RU2528793C1

RU2528793C1 - Windmill

Info

Publication number: RU2528793C1
Application number: RU2013142396/06A
Authority: RU
Inventors: Ирек Ханифович Хайруллин; Флюр Рашитович Исмагилов; Вячеслав Евгеньевич Вавилов; Айнур Махмутович Якупов
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-09-20

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: proposed windmill comprises actuator, power converter and device for protection against furious wind force. Actuator is composed of flexible element while power converter is composed of 3D oscillatory generator connected via said device for protection against furious wind force with said flexible element. Said device for protection against furious wind force consists of the first and second permanent spherical magnets arranged with unlike poles relative to each other. Flexible element can be shaped to cone.

EFFECT: higher efficiency, enhanced operating performances.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в устройствах для преобразовании энергии текучих сред в электрическую.The invention relates to energy and can be used in devices for converting the energy of fluids into electrical energy.

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.Known wind power installation [RF patent No. 2277642 C2, F03D 3/00, 10/06/2006], containing a support and a rod attached with one end to the support using a swivel, while the rod is connected to a device that has a surface area and the ability to resist the wind flow, as well as in automatic and (or) manual mode, can change the value of its surface area and move along the rod, while the device, resisting the wind flow, deflects the rod relative to the hinges Nogo compound when exposed to the wind flow device, the rod is also connected with compensator, holding the rod in the initial vertical position in the absence of exposure to the wind flow for installation and returns the rod to its initial upright position after the impact of the wind flow on the wind power plant.

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.The disadvantage of this invention is the use of hydraulic devices for generating electricity, which can perceive the disturbance only on one axis with slight deviations from the axis, which reduces the efficiency, this device also has a mechanism for rotating the organ, perceiving the disturbance depending on the direction of the disturbance, which leads to energy costs.

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.Known electrostatic generator that converts mechanical energy in the form of rotational motion into electrical energy [US patent No. 4897592 A, H02N 1/08, 01/30/1990], containing two excitation electrodes, electrostatically charged to equal and opposite sign potentials, a stator with electrodes in the form sectors located between the excitation electrodes to induce charges of different polarity created by the electrodes of the electric field in it, a rotor rotating in an electric field between the excitation electrodes and the electrode The stator E field and periodically shielding the excitation electrodes, the output device coupled to the stator, to separate it from the operating voltage, depending on the movement of the shielding of the rotor stator.

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.The disadvantage of this design is that the input mechanical energy is the rotational movement of the rotor, which is inconvenient for converting the translational movement of the wind flow, and additional costs are required for turns against the direction of the wind.

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.Known electrostatic capacitive machine for converting wind flow energy [RF patent No. 2241300 C2, H02N 1/08, 11/27/2004], comprising a housing, a movable electrode, a fixed electrode with ring sectors on a dielectric substrate and an auxiliary electrode that provides an excitation potential to the movable electrode, while the machine is equipped with a flow receiver with rotary blades and a focusing channel located above the surface of the movable electrode, the latter is made in the form of an electrolyte layer, in which an auxiliary electrode, a fixed electrode is made in the form of a set of conductive concentric rings having a coating of dielectric material and connected through a block of excitation diodes, while the space between the movable and fixed electrodes is filled with a liquid ferroelectric, and the block of load diodes is electrically connected to the block of excitation diodes and a fixed electrode .

Недостатком данной конструкции является сложность конструкции и низкий коэффициент полезного действия.The disadvantage of this design is the complexity of the design and low efficiency.

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.The closest in technical essence and the achieved result is a sailing pulsed wind power installation [RF patent 2469209 C2, F03D 5/06, 10.12.2012], containing a working body, an energy converter and a device for protection from transcendental wind loads, while the working body in it is flexible sail, the converter is made in the form of pulse generators with electromagnets integrated into a common circuit, the anchors of which are connected to the sail sections, with the ability to automatically control the force of the wind acting on it otok, for example by changing the angle between the wings of the sail.

Недостатками данной конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные восприятием энергии потока только в одном направлении.The disadvantages of this design are limited functionality due to the perception of energy flow in only one direction.

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.The objective of the invention is the expansion of functionality due to the perception of the fluid flow in all coordinate planes due to the introduction of a three-coordinate oscillator-type generator, minimizing energy losses through the use of a magnetic device for protection against transcendent wind loads.

Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия и энергетической эффективности ветроэнергетической установки.The technical result is to increase the efficiency and energy efficiency of a wind power installation.

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.The problem is solved and the specified technical result is achieved by the fact that in an oscillatory wind power installation containing a working body, an energy converter and a protection device from beyond the limit of wind loads, according to the invention, the working body is made in the form of an elastic element, the energy converter is made in the form of a three-coordinate oscillator type generator, connected through a device for protection against extreme wind loads with an elastic element, while a device for protecting against extreme winds level load consists of the first and second permanent magnets of spherical shape, located opposite poles relative to each other.

Кроме того, согласно изобретению упругий элемент может быть выполнен в виде конуса.In addition, according to the invention, the elastic element can be made in the form of a cone.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена колебательная ветроэнергетическая установка. На фиг.2 изображено устройство защиты от запредельных ветровых нагрузок.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows an oscillatory wind power installation. Figure 2 shows a device for protection against extreme wind loads.

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.The proposed device contains (Fig. 1) a working member 1 made in the form of an elastic element magnetically coupled to an energy transducer 2 made in the form of a three-coordinate oscillatory type generator consisting of an active system 3 and a rod 4, a protection device against transcendent wind loads 5 , (Fig.2) consisting of a first permanent magnet of a spherical shape 6, a second spherical shape of a permanent magnet 7, located opposite poles relative to each other, and the rod 4 is rigidly connected to the second m spherically shaped permanent magnet 7 and the actuator 1 configured as a resilient element rigidly connected to the first permanent magnet 6 of spherical shape.

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.The proposed wind power installation works as follows: when exposed to the working body 1, made in the form of an elastic element by the flow of a fluid (liquid or gas), it begins to oscillate, while the vibrations are transmitted to the first permanent magnet of a spherical shape 6, which is attracted to the second permanent magnet of a spherical forms 7, due to this oscillation are transmitted to the rod 4 of the energy converter 2, made in the form of a three-coordinate oscillator type generator, which begins to generate an electric ical energy.

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.When the working body 1, made in the form of an elastic element, is subjected to an excessive load of the fluid, the magnetic bond breaks between the first permanent magnet of a spherical shape 6 and the second permanent magnet of a spherical shape 7, as a result of which the connection between the working body 1, made in the form of an elastic element and the energy converter 2, made in the form of a three-coordinate oscillator type generator, is terminated. As a result of damage to the working body 1, made in the form of an elastic element, under the influence of transcendental loads of the fluid, the energy converter 2, made in the form of a three-coordinate oscillator-type generator, remains intact.

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.So, the claimed invention allows to expand the functionality due to the introduction of the perception of the flow of the medium in all coordinate planes and minimize energy losses through the use of a magnetic device for protection from transcendental wind loads.

В результате повышается коэффициент полезного действия и энергетическая эффективность ветроэнергетической установки.As a result, the efficiency and energy efficiency of the wind power installation are increased.

Claims

1. A wind power installation containing a working body, an energy converter and a device for protection against extreme wind loads, characterized in that the working body is made in the form of an elastic element, the energy converter is made in the form of a three-coordinate oscillator type connected through a device for protection against extreme wind loads with an elastic element, while the device for protection from transcendental wind loads consists of the first and second permanent magnets of spherical shape located p znoimennymi poles relative to each other.

2. Wind power installation according to claim 1, characterized in that the elastic element is made in the form of a cone.