Ветроводоэнергоустановка (варианты)

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Тихон Анатолий Иванович(72) Автор Тихон Анатолий Иванович(73) Патентообладатель Тихон Анатолий Иванович(57) 1. Ветроводоэнергоустановка, содержащая ротор с горизонтальной осью вращения и лопастями, взаимодействующими с воздушным или водным потоком, отличающаяся тем, что ротор установлен на Л-образных опорах, на которых размещена ветроотражательная пластина, закрывающая лопасти, идущие против ветра в сложенном состоянии,причем лопасти ротора выполнены в виде мачт с закрепленными на них парусами из жесткого материала. 2. Ветроэнергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что лопасти выполнены поворотными перпендикулярно оси ротора. 3. Ветроэнергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что лопасти выполнены поворотными параллельно оси ротора. 4. Ветроэнергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что лопасти ротора состоят из двух складывающихся частей, закрепленных на мачтах петлями. 30822006.10.30 5. Ветроэнергоустановка по любому из пп. 2-4, отличающаяся тем, что ротор дополнительно содержит жестко закрепленную на нем барьерную пластину, пружины, закрепленные между мачтой и парусами, а также подвижные опоры, фиксирующие положение паруса на мачте. 6. Ветроэнергоустановка по любому из пп. 2-5, отличающаяся тем, что ротор дополнительно содержит шасси, расположенные на кромке лопастей ротора для поворота и складывания парусов при входе в барьерную пластину и для разворота и раскладывания при выходе их нее. 7. Ветроводоэнергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что для работы на воде лопасти выполнены складывающими параллельно оси ротора и передвигающимися за счет собственного веса. 8. Ветроводоэнергоустановка, содержащая ротор с горизонтальной осью вращения и лопастями, взаимодействующими с воздушным или водным потоком, отличающаяся тем, что ротор установлен на Л-образных опорах, на которых размещена ветроотражательная пластина, закрывающая лопасти, идущие против ветра в сложенном состоянии,причем лопасти ротора выполнены в виде мачт с закрепленными на них парусами из мягкого материала, заключенными между боковой и верхней реями, на которых имеются пружины раскрыва паруса и направляющие пружины для сворачивания паруса, при этом при складывании боковой реи обеспечивается перпендикулярное сворачивание паруса, а при складывании верхней реи обеспечивается параллельное сворачивание паруса за счет ее веса, а паруса соединены с мачтами посредством тросов для увеличения прочности ротора. 9. Ветроводоэнергоустановка по п. 8, отличающаяся тем, что ротор дополнительно содержит жестко закрепленную на нем барьерную пластину, шасси, расположенные на кромке лопастей ротора для складывания парусов при входе в барьерную пластину и для раскладывания при выходе их нее, а также подвижные опоры, фиксирующие положение паруса на мачте. Техническое решение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроводоэнергоустановкам с горизонтальной осью вращения ротора барабанного типа и может быть использовано для получения механической или электрической энергии при создании автономных ветроэнергетических установок. Известны конструкции аналогичного назначения, преобразующие энергию потока воздуха или воды во вращательное движение 1, 2. Такого рода роторные и карусельные двигатели с вертикальной осью вращения имеют низкий коэффициент использования энергии потока газа или жидкости, поскольку приводятся во вращение только частью потока, движущегося попутно, например наветренным лопастям. Известны также роторы типа Савониуса и Кажинского, в которых энергия части потока, уже использованного при давлении на лопасть, отражается от нее и повторно оказывает давление на другую лопасть, что повышает коэффициент использования ветрогидропотока 3, 4. 2 30822006.10.30 Однако такого рода устройства в зоне обратного хода ротора испытывают на себе очень большое сопротивление ветра, от которого необходимо избавляться, чтобы повысить КПД. Наиболее близким по технической сущности является преобразователь энергии, содержащий раму, установленный на ней ротор, выполненный в виде лопастей, имеющих держатель, прикрепленный к валу, по меньшей мере, две лопатки, установленные с возможностью поворота относительно держателя вокруг осей поворота, и соответствующие лопаткам упоры, расположенные в плоскости лопасти и закрепленные на держателе 5. Однако, прототипу присущ тот же недостаток низкий коэффициент использования энергии потока из-за неравномерности его движения через ротор и неодинаковой реакции разных частей лопасти на поток, что увеличивает его завихрения, снижающие в итоге крутящий момент. Кроме того, в прототипе не осуществляется регулирование оборотов в зависимости от скорости ветра. Задача полезной модели заключается в повышении КПД ветроводоэнергоустановки и надежность ее работы. Поставленная задача решается тем, что ветроводоэнергоустановка содержит ротор с горизонтальной осью вращения и лопастями, взаимодействующими с воздушным или водным потоком, при этом ротор установлен на Л-образных опорах, на которых размещена ветроотражательная пластина, закрывающая лопасти, идущие против ветра в сложенном состоянии, причем лопасти ротора выполнены в виде мачт с закрепленными на них парусами из жесткого материала. Согласно полезной модели, лопасти могут быть выполнены поворотными перпендикулярно оси ротора, поворотными параллельно оси ротора, состоять из двух складывающихся частей, закрепленных на мачтах петлями. Согласно полезной модели, ротор содержит жестко закрепленную на нем барьерную пластину, пружины, закрепленные между мачтой и лопастями, а также подвижные опоры,фиксирующие положение паруса на мачте. Согласно полезной модели, ротор дополнительно содержит шасси, расположенные на кромке лопастей ротора для поворота и складывания парусов при входе в барьерную пластину и для разворота и раскладывания при выходе их нее. Согласно полезной модели, для работы на воде лопасти ротора выполнены складывающимися параллельно оси ротора и передвигающимися за счет собственного веса. Поставленная задача также решается тем, что ветроводоэнергоустановка содержит ротор с горизонтальной осью вращения и лопастями, взаимодействующими с воздушным или водным потоком, при этом ротор установлен на Л-образных опорах, на которых размещена ветроотражательная пластина, закрывающая лопасти, идущие против ветра в сложенном состоянии, причем лопасти ротора выполнены в виде мачт с закрепленными на них парусами из мягкого материала, заключенными между боковой и верхней реями, на которых имеются пружины раскрыва паруса и направляющие пружины для сворачивания паруса, причем при складывании боковой реи обеспечивается перпендикулярное сворачивание паруса, а при складывании верхней реи обеспечивается параллельное сворачивание паруса за счет ее веса или за счет энергии, накопленной пружинами, причем паруса соединены тросом с мачтой для увеличения прочности ротора. Согласно полезной модели, ротор содержит жестко закрепленную на нем барьерную пластину, шасси, расположенные на кромке лопастей ротора для складывания парусов при входе в барьерную пластину и для раскладывания при выходе их нее, а также подвижные опоры, фиксирующие положение паруса на мачте Снабжение ветроводоэнергоустановки ветроотражательной пластиной позволяет увеличить КПД установки за счет отвода потока ветра от лопастей, идущих против ветра в сложенном состоянии на лопасти, совершающие в данный момент рабочий ход. 30822006.10.30 Выполнение лопастей поворотными или складывающимися обеспечивает их нагрузку при движении лопастей в направлении по потоку ветра или воды за счет их раскрытия и обеспечения максимального динамического сопротивления и обтекание лопастей при их движении в направлении навстречу потоку за счет складывания и взаимодействия с потоком с минимальным динамическим сопротивлением. Для регулирования поворота и складывания лопастей ротор содержит жестко закрепленную на нем барьерную пластину. Для фиксации положения паруса на мачте имеются пружины, закрепленные между мачтой и лопастями, а также подвижные опоры, подпирающие паруса, что позволяет увеличить прочность ротора. Шасси, расположенные на кромке лопастей ротора, служат для обеспечения поворота и складывания парусов при входе в барьерную пластину и для разворота и раскладывания при выходе их нее. Шасси представляют собой подшипник с резиновым кольцом, предохраняющим его от ударов по железной барьерной пластине. Для работы на воде лопасти выполнены складывающимися параллельно оси ротора и передвигающимися за счет собственного веса. При выполнении парусов из мягкого материала осуществляется закрепление их между боковыми и верхней реями, на которых имеются пружины раскрыва паруса и направляющие пружины для сворачивания паруса, причем паруса с мачтами соединены между собой тросами. На фиг. 1 схематически изображен ротор с поворотными лопастями параллельно оси вид спереди (поток воздуха направлен перпендикулярно плоскости чертежа) на фиг. 2 - вид сбоку (поток воздуха направлен параллельно плоскости чертежа) на фиг. 3 - ротор с поворотными лопастями перпендикулярно оси - вид сбоку на фиг. 4 - ротор (вид спереди)на фиг. 5 - вид сбоку ротора со складывающимися лопастями перпендикулярно оси ротора на фиг. 6 - вид спереди на фиг. 7 - вид сбоку ротора с лопастями, складывающимися (передвигающимися) параллельно оси ротора на фиг. 8 показан вид сбоку ротора со сворачивающимися перпендикулярно мягкими парусами на фиг. 9 - вид спереди на фиг. 10 - вид сбоку ротора со сворачивающимися параллельно парусами на фиг. 11 - вид спереди. Ветроводоэнергоустановка содержит раму с опорами Л-образной формы (на чертежах не показана), установленный на опорах ротор 1 с горизонтальной осью вращения 2, выполненный в виде лопастей, имеющих мачту 3 и парус 4. На раме установлена ветроотражательная пластина (на чертеже не показана). Ротор 1 содержит барьерную пластину 5,пружины 6, подвижные опоры 7, фиксирующие положение паруса на мачте, а также шасси 8, расположенные на кромке лопастей ротора 1. В варианте использования парусов из мягкого материала осуществляется закрепление их между боковыми 9 и верхней 10 реями, на которых имеются пружины раскрыва паруса 11 и пружины для сворачивания паруса 12, а мачты 3 с парусом 4 соединены между собой тросом 13. Примеры конкретного выполнения. Основной принцип работы всех вариантов ветроводоэнергоустановки заключается в том, что лопасти ротора, движущиеся попутно потоку воздуха (воды), максимально увеличивают площадь, а лопасти, перемещающиеся навстречу потоку, максимально уменьшают свою площадь. Ветроводоэнергоустановка с поворотными перпендикулярно оси ротора лопастями(п. 2) работает следующим образом. Лопасти ротора, развернутые с наветренной стороны, воспринимают энергию ветра и с помощью ветроотражательной пластины (на рисунках не показана) увеличивается кинетическая энергия ротора. Вращающийся ротор 1 через шкив, находящийся на оси 2 ротора, и приводной ремень передает энергию на генератор (не показан). Поворот лопастей является принудительным и осуществляется за счет энергии вращения ротора шасси 8 4 30822006.10.30 упираются в барьерную пластину 5 и парус 4, прикрепленный к мачте 3 петлями, поворачивается плоскостью параллельно потоку. При повороте ротора с лопастями шасси 8 парусов выходят из барьерной пластины 5, и с помощью пружины 6 лопасть выставляется перпендикулярно потоку, при этом она подпирается подвижной опорой 7. Ветроводоэнергоустановка с поворотными параллельно оси ротора лопастями (п. 3) работает следующим образом. Лопасти ротора 1 при взаимодействии с потоком воздуха забирают у него часть кинетической энергии. Вращающийся ротор передает свою энергию на генератор. Поворот лопастей ротора 1 осуществляется за счет его энергии когда шасси 8 упираются в барьерную пластину 5, парус 4, заключенный между двумя мачтами 3 на подвижной оси 2,поворачивается и лопасть уменьшает свою площадь при движении против ветра. Возвращение в рабочее состояние лопасти происходит при выходе шасси 8 паруса 4 из барьерной пластины 5 за счет энергии, накопленной в пружинах 6, а фиксация поворота осуществляется подвижными опорами 7. Работа ветроводоэнергоустановки со складывающимися жесткими парусами (п. 4) идентична работе ротора с поворачивающимися перпендикулярно оси лопастями. Отличие составляет то, что парус 4 состоит из двух зеркально-симметричных частей, прикрепленных к мачте 3 петлями. Складывание лопастей ротора 1 при ее движении против ветра осуществляется при помощи шасси 8, размещенных на кромках парусов, при их упирании в барьерную пластину 5. Раскладывание происходит за счет энергии пружин 6 и силы набегающего потока ветра, а фиксация осуществляется подвижными опорами 7. Ветроводоэнергоустановка со складывающимися параллельно оси ротора жесткими лопастями (п. 7 формулы) работает следующим образом. Ротор 1 размещен в потоке воды таким образом, что лопасти, находящиеся ниже его горизонтального диаметра, взаимодействуя с потоком, поворачиваются под действием набегающей воды. Благодаря тому, что парус 4 может передвигаться вдоль мачты 3 по специальным пазам, при повороте ротора происходит перемещение парусов, находящихся выше горизонтального диаметра в положение ниже диаметра за счет собственного веса жесткого паруса. При этом уменьшается отрицательная работа по перемещению лопастей по всей окружности ротора. Ротор может быть выполнен как со сплошной осью с лопастями из жестких парусов, заключенных между двумя мачтами, так и с осью со специальными прорезями, служащими для прохождения через них парусов (фиг. 7). При этом количество парусов уменьшается в два раза. В варианте выполнения парусов из мягкого материала (п. 8) работа ротора со сворачивающимися парусами идентична работе ротора с поворачивающимися и со складывающимися перпендикулярно оси ротора лопастями (фиг. 8, 9). Отличие составляет то, что лопасть состоит из мачты 3 с прикрепленными к ней с двух сторон мягкими парусами 4,которые по своему периметру закреплены к боковым 9 и верхним 10 реям, имеющим пружины раскрыва 11 паруса и направляющие пружины 12 сворачивания паруса. При повороте ротора 1 шасси 8, расположенные на кромках боковых рей 9 каждого из парусов,упираются в барьерные пластины и прижимают (сворачивают) парус к мачте 3. При выходе из барьерных пластин 5 паруса 4 разворачиваются за счет энергии, накопленной в пружинах 11, и фиксируются тросом 13. Работа ветроводоэнергоустановки со сворачивающимися параллельно оси ротора мягкими парусами аналогична работе ротора со складывающимися параллельно оси жесткими лопастями. Отличие составляет то, что парус выполнен из мягкого материала, который при повороте ротора прижимается (сворачивается) к оси верхней реи 10 за счет ее веса. При аварийных режимах работы (ураганном ветре, срочной остановке) можно, при наличии блокирующих средств, складывать все лопасти. Кроме того, можно наращивать роторы ярусами друг над другом для увеличения мощности ветроводоэнергоустановки. Предлагаемое техническое решение позволит повысить КПД ветроводоэнергоустановки и надежность ее работы. 5 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8