BG110070A

BG110070A - Устройство за преобразуване на вятърна енергия

Info

Publication number: BG110070A
Application number: BG110070A
Authority: BG
Original assignee: Ноцков Валентин
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-08-31
Also published as: WO2009105848A2; WO2009105848A3

Abstract

Устройството намира приложение при преобразуване на вятърна енергия. Включва основа (1), в която лагерува вертикален ротор (2) със симетрично и равномерно разположени радиални рамена (3). В краищата на рамената е лагеруван по един вертикален вал (5), завършващ в горния си край с вертикален панел (6). Централно в ротора е лагеруван вертикален ориентиращ вал (7), завършващ с ориентиращ ветропоказател (8). Всеки вал (5) е свързан с ориентиращия вал (7) посредством съответна механична предавка. При въртенето на ротора механичната предавка реализира завъртания на панелите, с предавателно отношение спрямо ориентиращия вал, равно на 1:2 и 1:1, с постоянна и непостоянна ъглова скорост, при постоянна ъглова скорост на ротора. Механичната предавка също реализира и само частични завъртания на панелите около едно тяхно основно положение. Така се осигуряват различни планетни движения на панелите, в зависимост от скоростта и характера на вятъра, при които се използва максимално силата на вятъра.

Description

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Изобретението се отнася до устройство с вертикална ос на въртене, служещо за преобразуване на вятърната енергия, което намира приложение за производство на електроенергия, за задвижване на водни помпи и други съоръжения от силата на вятъра.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Известно е устройство за преобразуване на вятърна енергия (BG1049U1), състоящо се от неподвижно закрепена основа, в която лагерува вертикален кух ротор, който в долната си част е неподвижно свързан с отвеждащ вал. В горната си част кухият ротор е оформен като карусел със симетрично и равномерно разположени радиални рамена, в чиито краища на равни разстояния от центъра е закрепена неподвижно по една вертикално ориентирана лагерна втулка. Във всяка лагерна втулка лагерува съответен вертикален вал, завършващ в горния си край със съответен вертикален, симетрично ориентиран спрямо вала панел. Централно в ротора е лагеруван вертикален ориентиращ вал, завършващ в горния си край с твърдо закрепен ориентиращ ветропоказател при което всеки вал е свързан с ориентиращия вал посредством механична предавка с предавателно отношение 1:2. Панелите са неподвижно монтирани към валовете и чрез своите предавки са предварително ориентирани към рамената така, че един от панелите, който е монтиран на перпендикулярно на направляващата на ветропоказателя рамо, е ориентиран перпендикулярно на направляващата на ветропоказателя, а всеки следващ е завъртян спрямо предходния на ъгъл (Х=360/2п, където η е броя на рамената.

В процеса на въртене на това устройство панелите реализират планетни движения около центъра на устройството, при които не се използват всички възможности за повишаване к.п.д. на устройството.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Задачата на изобретението е да се използват по-рационално възможностите за повишаване на к.п.д., като се създаде устройство осигуряващо реализирането на подходящи планетни движения на панелите, чрез които се постига по-голям к.п.д. на устройството.

За да се обясни същността на изобретението, и за по-лесно и пократко описване на проблема, ще се приемат и обозначат някои охарактеризиращи разглежданото устройство параметри, като:

О - център на въртене на ротора, както и на разглежданото устройство -фиг. 15.

Oi - центрове на въртене на панелите около собствените им оси фиг. 15. Индесът i показва текущи положения.

Скорост на вятъра -U

Периферна скорост V_nep -линейната скорост на геометричните осите на валовете завършващи с панели фиг. 15.

Активна равнина - вертикална равнина, перпендикулярна на моментната посока на вятъра и минаваща през центъра О на въртене на устройството - фиг. 15, като за целите на обяснението, устройството се разглежда така, че вятъра въздейства върху него с определена постоянна посока.

Радиус на въртене на устройството R - радиуса на кръга, който описват центровете на въртене на панелите около собствените си оси Oi, спрямо центъра на въртене на устройството О -фиг. 15.

Радиус на въздействие - отсечката чрез която определена сила създава въртящ момент спрямо определен център на въртене.

Поз.1 -позиция 1 зависи от избраната посока на въртене на устройството, и представлява точката в която се пресичат, окръжността която описват осите Oi на валовете завършващи с панели около оста на устройството О и активната равнина, и в която точка посоката на периферната скорост V_nep и посоката на скоростта на вятъра U съвпадат -фиг. 15.

Поз.2 -позиция2 зависи от избраната посока на въртене на устройството, и представлява точката в която се пресичат, окръжността която описват осите Oi на валовете завършващи с панели около оста на устройството О и активната равнина, и в която точка посоката на периферната скорост V_nep и посоката на скоростта на вятъра U са с противоположни посоки -фиг. 15.

Ъгъл (Xi - текущия ъгъл за дадено рамо, определящ моментното завъртане на даденото рамо, сравнено с активната равнина, при което ъгъл (Xi се разглежда в хоризонталната равнина, определена от радиуса на въртене R, а началното му рамо лежи на пресечната линия между хоризонталната равнина и активната равнина, като текущото му рамо е разглежданото рамо на ротора, към което лагерува разлеждания панел, като ъгъл (Xi се развива около центъра на въртене О на устройството. За рамото, пресичащо Поз.1 ъгъл (X е равен на нула градуса, като ъгъл (Xi се променя от 0° до 360° за един оборот на устройството, след което се повтаря -фиг. 15.

Ъгъл βί - текущият ъгъл за даден панел, определящ моментното направление на дадения панел спрямо активната равнина, при което ъгъл βί се разглежда в същата равнина, в която се разглежда и ъгъл (Xi и началното му рамо лежи на пресечната линия между хоризонталната равнина и активната равнина, като текущото му рамо е направлението на панела. Ъгъл βί се развива около Поз.2 в същата посока, в която се развива ъгъл (Xi и се изменя от 0° до 180° градуса за един оборот на устройството, след което се повтаря -фиг.15.

Ъгъл δ - това е ъгъла, заключен между осите на симетрия на две съседни рамена на въртящата се конструкция и е равен на резултата от разделянето на 360° на броя на рамената, при което ъгъл δ е еднакъв за всички двойки съседни рамена на конструкцията, тъй като рамената са разположени симетрично -фиг.15.

Основни параметри за устройството са и размерите на панелите, като широчина (дължина) - I, височина на панела - h и дебелина на панела.

Резултантна скорост U_r -реалната скорост на въздействие на вятъра върху центъра на определен панел, получена като резултат от вектора на скоростта на вятъра U и вектора на моментната посока на периферната скорост V_nep, за разглежданото разположение на панела като част от обиколката му в процеса на въртене на устройството фиг. 16-20.

Ъгъл на атака ψΐ -ъгълът между напралението на определен панел и направлението на резултантната скорост U_r за даденото местоположение на панела в процеса на въртене на устройството. За краткост на изложението, ъгълът на атака ψί се счита ъгълът между това направление на панела и направлението и посоката на резултантната скорост U_r, при което върху панела се създава подемна сила с посока създаваща въртящ момент спрямо оста на ротора, спомагащ въртенето на ротора при избраната посока на въртене на устройството - фиг. 16-20.

Ъгъл (ри - ъгъла между направлението на резултантната скорост U_rи скоростта на вятъра и.фиг. 16-20.

Ъгъл <p_2i - ъгъла между направлението на резултантната скорост U_r и периферната скорост У_пер.фиг. 16-20.

Задачата на изобретението се решава, като се създава устройство за преобразуване на вятърна енергия -фиг.1 и 2, което се състои от неподвижно закрепена основа, в която лагерува вертикален кух вал, който е свързан с отвеждащ вал посредством механична предавка, състояща се от неподвижно закрепено на долният край на кухият вал зъбно колело, свързано с неподвижно закрепено на отвеждащият вал зъбно колело. В горната си част кухият вал е оформен като карусел със симетрично и равномерно разположени радиални рамена, в чиито краища на равни разстояния от центъра, е закрепена неподвижно по една вертикално ориентирана лагерна втулка, в която лагерува съответен вертикален вал, завършващ в горния си край със съответен твърдо закрепен към вала панел. Централно в карусела е лагеруван вертикален ориентиращ вал, завършващ в горния си край с твърдо закрепен ориентиращ ветропоказател, при което всеки вал завършващ с панел е свързан с ориентиращият вал, посредством механична предавка, съдържаща обособен модул. Валовете завършващи с панели, чрез своите предавки, в процеса на въртене на устройството, реализират зададените им от предавките текущи направления спрямо ориентиращият вал, спрямо активната равнина, както и спрямо резултантната скорост U_r. при което извършват съответни планетни движения около оста на устройството.

Ориентиращият ветропоказател винаги подържа такова направление на ориентиращият вал, при което направляващата на ориентиращият ветропоказател, е перпендикулярна на активната равнина. При промяна на посоката на вятъра, ориентиращият ветропоказател завърта ориентиращият вал така, че да заеме същото направление спрямо новата посока на вятъра и спрямо вече новата активната равнина, което е имал спрямо предишните. При това преориентиране на ориентиращият вал, механичната предавка преориентира и панелите така, че да заемат същите направления спрямо новата активна равнина, които са имали спрямо предишната.

Съгласно изобретението, механичната предавка -фиг. 1 е изпълнена като зъбна предавка, като върху ориентиращият вал е установено неподвижно едно водещо зъбно колело, с което за всяко рамо и всеки вал завършващ с панел е зацепено по едно задвижвано зъбно колело, като задвижваните зъбни колела са установени неподвижно върху единия край на съответният за даденото рамо, входящ вал на механичната предавка, който лагерува в неподвижни опори. При това на всеки вал на панел е установено неподвижно по едно водимо зъбно колело, с които е зацепено по едно задвижващо зъбно колело, установено неподвижно върху единия край на съответният за даденото рамо изходящ вал на механичната предавка, който лагерува в неподвижни опори. Входящият вал и изходящият вал са свързани посредством обособен модул, неподвижно установен към даденото рамо.

Съгласно изобретението, обособеният модул е предназначен да реализира различни предавателни отношения между ориентиращият вал и валовете завършващи с панели, както с постоянна така и с променлива ъглова скорост на предаваното движение, изразяващо се в постоянна или променлива ъглова скорост на въртене на валовте завършващи с панелите, в определени участъци от обиколката им, при постоянна ъглова скорост на въртене на ротора, и в рамките на един оборот на ротора. При това панелите извършват определени изпреварваши или закъснителни отклонения спрямо зададеното предавателно отношение, като в даден момент панела е реализирал поголям ъгъл на завъртане, от ъгъла на завъртане отговарящ на зададеното предавателно отношение, докато в определен следващ момент панела е изостанал, при което вече реализира по-малък ъгъл на завъртане, от ъгъла на завъртане отговарящ на зададеното предавателно отношение. За обособеният модул е предвидено да реализира и само частични завъртания между ориентиращият вал и валовете завършващи с панели, което осигурява на панелите движение без пълни завъртания около осите им, а само частични завъртания в едната или другата посока спрямо някакво основно положение на панела. Когато обособеният модул реализира предавателно отношение, то обособеният модул заедно с останалата част на предавката, като цяло осигуряват еднопосочното завъртане на свързаните, валове завършващи с панели и ориентиращ вал, един спрямо друг.

Съгласно изобретението, обособения модул се състои от механизъм за превключване на различни предавателни отношения, механизъм за включване и прекъсване на движението между ориентиращият вал и валовете завършващи с панели, механизъм за създаване на неравномерност на предаваното движение, модул за въздействие върху механизма за създаване на неравномерност, както и система за отчитане на определено положение на даденото рамо в процеса на въртенето на устройството, подходящо за превключване на друго планетно движение, и система за управление на обособения модул като цяло. Когато при изпълнението на дадено устройство се предвижда възможност за реализиране само на част от планетните движение на панелите, съответно в обособения модул се изпълняват само част от възлите му.

Така в процеса на работа на устройството, за по-оптимално използване на вятъра в зависимост от неговата скорост и характер, механичната предавка реализира различни планетни движения на панелите.

Съгласно изобретението при първото планетно движение фиг. 15, направленията на панелите сключват с активната равнина ъгъл βί равен на половината от ъгъл (Xi, който съответното рамо сключва с активната равнина. Панелите, намиращи се в Поз.1 заемат направление, съвпадащо с активната равнина, а панелите намиращи се в Поз.2 заемат направления перпендикулярни на активната равнина.

За да не се получава застъпване на панелите в процеса на въртене на устройството, при това планетно движение панелите са изпълнени с максимална теоретично възможна широчина определена от зависимостта:

· ⁵

2.R.sin- ι=_______г.

δ cos4

Това планетно движение на панелите е приложимо при периферна скорост V_nep на устройството по-малка от скоростта на вятъра U, като максимално оползотворяване на мощността на вятъра устройството реализира при периферна скорост V_nep, равна на една трета от скоростта на вятъра U.

V = -и пер.

Това планетно движение на панелите е най-ефективно при съотношение между ъгъл (Xi и ъгъл βί, равно на 2:1.

Това планетно движение на панелите се реализира, при предавателно отношение на механичната предавка между ориентиращият вал и валовете завършващи с панели, равно на 2:1.

Характеризира с постоянен к.п.д., т.к. силите се получават посредством съпротивлението на панелите, поради което е особено подходящо при средни и високи скорости на вятъра. В частност върху панелите около Поз.2 се създават подемни сили, които в случая реализират въртящи моменти спрямо оста на въртене на ротора, посредством малки радиуси на въздействие. За да се използват тези допълнителни възможности на устройството, механичната предавка осигурява второ планетно движение на панелите.

Второто планетно движение фиг. 16 също е приложимо при периферни скорости V_ncp на устройството по-малки от скоростта на вятъра, и се реализира при предавателно отношение на механичната предавка между ориентиращият вал и валовете завършващи с панели, равно на 2:1, със съответни изпреварващи и закъснителни завъртания на панелите, спрямо това предавателно отношение.

При второто планетно движение фиг. 16 при обиколката на панелите от Поз.1 до точкаДЮ направленията на панелите сключват ъгъл βΐ равен на половината от ъгъл (Xi. Точка Д10 е точка, в която резултантната скорост U_r съвпада по направление със съответното рамо на ротора, което за периферна скорост V_nep равна на една трета от скоростта на вятъра се реализира при ъгъл (Xi равен на 70,53 градуса. В участъка около т.ДЮ, панелите реализират преориентиране до достигане на оптимален ъгъл на атака ψί. Преориентирането се изразява в закъснително (изоставащо) отклонение на панела, от зададеното му предавателно отношение.

От т.ДЮ до т.Д11, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψί. При което панелите извършват преориентиране, изразяващо се в постепенно изпреварващо отклонение на панела, спрямо зададеното му предавателно отношение. Така, в разглежданият участък, върху панела се реализира значителна подемна сила, създаваща въртящ момент спрямо оста на въртене на ротора, посредством голям радиус на въздействие.

Точка Д11 е точка, в която панела поддържайки оптимален ъгъл на атака ψί, в същото време реализира с активната равнина ъгъл βί, равен на половината от ъгъл (Xi.

От т.Д11 до т.Д12, направленията на панелите сключват ъгъл βί равен на половината от ъгъл (Xi. Точка Д12 е точка в която панела поддържайки с активната равнина ъгъл βΐ, равен на половината от ъгъл (Xi, в същото време реализира оптимален ъгъл на атака ψί.

От т.Д12 до т.ДЮ, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψί. При което панелите извършват преориентиране, изразяващо се в постепенно изпреварващо отклонение на панела, спрямо зададеното му предавателно отношение. В този участък, върху панела също се реализира значителна подемна сила, създаваща въртящ момент спрямо оста на въртене на ротора, посредством голям радиус на въздействие.

Точка Д13 е точка, в която резултантната скорост U_r съвпада по направление със съответното рамо на ротора, което за периферна скорост на устройството V_nep равна на една трета от скоростта на вятъра се реализира при ъгъл (Xi равен на 289,47 градуса. В участъка около т.Д13, панела реализира преориентиране до достигане на ъгъл βί, равен на половината от ъгъл (Xi. Преориентирането се изразява в закъснително (изоставащо) отклонение на панела, от зададеното му предавателно отношение.

От т.Д13 до Поз.1, направленията на панелите сключват ъгъл βί равен на половината от ъгъл (Xi.

Това планетно движение е най-ефективно за използване при сравнително ниски ветроскорости до около 10 - 12 метра в секунда. При панелите намиращи се зад активната равнина вятъра вече е с турбулентен характер, което е по-изразено при по-силен вятър. Така при увеличаване на скоростта на вятъра, в определен момент тези панели работещи чрез създване на подемна сила, се оказват понеефективни в сравнение със случаят при който се използва съпротивлението им спрямо вятъра. Този проблем се решава при трето планетно движение.

Третото планетно движение фиг. 17 също е приложимо при периферни скорости V_nep по-малки от скоростта на вятъра, и се реализира при предавателно отношение на механичната предавка, между ориентиращият вал и валовете завършващи с панели, равно на 2:1, със съответни изпреварващи и закъснителни завъртания на панелите спрямо това предавателно отношение.

При третото планетно движение фиг. 17 от Поз.1, през Поз.2 до точкаД12, направленията на панелите сключват ъгъл βί равен на половината от ъгъл (Xi.

От т.12 до т.13, направленията на панелите реализират оптимален ъгъл на атака ψΐ. При което панелите извършват преориентиране, изразяващо се в постепенно изпреварващо отклонение на панела, спрямо зададеното му предавателно отношение. В този участък, върху панела се реализира значителна подемна сила, създаваща въртящ момент спрямо оста на въртене на ротора посредством голям радиус на въздействие.

В участъка около т.Д13, панела реализира преориентиране до достигане на ъгъл βί, равен на половината от ъгъл (Xi. Преориентирането се изразява в закъснително (изоставащо) отклонение на панела, от зададеното му предавателно отношение.

Това планетно движение е ефективно за използване при средни скорости на вятъра от около 8 - 10 до около 14-16 метра за секунда. При високи скорости на вятъра е по-турбулентен, както и взаимното влияние между съседните панели намиращи се пред активната равнина вече е значително.

При обтичането на панелите от въздушният поток, при създаването на подемните сили, за разгледаните случаи се получава сложната картина, като се има в предвид въртенето на панелите около собствените им оси на въртене, свързано с въртенето на устройството като цяло. От друга страна челата на панелите се движат с различни моментни скорости, като челата на панелите намиращи се зад активната равнина, се движат с по малки скорости от челата на панелите, намиращи се пред активната равнина. Това предполага, че така разгледаните оптимални ъгли на атака ψΐ, заключени между направленията на панелите и направленията на резултантните скорости U_r действащи спрямо центровете на панелите, за панелите зад и пред активната равнина, на чиито центрове въздействат равни резултантни скорости U_r, в действителност ще имат различни оптимални ъгли на атака ψί, спрямо направленията на тези резултантни скорости U_r. Поради сложната картина, оптималните ъгли на атака ψί, могат да се определят само с изчисления подкрепени с експериментални данни.

При планетните движения, при които в процеса на въртене на устройството, панелите реализират завъртания около оста си, като се ориентират спрямо вятъра, последователно с едната си и с другата си страна, панелите са изпълнени симетрично спрямо валовете към които са закрепени.

Четвъртото планетно движение фиг. 18, служи за предпазване на устройството от претоварване. То се реализира като механичната предавка осигурява предавателно отношение между въртенето на ориентиращият вал и валовете завършващи с панели, равно на 1:1.

При четвъртото планетно движение фиг. 18 панелите поддържат направления перпендикулярни на активната равнина.

I = 2.R.sin—

Петтото планетно движение фиг. 19 се реализира, като механичната предавка осигурява предавателно отношение между въртенето на ориентиращият вал и валовете завършващи с панели, равно на 1:1, със съответни изпреварващи и закъснителни отклонения спрямо това предавателно отношение.

В Поз.1 панелите заемат направления, перпендикулярни на активната равнина.

От Поз.1 до т.ДЮ, направленията на панелите подържат спрямо резултантната скорост U_r определени ъгли на атака ψί, като панелите реализират постепенно изпреварващо завъртане спрямо зададеното предавателно отношение.

От тДЮ до Поз.2, направленията на панелите подържат определени ъгли на атака ψί, като панелите реализират постепенно изоставащо завъртане спрямо зададеното предавателно отношение.

При достигане на Поз.2, панелите заемат направления перпендикулярни на активната равнина.

От Поз.2 до т.Д13, направленията на панелите подържат определени ъгли на атака ψί, като панелите реализират постепенно изоставащо завъртане спрямо зададеното предавателно отношение.

От т.Д13 до Поз.1, направленията на панелите подържат спрямо определени ъгли на атака ψΐ, като панелите реализират постепенно изпреварващо завъртане спрямо зададеното предавателно отношение.

При достигане на Поз.1, панелите отново заемат направление успоредно на вятъра.

Това планетно движение на панелите е приложимо при периферни скорости V_nep на устройството по-малки от скоростта на вятъра, като е възможно използването му и при много голями скорости на вятъра. В този случай не се цели постигане на оптимални ъгли на атака ψί, а реализиране на малки ъгли на атака ψί при които имаме малък коефициент на съпротивление, като така устройството ще поеме напора на вятъра. В същото време дори и при немного голями коефициенти на подемната сила, като се има в предвид голямата скорост на вятъра, ще се реализират значителни подемни сили. Като това планетно движение може да се използва, и само за да се подържа устройството в процес на въртене, за да се осигури възможност за реализиране на последващи превключвания към други движения.

Шестото планетно движение фиг.20 е приложимо при периферни скорости V_nep по-голями от скоростта на вятъра, и се реализира, като механичната предавка реализира движение между ориентиращият вал и валовете завършващи с панели, изразяващо се само с частични завъртания на панелите в една и друга посока, спрямо едно основно положение. За панели изпълнени като плоски пластини или като крилен симетричен профил, основното положение по направление, съвпада с направлението на периферната скорост V_nep на устройството.

От Поз.1 до т.Д14, панелите заемат основно положение. Точка Д14 е точка, в която ъгъла φ2ΐ между направлението на периферната скорост V_nep и направлението на резултантната скорост U_r придобива стойност, равна на оптимален ъгъл на атака ψί,

От т.Д14 до т.Д15, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψί, като панелите реализират постепенно завъртане в посоката на въртене на ротора.

Точка Д15 е точка, в която ъгъла φ2ί е достигнал максимална стойност, което за периферна скорост на V_nep равна на три пъти скоростта на вятъра U се реализира при ъгъл <Xi равен на 70,53 градуса, а самият ъгъл φ₂ΐ е равен на 19,47 градуса,

От т.Д15 до т.Д16, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψί, като панелите реализират постепенно завъртане в противоположна посока на въртенето на ротора.

Точка Д16 е точка, в която ъгъла φ_2ί придобива стойност, равна на оптимален ъгъл на атака ψί, като в тази точка панела отново заема основно положение.

От т.Д16, през Поз.2 до т.Д17, панелите заемат основно положение.

Точка Д17 е точка, в която ъгъла φ_2ί отново придобива стойност, равна на оптимален ъгъл на атака ψμ

От т.Д17 до т.Д18, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψ,, като панелите реализират постепенно завъртане в противоположна посока на въртенето на ротора.

Точка Д18 е точка, в която ъгъла φ_2ί е достигнал максимална стойност, което за периферна скорост V_nep равна на три пъти скоростта на вятъра U се реализира при ъгъл (Xi равен на 360-70,53 градуса, а самият ъгъл φ_2ί е равен на 19,47 градуса,

От т.Д18 до т.Д19, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψι, като панелите реализират постепенно завъртане по посоката на въртене на ротора.

Точка Д19 е точка, в която ъгъла φ₂ί придобива стойност, равна на оптимален ъгъл на атака ψι, като в тази точка панела отново заема основно положение.

От т.Д19 до Поз.1, панелите заемат основно положение.

При това планетно движение панелите са изпълнени симетрично или несиметрично спрямо вала към който са закрепени, в зависимост от това доколко това планетно движение се кобинира с други. Характеризира се с реалзиране на голями подемни сили, създаващи въртящи моменти спямо ротора, посредством малки радиуси на въздействие.

Казаното за възможният начин за точното определяне на оптималният ъгъл на атака ψί се отнася и за това планетно движение.

Подходящият момент за преориентиране от даден вариант на движение на панелите в процеса на въртене на устройството към друг, е когато даден панел се намира в Поз.2, в която при всички планетни движения, панелите заемат едно и също положение. За пълното преориентиране е необходим период от време, в което ротора да реализира поне едно пълно завъртане, за да може всички панели да преминат през Поз.2, и да се реализира превключването им към следващо планетно движение.

Тези планетни движения се използват в комбинация, или се изпълняват само част от тях. Като най-опростен за изпълнение пример на устройството, е когато механичната предавка реализира само частични завъртания на панелите, като устройството работи само при по-голяма периферна скорост V_nep от скоростта на вятъра U.

Работата на устройството се следи от автоматизирана система за управление (АСУ), която отчитаики факторите влияещи върху работата на устройството, взема решения и регулира преминаването от дадено планетно планетно движение към друго. За целта АСУ получава информация за посоката и скоростта на вятъра от датчици установени във, над или около устройството. АСУ получава информация и за моментното завъртане на устройството, и за подходящият момент за реализиране на преминаване към дадено планетно движение.

Съгласно изобретението ориентиращият вал може да се задвижва от електродвигател управляван от АСУ.

Съгласно изобретението, механичната предавка може да се замени, като за задвижването на всеки панел, се предвиди самостоятелен електродвигател, управляван от АСУ.

Съгласно изобретението, панелите могат да бъдат изпълнени от рамкова конструкция с опънато в нея платно. Това изпълнение ще доведе и до увеличаване на усвоената от устройството мощност, т.к. при получаване на силите посредством съпротивлението на панелите, при разтягането си платното ще увеличи площта на панела, като при реализиране на подемна сила, панела ще се превърне в дъгова пластина, която винаги се самоориентирана по подходящ начин.

Съгласно изобретението, за да се намали откъсването на въздушният поток при реализиране на подемна сила, странично по вертикалните ръбове на панелите могат да бъдат закрепени елементи за създаване на турбулентен пограничният слой.

Съгласно изобретението, за да се ограничи индуктивното съпротивление, към долният и горният край на панелите се закрепват хоризонтални плоскости.

При нужда рамената се осигуряват срещу усукване, като всички двойки съседни рамена в края си се свързват помежду си с осигурителни греди, които са твърдо установени към съответните рамена. При голям брой рамена, част от тях може да не се изпълнят. В този случай осигурителните греди се изпълняват като кръгови сектори с радиус, равен на радиуса на въртене на устройството. Лагерните втулки за липсващите рамена се закрепват върху кръговите сектори, като заемат положенията които биха заемали в случи, че тези рамена са изпълнени. В случй, че кръгови осигурителни греди заместват липсващи рамена, то механичните предавки свързващи панелите с ориентиращият вал, се закрепват върху съседните рамена и съответната кръгово изпълнена греда.

Съгласно изобретението, към долната страна на рамената могат да бъдат закрепени вертикални плоскости, които в процеса на въртене на устройството да увеличават получената мощност. За целта, в този полукръг от обиколката на рамената, който се намира към страната на Поз.1, тези плоскости заемат направление успоредно на рамото към което са закрепени, при което в другият полукръг от обиколката на рамената, който се намира към страната на Поз.2, тези плоскости заемат направление успоредно на посоката на вятъра. Тези плоскости са приложими при устройства работещи при периферни скорости V_nepпо-малки от скоростта на вятъра, като освен да създават допълнителна мощнаст, те подържат устройството в постоянно въртене при наличие на вятър, позволяващо последващо превключване.

Съгласно изобретението, устройството може да бъде изпълнено с два срещувъртящи се ротора.

Съгласно изобретението, основата може да бъде изпълнена с възможност за движение, като усвоената от въртенето на устройството мощност, бъде използвана за задвижване на основата.

ПОЯСНЕНИЯ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

Фиг.1. Вертикален разрез на устройството, задвижвано и ориентирано само от силата и посоката на вятъра.

Фиг.2. Изглед на устройството показано на фиг.1, отгоре.

Фиг.З. Схема на вариант на обособен модул, с показани схеми на механизъм за превключване на различни предавателни отношения, механизъм за създаване на неравномерност на предаваното движение и модул за въздействие върху механизма за създаване на неравномерност,

Фиг.4. Схема на механизъм за включване и прекъсване на предаваното движение.

Фиг. 5. Схема за създаване на махалоподобното движение на люлеещата се ос и схема на въздействащото рамо.

Фиг.6. Система за управление на обособеният модул като цяло.

Фиг.7. Схема на частен случай на изпълнение на обособен модул, при което модула за въздействие върху механизма за неравномерност на движението е изпълнен със самостоятелно задвижване.

Фиг. 8. Схема на частен случай на изпълнение на обособен модул, за реализиране на планетно движение, само с частични завъртания на панелите.

Фиг.9. Вариант на устройството, при който ориентиращият вал се задвижва чрез електродвигател.

Фиг. 10. Вариант на устройството, при който всеки вал на панел се задвижва от отделен електродвигател.

Фиг.11. Пример за създаване на турбулентен пограничен слой.

Фиг. 12. Схема на допълнително прикрепени площи под рамената на устройството.

Фиг. 13. Вариант на устройството, изпълнено от два срещувъртящи се ротора.

Фиг. 14. Вариант на устройството, изпълнено с подвижна основа.

Фиг. 15. Схематичен изглед на устройство, представящ геометрични и механични параметри на устройството.

Фиг. 16. Планетно движение на панелите с комбинирано създаване на задвижващите сили.

Фиг. 17. Планетно движение на панелите с комбинирано създаване на задвижващите сили.

Фиг. 18. Планетно движение на панелите при предпазен вариант.

Фиг. 19. Планетно движение на панелите за създаване само на подемни сили.

Фиг.20. Планетно движение на панелите, реализирано само с частични завъртания на панелите.

ПРИМЕРНО ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Устройството за преобразуване на вятърна енергия е изпълнено фиг.1, като в неподвижно закрепена основа 1, лагерува вертикален кух ротор 2. В долната си част ротора 2 е свързан с отвеждащ вал 18, посредством твърдо закрепено към долният му край зъбно колело 19, свързано с твърдо закрепено към отвеждащият вал 18, зъбно колело 20. В горната си част ротора 2 е оформен като карусел с четири симетрично и равномерно разположени радиални рамена 3.

В краищата на рамената 3, на равни разстояния от центъра е закрепена неподвижно по една вертикално ориентирана лагерна втулка 4, в която лагерува съответен вертикален вал 5, завършващ в горния си край със съответен, твърдо закрепен към вала 5, панел 6. Централно в ротора е лагеруван вертикален ориентиращ вал 7, завършващ в горния си край с твърдо закрепен ориентиращ ветропоказател 8.

Всеки вал 5 е свързан с ориентиращият вал 7 посредством механична предавка М, която е изпълнена като зъбна предавка. Върху ориентиращия вал 7 е твърдо закрепено едно водещо конусно зъбно колело 9, с което за всяко рамо 3 е зацепено по едно задвижвано конусно зъбно колело 10, които са твърдо закрепени към единия край на съответният за даденото рамо 3, входящ вал 11 на механичната предавка М, лагеруващ в неподвижни опори 12. На всеки вал 5 е твърдо закрепено по едно водимо конусно зъбно колело 13, като с всяко от тях е зацепено по едно задвижващо конусно зъбно колело 14, твърдо закрепено към единия край на съответният за даденото рамо 3 изходящ вал 15 на механичната предавка М, който лагерува в опори 16.

Входящият вал 11 и изходящият вал 15 са свързани посредством обособен модул 17, неподвижно установен към даденото рамо 3. Обособеният модул 17 се състои от механизъм 33 за превключване на различни предавателни отношения, механизъм 34 за включване и прекъсване на движението между ориентиращият вал 7 и валовете 5 завършващи с панели 6, механизъм 35 за създаване на неравномерност на предаваното движение, модул за въздействие 36 върху механизма за създаване на неравномерност, както и система за отчитане на определено завъртане на даденото рамо 3 в процеса на въртенето на устройството, и система за управление фиг.6 на обособения модул 17 като цяло.

Механичната предавката М заедно с обсобеният модул 17, като цяло осигуряват еднопосочното завъртане на свързаните, ориентиращ вал 7 и вал 5 завършващ с панел 6, един спрямо друг.

Процеса на въртене на устройството се следи от автоматична система за управление АСУ 21, при което върху ротора, до ориентиращият вал 7, за всяко рамо 3 е закрепен датчик 22, отчитащ определен момент на завъртане между ориентиращият вал 7 и ротора, като датчика 22 е свързан с АСУ 21. Над ориентиращият ветропоказател 8 е закрепен датчик 23 отчитащ посоката и скоростта на вятъра, като датчика 23 е свързан с АСУ 21.

Механизма 33 за превключване на различни предавателни отношения фиг.З, предназначен за предавателни отношения 2:1 и 1:1, между ориентиращият вал 7 и валовете 5, е изпълнен от два успоредни вала. Първия вал е задвижващ вал 3 8 който съвпада с входящия вал 11 на механичната предавка М. Втория вал е задвижван вал 40, който лагерува в опори 41 и съвпада с постоянновъртящ се вал 51, от механизма 34 за включване и прекъсване на движението.

Към задвижващият вал 38 са твърдо закрепени две зъбни колела 42 и 43, които са постоянно зацепени по двойки с други две зъбни колела 44 и 45, свободно лагеруващи върху задвижваният вал 40. Свободно лагеруващите зъбни колела 44 и 45 са изпълнени със стъпки и 47, които са обърнати една срещу друга, като на всяка стъпка 46 и е оформен съответен прорез (гнездо) 48 и 49. Между стъпките 46 и 47 на свободно лагеруващите зъбни колела 44 и 45, върху задвижваният вал 40, с възможност за осово движение по вала, но без превъртане спрямо него е установена шлицова втулка 50.

От двете страни на шлицовата втулка 50 са оформени зъби 51 със заоблени върхове и напречни размери, отговарящи на размерите на каналите (гнездата) 48 и 49. Дължината на така двустранно оформения зъб 51 и разстоянието между стъпките 46 и 47 са съчетани така, че при преместване на шлицовата втулка 50 и заацепване на единият зъб 51 с канала 49 на едната стъпка 47, то в момента на зацепването, другият зъб да не се е отцепил напълно от канала 50 на другата стъпка 46. Двойките постоянно зацепени зъбни колела в съчетание с останалата част на механичната предавката, при зацепване на шлицовата втулка 50 с едното или с другото свободно лагеруващи зъбни колела 44 и 45, реализират предавателно отношение между ориентиращият вал 7 и валовете 5, равно на 2:1 или 1:1.

Външно на шлицовата втулка 50, е оформена стъпка (борд) 150, която лагерува във превключващ лост 52 за шлицовата втулка, който се задвижва от системата за управление фиг.6 на обособеният модул 17 като цяло.

Механизма 34 за включване и прекъсване на движението фиг.4 между ориентиращия вал 7 и валовете 5, се състои от два съосни вала. Единият вал е постоянно въртящ се вал 53, който съвпада със задвижвания вал 40 от механизма 33 за включване на различни предавателни отношения. Другият вал е непостоянно въртящ се вал 54, лагеруващ в опори 56 и 57, като към краят му е твърдо закрепено входящо конусно зъбно колело 55, от механизма 35 за създаване на неравномерност на движението. С близките си краища двата вала лагеруват помежду си, като краят на единият вал е изпълнен като стъпка 58, която лагерува в гнездо 59, оформено на края на другият вал.

В близките си крайща валовете са изпълнени с еднакъв брой и размер външни шлицови канали 60, в които с възможност за осово преместване е зацепена шпонкова втулка 61. Шпонковата втулка 61 представлява втулка към която странично и в дълбочина, са изградени шпонки 62 със заоблени крайща 63 и отговарящи по брой и размери на шлицовите канали 60, като външния размер на шпонките 62 като диаметър е по-голям от диаметрите на валовете 53 и 54.

На по-близката до шпонковата втулка 61 опора 56, са оформени вътрешни шлицови канали 64. Дължината на шпонките 62 и разстоянието от опората 56 до краят на непостоянно въртящият се вал 54, са съчетани така, че в момента на зацепването на единият край на шпонките 62 със шлиците 64 на опората 56, при което се реализира блокиране на непостоянно въртящият се вал 54, то другият край на шпонките 62 да не се е отцепил напълно от шлицовите канали 60 на постоянно въртящият се вал 53.

Механичната предавка М, в съчетание с обособеният модул 17, са зацепени така, че шлицовите канали на двата вала 53 и 54 и на опората 56, съвпадат при ъгъл (Xi на рамото 3, равен на 180 градуса.

Външно на шпонковата втулка 61 е оформена стъпка (борд) 65, която лагерува във превключващ лост 66 за шпонковата втулка, задвижван от системата фиг.6 за управление на обособеният модул 17 като цяло.

Механизма 35 за създаване на неравномерност на предаваното движение фиг. 5 между ориентиращия вал 7 и валовете 5, се състои от входящо 55 и изходящо 67 конусни зъбни колела, които са съосни, с еднакви параметри и са разположени на определено разстояние, челно едно срещу друго. Входящото 55 конусно зъбно колело е закрепено към непостоянно въртящият се вал 54 от механизма 34 за включване и прекъсване на движението. Изходящото 35 конусно зъбно колело е твърдо закрепено към изходящият вал 15 на механичната предавка М.

Едновременно с двете конусни зъбни колела 55 е 67 е зацепено трето люлеещо се конусно зъбно колело 68, като осите на трите взаимно зацепени конусни зъбни колела 55,68 и 67 се пресичат в една точка D1. Люлеещото се конусно зъбно колело 68 е закрепено върху люлееща се ос 69 с възможност за махалоподобни движения около точката D1.

Люлеещата се ос 69 е изпълнена проходна през люлеещото се конусно зъбно колело 68 и с единият си край лагерува в държан 70, разположен между входящото и изходящто зъбни колела 55 и 67, и закрепен шарнирно към неподвижна опора 71, като геометричната ос на шарнира 72 съвпада с осите на входящото 55 и изходящото 67 конусни зъбни колела. Люлеещата се ос 69 се задвижва от рамо за въздействие 73, на модула 36 за въздействие върху механизма 35 за създаване на неравномерност.

При неподвижно установено входящо конусно зъбно колело 55, при махалоподобните движения на люлеещата се ос 69, люлеещото се конусно зъбно колело 68 се обтъркалва по входящото зъбно колело 55, като при това привежда в движение изходящото конусно зъбно колело 67, изразяващо се в частични завъртания в една и друга посока, спрямо едно основно положение на люлеещата се ос 69. При въртящо се входящо зъбно колело 55, движението което създава люлеещото се зъбно колело 68 се наслагва или изважда от предаваното движение, изразяващо се в по-бързи и по- бавни завъртания на изходящото зъбно колело 67, сравнено с определено предавателно отношение. Основното положение на люлеещата се ос 69 отговаря на положението което заемат панелите в Поз.2.

Модула 36 за въздействие върху механизма за създаване на неравномерност 35, изпълнен за реализиране на три планетни движения, се състои от приемащ вал 74, който лагерува опори 75. Приемащият вал 74 е свързан с механичната предавка М, като на входящият вал 11 на механичната предавка М е твърдо закрепено конусно зъбно колело 27, което е зацепено с друго конусно зъбно колело 28, твърдо закрепено към единия край на паразитен вал 29, който лагерува в опора 30. Към другия край на паразитният вал 29 е твърд закрепено конусно зъбно колело 31, което е зацепено с друго конусно зъбно колело32, твърдо закрепено към единият край на приемащият вал 74. Или приемащият вал 74 е свързан директно с ориентиращият вал 7, посредством механична предавка, като предавките и в двата случая осигуряват предавателно отношение между ориентиращият вал 7 и приемащият вал 74, равно на 1:1.

Върху приемащият вал 74 са твърдо закрепени три цилиндрични гърбици 76. В непосредствена близост до вала 74 и с възможност за движение съосно на вала 74, в неподвижни опори 77 е установен плъзгач 78. Върху плъзгача 7 съосно на вала 74, срещу всяка гърбица 76 са оформени направляващи отвори 24, в които с възможност за движение напречно на гърбиците са установени включващи лостове 79, със заоблен от към гърбиците край.

От към срещуположната на приемащият вал 74, страна на плъзгача 78, включващите лостове 79 са изпълнени с пети 80, като между петите 80 и плъзгача 78 върху всеки включващ лост 79 е нанизан еластичен елемент 81, упражняващ усилие в противоположна на вала 74 посока. От към тази си страна включващите лостове 79 са ограничени от позициониращ лост 84, който се движи в неподвижни опори 83 в посока съосна на приемащият вал 74, при което в този си край включващите лостове 79 са изпълнени с ролки 82.

Гърбичните канали са изпълнени така, че поне в един момент от въртенето на приемащият вал 74, разстоянията между гърбичните канали, в частта си намираща се срещу включващите лостове 79, съответстват на разстоянията между включващите лостове 79. Този момент съвпада с момента, в който определеното рамо се е завъртяло на ъгъл ai равен на 180 градуса. Позициониращият лост 84 е изпълнен с три стъпки 26, които при движението на позициониращият лост 84 притискат определен включващ лост 79 към съответният гърбичен канал 25, като освобождават останалите включващи лостове 79. Размерите на включващите лостове 79 и размерите между стъпките 26 на позициониращият лост 84 са съобразени така, че при едно превключващо движение на включващият лост 84, да се реализира включване само на един включващ лост 79 към съответният гърбичен канал 25. Височината на стъпките 26 и оформянето на преходите между тях са съобразени така, че в момента на включване на даден включващ лост 79 към съответния гърбичен канал 25, то съответният включващ лост 79 който се изключва, да не се е отцепил напълно от съответният гърбичен канал 25.

Към плъзгача 78 е твърдо закрепено рамо за въздействие 73, което задвижва люлеещата се ос 69 от механизма 35 за създаване на неравномерност. Рамото за въздействие 73 е изпълнено от две части, като в края си завършва с вилка 118, която обхваща люлеещата се ос 69, Вилката 118 лагерува към останалата част от рамото 120 посредством оформена стъпка 119 на вилката 118 и оформен отвор 121 към останалата част на рамото 120.

Системата 37 за отчитане на определено положение на даденото рамо 3 в процеса на въртене на устройството, се състои датчик 22, който подава сигнал до АСУ 21, когато определено рамо 3 реализира ъгъл на завъртане равен на 180 градуса.

Системата за управление фиг.6 на обособения модул 17 като цяло, за реализиране на три планетни движение на панелите, и изпълнен с един общ елемент за задвижване, се състои от шейна 91, която се плъзга в неподвижни опори 92, и към която са твърдо закрепени превключващият лост за шлицовата втулка 52, и превключващият лост за шпонковата втулка 66. Странично от шейната 91 в неподвижна опора 93, с възможност за завъртане около нея лагерува ъглов сегмент 94, като едното рамо на сегмента 94 е зацепено в лагеруваща към шейната пета 95 с възможност за плъзгане в петата 95, а другото рамо на сегмента 94 е зацепено в лагеруваща към позициониращия лост 84 пета 96, с възможност за плъзгане в нея.

Шейната 91 се задвижва от електродвигател 100 посредством твърдо закрепено към шейната 91 рамо 97, на което е изпълнен прорез 98 зацепен към задвижващ палец 99 на електродвигателят 100. Към електродвигателят 100 е закрепен датчик 101, срещу който са установени три датчика 102, по един за всяко работно положение на шейната 91, като датчиците 102 са разположени на необходимото ъглово изместване спрямо електродвигателят 100, и са свързани към АСУ 21.

Като пример на изпълнение, обособеният модул 17 е изпълнен с възможност за реализиране на три планетни движения на панелите, от които първото планетно движение, е случаят при който панелите 6 реализират само частични отклонения от дадено основно положение. Шлицовата втулка 50 е зацепена към по-голямото свободно лагеруващо зъбно колело 44, като при това между ориентиращият вал 7 и валовете на панели 6 се реализира предавателно отношение 2:1. Шпонковата втулка 61 е зацепена към неподвижната опора 56, като движението към механизма 35 за неравномерност е прекъснато. Гърбичният канал 25 към който в момента е зацепен включващ лост 79 е изпълнен със съответният гърбичен профил, като се реализират премествания на плъзгача 78, както и отклонения на люлеещата ос 69.

За реализиране на второто планетно движение, при което направленита на панелите 6 подържат ъгли βί спрямо активната равнина, равни на половината от ъгъл αί, със съответни изпреварващи и изоставащи завъртания на панелите, се реализират последващи превключвания за всяко рамо 3, преминаващо през Поз.2, в рамките на един оборот на ротора 2. Шпонковата втулка 61 се отцепва от неподвижната опора 56 и зацепва постоянно въртящият се вал 53 и непостоянно въртящият се вал 54 един към друг, при което се реализира предаване на въртеливо движение към панелите. Гърбичният канал 25 към който в момента се зацепва включващ лост 79 е изпълнен със съответният гърбичен профил, и се реализират премествания на плъзгача 78, както и отклонения на люлеещата ос 69. Дължината на зъбите 51 на шлицовата втулка 50 и дълбочината на прореза 50 на стъпката 46 на по-голямото свободно лагеруващо зъбно колело 44, са съчетани така, че при това преместване на шлицовата втулка 50, не се реализира отцепването и, от голямото свободно лагеруващо зъбно колело 44, и зацепването и към малкото свободно лагеруващо зъбно колело 45, при което предавателното отношение между ориентиращият вал 7 и валовете 5, продължава да бъде равно на 2:1.

За реализиране на третото планетно движение на панелите 6, което е предпазният вариант, при който панелите 6 подържат направления, перпендкулярни на активната равнина, при последващото за всяко рамо 3 превключване, шлицовата втулка 50 се отцепва от голямото свободно лагеруващо зъбно колело 44 и се зацепва към малкото 45, при което между ориентиращият вал 7 и валовете5, се реализира предавателно отношение 1:1. Гърбичният канал 25 към който в момента се зацепва включващ лост 79 е изпълнен като симетричен цилиндричен канал, и не се реализират премествания на плъзгача 78, и отклонения на люлеещата се ос 69.

Като пример на изпълнение фиг.8, обособеният модул 17 е изпълнен с възможност за реализиране, само на планетно движение на панелите, при което панелите 6 реализират само частични отклонения от дадено основно положение. Приемащият вал 74 от механизма 36 за въздействие и входящият вал 11 на механичната предавка М са изпълнени като един общ вал, върху който е твърдо закрепена една цилиндрична гърбица 76. Входящото конусно зъбно колело 55 от механизма 35 за създаване на неравномерност е установено към неподвижна опора 90, като люлеещата се ос 68 е зацепена директно в гърбичният канал 25.

Като пример на изпълнение фиг.7, обособеният модул 17 е изпълнен, като постоянно въртящият се вал 53 от механизма за включваане и прекъсване 34 и входящият вал 11 на механичната прдавка М, са изпълнени като един общ вал. Входящото конусно зъбно колело 55 е твърдо закрепено върху непостоянно въртящият се вал 54. Механизма 36 за въздействие е изпълнен, като рамото въздействие 73, е твърдо закрепено към оста на неподвижно установен електродвигател 37.

Като пример на изпълнение на устройството фиг.9 ориентиращият вал 7 се задвижва от електродвигател 113 свързан с АСУ. При което ориентиращият вал 7 е изпълнен като кух вал 207, като към горния му край е твърдо закрепено водещото конусно зъбно колело 9. На долният край на ориентиращият вал 207 е твърдо закрепено зъбно колело 111, което е зацепено с друго зъбно колело 112, твърдо закрепено към оста на електродвигател 113. В ориентиращият вал 207 лагерува ветропоказващ прът 114 установен неподвижно, като на горният край на ветропоказващият прът 114, е установен датчик 23, отчитащ скоростта и посоката на вятъра, и свързан с АСУ 21.

Като пример на изпълнение на устройството фиг. 10, валовете 5 се задвижват от самостоятелни за всяко рамо 3 електродвигатели 115 свързани с АСУ 21. На всяко рамо 3 е установен неподвижно по един електродвигател 115. Към оста на всеки електродвигател 115 е твърдо закрепено по езно зъбно колело 116, зацепено с твърдо закрепено към съответния вал 5 зъбно колело 117. В ротора 2 лагерува ветропоказващият прът 114.

Като пример на изпълнение фиг. 11 панелите 6 могат да бъдат изпълнени от неподвижно установена към вала 5 рамкова конструкция 125, в която е закрепено платно 126.

За създаване на турбулентен пограничен слой фиг. 11 се използва кръгов сегмент 131, който представлява вертикално тяло, установено по протежение на вертикалният ръб на панела 6, и е закрепен неподвижно към панела 6 посредством опори 137. Във вертикален разрез кръговият сегмент е оформен от пресичането на две окръжности 132 и 133, като центровете на окръжностите лежат на линията определяща направлението на панела 134, на някакво разстояние един от друг. Центъра на кръга оформящ вътрешната част 133 на сегмента 131, е с по-малък радиус и е разположен по- близо до челото 135 на панела 6. Така оформените ръбове 136 на сегмента 131 припокриват определена част от панела 6.

Така при обтичането на панела 6, в точка Д2 се създава по голямо налягане и въздуха навлиза през тази зона в сегмента 131, като при излизането си през зоната при точка ДЗ, той е силно турбулезиран и турбулезира и пограничният слой още при челото на панела.

За създаване на турбулентен пограничен слой както и за подобряване на прилепването на течението към гърба на панела 6, вътрешно на сегмента 131 срещу челата 135 на панелите 6 са монтирани клиновидни пера 140. Вътрешно за сегмента 131 и симетрично спрямо него са установени вертикални оси 139, към които с възможност за въртене около осите 139, са установени клиновидните пера 140. Клиновидните пера 140 са свързани с вътрешната страна на сегмента с еластични елементи 141, които упражняват усилие в посока към клиновидните пера 140 така, че придържат клиновидните пера 140 прикрепени към ръбовете 136 на сегмента 131. Разстоянието от вертикалните оси 139 до челото 135 на панела 6 е съобразено така, че осигурява превъртането на клиновидните пера 140 около вертикалните оси 139.

Така при обтичането на панела 6, създаденото в точка Д2 поголямо налягане притиска и отваря съответното клиновидно перо 140 и въздуха навлиза през тази зона в сегмента 131 през по-голям отвор, като при излизането си от сегмента през зоната при точка ДЗ, той е още по-силно турбулезиран и турбулезира и пограничният слой, при което при прилепването си към ръбът 136 на сегмента 131, със собственият си контур клиновидното перо 140 продължава външният контур 132 на сегмента 131, до голяма близост с контура на панела, като предотвратява откъсването на въздушният поток още в началото, при обтичането на самият сегмент 131.

Като пример на изпълнение на устройството фиг. 1 , към горният и към долният край на панелите 6 са закрепени хоризонтални плоскости 142, за намаляване на индуктивното съпротивление.

Като пример на изпълнение на устройството фиг. 12 под рамената 3 на устройството са закрепени допълнителни площи, които се състоят от неподвижно установени към долният край на рамената 3 вертикални опори 128, към които с възможност за въртене около опорите 128 са установени вертикално ориентирани плоскости 129. За всяка вертикална плоскост 129, под съответното рамо 3 на ротора е неподвижно закрепен ограничител на затварянето 130, който е разположен на линията свързваща вертикалните опори 128 и центъра на устройството, и е на разстояние от вертикалната опора 128 по-малко от широчината на вертикалната плоскост 129. Във вертикално направление, ограничителят на затварянето 130 застъпва горният край на вертикалната плоскост 129.

Като на пример на изпълнение фиг. 13 устройството е изпълнено с два, срещувъртящи се един спрямо друг ротора, при което в ориентиращият вал 207 е лагеруван вертикален кух ротор 202,който е свързан с отвеждащ вал 218, посредством твърдо закрепено към долният му край зъбно колело 219, свързано с твърдо закрепено към отвеждащият вал 218, зъбно колело 220. В горната си част ротора 202 е оформен като карусел със симетрично и равномерно разположени радиални рамена 203, в чиито краища на равни разстояния от центъра е закрепена неподвижно по една вертикално ориентирана лагерна втулка

204, в която лагерува съответен вертикален вал 205, завършващ в горния си край със съответен, твърдо закрепен към вала 205 панел 206. Централно в ротора 202 е лагеруван вертикален ориентиращ вал 227, завършващ в горния си край с твърдо закрепен ориентиращ ветропоказател 8. Всеки вал 205 на панел 206 е свързан с ориентиращия вал 227 посредством механичната предавка М.

Към долният край на ориентиращият вал 227, е твърдо закрепено зъбно колело 231. На долният край на ориентиращият вал 207, е твърдо закрепено зъбно колело 230. Зъбното колело 231 и зъбното колело 230, са свързани посредством механична верига 232, която реализира предавателно отношение между ориентиращият вал 227 и кухият ориентиращ вал 207, равно на 1:1 и еднопосочно въртене на свързаните валове един спрямо друг

Като пример за изпълнение на устройството фиг. 14 основата 1 е изпълнена с възможност за движение, като е установена върху четири придвижващи колела 240. Придвижващите колела 240 са свързани по двойки с оси 241, които лагеруват в опори 242 оформени в основата 1. Оста 241 на една двойка придвижващи колела 240 е свързана с ротора 2 посредством механична предавка, като на долният край на ротора 2 е твърдо закрепено конусно зъбно колело 243, което е свързано с твърдо закрепено към оста 241, конусно зъбно колело 244.

ДЕЙСТВИЕ НА УСТРОЙСТВОТО

Под действието на вятъра, ориентиращият ветропоказател заедно с ориентиращият вал, към който е закрепен, се завърта и ориентира по посока на вятъра, като при всяка промяна на вятъра, ориентиращият ветропоказател и ориентиращият вал, се преориентират и заемат това направление спрямо новата посока на вятъра, което са имали спрямо предишната посока.

В процеса на въртене на устройството, панелите реализират определени планетни движения около оста на ротора, зададени им от механичната предавка, свързваща ги с ориентиращият вал, като при това подържат определени направления спрямо посоката на вятъра.При промяна на посоката на вятъра, преориентирането на ориентиращият вал, посредством механичната предавка, се предава и на панелите, при което те заемат същите направления спрямо новата посока на вятъра, които са имали спрямо предишната.

Планетните движения и техните характеристики, са обяснени в техническата същност на изобретението. Механизма за създаване на планетните движения, е обяснен в примерите за изпълнение на изобретението.

Въртеливото движение на ротора, чрез отвеждащият вал се предава към последващо устройство за преобразуване на вятърна енергия.

Claims

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

1. Устройство за преобразуване на вятърна енергия, състоящо се от основа (1), в която лагерува кух ротор (2), който в горната си част е изпълнен като карусел със симетрично и равномерно разположени радиални рамена (3), в чиито краища на равни разстояния от центъра е закрепена неподвижно по една вертикално ориентирана лагерна втулка (4) , в която лагерува съответен вертикален вал (5), завършващ в горния си край със съответен, твърдо закрепен към вала (5) панел (6), характеризиращо се с това, че централно в ротора (2) е лагеруван вертикален ориентиращ вал (7), завършващ в горния си край с твърдо закрепен ориентиращ ветропоказател (8), или ориентиращият вал (7) е свързан с електродвигател (113), при което панелите (6) са изпълнени симетрично или несиметрично спрямо валовете (5), като всеки вал(5) е свързан с ориентиращият вал (7) посредством предавка, или всеки вал (5) е свързан с електродвигател (115), при което основата (1) е неподвижно установена, като ротора (2) е свързан с отвеждащ вал (18), посредством твърдо закрепено на долният край но ротора (2) зъбно колело (19), свързано с твърдо закрепено на отвеждащият вал (18), зъбно колело (20), при което действието на устройството се следи от автоматизирана система за управление АСУ (21), при което по вертикалните ръбове (135) на панелите (6) са закрепени елементи (131), за създаване на турбулентен пограничен слой, при което в горният и долният край на панелите (6), са закрепени неподвижно плоскости (142), за намаляване на индуктивното съпротивление, при което към долната страна на рамената (3), са закрепени допълнителни площи (129).
2. Устройство за преобразуване на вятърна енергия съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че предавката е изпълнена като механична предавка М, съдържаща обособен модул (17), като върху ориентиращият вал (5) е закрепено неподвижно едно водещо зъбно колело (9), с което за всяко рамо (3), е свързано по едно задвижвано зъбно колело (10), твърдо закрепено към единия край на разположен върху всяко рамо(З) входящ вал (11) на механичната предавка (М), който лагерува в неподвижни опори (12), при това на всеки вал (5) завършващ с панел (6) е твърдо закрепено по едно водимо зъбно колело (13), с които е свързано по едно задвижващо зъбно колело (14), закрепено неподвижно към единия край на разположен върху всяко рамо (3), изходящ вал (15) на механичната предавка М, лагеруващ в неподвижни опори (16), при което входящият вал (11) и изходящият вал (15) са свързани посредством обособен модул(17), неподвижно установен към даденото рамо(З), и предназначен да реализира различни предавателни отношения между ориентиращият вал (7) и валовете (5) завършващи с панели (6), с постоянна или с променлива ъглова скорост на предаваното движение, в рамките на един оборот на ротора (2), и при постоянна ъглова скорост на ротора (2), или обособеният модул (17) е предназначен да прекъсва движението между ориентиращият вал (7) и валовете (5) завършващи с панели (6) , при което реализира само часични завъртания на валовете (5) завършващи с панели (6), спрямо определено тяхно основно положение, при което механичната предавката М съдържаща обособеният модул (17), като цяло осигурява еднопосочното въртене на свързаните, ориентиращ вал (7) и валове (5) завършващи с панели (6), един спрямо друг.
3. Устройство за преобразуване на вятърна енергия съгласно претенция 2, характеризиращо се с това, че обособения модул (17) се състои от механизъм (33) за превключване на различни предавателни отношения, механизъм (34) за включване и прекъсване на движението между ориентиращият вал (7) и валовете (5) завършващи с панели (6), механизъм (35) за създаване на неравномерност на предаваното движение, модул за въздействие (36) върху механизма за създаване на неравномерност, както и система за отчитане на определено положение, в процеса на въртенето на устройството, на определено рамо (3), и система за управление (фиг.6) на обособения модул като цяло, или са изпълнени само част от възлите на обособения модул (17).
4. Устройство за преобразуване на вятърна енергия съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че панелите (6) са изпълнени от неподвижно установена към вала (5) рамкова конструкция (125), в която е закрепено платно (126).
5. Устройство за преобразуване на вятърна енергия съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че устройството е изпълнено от два срещувъртящи се един спрямо друг ротора.
6. Устройство за преобразуване на вятърна енергия съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че основата (1) е изпълнена с възможност за движение.
7. Метод за използване на устройство за преобразуване на вятърна енергия, състоящ се в това, че в процеса на въртене на устройството, панелите (6) реализират планетни движения около оста на устройството, характеризиращ се с това, че планетните движение на панелите (6), се изразяват в изпреварващи и закъснителни отклонения, на завъртанията на панелите (6), от зададеното предавателно отношение спрямо въртенето на ротора, в рамките на едно завъртане на ротора, или само в частични завъртания на панелите (6), спрямо определено основно положение на панелите (6), в рамките на едно завъртане на ротора,
8. Метод за използване на устройство за преобразуване на вятърна енергия, съгласно претенця 7, характеризиращ се с това, че при планетното движение, направленията на панелите (6) сключват с активната равнина ъгъл βί, равен на половината от ъгъла (Xi на завъртане на съответното рамо (3), при което панелите (6) са изпълнени с теоретично възможна максимална широчина определена от зависимостта

2.R.sin1 =_______2 δ cos—

4 където, I е широчината на даден панел (6), R е радиуса на въртене на устройството, а ъгъл δ е ъгъла между осите на симетрия на две съседни рамена (3) на устройството, при което това планетно движение на панелите (6) е приложимо при периферна скорост V_nep на устройството, по-малка от скоростта на вятъра U, като максимално оползотворяване на мощността на вятъра, устройството реализира при периферна скорост V_nep равна на една трета от скоростта на вятъра U, и при съотношение между ъгъл αί и ъгъл βί, равно на 2:1.
9. Метод за използване на устройство за преобразуване на вятърна енергия, съгласно претенция 7, характеризиращ се с това, че при планетното движение, от Поз.1 до точка Д10, направленията на панелите (6) сключват с активната равнина ъгъл βί, равен на половината от ъгъл αί на завъртане на съответното рамо (3), като точка Д10 е точка, в която резултантната скорост U_r съвпада по направление със съответното рамо (3),при което в участъка около точка Д10, панелите (6) реализират преориентиране до достигане на оптимален ъгъл на атака ψΐ, спрямо направлението на резултантната скорост U_r, при което от точка Д10 до точка Д11, направленията на панелите (6) подържат оптимален ъгъл на атака ψί, като точка Д11 е точка, в която направлението на панелите (6) подържа оптимален ъгъл на атака ψι, и в същото време реализира ъгъл βί, равен на половината от ъгъл αί, при което от точка Д11 до точка Д12, направленията на панелите (6) сключват ъгъл βί, равен на половината от ъгъл αί, като точка Д12 е точка, в която направлението на панелите (6) поддържа ъгъл βί, равен на половината от ъгъл αί, и в същото време реализира оптимален ъгъл на атака ψ>, при което от точка Д12 до точка Д13, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψ,, като точка Д13 е точка, в която резултантната скорост U_r съвпада по направление със съответното рамо (3), при което в участъка около точка Д13, панелите (6) реализират преориентиране до достигане на ъгъл βΐ, равен на половината от ъгъл (Xi , като от точка Д13 до Поз.1, направленията на панелите (6) сключват ъгъл βί, равен на половината от ъгъл (Xi, при което това планетно движение на панелите е приложимо при периферни скорости V_nep на устройството, по-малки от скоростта на вятъра
10. Метод за използване на устройство за преобразуване на вятърна енергия, съгласно претенция 7, характеризиращ се с това, че при планетното движение, от Поз.1 до точка Д12, направленията на панелите (6) сключват с активната равнина ъгъл βΐ, равен на половината от ъгъл (Xi, на завъртане на съответното рамо (3), като точка Д12 е точка, в която направлението на панелите (6) поддържа ъгъл βί, равен на половината от ъгъл (Xi, и в същото време реализира оптимален ъгъл на атака ψ,, спрямо направлението на резултантната скорост U_r, при което от точка Д12 до точка Д13, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψι, като точка Д13 е точка, в която резултантната скорост U_r съвпада по направление със съответното рамо (3), при което в участъка около точка Д13, панелите (6) реализират преориентиране до достигане на ъгъл βί, равен на половината от ъгъл (Xi , като от точка Д13 до Поз.1, направленията на панелите (6) сключват ъгъл βί, равен на половината от ъгъл (Xi, при което това планетно движение на панелите е приложимо при периферни скорости V_nep на устройството, по-малки от скоростта на вятъра
11. Метод за използване на устройство за преобразуване на вятърна енергия, съгласно претенця 7, характеризиращ се с това, че при планетното движение, панелите подържат направления перпендикулярни на активната равнина, при което панелите (6) са изпълнени с теоретично максимална широчина, определена от зависимостта

I = 2.R.sin— където, 1 е широчината на даден панел (6), R е радиуса на въртене на устройството, а ъгъл δ е ъгълът между осите на симетрия на две съседни рамена (3) на устройството.
12. Метод за използване на устройство за преобразуване на вятърна енергия, съгласно претенця 7, характеризиращ се с това, че при планетното движенение, в Поз.1 и Поз.2 панелите (6) заемат направления, перпендикулярни на активната равнина, като в останалата част от обиколката, направленията на панелите сключват с направленията на резултантната скорост U_r, определен ъгъл на атака ψί, при което това планетно движение на панелите, е приложимо при периферна скорост V_nep на устройството, по-малка от скоростта на вятъра
13. Метод за използване на устройство за преобразуване на вятърна енергия, съгласно претенця 7, характеризиращ се с това, че при планетното движение панелите (6) реализират частични завъртания около едно основно положение, перпендикулярно на съответното рамо, при което от Зона1 до точка Д14, панелите заемат основно положение, като точка Д14 е точка, в която ъгъл φ_2ί между направлението на периферната скорост V_nep и направлението на резултантната скорост U_rпридобива стойност, равна на оптимален ъгъл на атака ψί, при което от точка Д14 до точка Д15, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψί, реализирайки постепенно завъртане в посоката на въртене на ротора, като точка Д15 е точка, в която ъгъл φ_2ίе достигнал максимална стойност, при което от точка Д15 до точка Д16, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψί, реализирайки постепенно завъртане в противоположна посока на въртенето на ротора, като точка Д16 е точка, в която ъгъл φ₂ί придобива стойност, равна на оптимален ъгъл на атака ψί, и в тази точка панела отново заема основно положение, при което от точка Д16 до точка Д17, панелите заемат основно положение, като точка Д17 е точка, в която ъгъл <ρ₂ί отново придобива стойност, равна на оптимален ъгъл на атака ψΐ, при което от т.Д17 до т.Д18, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψί, реализирайки постепенно завъртане в противоположна посока на въртенето на ротора, като точка Д18 е точка, в която ъгъла φ₂ί е достигнал максимална стойност, при което от точка Д18 до точка Д19, направленията на панелите подържат оптимален ъгъл на атака ψί, реализирайки постепенно завъртане по посоката на въртене на ротора, като точка Д19 е точка, в която ъгъла φ₂ί придобива стойност, равна на оптимален ъгъл на атака ψί, и в тази точка панела отново заема основно положение, при което от точка Д19 до Поз.1, панелите заемат основно положение, при което това планетно движение на панелите (6), е приложимо при периферни скорости V_nep на устройството по-голями от скоростта на вятъра.
14. Метод за използване на устройство за преобразуване на вятърна енергия, характеризиращ се с това, че мощността реализирана при въртенето на устройството, се използва като двигателна мощност, за движение на основата на устройството.
15. Механизъм за създаване на неравномерност на предаваното кръгово движение, характеризиращ се с това, че се състои от механизъм за създаване на неравномерност на предаваното движение (35) и модул за въздействие (36) върху механизма за създаване на неравномерност на предаваното движение.