УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ВЕТРА
DEVICE TO PRODUCE POWER USING WIND ENERGY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для производства электроэнергии с использованием энергии ветра.
Уровень техники
Обычное устройство для производства электроэнергии из энергии ветра, включает в себя ветряной двигатель и генератор. Ветряной двигатель включает в себя вертикальную стойку, неподвижно смонтированную на опорной поверхности, и ветряное колесо, имеющее множество лопастей. Ветряной двигатель преобразует энергию ветра в механическую энергию вращения. Генератор соединен с ветряным двигателем для преобразования механической энергии вращения в электроэнергию.
Ниже описаны некоторые недостатки обычного устройства 1:
1. Высота стойки ветряного двигателя составляет примерно 70 метров, и длина каждой лопасти ветряного колеса ветряного двигателя составляет примерно 35 метров, что требует относительного большого пространства. Следовательно, обычное устройство должно быть расположено в отдельном месте вдали от густонаселенного района, что создает неудобства при внедрении.
2. Конструкция обычного устройства не может обеспечить стабильную выработку электроэнергии для района, где дует ветер различных направлений.
Для устранения недостатков вышеописанного обычного устройства было предложено другое обычное устройство 2 для производства электроэнергии из энергии ветра, показанное на Фиг.1 и описанное в тайваньском патенте №338278. Устройство 2 включает в себя лопастной узел 23, имеющий вертикальные лопасти 231, непосредственно и неподвижно соединенные вертикальной штангой 232, которая имеет нижний конец, помещенный шарнирно в основание 21, так что лопастной узел 23 может вращаться относительно основания 21 для преобразования энергии ветра в механическую энергию вращения и соединен с генератором 22 в основании 21 для преобразования механической энергии вращения в электроэнергию. Каждая лопасть 231 имеет противолежащие первую и вторую боковые поверхности 2311, 2312. Первая боковая поверхность 2311 каждой лопасти 231 обращена ко второй боковой поверхности 2312 смежной лопасти 231. Узел 24 улавливания ветра включает в себя вертикальные пластины 241, прикрепленные под углом на равном расстоянии на основании 21 и расположенные вокруг лопастного узла 23. Две смежные пластины 241 образуют между собой сужающийся во внутреннем направлении канал 240 направления ветра (см. Фиг.3). Пластины 241 не являются плоскими, так что ветер, который направляется пластинами 241, обдувает первые боковые поверхности 2311 лопастей через каналы 240 для направления ветра.
Благодаря наличию узла 24 улавливания ветра ветер различных направлений может направляться вертикальными пластинами 241 для обдува первых боковых поверхностей 2311 лопастей 231 лопастного узла 23 через каналы 240 направления ветра. Таким образом, устройство 2 может обеспечивать стабильное производство электроэнергии даже при изменениях направления ветра.
Следовательно, желательно спроектировать устройство для производства электроэнергии из энергии ветра, при стабильной и повышенной эффективности производства электроэнергии.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство для производства электроэнергии из энергии ветра, которое может повысить эффективность стабильного производства электроэнергии.
По настоящему изобретению предлагается устройство для производства электроэнергии из энергии ветра. Устройство содержит:
основание;
лопастное устройство, включающее в себя вертикальную штангу, продолжающуюся вертикально вдоль оси вращения и имеющую нижний конец, установленный шарнирно в основании, и верхний конец, и, по меньшей мере, один лопастной узел, имеющий множество вертикальных лопастей, непосредственно и неподвижно соединенных с вертикальной штангой, так что лопастное устройство может вращаться относительно основания вокруг оси вращения с целью преобразования энергии ветра в механическую энергию вращения; каждая лопасть лопастного узла имеет противоположные первую и вторую боковые поверхности и множество первых ребер улавливания ветра, продолжающихся вертикально от первой боковой поверхности и расположенных на расстоянии друга от друга, так что пространство для улавливания ветра образуется между любыми двумя смежными ребрами из первых ребер улавливания ветра, и первые ребра имеют толщину, которая постепенно увеличивается к первой боковой поверхности; первая боковая поверхность каждой лопасти лопастного узла обращена ко второй боковой поверхности смежной лопасти;
генератор, расположенный в основании и соединенный с нижним концом вертикальной штанги лопастного устройства для преобразования механической энергии вращения в электроэнергию; и
узел улавливания ветра, смонтированный на основании и включающий в себя множество вертикальных пластин, равномерно расположенных под углом и помещенных вокруг лопастного устройства; две любые смежные вертикальные пластины образуют между собой сужающийся во внутреннем направлении канал улавливания ветра.
Вертикальные пластины узла улавливания ветра не являются плоскими, так что ветер, который направляется вертикальными пластинами узла улавливания ветра, обдувает первые боковые поверхности лопастей лопастного узла лопастного устройства через каналы направления ветра в узле улавливания ветра.
Краткое описание чертежей
Другие технические особенности и преимущества настоящего изобретения станут понятными из приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов выполнения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
Фиг.1 - перспективный вид с частичной разборкой, показывающий другое обычное устройство для производства электроэнергии из энергии ветра;
Фиг.2 - схематичный вид в разрезе, показывающий обычное устройство из Фиг.1;
Фиг.3 - схематичный вид сверху, показывающий обычное устройство из Фиг.1 без верхней стенки;
Фиг.4 - перспективный вид с частичной разборкой, показывающий первый предпочтительный вариант выполнения устройства для производства электроэнергии из энергии ветра, по настоящему изобретению;
Фиг.5 - схематичный вид в разрезе, показывающий первый предпочтительный вариант выполнения;
Фиг.6 - схематичный вид сверху, показывающий первый предпочтительный вариант выполнения без верхней крышки;
Фиг.7 - схематичная диаграмма, показывающая блок управления и приводные узлы первого предпочтительного варианта выполнения;
Фиг.8 - схематичный вид сверху, показывающий первый предпочтительный вариант выполнения без верхней крышки во время эксплуатации;
Фиг.9 - схематичный вид сверху, показывающий первый предпочтительный вариант выполнения без верхней крышки в другом состоянии во время эксплуатации;
Фиг.10 - местный перспективный вид, показывающий вариант лопастного устройства по первому предпочтительному варианту выполнения;
Фиг.11 - перспективный вид с частичной разборкой, показывающий второй предпочтительный вариант выполнения устройства для производства электроэнергии из энергии ветра, по настоящему изобретению;
Фиг.12 - перспективный вид, показывающий лопастное устройство по третьему предпочтительному варианту выполнения устройства для производства электроэнергии из энергии ветра, по настоящему изобретению;
Фиг.13 - частичный схематичный вид в разрезе, показывающий лопастное устройство по третьему предпочтительному варианту выполнения;
Фиг.14 - перспективный вид с частичной разборкой, показывающий четвертый предпочтительный вариант выполнения устройства для производства электроэнергии из энергии ветра, по настоящему изобретению;
Фиг.15 - частичный схематичный вид сверху в разрезе, показывающий четвертый предпочтительный вариант выполнения без верхней крышки; и
Фиг.16 - схематичный вид в разрезе, показывающий четвертый предпочтительный вариант выполнения.
Осуществление изобретения
Прежде чем перейти к подробному описанию настоящего изобретения, следует отметить, что одинаковые элементы обозначаются одними и теми же ссылочными номерами на протяжении всего описания.
Со ссылкой на Фиг.4-7, первый предпочтительный вариант выполнения устройства для производства электроэнергии из энергии ветра, по настоящему изобретению включает в себя основание 3, лопастное устройство 6, генератор 4, узел 5 улавливания ветра, множество приводных узлов 8 и блок управления 7.
В этом варианте выполнения основание 3 включает в себя круглый корпус 30 основания, монтажную трубу 31, продолжающуюся вверх от верхней стороны корпуса 30 основания, и подшипник 32, помещенный в монтажную трубу 31.
Лопастное устройство 6 включает в себя вертикальную ось 61, продолжающуюся вертикально вдоль оси (X) вращения и имеющую нижний конец 612, установленный шарнирно в основании 3 и продолжающийся через монтажную трубу 31 в корпус 30 основания, и лопастной узел, который имеет множество вертикальных лопастей 62, соединенных непосредственно и неподвижно с вертикальной штангой 61, так чтобы лопастное устройство 6 могло вращаться относительно основания 3 вокруг оси (X) вращения с целью преобразования энергии ветра в механическую энергию вращения. Подшипник 32 помещен между наружной кольцевой поверхностью нижнего конца 612 вертикальной оси 61 и внутренней кольцевой поверхностью 311 монтажной трубы 31 основания 3, как показано на Фиг.5. Каждая лопасть 62 имеет противолежащие первую и вторую боковые поверхности 621, 622 и множество первых ребер 623, улавливающих ветер и продолжающихся вертикально от первой боковой поверхности 621 и находящихся на расстоянии друг от друга, так что между двумя смежными первыми ребрами 623, улавливающими ветер, образуется пространство 620 для улавливания ветра, при этом первые ребра имеют толщину, постепенно увеличивающуюся в направлении первой боковой поверхности 621. Первая боковая поверхность 621 каждой лопасти 62 обращена ко второй боковой поверхности 622 смежной лопасти 62, как показано на Фиг.6.
Фиг.10 показывает вариант лопастного устройства 6, в котором каждая лопасть 62 лопастного узла дополнительно имеет множество вторых ребер 624, улавливающих ветер и продолжающихся горизонтально от первой боковой поверхности 621 и находящихся на расстоянии друг от друга и пересекающих первые ребра 623, улавливающие ветер.
Генератор 4 расположен в корпусе 30 основания 3 и соединен с нижним концом 612 вертикальной оси 61 лопастного устройства 6 с целью преобразования механической энергии вращения в электроэнергию.
Узел 5 улавливания ветра смонтирован на основании 3 и включает в себя множество вертикальных пластин 51, множество дополнительных вертикальных пластин 52, верхнюю стенку 53 и подшипник 54 в этом варианте выполнения, как показано на Фиг.5. Вертикальные пластины 51 отстоят друг от друга на равном расстоянии и расположены вокруг лопастного устройства 6 и имеют нижние концы, неподвижно соединенные с корпусом 30 основания в этом варианте выполнения. Как показано на Фиг.6, две любые смежные вертикальные пластины из вертикальных пластин 51 образуют между собой сужающийся канал 50 для направления ветра. Вертикальные пластины 51 не являются плоскими, так что ветер, который направляется вертикальными пластинами 51, обдувает первые боковые поверхности 621 лопастей лопастного узла лопастного устройства 6 через каналы 59 для направления ветра. Каждая вертикальная пластина 51 имеет первый концевой участок 511, смежный с лопастным устройством 6 и продолжающийся не в радиальном направлении, и второй концевой участок 512, противоположный первому концевому участку 511 и изогнутый таким образом, что между первым и вторым концевыми участками 511, 512 образуется тупой угол (θ). Тупой угол (θ) составляет 135-165°. Первый концевой участок 511 каждой вертикальной пластины 51 имеет толщину, постепенно уменьшающуюся в направлении лопастного устройства 6. В этом варианте выполнения первый концевой участок 511 каждой вертикальной пластины 51 имеет противоположные криволинейные первую и вторую поверхности 5111, 5112. Дополнительные вертикальные пластины 52 расположены с возможностью перемещения и соответственно в вертикальных пластинах 51. Каждая дополнительная вертикальная пластина 52 может перемещаться относительно соответствующей вертикальной пластины 51 между убранным положением и выдвинутым положением. В результате, когда две смежные дополнительные вертикальные пластины 52 находятся в выдвинутом положении, канал 50 для улавливания ветра, образованный между соответствующими смежными вертикальными пластинами 51, удлиняется. Верхняя стенка 53 смонтирована на верхних концах вертикальных пластин 51 и имеет нижнюю поверхность, образованную с отверстием 532 для позиционирования, в котором размещается выступающая часть верхнего конца 611 вертикальной оси 61 лопастного устройства 6, и которое образовано внутренней кольцевой поверхностью 533 верхней стенки 53. Подшипник 54 помещен между внутренней кольцевой поверхностью 533 верхней стенки 53 и наружной кольцевой поверхностью верхнего конца 611 вертикальной оси 61 лопастного устройства 6.
Приводные узлы 8 приводят в действие соответственно дополнительные вертикальные пластины 52 узла 5 улавливания ветра с целью перемещения между убранным положением и выдвинутым положением. В этом варианте выполнения, как показано на Фиг.5, приводной узел 8 включает в себя множество цилиндров с жидкой средой, например, масляные цилиндры. В каждом приводном узле 8 каждый цилиндр 81 с жидкой средой имеет корпус 811 цилиндра, смонтированный неподвижно относительно вертикальной пластины 51, и шток 812 поршня, подвижно соединенный с корпусом 811 цилиндра и соединенный с соответствующей дополнительной вертикальной пластиной 52.
Блок 7 управления соединен с приводными узлами 8 и функционирует для управления работой каждого приводного узла 8 в зависимости от ветра. Например, когда ветер дует с юго-запада, как показано воображаемыми линиями со стрелками на Фиг 8, четыре соответствующих дополнительных вертикальных пластины 52 находятся в выдвинутом положении, а другие дополнительные вертикальные пластины 52 находятся в убранном положении за счет действия приводных узлов 8, управляемых блоком 7 управления. В другом примере, когда ветер дует с северо-востока, как показано воображаемыми линиями со стрелками на Фиг 9, четыре соответствующих дополнительных вертикальных пластины 52 находятся в выдвинутом положении, а другие дополнительные вертикальные пластины 52 находятся в убранном положении за счет действия приводных узлов 8, управляемых блоком 7 управления.
В общей сложности, благодаря наличию вертикальных пластин 51 и вспомогательных вертикальных пластин 52 узла 5 улавливания ветра и ребер 623 улавливающих ветер, каждой лопасти 62, ветер разных направлений может направляться вертикальными пластинами 51 для обдува первых боковых поверхностей 621 лопастей 62 лопастного устройства 6 через удлиненные каналы 50 улавливания ветра, тем самым, повышая эффективность выработки электроэнергии даже при изменениях направления ветра.
Фиг.11 показывает второй предпочтительный вариант выполнения устройства для производства электроэнергии, используя энергию ветра по этому изобретению, который является модификацией первого предпочтительного варианта выполнения изобретения.
По сравнению с первым предпочтительным вариантом выполнения лопастное устройство 6 включает в себя множество лопастных узлов, выровненных по оси (X) вращения. Лопасти 62 каждого лопастного узла отстоят друг от друга под углом на равном расстоянии. Лопасти 62 лопастного узла имеют разное угловое расположение относительно друг друга.
Кроме того, узел 5 улавливания ветра дополнительно включает в себя множество соединительных узлов 54, каждый из которых включает в себя множество соединительных пластин 541, соединяющих две соответствующие смежные вертикальные пластины 51, тем самым надежно определяя местоположение вертикальных пластин 51.
Фиг.12 и 13 показывают лопастное устройство 6 по третьему предпочтительному варианту выполнения устройства 2 для производства электроэнергии, используя энергию ветра по этому изобретению, который является модификацией первого предпочтительного варианта выполнения изобретения. По сравнению с первым предпочтительным вариантом выполнения вертикальная ось 61 лопастного устройства 6 дополнительно имеет трубчатый промежуточный участок 613, соединяющий верхний и нижний концы 611, 612 и имеющий кольцевую стенку 6130, которая соединена с лопастями 62 лопастного узла и образована с множеством отверстий 6131. Кроме того, лопастное устройство 6 дополнительно включает в себя узел 63 направления ветра, расположенный в промежуточном участке 613 вертикальной оси 61 для направления ветра, протекающего в промежуточный участок 613 вертикальной оси 61 через отверстия 6131 для обдува первых боковых поверхностей 621 лопастей 62 лопастного узла.
В этом варианте выполнения узел 63 направления ветра включает в себя ось 631 и первую, и вторую пластины 632, 633 направления ветра. Ось 631 продолжается вдоль оси (X) вращения и имеет противоположные концы, соединенные шарнирно и соответственно с верхним и нижним концами 611, 612 вертикальной оси 61. Первая и вторая пластины 632, 633 направления ветра продолжаются радиально от оси 631, так что по этому варианту выполнения между первой и второй пластинами 632, 633 направления ветра образуется тупой угол, как показано на Фиг.13. Первая пластина 632 направления ветра имеет большую ширину, чем вторая пластина 633 направления ветра.
Фиг.14-16 показывают четвертый предпочтительный вариант выполнения устройства для производства электроэнергии, используя энергию ветра по этому изобретению, который является модификацией первого предпочтительного варианта выполнения изобретения. По сравнению с первым предпочтительным вариантом выполнения дополнительные вертикальные пластины 52, приводные узлы 8, блок управления 7 и монтажная труба 31 не используются. В этом варианте выполнения узел 5 улавливания ветра включает в себя вертикальные пластины 51, соединительную подставку 55, первый подшипник 561, корпус 57 улавливания ветра, второй подшипник 562 и третий подшипник 563.
Соединительная опора 55 имеет трубчатый корпус 551, неподвижно смонтированный на основании 3 и обеспечивающий прохождение через него нижнего конца 612 вертикальной оси 61 лопастного устройства 6, и соединительную пластину 552, продолжающуюся радиально и наружу от одного конца трубчатого корпуса 551 и соединенную неподвижно с нижними концами вертикальных пластин 51, как лучше всего показано на Фиг.16.
Первый подшипник 561 расположен между наружной кольцевой поверхностью нижнего конца 612 вертикальной оси 61 лопастного устройства 6 и внутренней кольцевой поверхности трубчатого корпуса 551.
Корпус 57 улавливания ветра смонтирован шарнирно на трубчатом корпусе соединительной подставки 55 для закрывания лопастного устройства 6 и сборки вертикальных пластин 51 и соединительной пластины 552 соединительной подставки 55, так что корпус 57 улавливания ветра может вращаться относительно основания 3 вокруг оси (X) вращения. В этом варианте выполнения корпус 57 улавливания ветра включает в себя нижнюю стенку, верхнюю стенку, С-образную окружающую стенку 573 и две пластины 56 для улавливания ветра. Нижняя стенка 571 образована со сквозным отверстием 5711 для обеспечения прохода через него трубчатого корпуса 551 соединительной подставки 55. Сквозное отверстие 5711 в нижней стенке 571 образовано внутренней кольцевой поверхностью 5712 нижней стенки 571. Верхняя стенка 572 имеет нижнюю поверхность, образованную с отверстием 5721 позиционирования для обеспечения прохода через него верхнего конца 611 вертикальной оси 61 лопастного устройства 6. Отверстие 5721 позиционирования в верхней стенке 572 образовано внутренней кольцевой поверхностью 5722. Окружающая стенка 573 продолжается между перифериями нижней и верхней стенок 571, 572 и взаимодействует с нижней и верхней стенками 571, 572 для образования внутреннего пространства 9. Окружающая стенка 573 имеет противоположные концы 5731, образующие между собой впуск 91 ветра, и образована с двумя выпусками 92 ветра, находящимися в пространственной связи с внутренним пространством 9 и расположенными по другую сторону от впуска 91 ветра в направлении (А), которое проходит поперек оси (X) вращения. Пластины 58 улавливания ветра продолжаются соответственно от концов 5731 окружающей стенки 573 во внутреннее пространство 9, так чтобы сужающийся во внутреннем направлении канал 93 улавливания ветра был образован между пластинами 58 улавливания ветра. При эксплуатации корпуса 57 улавливания ветра вращается под действием порыва ветра, так что ветер протекает во внутреннее пространство 9 через впуск 91 ветра и выходит наружу из внутреннего пространства 9 через выпуск 92 ветра. В результате ориентация корпуса 57 улавливания ветра удерживается так, что впуск 91 ветра обращен к ветру до тех пор, пока направление ветра не изменится.
Второй подшипник 562 расположен между внутренней кольцевой поверхностью 5712 нижней стенки 571 корпуса 57 улавливания ветра и наружной кольцевой поверхностью трубчатого корпуса 551 соединительной подставки 55.
Третий подшипник 563 расположен между внутренней кольцевой поверхностью 5722 верхней стенки 572 корпуса 57 улавливания ветра и наружной кольцевой поверхностью верхнего конца 611 вертикальной оси 61 лопастного устройства 6.
В такой конфигурации, вначале ветер различных направлений может направляться корпусом 57 улавливания ветра посредством вращения для протекания ветра во внутреннее пространство 9 по каналу 93 улавливания ветра. Затем ветер во внутреннем пространстве 9 направляется вертикальными пластинами 51, расположенными рядом с каналом 93 улавливания ветра для обдува первой боковой поверхности 621 лопастей 62 лопастного устройства 6 по каналам 50 улавливания ветра. Следовательно, устройство по настоящему изобретению может обеспечить устойчивую выработку электроэнергии даже при изменениях направления ветра.