поверхности гидроколеса 6 закреплены лопасти 7. На втулке 3, расположенной с противоположной от гидроколеса 6 стороны оси 1, закреплено ветроколесо 8 с лопастями 9. Причем гидроколесо 6 и ветроколесо 8 установлены с возможностью демонтажа.
Ротор 5 электрогенератора может быть выполнен в виде герметично установленного на втулках кожуха, на внутренней цилиндрической поверхности которого установлены постоянные магниты 10.
Также ротор 5 электрогенератора может быть выполнен в виде герметично установленного на втулках кожуха, на внутренней цилиндрической поверхности которого установлены постоянные магниты 10 и/или обмотки 11 возбуждения электромагнитного поля, а на наружной цилиндрической поверхности - солнечные фотоэлементы 12, подключенные к обмотке 11 возбуждения. В цилиндрических стенках гидроколеса 6 между лопастями в этом случае выполнены сквозные окна (не показано).
Установка кожуха на втулках 2 и 3 обеспечивает жесткое соединение втулок 2 и 3. Для еще большей прочности модуль может быть снабжен дополнительными стопорами, ограничивающими перемещение вдоль оси 1 системы «ротор-ветроколесо-втулки».
Внутри полой оси 1 размещают кабели для подачи вырабатываемой устройством электроэнергии к потребителю.
Предлагаемый модуль выработки электроэнергии работает следующим образом.
При совпадении направлений водного и воздушного потоков устанавливают модуль вертикально таким образом, чтобы гидроколесо 6 было погружено в воду, а ветроколесо 8 находилось над поверхностью воды. Потоки воды и воздуха начинают вращать соответственно гидроколесо 6 и ветроколесо 8, закрепленные на втулках 2 и 3. Втулки 2 и 3 вращаются вокруг оси 1 и, соответственно, кожух ротора 5 электрогенератора вращается с той же скоростью. Установленные на внутренней поверхности кожуха постоянные магниты 10 создают вращающееся магнитное поле, что обеспечивает появление электрического тока в обмотках закрепленного на оси 1 статора 4 электрогенератора. По размещенным внутри полой оси 1 кабелям (не показано) вырабатываемый электрический ток поступает к потребителю.
В другом исполнении ротора 5 электрогенератора солнечный свет через слой воды и сквозные окна поступает на установленные наружной цилиндрической поверхности кожуха солнечные фотоэлементы 12. Вырабатываемый солнечными фотоэлементами 12 электрический ток питает обмотку 11 возбуждения электромагнитного поля. Вращение кожуха происходит так же, как и в описанном выше примере. В результате вращения кожуха создается вращающееся магнитное поле от постоянных магнитов 10 и/или обмотки возбуждения 11, что обеспечивает появление электрического тока в обмотках статора 4 электрогенератора.
Гидроколесо 6 и ветроколесо 8 можно демонтировать. В этом случае устройство будет использовать соответственно только энергию потока воздуха или энергию потока воды. Принцип работы устройства при этом не изменится.
Таким образом, предлагаемое устройство в качестве рабочего потока может использовать поток воздуха, воды или их сочетание. При этом энергия рабочих потоков без потерь используется для создания вращающегося магнитного поля, что существенно повышает эффективность работы предлагаемого модуля.
Предлагаемый модуль может использоваться как самостоятельная гидроэлектростанция при снабжении его электрическими проводами, соединяющими обмотки статора 4 электрогенератора с потребителями электроэнергии. Также предлагаемый модуль может использоваться как элемент более сложной конструкции электростанции.