ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
WINDMILL

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в устройствах для преобразовании энергии текучих сред в электрическую.
Известна ветровая энергетическая установка [патент РФ №2277642 С2, F03D 3/00, 06.10.2006], содержащая опору и стержень, прикрепленный одним окончанием к опоре при помощи шарнирного соединения, при этом стержень соединен с устройством, которое обладает поверхностной площадью и способностью сопротивляться ветровому потоку, а также в автоматическом и(или) ручном режиме может менять величину своей поверхностной площади и перемещаться вдоль стержня, при этом устройство, сопротивляясь ветровому потоку, осуществляет отклонение стержня относительно шарнирного соединения при воздействии на это устройство ветрового потока, стержень также соединен с компенсатором, удерживающим этот стержень в исходном вертикальном положении при отсутствии воздействия ветрового потока на установку и возвращающим стержень в исходное вертикальное положение после окончания воздействия ветрового потока на ветровую энергетическую установку.
Недостатком данного изобретения является использование гидравлических устройств для выработки электроэнергии, которые могут воспринимать возмущение только по одной оси с незначительными отклонениями от оси, что снижает коэффициент полезного действия, также в данном устройстве предусмотрен механизм для поворота органа, воспринимающий возмущение в зависимости от направления возмущения, что ведет к затратам энергии.
Известен электростатический генератор, преобразующий механическую энергию в виде вращательного движения в электрическую [патент США №4897592 A, H02N 1/08, 30.01.1990], содержащий два электрода возбуждения, электростатически заряженных до равных и противоположных по знаку потенциалов, статор с электродами в виде секторов, расположенных между электродами возбуждения для наведения в нем посредством созданного электродами электрического поля зарядов разной полярности, ротор, вращающийся в электрическом поле между электродами возбуждения и электродами статора и периодически экранирующий поле электродов возбуждения, выходное устройство, соединенное со статором, для отделения его от рабочего напряжения в зависимости от движения экранирующего статор ротора.
Недостатком данной конструкции является то, что входной механической энергией является вращательное движение ротора, что неудобно для преобразования поступательного движения ветрового потока, и требуются дополнительные затраты на повороты против направление ветра.
Известна электростатическая емкостная машина для преобразования энергии ветрового потока [патент РФ №2241300 С2, H02N 1/08, 27.11.2004], содержащая корпус, подвижный электрод, неподвижный электрод с кольцевыми секторами на диэлектрической подложке и вспомогательный электрод, обеспечивающий подвод потенциала возбуждения к подвижному электроду, при этом машина снабжена потокоприемником с поворотными лопатками и фокусирующим каналом, расположенным над поверхностью подвижного электрода, последний выполнен в виде слоя электролита, в котором размещен вспомогательный электрод, неподвижный электрод выполнен в виде набора проводящих концентрических колец, имеющих покрытие из диэлектрического материала и соединенных через блок диодов возбуждения, при этом пространство между подвижным и неподвижным электродами заполнено жидким сегнетоэлектриком, а блок диодов нагрузки электрически соединен с блоком диодов возбуждения и неподвижным электродом.
Недостатком данной конструкции является сложность конструкции и низкий коэффициент полезного действия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является парусная импульсная ветроэлектрическая установка [патент РФ 2469209 C2, F03D 5/06, 10.12.2012], содержащая рабочий орган, преобразователь энергии и устройство защиты от запредельных ветровых нагрузок, при этом рабочим органом в ней является гибкий парус, преобразователь выполнен в виде объединенных в общую схему генераторов импульсов с электромагнитами, якоря которых связаны с секциями паруса, с возможностью автоматического управления силой действующего на него ветрового потока путем, например, изменения угла между крыльями паруса.
Недостатками данной конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные восприятием энергии потока только в одном направлении.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей благодаря восприятию потока среды во всех координатных плоскостях за счет введения трехкоординатного генератора колебательного типа, минимизация потерь энергии за счет использования магнитного устройства защиты от запредельных ветровых нагрузок.
Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия и энергетической эффективности ветроэнергетической установки.
Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в колебательной ветроэнергетической установке, содержащей рабочий орган, преобразователь энергии и устройство защиты от запредельных ветровых нагрузок, согласно изобретению рабочий орган выполнен в виде упругого элемента, преобразователь энергии выполнен в виде трехкоординатного генератора колебательного типа, соединенного через устройство защиты от запредельных ветровых нагрузок с упругим элементом, при этом устройство защиты от запредельных ветровых нагрузок состоит из первого и второго постоянных магнитов сферической формы, расположенных разноименными полюсами относительно друг друга.
Кроме того, согласно изобретению упругий элемент может быть выполнен в виде конуса.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена колебательная ветроэнергетическая установка. На фиг.2 изображено устройство защиты от запредельных ветровых нагрузок.
Предложенное устройство содержит (фиг.1) рабочий орган 1, выполненный в виде упругого элемента, связанного магнитной связью с преобразователем энергии 2, выполненного в виде трехкоординатного генератора колебательного типа, состоящего из активной системы 3 и стержня 4, устройство защиты от запредельных ветровых нагрузок 5, (фиг.2) состоящее из первого постоянного магнита сферической формы 6, второго сферической формы постоянного магнита 7, расположенные разноименными полюсами относительно друг друга, причем стержень 4 жестко соединен с вторым постоянным магнитом сферической формы 7, а рабочий орган 1, выполненный в виде упругого элемента, жестко соединен с первым постоянным магнитом сферической формы 6.
Предложенная ветроэнергетическая установка работает следующим образом: при воздействии на рабочий орган 1, выполненный в виде упругого элемента потоком текучей среды (жидкости или газа) он начинает колебаться, при этом колебания передаются на первый постоянный магнит сферической формы 6, который притянут ко второму постоянному магниту сферической формы 7, за счет этого колебания передаются на стержень 4 преобразователя энергии 2, выполненного в виде трехкоординатного генератора колебательного типа, который начинает вырабатывать электрическую энергию.
При воздействии на рабочий орган 1, выполненный в виде упругого элемента, запредельной нагрузкой текучей среды происходит разрыв магнитной связи между первым постоянным магнитом сферической формы 6 и вторым постоянным магнитом сферической формы 7, в результате чего связь между рабочим органом 1, выполненным в виде упругого элемента и преобразователем энергии 2, выполненным в виде трехкоординатного генератора колебательного типа, прекращается. В результате повреждения рабочего органа 1, выполненного в виде упругого элемента, под действием запредельных нагрузок текучей среды преобразователь энергии 2, выполненный в виде трехкоординатного генератора колебательного типа, остается целым.
Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности благодаря введению восприятия потока среды во всех координатных плоскостях и минимизации потерь энергии за счет использования магнитного устройства защиты от запредельных ветровых нагрузок.
В результате повышается коэффициент полезного действия и энергетическая эффективность ветроэнергетической установки.