RU148539U1 - WIND-GYROSCOPIC POWER MODULE - Google Patents
WIND-GYROSCOPIC POWER MODULE Download PDFInfo
- Publication number
- RU148539U1 RU148539U1 RU2014118850/06U RU2014118850U RU148539U1 RU 148539 U1 RU148539 U1 RU 148539U1 RU 2014118850/06 U RU2014118850/06 U RU 2014118850/06U RU 2014118850 U RU2014118850 U RU 2014118850U RU 148539 U1 RU148539 U1 RU 148539U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gyroscopic
- wind
- shaft
- switching
- control unit
- Prior art date
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 208000032837 Ring chromosome 16 syndrome Diseases 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
1. Ветро-гирокопический энергетический модуль, содержащий ветроколесо, на валу которого размещен генератор, электрический выход которого подсоединен, к первому входу блока аккумуляторных батарей, выход которого соединен к инвертором, выход инвертора соединен с контроллером, а выход контроллера соединен с блоком коммутации и управления, отличающийся тем, что к второму входу блока аккумуляторных батарей подключен электрический выход генератора блока гироскопического инерционного маховика, который через вал соединен с мультипликатором, который непосредственно соединен с валом инерционного маховика, на котором размещен соленоид, якорь соленоида, арретирующий механизм, и муфта для поворотных штанг, обеспечивающих передачу гироскопических моментов, от поворотных штанг, один конец которых присоединен через оси вращения к муфте, на другом конце поворотных штанг размещены пусковые электродвигатели, которые через обгонные муфты передают пусковые механические вращательные моменты роторам-турбинам, на которые через сопла поступает воздушный поток по воздуховодам от центробежного компрессора, для поддержания скорости их вращения, электрическая энергия к компрессору и пусковым электродвигателям поступает по цепям электропитания, подсоединенным к блоку коммутации и управления через кнопки от блока аккумуляторных батарей.2. Ветро-гироскопический энергетический модуль по п. 1, отличающийся тем, что к валу генератора блока гироскопического инерционного маховика подключен тахометр, электрическая цепь которого подсоединена к блоку коммутации и управления.3. Ветро-гироскопический энергетический модуль по п. 1, 1. A wind-gyrocopic energy module containing a wind wheel, on the shaft of which there is a generator whose electrical output is connected, to the first input of the battery pack, the output of which is connected to the inverter, the inverter output is connected to the controller, and the controller output is connected to the switching and control unit characterized in that the electrical output of the generator of the gyroscopic inertial flywheel block is connected to the second input of the battery pack, which is connected through the shaft to the multiplier, which is directly connected to the inertial flywheel shaft, on which the solenoid, the solenoid armature, the locking mechanism, and the coupling for the rotary rods, providing the transmission of gyroscopic moments, are provided from the rotary rods, one end of which is connected through the axis of rotation to the coupling, at the other end of the rotary rods starting motors, which, through overrunning clutches, transmit starting mechanical rotational torques to rotor turbines, to which air flows through the air ducts from the center through nozzles of a running compressor, to maintain their rotation speed, electric energy is supplied to the compressor and starting motors through power circuits connected to the switching and control unit via buttons from the battery pack. 2. The wind-gyroscopic energy module according to claim 1, characterized in that a tachometer is connected to the generator shaft of the gyroscopic inertial flywheel block, the electric circuit of which is connected to the switching and control unit. 3. Wind gyro energy module according to claim 1,
Description
Область применения.Application area.
Полезная модель относится к устройствам преобразования энергии ветра и предназначена для создания ветроэлектростанций с двумя типами преобразования энергии, а именно: для энергии ветрового потока - ветроколесо и блок гироскопического инерционного маховика, преобразующего энергию прецессии своего вращения, обусловленной действием на него гравитационного поля Земли, создающего гироскопические моменты на поворотных штангах с вращающимися на их концах роторами-турбинами, под действием воздушных потоков, создаваемых центробежным компрессором, и пусковыми механическими моментами под действием электродвигателей, размещенных на концах поворотных штанг, электропитание которых осуществляется от электрической энергии, накапливаемой на блоке аккумуляторных батарей и поступающих на них через блок коммутации и управления.The utility model relates to wind energy conversion devices and is intended to create wind power plants with two types of energy conversion, namely: for wind flow energy - a wind wheel and a gyroscopic inertial flywheel unit that converts the energy of its precession of rotation, due to the action of the Earth’s gravitational field, which creates gyroscopic moments on rotary rods with rotors-turbines rotating at their ends, under the action of air flows created by centrifugal compressor essor, and starting mechanical moments under the action of electric motors located at the ends of the slewing rods, the power of which is supplied from electric energy accumulated on the battery unit and supplied to them through the switching and control unit.
Уровень техники.The level of technology.
Известно из теории и практики ветроэнергетическая установка, содержащая зубчатую дифференциальную передачу, ветродвигатель, датчик частоты вращения вала ветродвигателя, машину постоянного тока, инвертор напряжения, аккумуляторную батарею, регулятор возбуждения, блок отключения возбуждения и электрическую нагрузку.It is known from theory and practice that a wind power installation containing a differential gear, a wind turbine, a wind speed shaft speed sensor, a direct current machine, a voltage inverter, a battery, an excitation regulator, an excitation shutdown block and an electric load.
Электрическая нагрузка подключается к инвертору напряжения, который соединен с машиной постоянного тока, приводимой в движение ветродвигателем. Накопителем энергии является аккумуляторная батарея. При наличии ветра машина постоянного тока вырабатывает электрическую энергию, которая поступает к электрической нагрузке через инвертор напряжения. Одновременно подзаряжается аккумуляторная батарея. Когда ветер слабый или отсутствует, блок отключения возбуждения препятствует разряду аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения машины постоянного тока [1].The electric load is connected to a voltage inverter, which is connected to a direct current machine driven by a wind turbine. The energy storage device is a rechargeable battery. In the presence of wind, a direct current machine generates electrical energy, which is supplied to the electrical load through a voltage inverter. At the same time, the battery is being recharged. When the wind is weak or absent, the excitation shutdown block prevents the battery from discharging to the excitation winding of the DC machine [1].
Рассмотренная ветроэнергетическая установка обладает рядом недостатков, определяемых сложной кинематической схемой в виде зубчатой дифференциальной, передачи, необходимостью регулирования возбуждением машины постоянного тока и отключения электрической нагрузки при снижении скоростного напора ветра, что снижает КПД.The considered wind power installation has a number of disadvantages, which are determined by the complex kinematic scheme in the form of a gear differential, transmission, the need to regulate the excitation of the DC machine and disconnect the electric load while reducing the wind pressure, which reduces the efficiency.
Известно устройство резервуарный ветро-гидравлический преобразователь, содержащий ветрогенератор и гидрогенератор, работающие на общий накопитель электрической энергии - аккумуляторную батарею, гидропривод выполнен в виде реактивной гидротурбины и приводится в действие от пускового электродвигателя, питание которого осуществляется от суммарно накопленной энергии на аккумуляторной батареи [2].A known device is a reservoir wind-hydraulic converter containing a wind generator and a hydro generator operating on a common electric energy storage device - a storage battery, the hydraulic drive is made in the form of a jet hydraulic turbine and is driven by a starting electric motor, the power of which is supplied from the accumulated energy on the storage battery [2] .
Недостатком такого ветро-гидравлического преобразователя энергии ветра является необходимость применять для инерционного накопителя механической энергии вращения гидрореактивной турбины, помещенной в резервуар с водной средой, что приводит к увеличению массогабаритных размеров, применение двух рабочих сред - воздушного потока и водной среды, а также усложнение кинематического привода для пускового электродвигателя гидрореактивной турбины, что требует для всего устройства сложного технического обслуживания, повышение эксплуатационных затрат, и, соответственно имеет низкую надежность.The disadvantage of such a wind-hydraulic converter of wind energy is the need to use for an inertial storage of mechanical energy the rotation of a hydro-jet turbine placed in a tank with an aqueous medium, which leads to an increase in weight and size, the use of two working media - an air stream and an aqueous medium, as well as the complexity of the kinematic drive for the starting motor of a hydro-jet turbine, which requires complex maintenance for the entire device, increasing the operation cost, and therefore has low reliability.
Известен способ повышения мощности ветроэлектростанций, где производится инерционное воздействие на поток воздуха путем его сжатия за счет центробежной силы в пустотелых лопастях, и истечение его из тангенциально размещенных на них сопел. При вращении ветроколеса набегающий поток воздуха подают, внутрь пустотелых лопастей через центральный диффузор [3].There is a method of increasing the power of wind farms, where an inertial effect is made on the air flow by compressing it due to centrifugal force in hollow blades, and its outflow from nozzles tangentially placed on them. When the wind wheel rotates, an incoming air flow is fed into the hollow blades through the central diffuser [3].
Недостатком такой ветроэлектростанций является невозможность ее запуска под нагрузкой.The disadvantage of such wind farms is the inability to start it under load.
Известен способ повышения мощности и запуска ветроэлектростанций путем всасывания набегающего потока воздуха внутрь пустотелых лопастей пропеллера через центральный диффузор, сжатия воздуха за счет центробежной силы и выпуска наружу через сопла. Воздух засасывается через предохранительную сетку и управляемый электромагнитный клапан, встроенный в конструкцию диффузора, который при штатной работе ветроэлектростанций открывают, обеспечивая проход воздуха к реактивным соплам. Причем часть сжатого воздуха нагнетают через встроенные в лопасти трубки, и через управляющий клапан в емкость сжатого газа, после наполнения, которой управляющий клапан закрывают, запуск станции осуществляют путем закрытия диффузорного клапана, а сжатый воздух, для запуска устройства, направляют в те же тангенциально расположенные реактивные сопла, при этом управляющий клапан открывают [4].A known method of increasing power and starting wind farms by suction of an incoming air flow into the hollow propeller blades through a central diffuser, air compression due to centrifugal force and exhaust out through the nozzle. Air is sucked in through a safety net and a controllable solenoid valve built into the diffuser structure, which is opened during normal operation of wind farms, providing air passage to the jet nozzles. Moreover, part of the compressed air is pumped through the tubes built into the blades, and through the control valve into the compressed gas tank, after filling, by which the control valve is closed, the station is started by closing the diffuser valve, and the compressed air, to start the device, is sent to the same tangentially located jet nozzles, while the control valve is opened [4].
Недостатком данного способа повышения мощности устройства является ограничение коэффициента сжатия воздуха за счет инерционных сил, обусловленных термодинамическими характеристиками воздушной среды. Как показано в статье [5] максимальное значение коэффициента сжатия воздушной среды, в силу термодинамических характеристик воздуха ограничено, и не превышает величины равной - 2,3 раза.The disadvantage of this method of increasing the power of the device is the limitation of the air compression ratio due to inertial forces due to the thermodynamic characteristics of the air. As shown in [5], the maximum value of the compression coefficient of the air, due to the thermodynamic characteristics of the air, is limited, and does not exceed the value equal to 2.3 times.
Известно устройства [6] преобразования энергии ветра с применением двух преобразователей энергии ветрового потока - ветроколеса, и реактивной ветротурбины, преобразующей потенциальную энергию уплотненного потока воздуха за счет энергии инерции воздушной среды, под действием центробежной силы, в кинетическую энергию, и истечение воздуха из насадок - сопел Лаваля. При этом, применяется центробежный компрессор для принудительной подачи воздуха в пустотелые лопасти реактивной ветротурбины и объединение массы этого потока воздуха с массой потока воздуха, набегающего в тангенциально размещенные насадки - сопла Лаваля, на концах пустотелых лопастей реактивной ветротурбины.It is known device [6] for converting wind energy using two converters of wind flow energy - a wind wheel, and a jet wind turbine that converts the potential energy of a compressed air flow due to the inertia energy of the air, under the action of centrifugal force, into kinetic energy, and the outflow of air from the nozzles - Laval nozzles. In this case, a centrifugal compressor is used to force air into the hollow blades of a jet wind turbine and to combine the mass of this air stream with the mass of the air flow entering the tangentially placed nozzles - Laval nozzles, at the ends of the hollow blades of a jet wind turbine.
Реализация принципа регулирования скорости вращения реактивной ветротурбины, при нестабильном ветровом потоке, поступающим на ветроколесо, посредством контроля скорости оборотов реактивной ветротурбины, и, изменение массы потока воздуха, нагнетаемого центробежным компрессором в ее пустотелые лопасти, для регулирования и обеспечения повышения мощности и КПД устройства.The implementation of the principle of regulating the speed of rotation of a jet wind turbine, with an unstable wind flow coming into the wind wheel, by controlling the speed of rotation of the jet wind turbine, and, changing the mass of the air flow pumped by a centrifugal compressor into its hollow blades, to regulate and provide increased power and efficiency of the device.
Недостатком этого устройства является сложная кинематическая, и аэродинамическая схема по объединению масс воздушный потоков в реактивной ветротурбине, что снижает надежность устройства, требует сложного технического обслуживания и повышает эксплуатационные затраты.The disadvantage of this device is the complex kinematic and aerodynamic scheme for combining the masses of air flows in a jet wind turbine, which reduces the reliability of the device, requires complex maintenance and increases operating costs.
Ближайшим аналогом и прототипом заявляемого устройства следует считать патент России [6].The closest analogue and prototype of the claimed device should be considered a patent of Russia [6].
Задачей изобретения полезной модели ветро-гироскопический энергетический модуль является применение двух преобразователей энергии: ветрового потока - ветроколеса и блок гироскопического инерционного маховика, преобразующего энергию прецессии его вращения, обусловленной действием на него гравитационного поля Земли, создающего гироскопические моменты на поворотных штангах с вращающимися на их концах роторами-турбинами, под действием воздушных потоков, создаваемых центробежным компрессором, и пусковыми механическими моментами под действием электродвигателей, размещенных на концах поворотных штанг, электропитание которых осуществляется от электрической энергии, накапливаемой на блоке аккумуляторных батарей и поступающих на них через блок коммутации и управления. Пуск электродвигателей, для создания пусковых механических моментов роторов-турбин осуществляется блоком коммутации и управления по командам формируемым по сигналу тахометра, действие которого определяет моменты пуска электродвигателей в начальный момент, а также при условии снижении числа оборотов блока гироскопического инерционного маховика при возникающих переходных нагрузках.The objective of the invention of a useful model is the wind-gyroscopic energy module is the use of two energy converters: a wind flow - a wind wheel and a gyroscopic inertial flywheel unit that converts the energy of its precession of rotation, due to the action of the Earth’s gravitational field, which creates gyroscopic moments on the rotary rods with rotating at their ends turbine rotors, under the action of air flows created by a centrifugal compressor, and starting mechanical moments under Procedure motors placed at the ends of the pivot rods, which the power supply from the electrical energy stored in batteries unit and entering them via the switching unit and the control. The start of electric motors, to create starting mechanical moments of rotors-turbines, is carried out by the switching and control unit according to the commands generated by the tachometer signal, the action of which determines the start times of the electric motors at the initial moment, and also subject to a decrease in the number of revolutions of the gyroscopic inertial flywheel unit under the occurring transient loads.
Технический результат, заключается в повышение КПД, увеличение суммарной электрической мощности устройства, и повышении стабильности получения электрической энергии независимо от изменения скорости ветрового потока.The technical result consists in increasing the efficiency, increasing the total electrical power of the device, and increasing the stability of receiving electric energy regardless of changes in the speed of the wind flow.
Технический результат достигается за счет объединения энергии воздушного потока, получаемой ветроколесом и дополнительной механической энергии, создаваемой блоком гироскопического инерционного маховика, за счет преобразования энергии прецессии его вращения, обусловленной действием на него гравитационного поля Земли, создающего гироскопические моменты на поворотных штангах с вращающимися на их концах роторами-турбинами, и упрощении механизма привода инерционного маховика.The technical result is achieved by combining the energy of the air flow received by the wind wheel and the additional mechanical energy generated by the gyroscopic inertial flywheel unit, by converting the energy of the precession of its rotation due to the action of the Earth’s gravitational field, which creates gyroscopic moments on the rotary rods with rotating at their ends turbine rotors, and simplification of the inertial flywheel drive mechanism.
Реализация полезной модели.Implementation of a utility model.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что ветро-гироскопический энергетический модуль содержит ветроколесо, на валу которого размещен генератор, электрический выход которого подсоединен, к первому входу блока аккумуляторных батарей, выход которого соединен к инвертором, выход инвертора соединен с контроллером, а выход контроллера соединен с блоком коммутации и управления,The claimed technical result is achieved due to the fact that the wind gyro energy module contains a wind wheel, on the shaft of which there is a generator, the electrical output of which is connected to the first input of the battery pack, the output of which is connected to the inverter, the output of the inverter is connected to the controller, and the controller output connected to the switching and control unit,
отличающийся тем,characterized in
что к второму входу блока аккумуляторных батарей подключен электрический выход генератора блока гироскопического инерционного маховика, который через вал соединен с мультипликатором, который непосредственно соединен с валом инерционного маховика, на котором размещен соленоид, якорь соленоида и арретирующий механизм, и муфта для поворотных штанг, обеспечивающих передачу гироскопических моментов от поворотных штанг, один конец которых присоединен через оси вращения к муфте, на другом конце поворотных штанг, размещены пусковые электродвигатели, которые через обгонные муфты передают пусковые механические вращательные моменты роторам-турбинам, на которые через сопла поступает воздушный поток по воздуховодам от центробежного компрессора, для поддержания скорости их вращения, электрическое питание компрессора и пусковых электродвигателей, осуществляется через блок коммутации и управления от пусковых кнопок от накапливаемой энергии на блоке аккумуляторных батарей.that to the second input of the battery pack is connected the electrical output of the generator of the gyroscopic inertial flywheel block, which is connected via a shaft to a multiplier, which is directly connected to the shaft of the inertial flywheel, on which the solenoid, solenoid armature and locking mechanism are mounted, and a coupling for slewing rods providing transmission gyroscopic moments from the rotary rods, one end of which is connected through the axis of rotation to the coupling, on the other end of the rotary rods are placed starting electro motors that transmit starting mechanical rotational torques to the rotor turbines through overrunning clutches, to which air flows through the nozzles from the centrifugal compressor through nozzles, to maintain their rotation speed, the compressor and starting electric motors are electrically powered through the switching and control unit from the start buttons from the accumulated energy on the battery pack.
При подаче электрической энергии с блока коммутации и управления на соленоид, якорь соленоида втягивается и освобождает штанги от фиксирующего действия арретирующего механизма. Под действием силы тяготения Земли, действующей на поворотные штанги, с размещенными на их концах вращающимися роторами-турбинами, возникает гироскопический момент, действие которого направлено по оси вала блока гироскопического инерционного маховика.When electric energy is supplied from the switching and control unit to the solenoid, the solenoid armature retracts and releases the rods from the locking action of the locking mechanism. Under the influence of the Earth's gravitational force acting on the rotary rods, with rotating rotors-turbines placed at their ends, a gyroscopic moment arises, the action of which is directed along the axis of the shaft of the gyroscopic inertial flywheel block.
Энергия вращения блока гироскопического инерционного маховика преобразуется генератором в электрическую энергию, поступающую на второй вход блока аккумуляторных батарей. Подключение внешней нагрузки к ветро-гироскопическому энергетическому модулю выполняется через кнопку подключения внешней нагрузки на блоке коммутации и управления.The rotation energy of the gyroscopic inertial flywheel block is converted by the generator into electrical energy supplied to the second input of the battery pack. The external load is connected to the wind-gyroscopic energy module through the external load connection button on the switching and control unit.
Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.
На Фиг. 1 показана конструктивная схема ветро-гироскопического энергетического модуля, где 1 - Ветроколесо, 2 - Генератор ветроколеса, 3 - Цепь генератора ветроколеса, 4 - Блок аккумуляторных батарей, 5 - Инвертор, 6 - Контроллер, 7 - Цепь контроллера. 8 - Блок коммутации и управления, 9 - Цепь питания электродвигателей блока гироскопического инерционного маховика, 10 - Цепь питания центробежного компрессора, 11 - Цепь питания соленоида, 12 - Цепь тахометра, 13 - Кнопка подключения внешней нагрузки, 14 - Кнопка цепи центробежного насоса, 15 - Кнопка включения соленоида, 16 - Первое контактное кольцо, 17 - Цепь подключения второго контактного кольца, 18 - Центробежный компрессор, 19 - Воздуховод, 20 - Вал, 21 - Второе контактное кольцо, 22 - Цепь питания электродвигателя, 23 - Электродвигатель, 24 - Штанга поворотная, 25 - Муфта, 26 - Ось, 27 - Арретирующий механизм, 28 - Сердечник, 29 - Соленоид, 30 - Мультипликатор, 31 - Вал генератора, 32 - Генератор, 33 - Цепь генератора, 34 - Тахометр, 35 - Сопло, 36 - Ротор-турбина, 37 - Обгонная муфта, 38 - Вал ротора-турбины, 39 - Цепь нагрузки, 40 - Блок гироскопического инерционного маховика, Мр - момент действия силы веса ротора-турбины относительно оси - 26, Мд - момент действия силы веса электродвигателя относительно оси - 26, Мш - момент действия силы веса штанги относительно оси - 26, Lр - плечо момента - Мр, Lд - плечо момента - Мд, Lш = 0,5 × Lд - плечо момента - Мш, ω - угловая скорость вращения ротора-турбины, Ω - угловая скорость прецессии блока гироскопического инерционного маховика,In FIG. 1 shows a structural diagram of a wind-gyroscopic energy module, where 1 - Wind wheel, 2 - Wind wheel generator, 3 - Wind wheel generator circuit, 4 - Battery pack, 5 - Inverter, 6 - Controller, 7 - Controller circuit. 8 - Switching and control unit, 9 - Power supply circuit of electric motors of a gyroscopic inertial flywheel unit, 10 - Power supply circuit of a centrifugal compressor, 11 - Power supply circuit of a solenoid, 12 - Tachometer circuit, 13 - Button for connecting an external load, 14 - Button for a centrifugal pump circuit, 15 - Solenoid power button, 16 - First contact ring, 17 - Second contact ring connection circuit, 18 - Centrifugal compressor, 19 - Air duct, 20 - Shaft, 21 - Second contact ring, 22 - Electric motor supply circuit, 23 - Electric motor, 24 - Swivel Rod 25 - Clutch, 26 - Axis, 27 - Locking mechanism, 28 - Core, 29 - Solenoid, 30 - Multiplier, 31 - Generator shaft, 32 - Generator, 33 - Generator chain, 34 - Tachometer, 35 - Nozzle, 36 - Rotor -turbine, 37 - One way clutch, 38 - Rotor-turbine shaft, 39 - Load chain, 40 - Gyroscopic inertial flywheel block, Мр - moment of action of rotor-turbine weight force relative to axis - 26, Мд - moment of action of electric motor weight force about axis - 26, Msh - the moment of action of the force of the weight of the rod relative to the axis - 26, Lр - the shoulder of the moment - Mr, Ld - the shoulder of the moment - MD, Lsh = 0.5 × Ld - the shoulder moment a - Msh, ω is the angular velocity of rotation of the rotor-turbine, Ω is the angular velocity of the precession of the gyroscopic inertial flywheel block,
Осуществление полезной модели.Implementation of a utility model.
Ветро-гироскопический энергетический модуль может быть реализован следующим образом. Посредством объединения ветроколеса, преобразующего энергию ветрового потока в электрическую энергию и генератора вырабатывающую электрическую энергию, при этом электрическая энергия накапливается на блоке аккумуляторных батарей, выход которого подсоединен к инвертору, а выход инвертора подсоединен к контроллеру, выход которого подключен к блоку коммутации и управления. При этом электрическая энергия, через кнопки управления блока коммутации и управления, поступает на центробежный компрессор, подающий через воздуховоды и сопла воздушные, потоки на роторы-турбины, а также электрическая энергия поступает на пусковые электродвигатели роторов-турбин, обеспечивающие ускоренный запуск вращения роторов-турбин в начальный момент, а также на соленоид, якорь которого втягивается в него, и, приводит арретирующий механизм в состояние освобождающее поворотные штанги. На освобожденные арретирующим механизмом поворотные штанги, с вращающимися роторами-турбинами на концах, под действием гравитационной силы Земли, действуют гироскопические моменты, приводящие во вращение муфту. К которой вторыми концами через оси вращения подсоединены поворотные штанги. Муфта, с поворотными штангами и вращающимися роторами-турбинами на концах, образует инерционный маховик, который прецессирует под действием гироскопических моментов, и передает крутящий момент на вал, который соединен с мультипликатором, а выходной вал, которого соединен с генератором блока гироскопического инерционного маховика.Wind gyro energy module can be implemented as follows. By combining a wind wheel that converts wind flow energy into electrical energy and a generator that generates electrical energy, the electrical energy is accumulated on the battery pack, the output of which is connected to the inverter, and the output of the inverter is connected to the controller, the output of which is connected to the switching and control unit. In this case, electric energy, through the control buttons of the switching and control unit, is supplied to a centrifugal compressor, which supplies air through air ducts and nozzles to the rotors-turbines, as well as electric energy is supplied to the starting motors of the rotors-turbines, providing accelerated start of rotation of the rotors-turbines at the initial moment, as well as on the solenoid, the anchor of which is pulled into it, and puts the arresting mechanism in a state that releases the rotary rods. Gyroscopic moments acting on the rotation of the clutch act on the rotary rods released by the locking mechanism with rotating rotor-turbines at the ends, under the influence of the gravitational force of the Earth. To which the rotary rods are connected via the second ends through rotation axes. The coupling, with rotary rods and rotating rotor-turbines at the ends, forms an inertial flywheel, which precesses under the action of gyroscopic moments, and transmits torque to the shaft, which is connected to the multiplier, and the output shaft, which is connected to the generator of the gyroscopic inertial flywheel block.
Электрическая энергия, вырабатываемая генератором, поступает на второй вход блока аккумуляторных батарей. Пуск электродвигателей в начальный момент, а также последующие пуски электродвигателей, при условии снижении числа оборотов блока гироскопического инерционного маховика, при возникающих переходных нагрузках, задается значениями тахометра, размещенного на валу генератора. Увеличение скорости вращения роторов-турбин за счет действия крутящих моментов пусковых электродвигателей приводит к увеличению гироскопического момента на поворотных штангах, то есть к увеличению мощности устройства в целом.The electric energy generated by the generator is supplied to the second input of the battery pack. The start of electric motors at the initial moment, as well as subsequent starts of electric motors, subject to a decrease in the number of revolutions of the gyroscopic inertial flywheel unit, when transient loads occur, is set by the values of the tachometer located on the generator shaft. An increase in the rotation speed of rotor-turbines due to the action of the torques of the starting electric motors leads to an increase in the gyroscopic moment at the rotary rods, that is, to an increase in the power of the device as a whole.
Блок коммутации и управления содержит простейшую логику - конечного автомата, анализирующего положение кнопок, значения параметров тахометра и соответственно определят моменты пуска и останова электродвигателей.The switching and control unit contains the simplest logic - a state machine that analyzes the position of the buttons, the values of the tachometer parameters and, accordingly, determine the start and stop times of the electric motors.
Работа устройства.The operation of the device.
Ветро-гироскопический энергетический модуль работает следующим образом.Wind gyroscopic energy module works as follows.
Режим запуска.Launch mode.
Набегающий поток воздуха раскручивает ветроколесо - 1, на генераторе - 2 вырабатывается электрическая энергия, которая поступает по цепи - 3 на первый вход блока аккумуляторных батарей - 4, где и происходит накопление электрической энергии устройства, и далее через инвертор - 5 и контроллер - 6 по цепи - 7 поступает на блок коммутации и управления - 8.The incoming air stream spins the wind wheel - 1, the generator - 2 generates electric energy, which is supplied through the circuit - 3 to the first input of the battery pack - 4, where the electric energy of the device is accumulated, and then through the inverter - 5 and the controller - 6 circuit - 7 goes to the switching and control unit - 8.
Запуск электродвигателя - 23 для начальной раскрутки ротора-турбины - 36 осуществляется за счет ранее накопленной электрической энергии на блоке аккумуляторных батарей, путем нажатия кнопки 14, при этом электрическая энергия по цепи - 9 через первое контактное кольцо - 16, далее по цепи - 17 и второе контактное кольцо - 21 по цепи - 22 поступает от блока коммутации и управления - 8 на электродвигатель - 23.The start of the electric motor - 23 for the initial spin-up of the rotor-turbine - 36 is carried out due to the previously accumulated electric energy on the battery pack by pressing button 14, while the electric energy through the circuit - 9 through the first contact ring - 16, then through the chain - 17 and the second contact ring - 21 through the circuit - 22 comes from the switching and control unit - 8 to the electric motor - 23.
Запуск центробежного компрессора - 18 осуществляется за счет ранее накопленной электрической энергии на блоке аккумуляторных батарей, путем нажатия кнопки - 14, при этом по цепи - 10 поступает электрическая энергия от блока коммутации и управления - 8 на центробежный компрессор - 18, нагнетаемый воздух центробежным насосом - 18 по воздуховоду 19 через сопло - 35 поддерживает вращение ротора-турбины - 36 с угловой скоростью - ω.The start of the centrifugal compressor - 18 is carried out due to the previously accumulated electric energy on the battery pack, by pressing the button - 14, while the circuit - 10 receives electric energy from the switching and control unit - 8 to the centrifugal compressor - 18, the air pumped by a centrifugal pump - 18 through the duct 19 through the nozzle - 35 supports the rotation of the rotor-turbine - 36 with an angular velocity - ω.
Отключение арретирующего механизма - 27 выполняется путем нажатия кнопки - 15 на блоке коммутации и управления - 8, при этом по цепи - 11 электрическая энергия, ранее накопленная на блоке аккумуляторных батарей поступает на соленоид - 29, который втягивает якорь - 28 и освобождает поворотную штангу - 24.The locking mechanism - 27 is switched off by pressing the button - 15 on the switching and control unit - 8, while the circuit - 11 receives electric energy previously accumulated on the battery block to the solenoid - 29, which draws in the armature - 28 and releases the pivot rod - 24.
Режим работы блока гироскопического инерционного маховика - 40.The operating mode of the gyroscopic inertial flywheel block is 40.
Динамические характеристики гироскопического инерционного маховика определяется известной формулой Н.Е. Жуковского [7]
Момент сил М, вызывающий угловую прецессию, определяется действием гравитационного поля Земли на поворотную штангу - 24 с массами, где масса mp - вращающегося ротора-турбины - 36 с установившейся угловой скоростью вращения - ω, масса - mд пускового двигателя - 23 без вращения, и масса - mш поворотной штанги, которые и определяют М через сумму моментовThe moment of forces M, causing angular precession, is determined by the action of the Earth's gravitational field on the rotary rod - 24 with masses, where the mass mp - of the rotating rotor-turbine - 36 with a steady angular rotation speed - ω, the mass - md of the starting engine - 23 without rotation, and mass - mш of the rotary rod, which determine M through the sum of the moments
илиor
которые после подстановки своих значений определяют соотношениеwhich, after substituting their values, determine the ratio
Угловая скорость прецессии Ω определяется соотношениемThe angular velocity of the precession Ω is determined by the relation
где r - радиус инерции ротора-турбины.where r is the radius of inertia of the rotor-turbine.
Из соотношения (5) в соответствии с [7,8] следует вывод, а именно: угловая скорость прецессии Ω зависит от геометрии точек распределения масс, размещенных на поворотной штанге - 24.From relation (5) in accordance with [7.8], the conclusion follows, namely: the angular precession velocity Ω depends on the geometry of the mass distribution points located on the slewing rod — 24.
То есть, угловая скорость вращения для нескольких одинаково конструктивно изготовленных поворотных штанг - 24 с одинаковым размещением масс роторов-турбин - 36, пусковых двигателей - 23 обеспечивает одну и ту же угловую скорость прецессии вращения, что и единичная штанга - 24 с аналогичной геометрией точек размещения масс.That is, the angular rotation speed for several equally constructed slewing rods - 24 with the same mass distribution of rotor-turbines - 36, starting engines - 23 provides the same angular velocity of the precession of rotation as a single rod - 24 with the same geometry of the points of placement mass
Суммарный гироскопический момент Мсум, при этом определяется соотношениемThe total gyroscopic moment Msum, while determined by the ratio
где b число поворотных штанг - 24.where b the number of slewing rods is 24.
Мощность на валу блока инерционного гироскопического маховика - 40 определяется по известной формуле приведения мощности с учетом коэффициента равным - 9550.The power on the shaft of the inertial gyroscopic flywheel block - 40 is determined by the well-known power reduction formula with the coefficient equal to - 9550.
где Кр - коэффициент полезного действия мультиплексора - 30,where Kr is the efficiency of the multiplexer is 30,
Мсум = М×b суммарный гироскопический момент на валу - 20Msum = M × b total gyroscopic moment on the shaft - 20
от действия b поворотных штанг - 24,from action b of the slewing rods - 24,
а значение f=(60×Ω)/2π - определяет число оборотов вала - 20 за 1 (одну) минуту (60 секунд).and the value f = (60 × Ω) / 2π determines the number of shaft revolutions - 20 in 1 (one) minute (60 seconds).
Таким образом, общая мощность ветро-гироскопического энергетического модуля определяется суммой мощностей электрической энергии двух преобразователей: от ветроколеса, преобразующего энергию ветрового потока и гироскопического инерционного маховика, преобразующего энергию прецессии своего вращения, обусловленного действием на него гироскопических моментов поворотных штанг - 24 с вращающимися на концах роторами-турбинами - 36, под действием гравитационного поля Земли, что и определено задачей изобретения.Thus, the total power of the wind-gyroscopic energy module is determined by the sum of the electric energy capacities of two converters: from the wind wheel, which converts the energy of the wind flow and the gyroscopic inertial flywheel, which converts the precession energy of its rotation, due to the action of the gyroscopic moments of the rotary rods - 24 with rotating at the ends rotor turbines - 36, under the influence of the gravitational field of the Earth, which is determined by the objective of the invention.
Литература.Literature.
1. ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, патент RU 2287718, МПК F03D 9/02, опубликовано: 20.11.2006.1. WIND POWER INSTALLATION, patent RU 2287718, IPC F03D 9/02, published: November 20, 2006.
2. РЕЗЕРВУАРНЫЙ ВЕТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, патент RU №11206, МПК F03D 5/00 (206/01), F03B 17/06 (2005/01), опубликовано: 10.12.20112. RESERVOIR WINDHYDRAULIC CONVERTER, patent RU No. 11206, IPC F03D 5/00 (206/01), F03B 17/06 (2005/01), published: 12/10/2011
3. Авторское свидетельство СССР №55996, F03D 1/00 с приоритетом 16 сентября 1937 г.3. USSR author's certificate No. 55996, F03D 1/00 with priority September 16, 1937
4. СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПУСКА И ПОВЫШЕНИЯ МОЩНОСТИ ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ, патент RU 2179655, опубликовано 20.02.2002.4. METHOD AND DEVICE FOR STARTING AND INCREASING POWER OF WIND POWER PLANTS, patent RU 2179655, published on 02.20.2002.
5. Статья «К вопросу о режиме самофункционирования преобразователя даровой инерционной энергии окружающей среды», автор С.К. Баранов, УДК 621.43.018., Альтернативная Энергетика и Экология (АЭЭ) №3 (35) 2006 г., стр. 21-27, формула [3].5. Article “On the issue of the self-functioning mode of the converter of free inertial energy of the environment”, author S.K. Baranov, UDC 621.43.018., Alternative Energy and Ecology (AEE) No. 3 (35) 2006, pp. 21-27, formula [3].
6. ВЕТРОРЕАКТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, патент RU №129569, МПК: F03D, опубликовано 27 июня, 2013.6. WIND REACTIVE CONVERTER, patent RU No. 129569, IPC: F03D, published June 27, 2013.
7. Жуковский Н.Е., Теоретическая механика. Гос. Издательство технико-теоретической литературы: М; 812 стр.; 1952 г.7. Zhukovsky N.E., Theoretical mechanics. Gos. Publishing house of technical and theoretical literature: M; 812 pp .; 1952
8. К. Магнус, Гироскоп. Теория и применение. Издательство: М. МИР; 526 стр.; 1974 г.8. K. Magnus, Gyroscope. Theory and application. Publisher: M. MIR; 526 p .; 1974
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014118850/06U RU148539U1 (en) | 2014-05-12 | 2014-05-12 | WIND-GYROSCOPIC POWER MODULE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014118850/06U RU148539U1 (en) | 2014-05-12 | 2014-05-12 | WIND-GYROSCOPIC POWER MODULE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU148539U1 true RU148539U1 (en) | 2014-12-10 |
Family
ID=53291096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014118850/06U RU148539U1 (en) | 2014-05-12 | 2014-05-12 | WIND-GYROSCOPIC POWER MODULE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU148539U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023166456A1 (en) * | 2022-03-03 | 2023-09-07 | Ара АМИРЯН | Wind turbine |
-
2014
- 2014-05-12 RU RU2014118850/06U patent/RU148539U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023166456A1 (en) * | 2022-03-03 | 2023-09-07 | Ара АМИРЯН | Wind turbine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sun et al. | Feasibility study of a hybrid wind turbine system–Integration with compressed air energy storage | |
| EP3318495A1 (en) | System and method for temporary augmenting power from a primary power plant | |
| TW200301801A (en) | Fluid power generator system | |
| US11655798B2 (en) | Multistage vertical axis wind turbine | |
| JP2017075597A (en) | Storage container storing type flywheel integral formation vertical shaft wind turbine power generator | |
| JP2515750B2 (en) | Wind power generator control method | |
| RU148539U1 (en) | WIND-GYROSCOPIC POWER MODULE | |
| JP2012092651A (en) | Wind power generation apparatus | |
| WO2012032547A2 (en) | Mechanism for blade pitch control for wind turbine | |
| CN116292084A (en) | Method for operating a wind turbine and charging an auxiliary power source | |
| Goela et al. | Performance characteristics of a kite-powered pump | |
| CN109372689B (en) | Pendulum-based airfoil wind turbine | |
| KR20140083832A (en) | Wind Turbine Generator with Variable Pitch Blade | |
| RU129569U1 (en) | WIND REACTIVE CONVERTER | |
| KR101242766B1 (en) | wind-driven generator with Apparatus of reducing rotor load and method of reducing rotor load for wind-driven generator with Apparatus of reducing rotor load | |
| RU2697075C1 (en) | Method of converting wind kinetic energy to a flying wind-driven power plant | |
| CN206000682U (en) | A kind of vapour-pressure type wind power plant | |
| CN209025792U (en) | Airfoil wind turbine based on pendulum | |
| JP3214072U (en) | Return power generation system | |
| RU2765324C1 (en) | Wind engine | |
| CN207761881U (en) | A kind of adjustable wind-driven generator | |
| RU2297549C2 (en) | Method and device for maximal extraction of kinetic energy from turbulizing air flow and its conversion into electrical energy | |
| RU159490U1 (en) | WIND UNIT | |
| RU2777427C2 (en) | Multirotor wind engine | |
| RU157235U1 (en) | WIND HYDRAULIC POWER MODULE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20150513 |