ВЕТРО- И ГИДРОУСТАНОВКА С КОЛЕБЛЮЩИМИСЯ ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ЛОПАСТЯМИ
WIND AND HYDRAULIC UNIT WITH OSCILLATING VERTICAL BLADES

Изобретение относится к возобновляемой (альтернативной) энергетике и может быть использовано при создании новых типов эффективных и недорогих ветро- и гидроустановок разной мощности, работающих в свободных воздушном или водном потоках.
Известны устройство для отбора мощности в текучей среде (1), ветро- и гидроэлектростанции с колеблющимися крыльями (2), устройство для отбора энергии волн (3) - приведены в конце описания. Однако такие конструктивные решения менее пригодны для создания эффективных ветро- и гидроустановок разной мощности.
Технической задачей изобретения является создание бесшумных, безопасных, наземных и надводных ветроустановок, а также размещаемых в области речных, проточных и морских подводных течений гидроустановок, не требующих в целом высокотехнологичных производств и относительно больших финансовых затрат для их разработки и серийного изготовления.
Поставленная цель достигается тем, что на поворотной консоли установлены основная и вспомогательная вертикальные лопасти, обеспечивающие их совместную и эффективную работу с одновременным синхронным разворотом своих плоскостей в крайних положениях на оптимальные (но при это разные) углы атаки к потоку, что позволяет осуществлять начало их обратного движения практически с максимальным моментом. Размещение подшипниковых обгонных муфт левого и правого вращения не на входе комбинированного мультипликатора, а в промежуточных внутренних звеньях позволяет существенно уменьшить их габаритные размеры и массу из-за возможности приложения к ним многократно меньших крутящих усилий. Отсутствие в плоскостях лопастей сложных аэро- и гидродинамических профилей значительно упрощает их изготовление и в целом существенно снижает стоимость таких установок.
Из патентной и научно-технической информации автору не известны источники, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих сходные признаки с заявляемым решением.
Изобретение поясняется схематическими изображениями, где:
Фиг.1 - вид сбоку на установку в рабочем положении.
Фиг.2 - вид сбоку на размещенные внутри несущего корпуса составные части комбинированного мультипликатора и узел многополюсного генератора.
Фиг.3 - вид сбоку на узел шестеренчатой кинематической связи осей лопастей (вар. 1).
Фиг.4 - вид сверху на узел шарнирной кинематической связи осей лопастей с помощью коромысел и тяг (вар. 2).
Фиг.5 - рабочие положения лопастей в воздушном или водном потоках.
1
Установка содержит поворотную консоль 1 с присоединенным к ней герметичным кожухом 2 обтекаемой формы, на котором размещены на вертикальных осях основная 3 и вспомогательная 4 лопасти. Консоль 1 посажена на вертикальную ось 5 и дополнительно удерживается тросом 6 с натяжным талрепом 7.
1
2
2
2
3
2
3
3
3
4
4
5
5
6
1
1
1
1
1
Несущий корпус 8 размещен на стойке 9 с опорной плитой 10 и удерживается неподвижно с помощью тросовых (или штанговых) растяжек 11 с натяжными талрепами 7, а в его генераторной части расположен снаружи герметичный разъем 12 с силовым кабелем 13. Нижняя часть оси 5 размещена вверху корпуса 8 и соединена с ним посредством наружного герметичного подшипника скольжения 14 и опорного роликового подшипника 15. На нижний конец оси 5 посажена большая цилиндрическая шестерня с числом зубьев Z, находящаяся в зацеплении с боковыми малыми цилиндрическими шестернями Z и Z . Шестерня Z посредством двухсекционного сателлитного вала и обгонной муфты левого вращения 16 кинематически связана с нижней большой конической шестерней Z. Соответственно Z  посредство идентичного вала и обгонной муфты 17 правого вращения связана с аналогичной шестерней Z . Дополнительно шестерни Z и Z  соединены между собой посредством малых конических шестерен Z и Z  и поперечного вала с большой конической шестерней Z. Шестерня Z зацеплена с малой выходной конической шестерней Z, соединенной через инерционную обгонную муфту 18 с многополюсным генератором 19.
7
8
9
10
1
1
1
1
1
В герметичном кожухе 2 размещены возвратная пружина 20 и узел кнематической связи лопастей 3 и 4, имеющий два варианта исполнения. В первом (фиг.3) эта связь осуществляется с помощью большой конической шестерни Z, промежуточных конических шестерен Z и Z с валом 21 и малой конической шестерни Z, а во втором (фиг.4) - посредством коромысел 22 и 23 разной длины с шарнирно соединенными с ними тягами 24 и 24 одинаковой длины. В кожухе 2 также размещены уголковые упоры 25 и 25, ограничивающие углы поворота α и α  лопасти 3 (фиг.5).
Стойка 9 и опорная плита 10 в ветроустановке могут отсутствовать при размещении ее на мачте.
Ветро- и гидроустановка работает следующим образом.
1
Собранная установка размещается на ровной площадке. Несущий корпус 8 закрепляется в вертикальном положении с помощью тросовых (или штанговых) растяжек 11 и окончательно выравнивается посредством талрепов 7. Аналогичным образом выставляется оптимальное натяжение на консоли 1 троса (или штанги) 6 с помощью талрепа 7. Герметичный разъем 12 с силовым кабелем 13 присоединяется к несущему корпусу 8. Ось консоли 1 разворачивается потоком в рабочее положение. Дальнейшая круговая ориентация установки на поток (преимущественно воздушный) в пределах 360° осуществляется самопроизвольно, по флюгерному принципу.
p
T
1
1
2
2
1
1
1
Далее поворачивающаяся в пределах угла α (фиг.5) консоль 1 выводит установку на рабочий режим. Плоскости основной лопасти 3 со смещенной осью вращения имеют существенно большую площадь со стороны набегающего потока, поэтому из-за разности воздействующих на ее плоскости сил F они развернутся потоком относительно оси консоли 1 на угол α (или α ), ограниченный упором 25 или 25. Соответственно, кинематически связанная с ней вспомогательная лопасть 4 развернется на больший угол α (или α ).
Совместная работа взаимосвязанных лопастей существенно повышает эффективность и мощность установки в целом.
1
3
Синхронный разворот лопастей в крайних положениях A или А и начало движения консоли 1 в обратном направлении осуществляются следующим образом.
4
3
3
1
1
2
2
1
1
1
1
1
При приближении, например, движущейся влево консоли 1 к положению α ослабляющаяся возвратная пружина 20 начнет сжиматься и разворачивать лопасть 3 для изначального совмещения ее плоскостей и точки крепления пружины 20 к герметичному кожуху 2 с осью консоли 1. Одновременно находящаяся под углом α к потоку лопасть 4 способствует продолжению движения консоли 1 к положению А, увеличивая угол α, достаточный для дальнейшего разворота потоком лопасти 3 в положение III (показана пунктиром) на полный угол α+α . Зависимая лопасть 4 также синхронно развернется на больший угол α+α  (показана пунктиром). Расположенные таким образом в положение III обе лопасти обеспечивают начало обратного движения консоли 1 практически с максимальным усилием. Разворот лопастей в положении A (справа) осуществляется аналогичным образом, и т.д.
Отбор полезной мощности осуществляется комбинированным мультипликатором (фиг.2) следующим образом.
2
3
2
2
3
2
4
4
5
6
r
1
1
1
1
При движении консоли 1 влево шестерня Z вращается по часовой стрелке и через замыкающуюся обгонную муфту 16 и сателлитный вал передает момент вращения на шестерню Z, при этом обгонная муфта 17 разомкнута и шестерня Z  вращается вхолостую. При движении консоли 1 вправо шестерня Z  вращается против часовой стрелки и через замкнутую обгонную муфту 17, и сателлитный вал передает момент вращения на шестерню Z , при этом обгонная муфта 16 разомкнута и шестерня Z вращается вхолостую. Конические шестерни Z, Z  и Z вместе с поперечным валом совершают таким образом только одностороннее вращение. Далее через выходную коническую шестерню Z и инерционную обгонную муфту 18 момент вращения передается на многополюсный генератор 19, имеющий при этом многократно увеличенную угловую скорость ω, которая (как и вырабатываемая мощность) пропорционально зависит от скорости ветра или водного течения.
Использованные источники информации
13
5
26
00
1. Патент Австралии N WO 2007/019607 A1 (AU), F03B /, F03D /, 2007.
2. Проект "Stingrey" лаборатории "The Engineering Business", компании «Vortex Oscillation Technology Ltd», 2002, (UK).
1
10
3. Патент РФ N 2089433 (фиг.3 и 4), кл. В63В /, 1995.