Ветрогидросиловая установка
WIND AND WATER POWER UNIT

Область техники
Изобретение относится к области силовых механизмов, а именно к ветряным и водным двигателям и может быть использована для привода вентилятора при вентилировании помещения, насоса при перекачивании жидкостей, но основную ценность данное изобретение имеет в области электроэнергетики при работе с электрогенератором в качестве нагрузочного устройства, связанного ведущим элементом установки, например, звездочкой.
Ветрогидросиловая установка ВГСУ может быть использована как для преобразования энергии ветра, так и для преобразования энергии воды рек, морей, уходящих вод после турбин ГЭС, где только есть движение воды. Ветрогидросиловая, в принципе одна и та же установка, может быть использована как ветросиловая установка ВСУ для преобразования энергии ветра, так и гидросиловая ГСУ для преобразования энергии воды в зависимости от того где установлена, в воде или на поверхности.
Автору не известны источники научно-технической и патентной информации, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеются признаки, сходные с признаком, отличающими заявленное решение от прототипа, а также свойства, совпадающие со свойствами заявленного решения, поэтому можно считать, что оно обладает существенными отличиями, позволяющими при практическом осуществлении создавать новые мощные и удобные в эксплуатации ветрогидросиловые установки.
В процессе поиска были проанализированы следующие патенты:
RU 2 462612 С1, 27.09.2011
RU 2 466293 С1, 10.11.2012
RU 2 487265 С1, 10.07.2013
RU2 498107 С1, 10.11.2013
RU 2 502892 С1, 27.12.2013
RU 2 587731 С1, 27.05.2016
RU2 611139 С1, 21.02.2017.
Прототипом по данному решению выбран патент RU 2689650 С1, 28.05.2019.
Недостатком ветрогидросиловой установки по данному патенту является сложность конструкции и большой расход энергии на трение.
Основным отличием предполагаемого изобретения от прототипа является то, что в предполагаемой конструкции лопасти находятся в рамах, качающихся на полуосях, установленных на валу перпендикулярно оси вала, лопасти перемещаются по раме на подшипниках, что способствует уменьшению трения, в результате повышается КПД использования энергии ветра или потока воды, а также выполнение рам с лопастями отдельным узлом при их боковом расположении упрощает сборку и эксплуатацию установок.
Ветрогидросиловая установка предназначена для преобразования потока энергии воды или ветра и содержит основание, нижнюю и верхнюю крестовины, наклонные платформы, жестко установленный на основании корпус подшипника, в котором на подшипниках установлен вал, проходящий через наклонные платформы и в пазах которого расположены по меньшей мере две лопасти, ограниченные упорами, расположенные на разных высотах и с угловым смещением под углом 90°, при этом лопасти имеют прямоугольную или круглую форму и выполнены с возможностью спуска вниз и установки перпендикулярно движению потока воды или ветра, работая на части траектории, как парус, установка снабжена средними наклонными крестовинами, установленными на нижней крестовине с возможностью регулирования, на которых жестко закреплены наклонные платформы, через которые проходит вал, и рамами, в которых расположены лопасти, перемещающиеся по раме на роликах, при этом рамы с лопастями выполнены с возможностью качения на полуосях, свободно сидящих во втулках, жестко закрепленных на валу и жестко закрепленных на полосах, соединяющих верхние и нижние стороны рам, не мешая прохождению лопастей по раме, при этом лопасти выполнены с возможностью поворота по наклонной платформе и спуска вниз по рамам на подшипниках.
Наклонные платформы относительно ветра устанавливаются с помощью флюгера, жестко сидящего на втулке, свободно сидящей на валу, но жестко связанной стойками. На нижней части рамы установлены колесики, которые катясь по наклонным платформам приводят к качательному движению рамы, оставаясь в пазах вала или вне, когда рамы с лопастями установлены по бокам вала.
Лопасти по раме спускаются вниз под действием собственного веса и веста ртути, расположенной в нижней части лопасти, и остаются в нужном положении, ограниченные упором, расположенном в полуоси рамы. При дальнейшем вращении вала лопасти, устанавливаясь перпендикулярно ветру или потоку воды, работая в части траектории как парус, создают максимальный крутящий момент.
Лопасти, оставаясь в раме, одновременно поднимаются по наклонным платформам вверх и не доходя до верхней точки (180°) упор уходит и они стремятся вниз, находясь в раме. Крутящий момент, созданный лопастями, передается с помощью жестко сидящей на валу, например, звездочки, цепной передачи и ведомой звездочки приводит во вращательное движение нагрузочного устройства, например, генератора для генерации электрической энергии, причем звездочка выполнена массивной для гашения пульсации.
С целью уменьшения времени спуска лопастей предложен вариант установки с лопастью круглой формы, в этом случае возможен вариант рамы с несколькими дорожками и в каждой дорожке своя лопасть, в результате может работать одновременно более одной круглой лопасти, на чертеже не указано.
Рамы с лопастями для размещения по бокам вала выполнены отдельным узлом, что позволяет быстро установить на заранее намеченном месте и быстро снять для ремонта или замены, что является важным моментом для сборки и эксплуатации установки.
Фиксация лопастей осуществляется подпружиненными упорами, расположенными в полуосях, а расфиксация осуществляется с помощью штанги ролика и кулачка, установленного в корпусе, когда рамы с лопастями находится не доходя до верхней точки (180°) ролик штанги набегает на выступы кулачка, штанга поднимается и отводит упор и лопасти стремятся вниз, и после завершения перехода фиксируются упорами.
Привод упора может быть осуществлен электромагнитом контактом, например, на платформе, в этом случае упрощается конструкция.
Для исключения бокового смещения полостей предусмотрены ролики.
Установка снабжена стяжками, действующими через траверс, сидящую на подшипниках на валу для устойчивости устанковки при ее высоком исполнении.
Гидросиловая установка ГСУ может работать на воде, под водой и подо льдом, для поддержания установки на определенной глубине предусмотрены понтоны, а на определенном месте сваи или якоря, которые крепятся цепями.
Ветрогидросиловая установки могут работать кустовым способом, на одной плите, две и более ветросиловых установки и на одном месте две и более гидросиловых установок под водой, а наверху две и более ветросиловых установок.
При применении на одном месте двух и более установок позволяет выработать большее количество электроэнергии на одном месте.
Для случаев, когда ветер часто меняет направление, предусмотрен успокоитель, установленный на основании, а на нижней крестовине установлена крышка успокоителя, с помощью фиксатора-тормоза, стойки с платформами можно остановить в любом положении. Варьируя углом наклона платформ и объемом ртути в нижней части лопасти можно достичь наибольшего эффекта.
Для лучшей парусности лопасти могут быть слабо обтянуты, например, тканевым материалом.
Установка выполнена сборно-разборной с целью облегчения транспортировки.
Из-за отсутствия трения скольжения потери энергии на трение минимальны, в результате повышается КПД использования энергии ветра или потока воды.
Пояснение чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где:
На Фиг. 1 изображен вертикальный разрез ветросиловой установки ВСУ по оси;
На Фиг. 2 изображена выноска I - узел ограничения лопасти от бокового смещения при работе;
На Фиг. 3 изображена выноска II - узел крепления амортизатора с целью смягчения удара лопасти об раму при спуске;
На Фиг. 4 изображен разрез А-А рамы с лопастей с указанием взаимодействия роликов лопасти и рамы, а также с указанием поддерживающих роликов от бокового смещения лопасти при работе;
На Фиг. 5 изображен разрез В-В с указанием расположения и взаимодействия упора с лопастью;
На Фиг. 6 изображен вид сверху ветросиловой установки ВСУ, где флюгер изображен условно повернутым для наглядности и платформа выполнена условно круглой, т.к. эллипсность не большая.
На Фиг. 7 изображен общий вид гидросиловой установки ГСУ с частичным разрезом, где направление потока воды показано стрелками, уровень воды буквой G, уровень дна буквой Н;
На Фиг. 8 изображена часть общего вида установки при применении лопастей круглой формы;
На Фиг. 9 изображен разрез Г-Г с указанием взаимодействия рамы с лопастей круглой формы;
На Фиг. 10 изображена часть общего вида установки с четырьмя лопастями при боковом расположении лопастей и указанием расположения тяг при высоких установках для устойчивости;
На Фиг. 11 изображен поперечный разрез рамы с лопастью, как отдельный узел, для бокового расположения рам с лопастями.
Описание конструкции
Ветрогидросиловая установка состоит из следующих основных деталей и узлов:
На основании 1 установлен корпус подшипников 2, в котором на подшипниках сидит вал 3. На корпусе подшипников свободно сидит втулка 4, на втулке жестко сидит крестовина нижняя 5, на крестовине установлены стойки 6, на верхней части стоек установлена крестовина верхняя 7, на стойке 6 установлены, с возможностью регулирования, втулки 8 и фиксируются фиксатором 9, на втулке 8 приварена пластина 10, на которой крепится пластина со сферическим шарниром 11, которая шарнирно связано со скобой 12, в которой, с возможностью регулирования, установлена средняя крестовина 13, на которой жестко, с возможностью регулирования, установлена платформа 14, по которой на колесиках 15 перемещается рама 16, обечайки рам могут быть П-образного или трубчатого сечения, по необходимости нижняя часть может быть заполнена ртутью, верхние и нижние полки рамы соединены пластинами 17 и 18 с обоих сторон, обеспечивая проход лопасти 19, катящейся на роликах 20, сидящих на подшипниках 21, лопасти от бокового перемещения удерживаются ограничителями 22 и для смягчения удара, при спуске лопастей, предусмотрены амортизаторы 23, для фиксации лопасти предусмотрен упор 24, который расфиксируется с помощью штока 25, свободно расположенного в обоймах 26, в конце штока на оси сидит ролик 27, который катясь по кулачку 28, установленном в корпусе 29, попадая на выступы кулачка поднимает шток и расфиксирует упор 24. От бокового смещения лопастей при сильных ветрах 1 предусмотрены ролики 30, установленные на поперечных полосах 31. Обечайки лопастей выполняются из трубчатого материала и нижние части заполняются ртутью 32, полотно лопасти 33 прижимается к опоре пластинами 34.
На основании 1 установлен успокоитель 35, а на нижней крестовине 5 установлена крышка успокоителя 36, на которой установлен фиксатор 37, на валу 3 в верхней части приварена ось 38, на которой свободно сидит втулка 39, жестко связанная верхней крестовиной 7, на втулке жестко, с возможностью регулирования, установлен флюгер 40. На валу 3 жестко сидит звездочка 41, выполненная массивной для уменьшения пульсации, с помощью цепной передачи и звездочки 42 вращение передается, например, генератору 43, который защищен кожухом 44.
На валу 3 выполнены пазы для установки рам с лопастями.
На валу 3 с одной стороны жестко установлена втулка 45, в ней жестко закреплен корпус подшипников 46, в котором на подшипниках сидит полуось 47, на торце которой жестко закреплен корпус подшипников 46, в котором на подшипниках сидит полуось 47, на торце которой жестко закреплена полоса 18 болтами 48, с другой стороны вала 3 жестко закреплена втулка 49, в которой жестко закреплена втулка 50, на которой на подшипниках 51 установлена полоса 17, во втулке установлена подшипниковая втулка 52, на втулку 50 жестко закреплена втулка 53, в которой сидит подшипниковая втулка 54, на которой упирается пружина 55, на упоре 24 сидит подшипниковое кольцо 56, на которой скользит штанга 25, которая упирается на ролик 57 для отвода упора 24, для смягчения удара лопасти об упор предусмотрен амортизатор 58, для ужесточения рамы предусмотрено ребро жесткости 59.
При работе установки в воде ГСУ предусмотрены понтоны 60 и (удерживаются, например, сваями 61 и удерживается цепью 62, генератор закрыт кожухом 63, для видимости установки предусмотрен светильник 64.
При варианте применения лопастей круглой формы 65 фиксация осуществляется как для прямоугольных и обечайка выполняется из трубчатых материалов и частично заполняется ртутью 32.
Для высоких установок предусмотрены стяжки 66, крепящиеся на траверсу 67, сидящую на подшипниках на валу 3.
При использовании рам с лопастями для установки по бокам вала предусмотрены дополнительно внутренний кронштейн 68, наружный кронштейн 69, которые крепятся болтами 70, наружный кронштейн через накладку 71 крепится болтами 72.
Для уменьшения трения при движении штанги предусмотрены подшипниковые пластины 73 и 74.
Возможный вариант привода упора электромагнитом на чертеже не указан.