Ветроэлектростанция

Изобретение относится к ветроэнергетике и может найти применение для автономного энергоснабжения объектов и выработки электроэнергии в энергосистему. Технический результат - повышение коэффициента использования энергии ветра во времени вне зависимости от его направления и скорости, упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик, снижение стоимости изготовления и эксплуатационных расходов, повышение надежности при повышении единичной мощности ветроэлектростанции. Это достигается тем, что электростанция имеет груз, кронштейны, лопасти, которые выполнены в виде двух или более сегментов трубы (полого цилиндра). Кронштейны жестко закреплены к подшипникам. Подшипники насажены на неподвижную ось. Внутренние и внешние кромки каждой лопасти в торцах по хорде соединены тягой. Каждая тяга между внешней кромкой и центром шарнирно закреплена к кронштейнам. Каждая лопасть в торцах между центром и внешней кромкой шарнирно соединена штоком с тягой смежной лопасти, причем один конец штока шарнирно соединен с лопастью между центром и внешней кромкой, а другой конец штока шарнирно соединен с тягой смежной лопасти между центром и внешней кромкой лопасти. Тяга одной лопасти шарнирно соединена с г-образным двуплечим рычагом, на противоположном конце которого прикреплен груз. Двуплечий рычаг шарнирно прикреплен к кронштейну. К нижнему кронштейну жестко прикреплена ведущая шестерня, которая через ведомую шестерню меньшего диаметра зацеплена с карданным валом или с валом с шаровым креплением. Карданный вал (или вал с шаровым креплением) соединен снизу с электромеханической установкой. Неподвижная ось сверху прикреплена к опорным стойкам или тросам, нижний конец которых прикреплен к земле или основанию. Опорные стойки (или тросы) в средней части стянуты другими тросами к земле и/или между собой. Возможен другой вариант реализации ветроэлектростанции, в котором электростанция имеет груз, кронштейны, лопасти в виде двух или более сегментов трубы (полого цилиндра), имеющие внутренние и внешние кромки. Кронштейны жестко прикреплены к подшипникам, которые насажены на неподвижную ось. К кронштейнам шарнирно закреплены в торцах между центром и внешней кромкой две или более лопасти, внутренние и внешние кромки каждой лопасти соединены по хорде в торцах между собой тягой. Тяга каждой лопасти шарнирно закреплена с тягой смежной лопасти штоком, причем один конец штока шарнирно закреплен с тягой у внешней кромки, а другой конец шарнирно закреплен с тягой смежной лопасти между центром тяги и внутренней кромкой лопасти или со смежной лопастью между центром и внутренней кромкой. Тяга одной лопасти шарнирно соединена с г-образным двуплечим рычагом, на противоположном конце которого прикреплен груз. Двуплечий рычаг шарнирно прикреплен к кронштейну. К нижнему кронштейну жестко прикреплена ведущая шестерня, которая через ведомую шестерню меньшего диаметра зацеплена с карданным валом или с валом с шаровым креплением. Карданный вал (или вал с шаровым креплением) соединен снизу с электромеханической установкой. Неподвижная ось сверху прикреплена к опорным стойкам или тросам, нижний конец которых прикреплен к земле или основанию. Опорные стойки (или тросы) в средней части стянуты другими тросами к земле и/или между собой. Буктуков Николай Садвакасович,Молдабаева Гульназ Жаксылыковна,Буктуков Бейсен Жакыпович, Жакып Айтмухамед Кудайбергенулы (KZ)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БУКТУКОВ НИКОЛАЙ САДВАКАСОВИЧ (KZ) Изобретение относится к ветроэнергетике и может найти применение для автономного энергоснабжения объектов и выработки электроэнергии в энергосистему. Технический результат - повышение коэффициента использования энергии ветра во времени вне зависимости от его направления и скорости, упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик, снижение стоимости изготовления и эксплуатационных расходов, повышение надежности при повышении мощности ветроэлектростанции. Это достигается тем, что электростанция имеет груз, кронштейны, лопасти, которые выполнены в виде двух или более сегментов трубы (полого цилиндра). Кронштейны жестко закреплены к подшипникам. Подшипники насажены на неподвижную ось. Внутренние и внешние кромки каждой лопасти в торцах по хорде соединены тягой. Каждая тяга между внешней кромкой и центром шарнирно закреплена к кронштейнам. Каждая лопасть в торцах между центром и внешней кромкой шарнирно соединена штоком с тягой смежной лопасти, причем один конец штока шарнирно соединен с лопастью между центром и внешней кромкой, а другой конец штока шарнирно соединен с тягой смежной лопасти между центром и внешней кромкой лопасти. Тяга одной лопасти шарнирно соединена с г-образным двуплечим рычагом, на противоположном конце которого прикреплен груз. Двуплечий рычаг шарнирно прикреплен к кронштейну. К нижнему кронштейну жестко прикреплена ведущая шестерня, которая через ведомую шестерню меньшего диаметра зацеплена с карданным валом или с валом с шаровым креплением. Неподвижная ось находится внутри ведущей шестерни. Карданный вал (или вал с шаровым креплением) соединен снизу с электромеханической установкой. Неподвижная ось сверху прикреплена к опорным стойкам или тросам, нижний конец которых прикреплен к земле или основанию. Опорные стойки (или тросы) в средней части стянуты другими тросами к земле и/или между собой. Возможен другой вариант реализации ветроэлектростанции, в котором электростанция имеет груз,кронштейны, лопасти (ветроприемники, ометаемую поверхность) в виде двух или более сегментов трубы(полого цилиндра), имеющие внутренние и внешние кромки. Кронштейны жестко прикреплены к подшипникам, которые насажены на неподвижную ось. К кронштейнам шарнирно закреплены в торцах между центром и внешней кромкой две или более лопасти, внутренние и внешние кромки каждой лопасти соединены по хорде в торцах между собой тягой. Тяга каждой лопасти шарнирно закреплена с тягой смежной лопасти штоком, причем один конец штока шарнирно закреплен с тягой между внешней кромкой и центром тяги, а другой конец шарнирно закреплен с тягой смежной лопасти между центром тяги и внутренней кромкой лопасти. Тяга одной лопасти шарнирно соединена с г-образным двуплечим рычагом, на противоположном конце которого прикреплен груз. Двуплечий рычаг шарнирно прикреплен к кронштейну. К нижнему кронштейну жестко прикреплена ведущая шестерня, которая через ведомую шестерню меньшего диаметра зацеплена с карданным валом или с валом с шаровым креплением. Неподвижная ось находится внутри ведущей шестерни. Карданный вал (или вал с шаровым креплением) соединен снизу с электромеханической установкой. Неподвижная ось сверху прикреплена к опорным стойкам или тросам, нижний конец которых прикреплен к земле или основанию. Опорные стойки (или тросы) в средней части стянуты другими тросами к земле и/или между собой. Изобретение относится к области энергетики, в частности к ветряным электростанциям, и может найти применение для автономного энергоснабжения объектов и выработки электроэнергии в энергосистему. Известна виндроторная электростанция "Бони-ШХВ" (патент РК 5595), состоящая из виндроторных модулей, включающих направляющие аппараты и лопастные вертикальные виндроторы, выполненные кольцевыми с числом лопаток и диаметрами, изменяющимися по высоте в соответствии с формулой Хельмана, а генераторная группа содержит один или несколько ярусов, соединенных с валом виндротора. Этой виндроторной электростанции присущ ряд недостатков, таких как высокая металлоемкость,необходимость высокой классности изготовления для его работы на больших скоростях ветра, что ведет к значительному удорожанию, не работоспособность при малых скоростях ветра. Известен ветродвигатель системы Савониуса (патент РК 3230), содержащий две полуцилиндрические лопасти, размещенные между платами и имеющие внешние и внутренние кромки, которые кинематически соединены жестко с валом и шарнирно с лопастями, снабженными грузами на их внешних кромках. Этот ветродвигатель имеет существенный недостаток, заключающий в том, что при необходимом для увеличения мощности увеличении диаметра более 0,5 м и повороте на ветер кромками лопастей происходит неуправляемый сдвиг полуцилиндров под напором ветра и производится удар кронштейнами,что требует усложнения конструкции и снижается надежность устройства. А уменьшение диаметра полуцилиндров ведет к снижению мощности и сокращению диапазона рабочих скоростей ветра. Задачей настоящего изобретения является разработка ветроэлектростанции (ВЭС), позволяющей повысить коэффициент использования во времени (расширить диапазон рабочих скоростей ветра), обеспечить постоянную мощность электростанции независимо от скорости и направления ветра, упростить конструкцию и повысить надежность работы, при существенном увеличении мощности, что ведет к снижению стоимости и затрат на эксплуатацию. Технический результат достигается тем, что в ветроэлектростанции, состоящей из груза, кронштейнов, лопастей (ветроприемников), имеющих внутренние и внешние кромки, лопасти выполнены в виде двух полуцилиндров или более сегментов полого цилиндра. Внутренние и внешние кромки каждой лопасти в торцах по хорде соединены тягой. Каждая тяга между центром и внешней кромкой шарнирно закреплена к кронштейнам. Кронштейны прикреплены к подшипникам, которые насажены на неподвижную ось. Каждая лопасть в торцах между центром и внешней кромкой шарнирно соединена штоком с тягой смежной лопасти, причем один конец штока соединен с лопастью между центром и внешней кромкой в торцах, а другой конец штока шарнирно соединен с тягой смежной лопасти между центром и внешней кромкой лопасти. Тяга одной лопасти шарнирно соединена с г-образным двуплечим рычагом,на противоположном конце которого прикреплен груз. Двуплечий рычаг шарнирно прикреплен к кронштейну. К нижнему кронштейну жестко прикреплена ведущая шестерня, причем неподвижная ось находится внутри шестерни. С ведущей шестерней зацеплена ведомая шестерня меньшего диаметра, которая снизу соединена с электромеханической установкой через шаровое крепление и/или карданным валом. Сверху неподвижная ось прикреплена к земле тросами или дугообразными фермами, которые в свою очередь нижними концами прикреплены к земле, стянуты между собой и/или к земле тросами. Технический результат может быть достигнут и при другом варианте, в котором электростанция имеет вал, груз, кронштейны, лопасти (ветроприемники, ометаемую поверхность) в виде двух или более сегментов трубы (полого цилиндра), имеющие внутренние и внешние кромки. Кронштейны жестко прикреплены к подшипникам, которые насажены на неподвижную ось. К кронштейнам шарнирно закреплены в торцах между центром и внешней кромкой две или более лопасти, внутренние и внешние кромки каждой лопасти соединены по хорде в торцах между собой тягой. Тяга каждой лопасти шарнирно закреплена со смежной лопастью штоком, причем один конец штока шарнирно закреплен с тягой у внешней кромки, а другой конец шарнирно закреплен со смежной лопастью между центром и внутренней кромкой лопасти. К нижнему кронштейну жестко прикреплена ведущая шестерня, причем неподвижная ось находится внутри ведущей шестерни. С шестерней зацеплена ведомая шестерня меньшего диаметра, которая снизу соединена с электромеханической установкой через шаровое крепление и/или карданным валом. Сверху неподвижная ось прикреплена к земле тросами или дугообразными фермами, которые в свою очередь нижними концами прикреплены к земле, стянуты между собой и/или к земле тросами. Причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения и достигаемыми результатами заключается в том, что при применении указанных признаков коэффициент использования энергии ветра во времени увеличивается, т.е. ВЭС будет работать в диапазоне скоростей от 1-3 до 90 м/с. В результате ВЭС работает более чем в три раза большее количество дней, следовательно, и выработка электроэнергии также будет больше более чем в три раза. Кроме того, можно существенно увеличить единичную мощность установки. Это достигается тем, что при малых скоростях ветра увеличивается площадь ометаемой поверхности, и, наоборот, при увеличении скорости ветра уменьшается за счет смыкания лопастей вокруг шарнирного крепления к кронштейну. При ураганных порывах ветра грузы за счет центробежной силы смыкают лопасти, при этом ВЭС принимает форму трубы (полого цилиндра). Надежность работы обеспечивается как за счет простоты конструкции, так и за счет того, что ось не вращается, а также наличия шарового крепления ВЭС или/и карданным валом с электромеханической установкой. Наличие тросового крепления для маломощных ВЭС и крепление посредством дугообразных ферм, которые в свою очередь стянуты тросами к земле или/и между собой, обеспечивают надежную работу при любых скоростях и порывах ветра, а также при существенном увеличении единичной мощности ВЭС. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид ВЭС и вид сверху; на фиг. 2 - сечение четырехлопастных ветроприемников в виде сегментов полого цилиндра, кромки которых соединены тягами по торцам, а тяги шарнирно прикреплены к кронштейнам между центром и внешней кромкой; на фиг. 3 - сечение четырехлопастных ветроприемников в виде сегментов полого цилиндра, торцы которых шарнирно закреплены к кронштейнам между центром и внешней кромкой; на фиг. 4 - сечение трехлопастных ветроприемников в виде сегментов полого цилиндра, торцы которых шарнирно закреплены между центром и внешней кромкой к кронштейну, а штоки соединены с тягой у внешней кромки и смежной лопастью между центром и внутренней кромкой; на фиг. 5 - сечение трехлопастных ветроприемников в виде сегментов полого цилиндра, торцы которых шарнирно закреплены к кронштейну, а штоки соединены с тягой у внешней кромки и с тягой между центром и внутренней кромкой смежной лопасти; на фиг. 6 - сечение трехлопастных ветроприемников в виде сегментов полого цилиндра, кромки которых соединены тягами по торцам, а тяги шарнирно прикреплены к кронштейнам между центром и внешней кромкой; на фиг. 7 - схема крепления г-образного двуплечего рычага с грузом, обеспечивающего открывание и закрывание лопастей (ветроприемников) при изменении скорости ветра. Ветроэлектростанция состоит (фиг. 1) из неподвижной оси 1, к которой прикреплены подшипники 2 (фиг. 2). К подшипникам прикреплены кронштейны 3. К кронштейну 3 между внешней кромкой и центром шарнирно прикреплена тяга 5 (фиг. 2, 6), соединяющая внутренние и внешние кромки лопасти 4 по торцам. Лопасти 4 выполнены в виде сегмента трубы (полого цилиндра). К тяге 5 между внешней кромкой лопасти 4 и центром тяги 3 шарнирно прикреплен одним концом шток 6, другой конец которого шарнирно прикреплен к смежной лопасти 4 по торцам (фиг. 2, 6). Г-образный двуплечий рычаг 7 шарнирно прикреплен к кронштейну 3 (фиг. 7). Верхний конец двуплечего рычага шарнирно прикреплен к одному из тяг 5 между внутренней кромкой и центром. К нижнему концу двуплечего рычага 7 закреплен груз 8. Верхний конец неподвижной оси 1 (фиг. 1) соединен с опорными стойками или тросами 9. Опорные стойки (или тросы) 9 соединены между собой горизонтальными тягами 10 и притянуты к земле (или основанию) тягами 11 (фиг. 1). Нижний конец неподвижной оси 1 жестко прикреплен к земле или основанию. К нижнему кронштейну 3 снизу жестко прикреплена шестерня ведущая 12, причем неподвижная ось 1 располагается внутри ведущей шестерни 12. Ведущая шестерня 12 зацеплена с ведомой шестерней 13 меньшего диаметра. Ведомая шестерня 13 через карданный вал или шаровое крепление 14 соединена с электромеханическим устройством 15. Во втором варианте (фиг. 3) к кронштейну 3 шарнирно прикреплена лопасть 4 по торцам между центром и внешней кромкой. К тяге 5, соединяющей внешние и внутренние кромки лопасти 4, между центром и внешней кромкой шарнирно прикреплен шток 6. Другой конец штока 6 шарнирно прикреплен к смежной лопасти 4 между центром и внешней кромкой (фиг. 3). Возможно крепление штока 6 у внешней кромки лопасти 4 и смежной лопастью между центром и внутренней кромкой (фиг. 4) или у внешней кромки лопасти 4 и тягой 5 смежной лопасти между центром и внутренней кромкой (фиг. 5). Крепление неподвижной оси 1, крепление двуплечего рычага 7 и соединение с электромеханической установкой аналогично с первым вариантом. Работа ветровой электростанции происходит следующим образом. Ветровой поток поступает на лопасти 4, что приводит к вращению лопастей 4, кронштейнов 3 и ведущей шестерни 12 на подшипниках 2 вокруг неподвижной оси 1. Вращение ведущей шестерни 12 передается посредством ведомой шестерни 13 и карданного вала (или шарового крепления) 14 на электромеханическую установку 15. При увеличении скорости ветра за счет центробежной силы груз 8 начинает отходить от оси вращения, что приводит к отклонению двуплечего рычага 7 вокруг шарнирного крепления. Двуплечий рычаг 7 тянет тягу 5, что приводит к смещению лопастей 4 вокруг шарнирного крепления. При ураганных порывах ветра лопасти 4 смыкаются и принимают форму цилиндра. При отсутствии ветра груз 8 под действием гравитационных сил опускается вниз и посредством двуплечего рычага 7 полностью раскрывает лопасти 4. Работа ветроэлектростанции по второму варианту аналогична. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветроэлектростанция, состоящая из груза, кронштейнов, лопастей в виде сегментов цилиндра,имеющих внутренние и внешние кромки, отличающаяся тем, что внутренние и внешние кромки каждой лопасти в торцах по хорде соединены тягой, каждая тяга между центром и внешней кромкой шарнирно закреплена к кронштейнам, кронштейны прикреплены к подшипникам, подшипники насажены на неподвижную ось, каждая лопасть в торцах между центром и внешней кромкой шарнирно соединена штоком со смежной лопастью, причем один конец штока соединен с лопастью между центром и внешней кромкой в торцах, а другой конец штока шарнирно соединен с тягой смежной лопасти между центром и внешней кромкой лопасти, тяга одной лопасти шарнирно соединена с г-образным двуплечим рычагом, на противоположном конце которого прикреплен груз, двуплечий рычаг шарнирно прикреплен к кронштейну, к кронштейну жестко прикреплена ведущая шестерня, причем неподвижная ось находится внутри шестерни, которая зацеплена с ведомой шестерней меньшего диаметра, ведомая шестерня меньшего диаметра соединена снизу с электромеханической установкой посредством шарового крепления и/или карданного вала, неподвижная ось сверху прикреплена тросами или дугообразными фермами к земле или основанию, фермы в средней части стянуты тросами к земле и/или между собой. 2. Ветроэлектростанция, состоящая из груза, кронштейнов, лопастей в виде сегментов цилиндра,имеющих внутренние и внешние кромки, отличающаяся тем, что к кронштейнам шарнирно закреплены в торцах между центром и внешней кромкой две или более лопасти, внутренние и внешние кромки каждой лопасти соединены по хорде в торцах между собой тягой, тяга каждой лопасти шарнирно закреплена с тягой смежной лопасти штоком, причем один конец штока шарнирно закреплен с тягой у внешней кромки, а другой конец шарнирно закреплен со смежной лопастью между центром тяги и внутренней кромкой лопасти или со смежной лопастью между центром и внутренней кромкой, тяга одной лопасти шарнирно соединена с г-образным двуплечим рычагом, на противоположном конце которого прикреплен груз, двуплечий рычаг шарнирно прикреплен к кронштейну, к кронштейну жестко прикреплена ведущая шестерня, причем неподвижная ось находится внутри ведущей шестерни, которая зацеплена с ведомой шестерней меньшего диаметра, ведомая шестерня соединена снизу с электромеханической установкой посредством шарового крепления и/или карданного вала, неподвижная ось сверху прикреплена тросами или дугообразными фермами к земле или основанию, фермы в средней части стянуты тросами к земле и/или между собой.