УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ВЕТРА В МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ

Полезная модель относится к устройствам, преобразующим кинетическую энергию ветрового потока в механическую энергию, и может быть использована для получения электрической энергии. Устройство может найти применение в качестве автономного, а также резервного источника электроэнергии для объектов автономного энергообеспечения, например, населенных пунктов с изношенными сетями электроснабжения, базовых станций сотовой связи, производственных комплексов сельского хозяйства, метеостанций, мобильных средств связи и т.п.
Известна ветроэнергетическая установка (патент RU №2093702, МПК F03D 3/04, опубл. 20.10.1997), которая содержит корпус, вытяжное устройство, направляющие аппараты, каждый из которых выполнен в виде, по крайней мере, двух коаксиально установленных в корпусе полых элементов в форме усеченных гиперболоидов вращения с разделяющими вертикальными перегородками, изогнутыми по оси спирали, и ветроколеса, выполненного в форме тела вращения с жесткими профилированными лопастями и установленного над вытяжными цилиндрическими каналами, образованными внутренними торцами вертикальных профилированных перегородок каждого направляющего аппарата. Радиусы вытяжных цилиндрических каналов каждой пары соседних направляющих аппаратов выбираются в соответствии с установленной зависимостью, при использовании которой снижаются потери энергии воздушного потока внутри ветроустановки.
Известна ветроэнергетическая установка (патент RU №2539244, МПК F03D 3/04, опубл. 20.01.2015 г), которая содержит электрогенератор, установленный на валу, ротор радиальной турбины с лопастями, вал которого связан с валом электрогенератора, и направляющий аппарат, включающий оболочки, между которыми расположены лопатки с прямолинейными входной и выходной кромками. Ротор радиальной турбины расположен внутри направляющего аппарата. Обе кромки лопаток направляющего аппарата ориентированы по оси вращения ротора турбины. Ветроэнергетическая установка выполнена, по меньшей мере, из одного модуля. При этом, вал модуля механически связан с валом электрогенератора.
Наиболее близким является «Устройство для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию» (патент RU №2552635 МПК, F03D 3/04, опубл. 10.06.15 г.). Устройство содержит раструб и расположенный в нем ротор. Ротор выполнен в виде вала с закрепленными на нем лопастями с частичным выступом их из нижней части раструба. Предпочтительной формой раструба является усеченный конус или цилиндр, переходящий в усеченный конус. Предпочтительным расположением ротора является его расположение по вертикальной оси раструба или параллельно ему. Ротор может быть установлен на опорах с высотой опор, определяющих возможность прохождения воздуха. Вал ротора может быть соединен с устройством нагрузки. В качестве устройства нагрузки может быть использован генератор ЭДС.
Однако данное устройство имеет следующие недостатки: низкая устойчивость и отсутствие жесткости конструкции, что вызывает низкочастотную вибрацию, опасную для человека.
Задача предлагаемого устройства - повышение срока безопасной эксплуатации с одновременным устранением низкочастотной вибрации и повышением устойчивости устройства за счет создания жесткой конструкции, закрепления ротора, по меньшей мере, в двух подшипниковых узлах, а также возможности снижения центра масс устройства путем установки генератора ЭДС на уровне нижней части опор раструба.
Технический результат - упрощение технологии эксплуатации.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для преобразования кинетической энергии в механическую энергию, содержащее раструб, выполненный в виде усеченного конуса или цилиндра, переходящего в усеченный конус, и расположенный в нем по его вертикальной оси ротор, выполненный в виде вала с закрепленным на нем посредством соединительных дисков лопастями с частичным выступом их из нижней части раструба, при этом раструб устанавливается на опорах, по меньшей мере, трех, на уровне верхнего среза раструба в горизонтальной плоскости устанавливается жестко связанная с раструбом силовая крестовина, в центре которой размещается подшипниковый узел, в котором закрепляется вал ротора с возможностью вращения, на уровне нижней части опор раструба в горизонтальной плоскости устанавливается жестко связанная с опорами силовая крестовина, в центре которой размещается подшипниковый узел, в котором закрепляется вал ротора с возможностью вращения; на силовой крестовине на уровне нижней части опор раструба в горизонтальной плоскости, размещается генератор ЭДС, при этом его ротор жестко связан с валом устройства.
Таким образом, закрепление ротора, по меньшей мере, в двух подшипниковых узлах, жестко связанных с раструбом, позволяет уменьшить возникающую низкочастотную вибрацию. Уменьшение вибрации сокращает изнашивание подшипниковых узлов на уровне верхнего и нижнего срезов раструба, что продлевает срок их безаварийной работы и как следствие позволяет упростить технологию эксплуатации заявленного устройства.
Размещение генератора ЭДС вне раструба на силовой крестовине обеспечивает, повышение устойчивости вращающихся масс ветроэлектрической установки благодаря снижению ее центра масс.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на
фиг. 1 представлена предлагаемая конструкция устройства для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию;
фиг. 2 представлен вид сверху на предложенное устройство.
Устройство для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию содержит раструб 5, выполненный в виде усеченного конуса или цилиндра, переходящего в усеченный конус, и расположенный в нем по его вертикальной оси ротор, выполненный в виде вала 2 с закрепленным на нем посредством соединительных дисков 6 лопастями 7 с частичным выступом 8 их из нижней части раструба 5. Кроме этого, указанный раструб 5 устанавливается на опорах 9 с подпятниками 16, по меньшей мере, трех по условиям устойчивости, на уровне верхнего среза 4 раструба 5 в горизонтальной плоскости устанавливается жестко связанная с раструбом 5 силовая крестовина 3, в центре которой размещается подшипниковый узел 1, в котором закрепляется вал 2 ротора с возможностью вращения, на уровне нижней части опор 9 раструба 5 в горизонтальной плоскости устанавливается жестко связанная с опорами 9 посредством силовых элементов конструкции 14 силовая крестовина 13, в центре которой размещается подшипниковый узел 15, в котором закрепляется вал 2 ротора с возможностью вращения. При этом высота опор 9 раструба 5 определяется возможностью прохождения воздуха. Генератор ЭДС 10 с индуктором 11 и якорем 12 устанавливается на силовой крестовине 13 на уровне нижней части опор 9 раструба 5 в горизонтальной плоскости, ротор генератора ЭДС 10 жестко связан с валом 2 ротора, а габаритные размеры генератора ЭДС 10 с определяются возможностью получения максимально возможной ЭДС и ограничены опорами 9 раструба. Раструб 5 имеет нижний срез 17.
Работа заявленной полезной модели:
При обдуве ветром лопастей 7 ротора вал 2 ротора начинает вращаться, создавая перепад скоростей слоев воздуха в пространстве между нижним 17 и верхним 4 срезами раструба 5, в результате чего возникает устойчивый вихревой воздушный поток, который обеспечивает преобразование энергии ветра в механическую энергию вращения ветроколеса, содержащего диск 6 и лопасти 7 - и вала 2 ротора. Вал 2 ротора через подшипниковый узел 15 связан с силовой крестовиной 13 на уровне нижней части опор 9 раструба 5. Благодаря этому снижаются вибрации в вертикальной плоскости по причине исключения реакций со стороны опор 9 на раструб 5 в вертикальной плоскости.
Раструб 5 устанавливается на опорах 9, по меньшей мере, трех по условиям устойчивости, например, при трех опорах угловое расстояние между ними целесообразно выбрать 120°; при четырех опорах - 90° и т.д.
Снижение вибраций и уменьшение колебаний вала 2 в горизонтальной плоскости обеспечивается подшипниковым узлом 1, соединяющим вал 2 ротора с силовой крестовиной 3, которая жестко связана с раструбом 5 на уровне верхнего среза 4 раструба.
Пространственное расположение генератора ЭДС 10 на силовой крестовине 13 уменьшает высоту центра масс всех вращающихся элементов и в целом всей конструкции устройства, что повышает ее устойчивость, а, следовательно, снижаются реакции в подшипниковых узлах на уровне верхнего и нижнего срезов раструбов, продлевается ресурс подшипниковых узлов, способствуя упрощение технологии эксплуатации.