EA 009907B1 20080428

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000009907b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

1. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения, содержащий центральный вращающийся ствол, на котором закреплены, по существу, вертикальные лопасти, отличающийся тем, что упомянутые лопасти выполнены с возможностью вращения и перемещения в радиальном направлении по отношению к центральному стволу, при этом движение каждой лопасти регулируется и управляется автономно в зависимости от условий, в которых она работает в каждый момент, для оптимизации производительности ветряного двигателя.

2. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из концов каждого вала вращения лопастей выполнен с возможностью перемещения скольжением в радиальном направлении по отношению к центральному стволу.

3. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.2, отличающийся тем, что нижний конец каждого вала вращения лопастей выполнен подвижным в радиальном направлении.

4. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.3, отличающийся тем, что оба конца каждого вала вращения лопастей выполнены подвижными в радиальном направлении независимо друг от друга.

5. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.3 или 4, отличающийся тем, что концы валов вращения лопастей соединены со стойками, выполненными радиально, начиная от вращающегося центрального ствола.

6. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.5, отличающийся тем, что стойки оборудованы кулисами, выполненными вдоль их оси.

7. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что лопасти выполнены жесткими.

8. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.7, отличающийся тем, что поперечное сечение лопастей имеет удлиненную S-образную форму.

9. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.7 или 8, отличающийся тем, что лопасти состоят из нескольких соединяемых частей.

10. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что лопасти выполняют из мягкого материала, например, используемого для изготовления парусов.

11. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.10, отличающийся тем, что лопасти выполнены с возможностью сворачивания внутри или вокруг нижней опоры и развертывания при помощи тросов, взаимодействующих с верхней опорой.

12. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, верхняя опора оборудована амортизирующим устройством.

13. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.7-12, отличающийся тем, что продольное сечение лопастей вписывается в трапецию.

14. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что положением валов вращения лопастей относительно центрального ствола и угловым положением лопастей управляет по меньшей мере один компьютер, с которым соединены датчики метеорологических параметров окружающей среды ветряного двигателя, при этом упомянутые компьютеры управляют приводными средствами лопастей.

15. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.14, отличающийся тем, что компьютер может ускорять или замедлять вращение каждой лопасти для оптимизации ее положения в зависимости от условий ветра, чтобы повысить производительность.

16. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.14 или 15, отличающийся тем, что в качестве параметров, вводимых в компьютер, используют скорость и направление ветра, измеряемые флюгером и анемометром; положение лопастей; скорость и потребление энергии ветряного двигателя; потребление энергии лопастями; атмосферную температуру, а также температуру компонентов ветряного двигателя.

17. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.14-16, отличающийся тем, что параметры в компьютер или компьютеры двигателя поступают от внешнего компьютера.

18. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.14-17, отличающийся тем, что приводные средства лопастей являются электрическими двигателями.

19. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.14-18, отличающийся тем, что упомянутые датчики метеорологических параметров установлены над лопастями.

20. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-19, отличающийся тем, что устройства преобразования энергии и, в частности электрический генератор, установлены на уровне основания ветряного двигателя под вращающимся центральным стволом.

21. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что вращающийся ствол охватывает неподвижный ствол.

22. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.21, отличающийся тем, что над неподвижным стволом установлена верхняя кабина и он оборудован средствами доступа в упомянутую кабину.

23. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.22, отличающийся тем, что средствами доступа в верхнюю кабину являются лестница и/или лифт.

24. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.21-23, отличающийся тем, что неподвижный ствол выполнен из телескопических элементов.

25. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-24, отличающийся тем, что вращающийся центральный ствол выполнен из легких или ажурных элементов.

26. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-25, отличающийся тем, что его закрепляют на земле при помощи растяжек.

27. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-26, отличающийся тем, что в основании вращающегося центрального ствола находится техническое помещение.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:
Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения, содержащий центральный вращающийся ствол, на котором закреплены, по существу, вертикальные лопасти, отличающийся тем, что упомянутые лопасти выполнены с возможностью вращения и перемещения в радиальном направлении по отношению к центральному стволу, при этом движение каждой лопасти регулируется и управляется автономно в зависимости от условий, в которых она работает в каждый момент, для оптимизации производительности ветряного двигателя.

009907
Настоящее изобретение касается ветряного двигателя с вертикальной осью вращения, конструкция которого была усовершенствована таким образом, чтобы он мог работать практически в любых климатических условиях, и который, кроме того, отличается повышенной производительностью, что позволяет существенно снизить себестоимость электроэнергии. Путь, по которому пошли конструкторы, позволяет также получить исключительно надежную конструкцию, обеспечивающую простоту изготовления и обслуживания такого типа системы.
В соответствии с изобретением ветряной двигатель содержит центральный вращающийся ствол, на котором закреплены лопасти, и отличается тем, что упомянутые лопасти могут вращаться и перемещаться в радиальном направлении по отношению к центральному стволу, при этом движение каждой лопасти регулируется и управляется автономно в зависимости от условий, в которых она работает в каждый момент, чтобы оптимизировать общую производительность ветряного двигателя. Этот отличительный признак, лежащий в основе настоящего изобретения, позволяет ветряному двигателю работать в большинстве метеорологических условий.
В некоторых публикациях, например в патентах US-6370915 и DE-19544400, уже упоминались ветряные двигатели, в которых угловое положение лопастей регулируется компьютером. Однако согласно этим двум документам угловое положение каждой лопасти заранее заложено в программу в соответствии с ограниченным числом моделей, учитывающих силу ветра, поэтому управление лопастями в каждый момент не является полностью автономным.
Для регулирования лопастей конструкция согласно изобретению предусматривает несколько степеней свободы, которые позволяют оптимально позиционировать лопасти, в частности, относительно ветра, причем независимо друг от друга, что обеспечивает постоянную высокую производительность и, в случае необходимости, позволяет практически складывать лопасти, когда ветер достигает очень высокой скорости, например, в случае урагана. В этом случае положение лопастей уже не обеспечивает динамической парусности, и ветряной двигатель останавливается из соображений безопасности.
В частности, по меньшей мере один из концов каждого вала вращения лопастей выполнен с возможностью перемещения со скольжением в радиальном направлении по отношению к центральному стволу. В случае, когда подвижным в радиальном направлении является только один из концов каждого вала, предпочтительно таким концом является его нижний конец.
Однако можно предусмотреть, чтобы оба конца каждого вала вращения лопастей были подвижными в радиальном направлении независимо друг от друга. Выбор той или иной возможности радиального перемещения зависит от варианта применения, от региона использования ветряного двигателя и т. д.
С практической точки зрения эта возможность радиального движения обеспечивается соединением концов валов вращения лопастей со стойками, выполненными в радиальном направлении, начиная от центрального вращающегося ствола. В частности, эти стойки оборудованы кулисами, раздвигающимися вдоль своей оси.
В отличие от известных ветряных двигателей лопасти в соответствии с настоящим изобретением во всех случаях имеют две точки крепления, что позволяет их конструкции иметь намного большую площадь и, следовательно, получать значительно более высокую мощность, в частности, при благоприятных условиях действия ветра.
В первом варианте выполнения настоящего изобретения лопасти являются жесткими. Это значит, что их классически выполняют из материалов, позволяющих получить поверхности, не деформируемые ветром.
Согласно возможной конфигурации поперечное сечение лопастей имеет удлиненную S-образную форму.
Получаемая в результате волнообразная наружная поверхность предназначена еще больше оптимизировать действие ветра на каждую лопасть, что обеспечивает лучшее управление воздушными потоками и их завихрениями вблизи поверхностей. Направление упомянутых воздушных потоков к наружной периферии каждой лопасти улучшается за счет такой формы, в результате чего завихрения уменьшаются, и улучшается использование силы ветра. Кроме того, такая S-образная форма позволяет повысить аэродинамические характеристики движущихся лопастей.
Согласно дополнительной возможности лопасти можно выполнять из нескольких соединяемых частей. Благодаря этому облегчается транспортировка и сборка на месте лопастей, которые могут иметь очень большие размеры.
Согласно другому возможному варианту изобретения лопасти можно выполнять из мягкого материала, например, используемого для изготовления парусов.
Кроме очевидного экономического преимущества этого варианта, при котором себестоимость такого типа лопасти гораздо ниже, чем жестких лопастей, такие лопасти можно использовать в областях, где они могут выполнять двойную функцию: например, в случае использования на судне или паруснике при удержании лопастей в неподвижном положении они могут выполнять ту же роль, что и паруса на паруснике.
В этом случае ветряной двигатель с мягкими лопастями, установленный на судне, может работать в качестве генератора для питания энергией двигателя судна, когда движение под парусом не представля
- 1 -
009907
ется возможным, или в качестве классического паруса, когда использование двигателя не является обязательным.
В этой конфигурации лопасти можно сворачивать внутри или вокруг нижней опоры и разворачивать при помощи тросов, взаимодействующих с верхней опорой. Иначе говоря, каждую лопасть можно убирать путем сворачивания.
Чтобы избежать вибраций, в частности, когда парус полощется, по меньшей мере, верхнюю опору оборудуют амортизирующим устройством.
Как в варианте с жестким лопастями, так и в варианте с мягкими лопастями продольное сечение лопастей может быть вписано в трапецию. В случае парусов, в частности, но не исключительно, основание паруса имеет длину, превышающую длину его верхнего края.
Лопасти, даже с большой поверхностью, должны в любой момент обеспечивать возможность правильного и быстрого регулирования направления относительно ветра, чтобы оптимизировать производительность системы, и даже быть сложенными, когда наступает штормовая обстановка. Кроме того, эту операцию необходимо осуществлять как можно быстрее, для чего необходимо постоянно измерять метеорологические параметры и незамедлительно принимать необходимые меры для изменения положения лопастей. Поэтому радиальное положение валов вращения лопастей, а также их угловое положение предпочтительно управляются по меньшей мере одним компьютером, с которым связаны датчики метеорологических параметров окружающей среды вокруг ветряного двигателя, при этом упомянутые компьютеры управляют приводными средствами лопастей. Этот отличительный признак, хотя и не является строго обязательным, вместе с тем в некоторых вариантах применения является основополагающим.
Компьютер, который рассчитывает, в частности, движение вращения каждой лопасти, может его ускорять или замедлять для оптимизации ее положения в зависимости от параметров ветра с целью повышения общей производительности ветряного двигателя.
Таким образом, каждая лопасть в любой момент будет иметь идеальное положение относительно ветра.
Параметры, учитываемые компьютером или компьютерами, являются следующими: скорость и направление ветра, измеряемые флюгером и анемометром; положение лопастей;
скорость и потребление энергии ветряного двигателя; потребление энергии лопастями;
атмосферная температура, а также температура компонентов ветряного двигателя.
Эти различные параметры зависят, в частности, от числа и конструкции установленных датчиков, от приводов, исполняющих программу компьютера, а также от прикладной программы, управляющей всем комплексом. В этой связи необходимо отметить, что параметры могут вводиться в компьютер или компьютеры внешним компьютером, в частности, для изменения некоторых данных и даже для полного изменения или обновления прикладной программы управления.
Что касается приводов, то предпочтительно в качестве вышеупомянутых приводных средств использовать электрические двигатели.
В целом движение каждой лопасти регулируется компьютером при помощи одной или нескольких прикладных программ, разработанных с возможностью приведения физических элементов системы, в частности, конструкции и размеров лопастей и в целом ветряного двигателя в соответствии с измеренными метеорологическими параметрами. В этом случае положение лопастей постоянно корректируется в зависимости от метеорологических и климатических условий, кроме того, система реагирует почти мгновенно на полученные значения измерений.
Когда скорость ветра, например, внезапно возрастает, система перемещает лопасти, приближая их к вращающемуся стволу и направляя их таким образом, чтобы не вся их поверхность подвергалась воздействию усилий ветра. И наоборот, когда ветер ослабевает, лопасти перемещаются, подставляя ветру поверхность большей площади, что обеспечивает производство энергии в оптимальных условиях.
Управление одновременно угловым и радиальным положением лопастей по отношению к центральному стволу независимо друг от друга и в каждый момент в зависимости от определенных климатических параметров позволяет достичь максимальной производительности системы и, следовательно, производства максимального количества энергии в каждый момент.
Согласно варианту датчики устанавливают над лопастями, т.е. в зоне, где измерения, в частности, скорости и силы ветра являются наиболее существенными.
Эти датчики и все измерительные приборы в целом в этом случае не подвергаются никаким помехам во время прохождения лопастей.
Кроме того, конструкцию ветряного двигателя в соответствии с настоящим изобретением выполняют таким образом, чтобы устройства преобразования энергии и, в частности, электрический генератор, находились на уровне основания ветряного двигателя под центральным вращающимся стволом.
Эта конфигурация является особенно предпочтительной, в частности, по сравнению с существующими в настоящее время конструкциями, так как она обеспечивает повышенную устойчивость ветряного двигателя и существенно уменьшает риски в случае аварии. За счет такой конструкции значительно об
- 2 -
009907
легчается также сооружение и обслуживание ветряного двигателя.
В современных ветряных двигателях электрический генератор и все связанное с ним оборудование, как правило, размещают в верхней части мачты недалеко от лопастей. Это относится, в частности, к ветряным двигателям с горизонтальными лопастями. Учитывая мощность и соответствующие размеры ветряных двигателей, используемых, в частности, в северных странах, несложно понять трудности, связанные одновременно с изготовлением и с обслуживанием, а также все риски по их использованию, связанные с такой конфигурацией. Транспортировка и установка, например, мощного генератора на высоте нескольких десятков метров от земли является сложной задачей.
Согласно изобретению вращающийся ствол ветряного двигателя охватывает неподвижный ствол, над которым предпочтительно устанавливают верхнюю кабину и который оборудуют средствами доступа к упомянутой кабине.
По сути дела эти средства доступа к кабине представляют собой лестницу и/или лифт.
Эту кабину можно, например, использовать для сигнализации или установки различных измерительных приборов. Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями ветряной двигатель в соответствии с настоящим изобретением содержит в своей верхней части гораздо более легкую конструкцию, так как она не содержит ни одного механического элемента, необходимого для производства и/или преобразования энергии. Вместе с тем верхняя кабина нужна, так как в ней размещают измерительные приборы, она позволяет осуществлять контроль за установкой сверху и т. д.
Предпочтительно, чтобы неподвижный ствол состоял из телескопических элементов. За счет этого транспортировку всего нижнего ствола ветряного двигателя можно осуществить в ходе одной операции. В случае ветряного двигателя большой мощности эта возможность приобретает особенное значение с учетом размера перемещаемых элементов. Тягач, применяемый для транспортировки, можно использовать для установки ствола на штатном месте в соответствии с применяемой в настоящее время технологией с применением грузовиков, оборудованных бункерами для доставки бетона или раствора на строительные площадки.
Другой грузовик может быть оборудован подвижной гидравлической системой, которую во время работы помещают в неподвижный ствол для его сооружения. После завершения возведения ствола гидравлическую систему опять погружают на грузовик, и она готова для использования на другой строительной площадке.
После возведения и окончательного закрепления сам центральный ствол может служить подъемным краном для монтажа наружного ствола и различных элементов. Этот принцип монтажа позволяет избежать использования крупногабаритных кранов, которые до сих пор применяют при монтаже ветряных двигателей в странах Северной Европы, что, само собой разумеется, обеспечивает существенную экономию.
Согласно дополнительному варианту вращающийся ствол состоит из легких или ажурных элементов, что позволяет уменьшить его вес, однако при этом необходимо сохранить его максимальное сопротивление кручению.
Ветряной двигатель в соответствии с настоящим изобретением может быть, кроме того, закреплен на земле при помощи растяжек, которые предпочтительно крепят на упомянутой кабине. Возможность применения растяжек обеспечивается специальной конструкцией ветряного двигателя в соответствии с настоящим изобретением и, в частности, его убирающихся лопастей с вертикальной осью вращения, тогда как это было до сих пор невозможно в классических ветряных двигателях, так как мешало вращению лопастей. Наличие таких растяжек позволяет предусмотреть установку ветряных двигателей в соответствии с настоящим изобретением в зонах, где их до сих пор невозможно было размещать из-за сложных климатических условий, которые делали проблематичной даже само возведение конструкции.
В числе преимуществ изобретения выше уже было указано размещение в нижней части ветряного двигателя комплекса технического оборудования для производства энергии, что также обеспечивает гораздо лучшую устойчивость. Этот фактор в сочетании с применением растяжек делает крепление конструкции очень эффективным.
Основание ветряного двигателя может быть также оборудовано в виде технического помещения, в котором находятся машинный зал и пост компьютерного контроля.
В целом ветряные двигатели в соответствии с настоящим изобретением предназначены для работы в любых местах и, в частности, в регионах с экстремальными метеорологическими условиями, там, где до сих пор их применение даже не предполагалось, при этом они отличаются высокой технической надежностью. Чтобы обеспечить такую возможность, согласно основополагающему признаку настоящего изобретения конструкция изобретения выполнена с возможностью оптимального позиционирования относительно ветра каждой лопасти в каждый момент, что позволяет постоянно получать максимум энергии в зависимости от внешних условий. Конфигурация в соответствии с изобретением обеспечивает неоспоримый долгосрочный экономический эффект, так как себестоимость получаемой энергии намного ниже по сравнению с существующими в настоящее время системами.
Ветряные двигатели в соответствии с настоящим изобретением позволяют выполнять большое число вариантов в зависимости от зон установки и от соответствующих требований. В любом случае стои
- 3 -
009907
мость их сооружения меньше, чем стоимость сооружения классических ветряных двигателей. Выше уже упоминалась возможность сооружения ветряных двигателей в соответствии с настоящим изобретением в зонах, которые до сих пор считались недоступными: кроме проблемы экстремальных метеорологических условий, в некоторых зонах классические ветряные двигатели действительно нельзя использовать из-за высокого уровня шума, несовместимого с пребыванием рядом людей.
В данном случае изобретение обеспечивает гораздо больший акустический комфорт за счет особой конфигурации лопастей и возможности их постоянного регулирования в зависимости от ветра. С этой точки зрения систему в соответствии с настоящим изобретением можно сравнить с парусами парусного судна, положение которых тоже постоянно необходимо приводить к направлению ветра.
Из соображений механической прочности классические ветряные двигатели нельзя устанавливать в очень холодных зонах, так как скорость вращения лопастей по отношению к главной оси ветряного двигателя, которая часто бывает очень высокой, чтобы компенсировать низкую производительность, приводит к переохлаждению деталей и иногда к образованию ледяных наростов, в частности, на концах лопастей, что может оказаться чрезвычайно опасным. Это представляет особую опасность для систем с горизонтальными лопастями.
В изобретении скорость вращения, как правило, является гораздо меньшей при гораздо большей производительности. В результате различные движущиеся детали охлаждаются меньше, что существенно снижает опасность обледенения. Сама вертикальная конструкция тоже снижает возможность образования ледяных наростов.
Далее следует более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет общий вид в плане ветряного двигателя в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 2 - схематичный вид в разрезе работающего ветряного двигателя в соответствии с настоящим изобретением для заданного углового положения каждой лопасти и для двух разных радиальных положений относительно вращающегося ствола;
фиг. 3 - вид в разрезе другого углового положения лопастей, предшествующего, в частности, перемещению в направлении центрального ствола в случае шторма;
фиг. 4 - вид упомянутого перемещения, обеспечивающего ветряному двигателю максимальную устойчивость в случае появления очень сильного ветра;
фиг. 5 - возможное положение лопастей при сильном ветре, который, тем не менее, позволяет продолжать работу ветряного двигателя;
фиг. 6 - возможный вариант использования изобретения на судне;
фиг. 7 - малоразмерный вариант применения на мачтах антенн, например, на ретрансляторах мобильной телефонной связи;
фиг. 8 - блок-схему общей работы центрального компьютера управления.
Как показано на фиг. 1, ветряной двигатель в соответствии с настоящим изобретением содержит вращающийся ствол (1), с которым соединены нижние стойки (2, 2') и верхние стойки (3, 3') с установленными на них лопастями (4, 4'). Механическое соединение между упомянутыми лопастями (4, 4') и соответственно верхними (3, 3') и нижними (2, 2') стойками выполняют таким образом, чтобы они могли, с одной стороны, вращаться вокруг центральной оси и, с другой стороны, приближаться или удаляться в радиальном направлении относительно центрального ствола (1), что будет подробнее описано ниже со ссылками на фигуры. Центральный ствол (1) находится на техническом помещении (5), в котором расположено оборудование для производства энергии, такое как генератор, а также связанное с ним вспомогательное оборудование. В помещении (5) могут также находиться устройства накапливания упомянутой энергии, а также пост управления, средства преобразования энергии и т. д.
В верхней части мачты находится кабина (6). Кабина оборудована средствами воздушной сигнализации, датчиками и приборами для измерения климатических и метеорологических параметров, которые затем передаются на компьютерные средства, определяющие точное индивидуальное положение лопастей (4, 4'). Эти приборы, например, анемометры в основном предназначены для измерения скорости, силы и направления ветра. В случае необходимости, крепление ветряного двигателя на земле обеспечивается растяжками (на чертеже не показаны), закрепленными на упомянутой кабине (6).
Центральный ствол (1), который является вращающимся, так как на нем установлены стойки (2, 2') и (3, 3'), охватывает неподвижный ствол, оборудованный средствами доступа в кабину (6). Ствол (1) вращает электрический генератор, находящийся в техническом помещении (5), в котором также расположен комплекс систем управления ветряным двигателем. Большинство операций, связанных с повседневной работой ветряного двигателя в соответствии с настоящим изобретением, обычно осуществляют в этом помещении (5), в отличие от классических ветряных двигателей, в которых машинный зал находится в верхней части рядом с генератором, механизмом и органами управления, что создает уже упоминавшиеся выше практические проблемы.
На фиг. 2 показаны нижние стойки (2, 2', 2"), соединенные с центральным стволом (1), и два разных радиальных положения лопастей (4, 4', 4") относительно стоек (2, 2', 2"). Направление ветра показано
- 4 -
009907
стрелками F, тогда как направление вращения ветряного двигателя показано стрелками F'. На этой фигуре лопасти (4, 4', 4") находятся в нормальном рабочем положении, т.е. они направлены таким образом, чтобы в каждый момент иметь максимальную парусность при оптимальной производительности. Так, лопасть (4) расположена перпендикулярно к ветру, тогда как лопасти (4', 4") направлены таким образом, чтобы результирующая сил, связанных с ветром, содержала тангенциальную составляющую, способствующую вращению вращающегося ствола (1) ветряного двигателя.
В показанном угловом положении, которое является положением максимальной эффективности относительно направления ветра, лопасти (4) могут перемещаться радиально, например, путем скольжения в кулисах (7, 7', 7"), что показано в виде двух разных положений лопастей (4, 4', 4"). Положение лопастей (4, 4', 4") управляется компьютером, поэтому они постоянно имеют направление, обеспечивающее оптимальную производительность.
На фиг. 3 угловое положение лопастей (4, 4', 4") уже не является положением максимальной производительности, а подготовкой к складыванию, когда сила ветра достигает технических пределов работы системы. Ветряной двигатель вращается только под действием своей собственной инерции и практически не приводится в движение лопастями (4, 4', 4"). В экстремальных условиях, когда возникает штормовая обстановка, которая может привести к повреждению системы, лопасти (4, 4', 4") убираются, как показано на фиг. 4, и образуют "пирамиду", обеспечивающую максимальную безопасность конструкции. По сути дела позиционирование боковых концов каждой лопасти (4, 4', 4") в положение, когда они сближаются друг с другом, обеспечивается радиальным скольжением каждой из этих лопастей в направлении вращающегося центрального ствола (1). Необходимо отметить, что кулисы (7, 7', 7") выполнены таким образом, чтобы их нижний конец (проксимальный относительно вращающегося ствола) находился на таком расстоянии от упомянутого ствола (1), которое обеспечивает сближение боковых сторон, предпочтительно без контакта.
На фиг. 5 показано, что даже в этом положении лопасти (4, 4' , 4") можно слегка развернуть таким образом, чтобы только часть их поверхности обладала парусностью. Такой тип работы рекомендован при сильных ветрах, которые все же позволяют использовать ветряной двигатель без риска повреждения.
Для такого типа ветряного двигателя возможны различные варианты применения. В этом случае форма лопастей (4, 4', 4"), длина вращающегося ствола (1) и т.д. должны соответствовать внешним условиям, в которых находится ветряной двигатель в соответствии с настоящим изобретением. В зависимости от температур, средней скорости ветра, отмечаемых в этой местности, и т. д. лопасти могут быть более или менее высокими, широкими и т.д.
В конфигурации, показанной на фиг. 6, три ветряных двигателя (А, В, С) в соответствии с настоящим изобретением установлены на судне вместо традиционных мачт. В этом контексте лопасти (4, 4', 4") заменяют паруса. Движение судна обеспечивается электрическим двигателем, питаемым энергией от генератора, находящегося в основании каждого из ветряных двигателей (А, В, С). Последние управляются компьютером(ами), в который(ые) поступают данные от датчиков для наилучшего индивидуального направления каждой лопасти, чтобы оптимизировать производительность системы.
Такой вариант применения можно использовать, например, на баржах, работающих в открытом море, для производства тока при помощи установок, более дешевых, чем известные ветроэнергетические установки.
Ранее уже упоминалась возможность выполнения ветряного двигателя в соответствии с настоящим изобретением разных размеров в зависимости от вариантов применения.
На фиг. 7 ветряной двигатель имеет небольшой размер и может быть установлен на существующих столбах или мачтах (М), таких как антенны-ретрансляторы для мобильной телефонной связи. В этом случае он производит энергию, необходимую для обеспечения работы в случае аварии, и эта энергия накапливается в батареях и используется по мере необходимости. Современные мачты ретрансляторов мобильной телефонной связи уже оборудованы батареями и иногда электрогенераторами и даже преобразователями постоянного тока в переменный. Комплекс ветряного двигателя в соответствии с настоящим изобретением может идеально вписаться в такой тип конструкции.
На фиг. 8 показана обобщенная блок-схема управления и организации системы при помощи по меньшей мере одного компьютера. Специальная прикладная программа обеспечивает управление каждым ветряным двигателем. Она учитывает различные данные, такие как скорость ветра, направление ветра, угловые положения каждой лопасти, скорость вращения ветряного двигателя, его угловое положение, и в каждый момент рассчитывает оптимальное положение каждой лопасти относительно ветра. Кроме этих чисто технических характеристик компьютер управляет также производством и потреблением энергии, причем это потребление может быть общим, а также предназначаться для каждого элемента системы. Поскольку температура также является существенным параметром, центральный блок контролирует также атмосферную температуру, а также температуру различных узлов ветряного двигателя.
Прикладная программа содержит определенное число контрольных значений, которые используются для сравнения с измеренными значениями, чтобы выработать режим работы, соответствующий метеорологическим условиям.
Прикладная программа или программы, используемые в каждом ветряном двигателе, обеспечивают
- 5 -
009907
его автономное управление. Это управление предусматривает также ранее обнаружение сбоев в работе некоторых узлов и дистанционное детектирование любой неисправности в системе. Так, поскольку все три лопасти являются полностью независимыми, то и их управление осуществляется автономно. В случае поломки приводного двигателя возможны, например, два варианта действий: соответствующая лопасть может оставаться перпендикулярной к стволу, и тогда ветряной двигатель останавливается и занимает безопасное положение, в котором эта лопасть находится сзади ствола с подветренной стороны. Если упомянутая лопасть не находится перпендикулярно к стволу, система приближает ее к стволу, и ветряной двигатель может продолжать работать с двумя лопастями.
Работой ветряных двигателей можно управлять дистанционно через Интернет или другие соответствующие сети.
На блок-схеме, представленной на фиг. 8, показано, что происходит постоянное сканирование всех параметров системы, измеряемых при помощи датчиков или аналогичных средств, и что для обеспечения работы ветряного двигателя учитываются все значения. В случае поломки система может самостоятельно устранять неисправность или останавливаться в ожидании помощи извне.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения, содержащий центральный вращающийся ствол, на котором закреплены, по существу, вертикальные лопасти, отличающийся тем, что упомянутые лопасти выполнены с возможностью вращения и перемещения в радиальном направлении по отношению к центральному стволу, при этом движение каждой лопасти регулируется и управляется автономно в зависимости от условий, в которых она работает в каждый момент, для оптимизации производительности ветряного двигателя.
2. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из концов каждого вала вращения лопастей выполнен с возможностью перемещения скольжением в радиальном направлении по отношению к центральному стволу.
3. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.2, отличающийся тем, что нижний конец каждого вала вращения лопастей выполнен подвижным в радиальном направлении.
4. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.3, отличающийся тем, что оба конца каждого вала вращения лопастей выполнены подвижными в радиальном направлении независимо друг от
друга.
5. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.3 или 4, отличающийся тем, что концы валов вращения лопастей соединены со стойками, выполненными радиально, начиная от вращающегося центрального ствола.
6. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.5, отличающийся тем, что стойки оборудованы кулисами, выполненными вдоль их оси.
7. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что лопасти выполнены жесткими.
8. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.7, отличающийся тем, что поперечное сечение лопастей имеет удлиненную S-образную форму.
9. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.7 или 8, отличающийся тем, что лопасти состоят из нескольких соединяемых частей.
10. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что лопасти выполняют из мягкого материала, например, используемого для изготовления парусов.
11. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.10, отличающийся тем, что лопасти выполнены с возможностью сворачивания внутри или вокруг нижней опоры и развертывания при помощи тросов, взаимодействующих с верхней опорой.
12. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, верхняя опора оборудована амортизирующим устройством.
13. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.7-12, отличающийся тем, что продольное сечение лопастей вписывается в трапецию.
14. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что положением валов вращения лопастей относительно центрального ствола и угловым положением лопастей управляет по меньшей мере один компьютер, с которым соединены датчики метеорологических параметров окружающей среды ветряного двигателя, при этом упомянутые компьютеры управляют приводными средствами лопастей.
15. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.14, отличающийся тем, что компьютер может ускорять или замедлять вращение каждой лопасти для оптимизации ее положения в зависимости от условий ветра, чтобы повысить производительность.
16. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.14 или 15, отличающийся тем, что в качестве параметров, вводимых в компьютер, используют скорость и направление ветра, измеряемые флюгером и анемометром; положение лопастей; скорость и потребление энергии ветряного дви
- 6 -
009907
гателя; потребление энергии лопастями; атмосферную температуру, а также температуру компонентов ветряного двигателя.
17. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.14-16, отличающийся тем, что параметры в компьютер или компьютеры двигателя поступают от внешнего компьютера.
18. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.14-17, отличающийся тем, что приводные средства лопастей являются электрическими двигателями.
19. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.14-18, отличающийся тем, что упомянутые датчики метеорологических параметров установлены над лопастями.
20. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-19, отличающийся тем, что устройства преобразования энергии и, в частности электрический генератор, установлены на уровне основания ветряного двигателя под вращающимся центральным стволом.
21. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что вращающийся ствол охватывает неподвижный ствол.
22. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.21, отличающийся тем, что над неподвижным стволом установлена верхняя кабина и он оборудован средствами доступа в упомянутую кабину.
23. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по п.22, отличающийся тем, что средствами доступа в верхнюю кабину являются лестница и/или лифт.
24. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.21-23, отличающийся тем, что неподвижный ствол выполнен из телескопических элементов.
25. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-24, отличающийся тем, что вращающийся центральный ствол выполнен из легких или ажурных элементов.
26. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-25, отличающийся тем, что его закрепляют на земле при помощи растяжек.
27. Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по любому из пп.1-26, отличающийся тем, что в основании вращающегося центрального ствола находится техническое помещение.
Фиг. 1
- 7 -
009907
009907
009907
Сканирование измеренных параметров системы
Нет
Предвари расчет по элементе)
ггельный ложения в
Команды н (двигатели
з приводы
Остановка системы
Ожидание поступления параметров извне
Фиг. 8
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 10 -