Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту двигуна

Номер патенту: 99402

Опубліковано: 10.08.2012

Автор: Лахуерта Ромео Мануел

Є ще 13 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту, що складається з ротора (1) з однією лопаттю (12), з'єднаного з повільним валом (3), який проходить всередині шпинделя (2), який підтримується гондолою (9), шпиндель розміщено на поворотному підшипнику (7), розташованому у верхній частині вежі (8), встановленій на відповідному фундаменті, яка відрізняється розташуванням елементів, що складають трансмісію, тобто мультиплікатора швидкості (5), генератора (6) і гальмівного диска (13), що підвішені на гондолі (9) через перший підшипник (4), з'єднаний з повільним валом (3) ротора (1), утворюючи маятниковий комплекс (28), що дозволяє їм обертатися, компенсуючи крутний момент ротора (1) своїм кутовим переміщенням, щоб збалансувати його, запобігаючи тому, щоб цей крутний момент передавався на гондолу (9), вежу (8) та фундамент, при цьому маятниковий комплекс (28) накопичує потенціальну енергію, піднімаючись в своєму кутовому переміщенні та віддає енергію, коли вщухає вітер, під час свогоспуску, обертаючись в протилежному до обертання ротора турбіни (1) напрямку, відновлюючи оберти ротора генератора (6); цей ефект служить регулятором потужності, що пом'якшує піки та спади завдяки пасивним механічним системам.

2. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за п. 1, яка відрізняється тим, що конструкція та конфігурація маятникового комплексу (28) є такою, що інерція обертових частин компонентів, які складають трансмісію, значно перевищують інерцію мас самого маятникового комплексу (28).

3. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що мультиплікатор швидкості (5) складається з паралельних валів довготривалої дії та двох чи більше етапів мультиплікації, де повільний етап має епіциклоїдальну конструкцію з трьома або більше шестернями, що дозволяє передавати крутний момент; швидкий етап складається з ланцюгової передачі; в швидкому валу (29) знаходиться інерційний маховик (11), що надає стабільності ходу та збільшує інерцію частини обертання, для того щоб зміна крутного моменту відобразилася лише на маятниковому комплексі (28), не порушуючи однорідність руху вала генератора (6).

4. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за пп. 1-3, яка відрізняється тим, що ротор (1) є однолопатевим з осцилюючою лопаттю, яка амортизується еластомерами (10), розташованими між вилкою (16) та хрестовиною (19), з кутом у 155° за номінальних умов, при цьому в динамічній рівновазі знаходяться, з одного боку, стабілізуючий момент, створюваний переміщенням мас лопаті (12) та противаги (18), а з іншого боку, дестабілізуючий момент, створюваний в результаті осьової тяги вітру.

5. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за п. 1-4, яка відрізняється тим, що для контролю кроку лопаті турбіни передбачено механізм коронної шестірні та шнека, інтегрованих у хрестову (19), де коронна шестірня складає рухоме кільце (21) підшипника з подвійним рядом кульок або валиків, нарізаного в своїй центральній частині, а шнек (20) вбудований в нерухоме зовнішнє кільце підшипника, що формує хрестовину (19), на якому вищезазначене рухоме кільце (21) зафланцьоване з втулкою (17) ротора (1).

6. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за пп. 1-5, яка відрізняється тим, що гондола (9) є еліптичною секцією, що складається з двох зварених півсфер, всередині гондоли розміщені гідравлічні системи, силові шафи та моторедуктори, а також тим, що з підвітряного боку гондоли (9) виходить трубне коліно (15), яке тримає шпиндель (2), ротор (1) і маятниковий комплекс (28).

7. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за п. 1, яка відрізняється особливим положенням елементів, які складають трансмісію (мультиплікатор швидкості (5), генератор (6) і інерційний маховик (11)), вони підвішені на гондолі (9) через підшипник (4) на одній лінії з валом (3) ротора (1) так, що вони можуть хитатися та у своєму кутовому зміщенні компенсувати крутний момент ротора (1), щоб збалансувати його; турбіна також може бути застосована, з відповідними модифікаціями на інших моторних однолопатевих пристроях, таких як водні та/або повітряні судна, в яких генератор (6) замінюється двигуном, а шасі замінюється заглушкою або чимось подібним.

8. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за пп. 1-6, яка відрізняється тим, що в одному з варіантів реалізації для постачання більш однакової та більш якісної енергії додається гідростатична трансмісія між мультиплікатором швидкості (5) та генератором (6) так, що генератор (6) у формі рухомого вала з'єднується з другим інерційним маховиком (22), обидва розміщаються у підніжжі вежі (8) та запускаються маслогідравлічним сервомотором (23) зі змінним об'ємом циліндрів через гідравлічну муфту (24); зазначені компоненти складають комплект стабілізації, в якому на мультиплікатор швидкості (5) монтується масло-гідравлічна установка (25), яка є частиною маятникового комплексу (28) замість генератора (6), який розміщується в основі вежі.

9. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за пп. 1-3, яка відрізняється тим, що при використанні для прокачування повітря або для опріснення води методом зворотного осмосу, всередині комплекту стабілізації генератор (6) замінюється насосом (27) з наскрізним валом, який створює потужний рівномірний потік; у випадку викачування зі свердловини, насос (27) розташовується на глибині і приводиться в дію через карданну передачу з другого маховика (22).

Текст

Реферат: Винахід належить до вітрової турбіни з компенсуванням крутного моменту двигуна, яка складається з однолопатевого (12) ротора (1), з'єднаного з повільним валом (3), який проходить через шпиндель (2). Шпиндель підтримується гондолою (9), розташованою над поворотним підшипником (7) на кінці вежі (8). Елементи трансмісії включають: мультиплікатор швидкості (5), генератор (6) та гальмівний диск (13), підвішені на гондолі (9) за допомогою першого підшипника (4), з'єднаного з повільним валом (3), утворюючи маятниковий комплекс (28), який дозволяє обертатися вищезазначеним елементам. Кутове зміщення маятникового комплексу компенсує крутний момент двигуна ротора (1). Під час кутового зміщення вгору маятниковий комплекс (28) накопичує потенціальну енергію, яку віддає під час свого спуску, коли вщухає вітер, обертаючись в протилежному до обертання ротора (1) турбіни напрямку, відновлюючи оберти ротора генератора (6). UA 99402 C2 (12) UA 99402 C2 UA 99402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід, як вказано в назві цього опису є вітряною турбіною з компенсуванням крутного моменту двигуна. Об'єктом винаходу є турбіна з компенсуванням крутного моменту, за рахунок інерційного маятника, інноваційна конструкція якої дозволяє переробляти енергію вітру з меншими втратами, ніж традиційні машини, що забезпечує більш рівномірне та якісне генерування енергії, завдяки пасивним механічним системам, що компенсують, накопичують та повертають силові піки та спади, викликані поривами вітру, а також миттєві зміни навантаження в окремих частинах мережі. Це робить дану турбіну більш сумісною з електричною мережею, та здатною працювати зі слабкими мережами, оскільки цей пристрій є більш технічно прийнятним та викликає менше перебоїв у мережі. Також ця система вигідно підходить для самостійної роботи або для роботи в комбінації з іншими джерелами енергії для задоволення енергетичних потреб в ізольованих місцях. Відмінність нової турбіни полягає у особливості розташування компонентів силових агрегатів (генератора, дискового гальма та мультиплікатора швидкості у формі маятника), тобто вони підвішені на підшипнику, сумісному з віссю ротора, таким чином, що вони можуть обертатися, врівноважуючи своїм переміщенням крутний момент ротора, та звільняючи від цього зусилля гондолу, вежу та фундамент. Цей принцип також можна застосовувати в інших пристроях з двигуном, таких, як літаки та одногвинтові човни. За необхідності, вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту двигуна, може бути модифікована у варіант для ізольованого застосування або для поліпшення якості енергопостачання. Для цього турбіна комплектується системою, що підвищує стабільність і , якість енергопостачання. Ця модифікація полягає у додаванні гідростатичної трансмісії між мультиплікатором швидкості і генератором. Генератор, виконаний в формі рухомого валу знаходиться над великим маховиком, обидва розташовані в основі вежі та приводяться в дію через гідравлічну муфту гідравлічним сервоприводом зі змінним об'ємом циліндрів. На мультиплікаторі швидкості замість генератора монтується гідравлічний блок з насосом, фільтром і пристроями керування. Це рішення дозволяє пряме використання синхронних генераторів для отримання необхідного типу генерування струму (активного або реактивного), даючи ротору можливість працювати з Лямбда () постійною, підтримуючи постійні оберти генератора, з прийнятним відхиленням, придатним для частоти мережі. У випадку накачування повітря або опріснення води методом зворотного осмосу, генератор, розташований біля основи вежі замінюється насосом сумісним із маховиком, що подаватиме рідину стабільним потоком. Завдяки простоті конструкції запропонована турбіна має низькі вартість та затрати на її технічне обслуговування, і може бути рентабельною в зонах з невеликою силою вітру. З іншого боку, оскільки вказана турбіна представляє собою менш навантажену конструкцію, її також можна застосовувати для заміни старих турбін, використовуючи існуючі вежу, фундамент та електричну інфраструктуру, збільшуючи площу обертання ротора та отримуючи більше еквівалентних годин на тому ж місці. Області застосування винаходу Областю застосування запропонованого виноходу є проектування, виробництво та встановлення вітрових турбін, що використовуються для: генерування та подачі енергії до електромережі, ізольованого видобутку енергії, накачування повітря та опріснення води методом зворотного осмосу. Рівень техніки Як відомо, вітер - є енергією, яку здавна використовували, наприклад, в подорожах по воді. Сьогодні сучасні повітряні турбіни трансформують цю енергію в електричну, подаючи її до мережі. Однак, відсутність безперервності та, особливо, відсутність однакової сили й напрямку вітру викликають несприятливі умови як для самих турбін, так і для стабільності електричної системи, до якої їх під'єднано, чиєю фундаментальною характеристикою є безперервність в постачанні та постійність напруги й частоти. Оскільки вітер у більшості випадків проявляється у вигляді нетривалих сплесків, останні перехоплюються ротором повітряної турбіни викликають зусилля, що впливають на знос турбіни а також на кількість та якість енергії, що нею виробляється. У цьому сенсі, важливо пам'ятати, що будь-яка зміна швидкості вітру впливає на наступні фактори: 1 UA 99402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 а) сила, прикладена на турбіну, пропорційна площі обертання ротора та квадрату швидкості вітру. б) крутний момент турбіни, пропорційний площі обертання ротора та квадрату швидкості вітру. в) швидкість обертання ротора, яка в турбінах зі змінюваною швидкістю є прямо пропорційною швидкості вітру. Таким чином, сила вітру, крутний момент, швидкість обертання турбіни і, отже, отримувана потужність, залишаються під впливом змін площі обертання та швидкості вітру. Ці зміни генерують навантаження, що підтримуються конструкцією турбіни через механічні компоненти і передаються на землю через фундамент. При змінах напрямку вітру, виникають крутні моменти в результаті неузгодженості тяги вітру, що в класичних пристроях (наприклад, в датській противітровій трилопатевій моделі) повинні компенсуватися системою гальм і мотор-редукторів із зубчатим колесом, що діє на коронну шестерню розвертання турбіни, таким чином створюючи додаткову механічну напругу на всю конструкцію викликаючи в цілому та на її механічні компоненти настільки сильно, що досягають землі через фундамент викликаючи знос конструкції. Все це притаманно для несамоповоротних турбін. Сучасна технологія повітряних пристроїв, конструкція яких базується на датській трилопатевій протиповітряній моделі вирішує ці проблеми шляхом підбору розмірів конструкції під конкретні режими навантаження та використовуючи для управління і контролю пристроїв активні системи сервоприводів, здатних протидіяти природним явищам у межах економічної доцільності та міркувань безпеки. Сьогодні існує два типи турбін: з горизонтальними та з вертикальними осями. Перші, що можуть вплинути на наше дослідження, можна поділити на такі, що мають ротор з навітряного або підвітряного боку вежі боку вежі. Моделі з ротором із навітряного боку, відомі як датські моделі, тобто трилопатеві системи оснащені генераторами різних типів з/без мультиплікатора швидкості, міцно закріплені на гондолі, що управляються активними системами обертання. Моделі з ротором з підвітряного боку є, в основному, дволопатевими або однолопатевими системами з більш швидкими ніж у попереднього типу роторами та активними або пасивними системами обертання. У всіх відомих випадках, крутний момент ротора підтримується механічними елементами, що утворюють силову тягу, та передається на конструкцію гондоли, вежу, фундамент та поверхню землі. Жорсткість, з якою будь-які зміни крутного моменту передаються на компоненти силової установки аж до генератора, викликає силові піки, що, як правило, дестабілізують електричні мережі і призводять до зносу компонентів турбіни. Що стосується зміни площі обертання ротора та її вплив на технічні параметри машини, можна зазначити, що жоден з відомих виробників не використовує цей фактор як регулятор потужності. Всі використовують постійну площу обертання, на яку впливають тільки згин ' лопатей, на відміну від запропонованого технічного рішення, в якому площа обертання ротору розглядається як змінна для управління силовими піками та спадами та ослаблення тяги. Тому однією з основних цілей запропонованого винаходу є усунення вищевказаної жорсткості шляхом застосування систем, що можуть компенсувати, накопичувати і віддавати змінні навантаження, запобігаючи їх впливу на рівномірність обертання генератора, та послаблюючи, як наслідок, силові піки та перевантаження конструкції. Філософією проектування об'єкта винаходу є конструювання пристрою, компоненти якого зношуватимуться менше, матимуть більшу ступінь свободи, а сила вітру, що діє на пристрій, не збільшуватиме знос системи. Запропонований пристрій також сприятиме появі нових робочих місць. Маємо зазначити, що заявникам не відомо про існування іншого винаходу, що мав би аналогічні технічні характеристики та структурну будову. Суть винаходу Запропонована турбіна з компенсуванням крутного моменту, здається нам чудовою новиною в сфері свого застосування, оскільки успішно досягає вищезазначених цілей. Технічні та структурні характеристики та конфігурації запропонованого пристрою детально викладено нижче, а також відповідним чином відображено у формулі винаходу та додатках, що супроводжують цей опис. Механічна структура побудована таким чином, щоб усі компоненти були збалансовані по відношенню до своїх опор, а також, якщо вони обертаються, по відношенню до своїх осей обертання. Всі складові компоненти урівноважені між собою. Кріплення між компонентами 2 UA 99402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 можуть бути жорсткими або з певними ступенями, свободи. Перші - під навантаженням затягуються, в той час як другі змінюють положення, для уникнення появи напруженості. Отже, одним з механічних принципів об'єкту запропонованого винаходу є розміщення мас різних компонентів - генератора, гальмівного диска та мультиплікатора швидкості у формі маятника, підвішеного на підшипнику уздовж осі ротора, що дозволяє їм обертатися та врівноважувати своїм переміщенням крутний момент ротора, тим самим звільняючи від зусилля гондолу, вежу та фундамент. Як вже згадувалося вище, цей принцип також застосовують до двигунів літаків та одногвинтових човнів. Незважаючи на вищевказане, усі компоненти, що входять до складу трансмісії, містять елементи, що обертаються з різною швидкістю та акумулюють кінетичну енергію обертання набагато краще, аніж сам маятниковий комплекс. Розуміючи під інерцією властивість тіла протистояти будь-яким змінам положення або швидкості обертання або переміщення, зазначимо, що коли сума інерції обертання різних елементів, що складають трансмісію (тобто, вісі та шестерні та/або шківи, гальмівний диск та ротор генератора) буде більшою, ніж інерція маятникового комплексу, який складається з мультиплікатора швидкості, гальмівного диска та генератора, будь-які зміни крутного моменту мотору спочатку вплинуть на елементи з меншою інерцією, тобто на маятник, і набагато меншого впливу зазнаватимуть частини, що обертаються. Для посилення цього ефекту, гальмівний диск розміщено на швидкому валу та оснащено інерційним маховиком такого розміру, щоб забезпечити стабільність бажаного ходу. Вищевказане є ще однією метою запропонованого винаходу, тобто будь-яке порушення крутного моменту здебільшого поглинається маятниковим комплексом, без майже будь-якого впливу на рівномірність обертання генератора. Цей аспект тісно пов'язаний з якістю електроенергії, що виробляється. З іншого боку, маятник не тільки балансує крутний момент, але й накопичує потенціальну енергію під час підйому, яку віддає під час падіння. Таким чином, маятник є регулятором , кількості енергії, що подається до електричної мережі, який згладжує піки та падіння напруги. Коли через порив вітру крутний момент зростає, маятник, маючи меншу інерцію, відразу піднімається, тобто повертається в тому ж напрямку, що й ротор турбіни. Тому між ними не виникатиме значного відносного руху аж до нового положення рівноваги, яке також помітно не вплине на рівномірність обертання ротора генератора. І навпаки, коли вітер вщухає, зменшується крутний момент, маятник падає до нового положення рівноваги. Спускаючись маятник рухається в протилежному напрямку від напрямку обертання турбіни та повертає свою потенціальну енергію ротору генератора, виконуючи певну кількість витків в залежності від демультиплікації, що є фіксованою між ротором і генератором. Якщо передавальне відношення, наприклад, становить 1/32 це означатиме, що, коли маятник обернеться на ¼ (90°) вал ротора генератора обернеться на 32/4=8 обертів. Таким чином, маятник під час спуску повертає енергію, накопичену обертами ротора генератора. Таким чином, у пристроях, побудованих на основі запропонованого винаходу, для максимізації цього ефекту, потрібні більш високі демультиплікацію між ротором і генератором, що є характерним для потужних пристроїв з ротором великого діаметру. Підсумовуючи вищезазначене, зазначимо, що будь-яка зміна (порив) вітру, що викликає збільшення крутного моменту, призведе до: а) прискорення ротора і уповільнення валу та зростання їх кінетичної енергії; б) збільшення кінетично-потенціальної енергії усього маятникового комплексу, що підведе його до нового положення рівноваги; в) збільшення кінетичної енергії маси обертання елементів трансмісії, включаючи ротор генератора, гальмівний диск та маховик. Вищезазначені збільшення розподіляються у зворотній пропорції до їх відповідних інерцій. З іншого боку, для компенсації обертального моменту необхідно підвісити великі маси, або довгі важелі маятника. Як перше, так і друге пов'язане з високими витратами та іншими проблемами. Найдоцільнішими ми вважаємо проекти, які базуються на швидких роторах, що захоплюють напругу на низьких крутних моментах приводу (однолопатеві або дволопатеві) для роботи з власними масами (генератора, дискового гальма та мультиплікатора швидкості), що зручно розташовані та врівноважують такі крутні моменти. Ці маси доповнюються маховиком, який у запропонованому технічному рішенні, може розміщуватися на швидкому валу мультиплікатора швидкості, всередині або за його межами, таким чином, збільшуючи інерцію частин, що обертаються, та виступаючи як противага. Як вже зазначалося вище, потужність вітрової турбіни залежить від площі обертання ротора. Ще однією важливою метою запропонованого винаходу є можливість змінювати площу 3 UA 99402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 обертання ротора до будь-якого збільшення або зменшення швидкості вітру, компенсуючи піки або спади осьової тяги і, отже, отримуваної на виході потужності. Оскільки площа обертання є функцією синуса кута, в нашому випадку це буде приблизно 155° в умовах номінальної потужності. Будь-яке збільшення або зменшення цього кута, викликане осьовою тягою, служитиме першим регулятором піків та падінь напруги. Це досягається за допомогою регульованого ротора, що змінює свій кут для досягнення динамічної рівноваги. З одного боку на цей процес впливає дестабілізуючий момент, створений осьовою тягою, з іншого - стабілізуючий момент, створений зсувом відцентрових сил лопаті та противаги. Це плаваюче коливання лопаті є першим амортизатором поривів вітру. Коли починається порив вітру, значення кута зменшується за рахунок зменшення площі лопаті, на яку діє сила вітру, коли вітер вщухає, вказане значення збільшується за рахунок збільшення площі лопаті. Ця амортизація покращує стабільність напруги. У запропонованому технічному рішенні, ця амортизація здійснюється за допомогою еластомерів, що знаходяться у вилці ротора, та при стисканні дозволяють змінювати кут лопаті на ± 10°. Оскільки мова йде про розташування лопатей з підвітряного боку, необхідно належним чином віддалити лопаті від вежі, щоб уникнути впливу турбулентних мас вітру на вежу. В нашому проекті це досягається правильним розміром важеля. Ширина турбулентного потоку від 3 5 круглої вежі менша для деяких чисел Рейнольдса (переважно Re 5 × 10 ), знайдемо більш відповідні діаметри, для мінімізації ефекту турбулентності тіні в діапазонах швидкостей вітру в яких працюватиме установка. З іншого боку, ротор, що найкращим чином пристосовується до бажаних умов низького крутного моменту є однолопатевим. Це також має й інші явні переваги, а саме те. що за свого обертання він описує кут, який має тенденцію дистанціюватися від вежі по функції хвилі, щоб звести до мінімуму турбулентність. В нашому проекті, з вищезазначених причин, ми маємо намір, обрати значення куту лопаті в вертикальній площині близько 155° в умовах номінальної потужності, що ще більше віддаляє лопать від вежі. Варто зазначити, що однолопатевий ротор врівноважує себе в статичній та динамічній рівновазі. В свою чергу розподіл маси вздовж лопаті, так само як і розташування противаги є предметом детального дослідження для досягнення бажаного кута динамічної рівноваги повороту. Лопать та противага з'єднані втулкою на шпильці ротора за допомогою змінного з'єднання, утвореного вилкою та карданною хрестовиною, що дозволяє передавати крутний момент та осьову тягу для кожного кута рівноваги. Це надасть з'єднанню ступінь свободи, що дозволить уникнути моментів качки, пов'язаних з різними швидкостями вітру, коли лопать проходить на різній висоті від землі. В нашій конструкції хрестовина з'єднується із зовнішнім кільцем підшипника, що містить шнек (нескінченну різьбу), чия нарізна шайба формує внутрішнє кільце підшипника, в яку зафланцьована втулка ротора. Втулка з'єднує ланкою лопаті та противагу. В нашому проекті лопать приєднується до втулки через циліндричний фланець. Противага, що складається, в основному з розплавленого свинцю, приєднується за допомогою циліндричного фланцю меншого діаметра з втулкою конічної форми. Втулка своєю центральною частиною приєднується до пересувного кільця хрестовини, і проходить через його зовнішній фланець. Противага, втулка та лопать складають ротор, тобто робоче колесо турбіни. Контроль за потужністю здійснюється за рахунок зміни кроку лопаті за допомогою шнеку, що знаходиться в хрестовині та діє на нарізну шайбу на внутрішньому кільці підшипника, який, в свою чергу, має фланець, до якого зафланцьовано ротор. Положення ротора контролюється датчиком. Цей механізм також служитиме в якості аеродинамічного гальма, обертаючи лопать під вітер. Іншим бажаним ефектом вказаних швидких роторів є усунення змінної напруження в лопатях. За належної швидкості обертання і правильного розподілу маси, за якого центр ваги лопаті знаходиться там, де нам потрібно (а саме на 50 % її довжини) отримуємо такий результат, що для будь-якого кута обертання переважають відцентрові сили, так що домінуючим зусиллям буде тяга. Це усуне повороти, викликані вигинами компонентів, сприяючи тому, що вся площа лопаті підтримуватиме зусилля. Більш швидкий однолопатевий ротор сприятиме цьому ефекту. Однолопатева конструкція має низький пусковий момент турбіни, тому у випадку ізольованого використання (наприклад, на острові) необхідно мати комплект батарей, для її запуску. Якщо здійснити підключення до мережі - це призведе до поглинання енергії з неї для розгону пристрою. 4 UA 99402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В нашій конструкції гондола турбіни суттєво відрізняється від класичних повітряних турбін. Вона складається з двох зварених півсфер, та має еліптичну форму. Така аеродинамічна конструкція гондоли мінімізує протидію вітру для того щоб турбулентність негативно не впливала на продуктивність ротора. Всередині гондоли розміщуються гідравлічні компоненти, силові шафи та моторедуктори, що відповідають за повороти турбіни. На відміну від усіх відомих пристроїв, в нашому проекті, мультиплікатор швидкості, гальмівний диск і генератор не знаходяться всередині гондоли. З гондоли виходить трубчате коліно, кінець якого тримає шпиндель, через який проходить повільний вал. Повільний вал стабілізує ротор відносно маятникового комплексу, який складає силову установку з двома підшипниками. Один з них є підшипником ротора, розташований з підвітряного боку від шпинделя. Другий підшипник підтримує маятник та розташований з навітряного боку від шпинделя. Для повертання зупиненого пристрою, турбіна містить мотор-редукторне гальмо реверсивної дії, зчеплене із зубчатим колесом над внутрішнім кільцем підшипника, що підтримує гондолу, регулюючи її положення допоки пристрій не підключена до мережі. Оскільки це самоповертаюча турбіна, як тільки пристрій підключається до мережі, розблоковується моторне гальмо, звільняючи комплекс гондоли. Вказане мотор-редукторне гальмо призначене для розмотування, за необхідності, бухт кабелів всередині вежі, та для переведення гондоли до необхідного положення, наприклад, під час технічного обслуговування. Досягнення статичної рівноваги комплексу гондоли по відношенню до вісі обертання є дуже важливим для правильного самообертання машини. Гарантія самообертання під час роботи є повною, оскільки обертаюча сила (осьова тяга) застосовується з підвітряного боку, на великій відстані від осі обертання, в бісектрисі кута, який умовно поділяє ротор, що, в свою чергу, гарантує стабільність руху. При проектуванні комплексу маятника ми розробили мультиплікатор швидкості паралельних валів, довготривалої дії, для розміщення центру ваги маятника на достатній відстані, щоб його кутове зміщення разом з масами генератора та рульового колеса могло компенсувати крутний момент на 55° і тим самим досягти бажаного ефекту. Унікальна конструкція мультиплікатора швидкості паралельних валів довготривалої дії розділяється на дві частини. Перша частина містить повільний вал, утворений епіциклоїдальною передачею, друга - швидкий вал з ланцюговою передачею, для досягнення необхідної дистанції між валами. В середині швидкої осі мультиплікатора швидкості знаходиться інерційне махове колесо, яке окрім противаги додає комплексу стабільності ходу. Завдяки цьому інерція частин, що обертаються, набагато переважає інерцію самого маятника. Таким чином, залишки інерції частини, що обертається виконує функцію резервного гальмування в екстрених випадках. В нашому проекті особливу увагу приділено довжині шпинделя. По перше, важливо відокремити лопать для мінімізації ефекту турбулентності, по друге, наблизити центр маси маятника до осі повертання вежі, щоб запобігти виникненню небажаних гіроскопічних ефектів, що ускладнюють повертання. У варіанті з гідростатичною трансмісією генератор відокремлюється від маятника, та монтується на двох осях на великому інерційному маховому колесі, розташованому в основі вежі на рівні поверхні землі. Замість генератора, на маятнику монтується маслогідравлічна установка, яка під тиском подаватиме масло до двигуна зі змінним об'ємом циліндрів, що контролюється сервоприводом. Канали маслогідравлічної установки проходять через поворотний штуцер, розташований в гондолі, що дозволить обертати турбіну без перекручування гідравлічних каналів. Обратка гідравлічної рідини повертається до гідравлічної установки з другим ходом поворотного штуцера. Маслогідравлічний сервомотор дозволяє в будь-який момент задавати об'єм циліндрів для забезпечення крутного моменту на постійних швидкостях, що є необхідною умовою для великої інерції маховика, нездатного варіювати свою швидкість. Маховик і ротор обертаються стабільно та одночасно, що дозволяє ротору турбіни прискорюватись та уповільнюватись для роботи в  (лямбда) константі, це підвищує продуктивність ротора. Ми розглядаємо синхронні генератори (джерела), що дозволяє налаштовувати значення cos  до бажаного, це надасть змогу отримувати енергію необхідної якості. У випадку ізольованого застосування, коли енергія виробляється за потреби, велика інерція, накопичена в маховику, дозволить нам виграти необхідний час для налаштування кроку гвинта і більш легко досягти необхідної потужності без необхідності використання електроніки, та без розсіювання надлишкової енергії. Для того щоб пуск ротору турбіни виконувався з легкістю, необхідно вставити гідравлічну муфту крутного моменту між валом гідравлічного сервоприводу та валом генератора. Для 5 UA 99402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 прокачування або опріснення води методом зворотного осмосу замість генератора встановлюється насос, з'єднаний з маховиком, що виробляє більш рівномірний потік, уникаючи формування повітряних ударів. У випадку, коли необхідно викачування з глибоких свердловин, насос занурюється глибоко під землю, і його вал працює від маховика через карданну передачу. Для цього вежа встановлюється безпосередньо над свердловиною. Описана вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту є інноваційним рішенням. Її характеристики, функціональність і практичне значення надають проекту достатню базу для отримання ексклюзивного права на застосування. Опис фігур Для кращого розуміння характеристик винаходу, опис супроводжується комплектом фігур, на яких показано: Фігура 1 - схема вертикального розрізу вітрової турбіни з компенсуванням крутного моменту у бажаному варіанті реалізації, а саме з однією лопаттю, розташованою з підвітряного боку, з основними складовими компонентами. Фігура 2 - схематичний вигляд збоку одного, з альтернативних варіантів реалізації турбіни, в якому гідростатична трансмісія, генератор та велике махове інерційне колесо розміщені в основі вежі. Фігура 3 - схематичний вигляд спереду турбіни, зображеної на фігурі 1 під час роботи, з ілюстрацією обертання та ефекту компенсації маятника. Фігура 4 - схематичний вигляд бічного розрізу елементів, що складають маятниковий комплекс, у випадку, коли останній містить генератор, з детальною конфігурацією та розміщенням елементів. Фігура 5 - тривимірне зображення вітрової маятникової турбіни з однією лопаттю, розташованою з підвітряного боку, як на фігурі 1, із збільшенням деталей елементів ротору, що беруть участь у ході гвинта. Фігура 6 - збільшений вигляд бічного розрізу, на якому можна побачити розташування маятникового комплексу та комплексу ротора над гондолою та вежею. Фігура 7 - збільшений вигляд бічного розрізу, з детальним розташуванням комплекту стабілізації в основі вежі. Фігура 8 - збільшений вигляд бічного розрізу, на якому можна побачити розташування маятникового комплексу з масло-гідравлічною установкою та каналами поворотного штуцера, розташованого в гондолі. Фігура 9 - збільшений вигляд бічного розрізу, з детальним розташуванням комплекту стабілізації в основі вежі, у варіанті виконання для прокачування. Переважний варіант виконання На вищенаведених фігурах відповідно до приведеної нумерації, можна розглядати як переважний, так і альтернативний варіанти виконання запропонованого винаходу, з детальним зображенням частин та елементів: (1) ротор, (2) шпиндель, (3) повільний вал, (4) перший підшипник (комплекс маятника), (5) мультиплікатор швидкості, (6) генератор, (7) поворотний підшипник, (8) вежа, (9) гондола, (10) еластомери, (11) інерційний маховик, (12) лопать, (13) гальмівний диск, (14) гальмівний моторедуктор, (15) трубне коліно, (16) вилка, (17) втулка, (18) противага, (19) хрестовина, (20) шнек, (21) рухоме кільце, (22) другий інерційний маховик, (23) масло-гідравлічний сервомотор, (24) гідравлічна муфта, (25) масло-динамічна установка, (26) поворотний штуцер, (27) насос, (28) маятниковий комплекс, (29) швидкий вал. Як показано на фігурах, вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту містить саморозворотну турбіну з однолопатевим ротором (1) з переважним розташуванням з підвітряного боку вежі (8), як представлено на фігурі 1, а також з альтернативним розташуванням з навітряного боку з відповідними змінами її конструкції, наприклад у формі бумеранга. Ротор (1) є осцилюючим, він амортизується еластомерами (10), розташованими на периферії вилки (16), що з'єднана з повільним валом (3), який проходять через шпиндель (2), в якому розміщено мультиплікатор швидкості (5), генератор (6) і гальмівний диск (13) через перший підшипник (4), що дозволяє їм коливатися та компенсувати своїм кутовим переміщенням крутний момент, вивільняючи цим зусиллям гондолу (9). Мультиплікатор швидкості (5), генератор (6) та дискове гальмо (13) складають маятниковий комплекс (28). Гондола (9) складається з двох півсфер, всередині яких розміщено гідравлічні компоненти, силові шафи і гальмівні моторедуктори (14), що відповідають за повороти турбіни в фазі запуску за допомогою зчеплення із внутрішнім кільцем іншого поворотний підшипник (7), розміщеного в кінці вежі (8). 6 UA 99402 C2 5 10 15 З гондоли (9), виходить трубне коліно (15), на верхньому кінці якого закріплено шпиндель (2), всередині якого розміщено повільний вал (3), що вирівнює ротор (1) з маятниковий комплекс (28), через два підшипники, один з яких є підшипником ротора (18), а інший підшипник (4) підтримує маятниковий комплекс (28). У свою чергу, ротор (1) містить лопать (12), з'єднану з противагою (18), через втулку (17), за допомогою фланців. Втулка (17), своєю центральною частиною приєднується до пересувного кільця хрестовини (19), яке проходить через зовнішній фланець. За практичний приклад втілення винаходу взято модель турбіни з діаметром ротора (1) 28 м, у однолопатевому виконанні, що придатний генерувати 200 кВт при швидкості вітру в 11 м/с, 64,8 обертів на хвилину з максимальним обертовим моментом 2947 Нм. Виходячи з цих параметрів (крутний момент 2947 Нм), визначаємо розміри комплексу маятника, який буде компенсувати вказаний крутний момент завдяки розрахованому розташуванню мас (мультиплікатора швидкості (5), генератора (6), та гальмівного диска (13) таким чином, що. при їх розміщенні на правильній відстані (важіль маятника) ці маси повинні збалансувати крутний момент на заданому куті. Нижче наведено таблицю 1 з масами та відстанями від центрів ваги по відношенню до осі хх від маятника для кожного компонента. З таблиці видно, що для важеля у 1,4 м і кута приблизно 55° досягається врівноваження крутного моменту турбіни. Таблиця 1 Компонент Мультиплікатор швидкості Каркас дискового гальма Дискове гальмо Генератор Усього Маса, кг 2830,80 70,00 106,55 1300,00 4307,35 Дистанція, м 0,78 1,46 1,40 1,40 Важіль, 55° 0,64 1,20 1,15 1,15 Момент рівноваги, мкг 1808,71 83,72 122,20 1490,86 3505,48 20 25 З таблиці 1 видно, що момент рівноваги (3505,48 мкг) дещо перевищує крутний момент (2947 Нм) і, отже, його буде збалансовано при кутовому зміщенні менше ніж 55°. Із наступних таблиць 2, 3 переконаємося, що моменти інерції по відношенню до осі обертання деталей, які складають маятниковий комплекс, перевищують у 5,93 раз моменті інерції самого маятника. Таблиця 2 рад./s Редукція до повільного валу І xx, 2 кгм Повільний вал мультиплікатора швидкості Середній вал мультиплікатора швидкості Зворотній вал мультиплікатора швидкості Швидкий вал мультиплікатора швидкості Внутрішня інерція маховика Гальмівний диск Ротор генератора 1,00 6,59 14,89 4,10 4,00 26,36 65,60 204,00 6,76 4,00 26,36 108,16 102,40 0,95 23,50 154,87 524,64 649,20 106,55 300,00 54,70 7,00 3,60 23,50 23,50 23,50 154,87 154,87 154,87 30208,08 3865,75 1988,10 Момент інерції, кг Частини що обертаються Маса, кгм Відношення до повільного валу 279,20 14,89 180,80 2 Загальна маса частин що обертаються Момент інерції, зменшений до повільного валу (частини маятника що обертаються) (А) Момент інерції ротора повітряного генератора Сумарний момент інерції обертових частин силової установки 7 Омега, 1822,15 36775,21 2000,00 62775,21 UA 99402 C2 Таблиця 3 кгм 817,00 14,89 Відстань між повільним валами, м 0,65 0,00 Редукція до повільного валу І хх 2 кгм 1414,92 14,89 180,80 4,10 0,50 49,30 204,00 6,76 1,00 210,76 102,40 649,20 70,00 106,55 1300,00 0,95 43,40. 9,30 7,00 67,00 1,40 1,40 1,46 1,40 1,40 201,65 1315,83 158,51 215,84 2615,00 Маса, Маятник Каркас Повільний вал Середній вал мультиплікатора швидкості Зворотній вал мультиплікатора швидкості Швидкий вал Внутрішня інерція маховика Каркас гальмівного диска Гальмівний диск Генератор Момент осьової інерції, кг 1415,20 279,20 2 Загальна маса маятника Момент інерції маятника по відношенню до повільного валу (в) Відношення а/в = 5,93 5 10 4307,35 6196,71 Отриманий результат гарантує, що на порив вітру, що провокує зміну крутного моменту, першим зреагує маятник, який має меншу інерцію. Ротор генератора майже не відчує впливу. Ця умова забезпечуватиме більш рівномірну енергію набагато вищої якості. Щоб з'ясувати, як ротор (1) регулює кут відповідно до поривів вітру, змінюючи свою площу обертання і таким чином амортизуючи зміну сили вітру, складемо рівняння динамічної рівноваги, в якому за постійних обертів ротора та турбіни, націленої проти вітру, буде виконано наступне: Зміна кінетичного моменту ротора (1) відповідно до w (стабілізуючого моменту) = моменту тяги активної частини лопаті (12) (дестабілізуючий момент).   HGw  2  Iuz  sin2   cos2    Iuu  Izz  sin   cos         15 В свою чергу, HGw  Г th cos   момент тяги (активна зона)   HGw  Г th cos   момент тяги  2  Iuuz  sin2   cos2    Iuu  Izz  sin   cos         Звідки Де: u - нормальна вісь до осі осциляції лопаті (w), та нормальної осі до поздовжньої осі лопаті (z); Г th - рухоме тягове плече;  - кут з площиною обертання,  - кутова швидкістю ротора 20 (константа); Iuz - результат інерції площини u-z; Iuu - момент інерції по осі u, Izz - момент інерції по осі z (ось лопаті). Звідси можна визначити кут рівноваги кута в залежності від швидкості вітру і його відповідної зміни площі обертання. Vm/s ° % площі 5 6,24 98,8 6 7,48 98,0 7 8,86 97,6 8 9,85 97,0 9 10,97 96,2 10 12,04 95,6 11 13,04 94,8 12 13,96 94,1 13 14,79 93,3 14 15,53 92,7 15 16,16 92,0 25 30 З вищенаведеної таблиці бачимо, як швидкість вітру впливає на зміну кута та площі обертання, а отже на ефект амортизації поривів вітру. Отже, винахід полягає у вітровій турбіни з компенсуванням крутного моменту з особливим розташуванням елементів, складових трансмісії, тобто мультиплікатора швидкості (5), генератора (6) і гальмівного диска (13) у формі маятника, підвішеного на шпинделі (2) через перший підшипник (4), розташованого на одній осі з повільним валом (3) ротора (1), так що вони 8 UA 99402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 можуть обертатися, компенсуючи своїм кутовим переміщенням крутний момент ротора (1) до збалансування крутного моменту, не дозволяючи йому передаватися на гондолу (9), вежу (8) та фундамент, які залишаються ненавантаженими. Цей маятниковий комплекс акумулює потенціальну енергію, піднімаючись у своєму кутовому зміщенні, та віддає енергію коли вщухає порив вітру, тоді маятник спускається, обертаючись у протилежному напрямку від ротора (1) турбіни, повертаючи оберти ротору генератора (6). Цей ефект служить регулятором потужності та вирівнює кількість енергії, яка подається до мережі, згладжуючи піки та спади завдяки пасивним механічним системам. Будь-яка зміна крутного моменту, викликана поривом вітру вплине, в першу чергу на маятниковий комплекс (28), який автоматично адаптується до нового положення рівноваги, істотно не порушуючи одноманітності обертання ротора генератора (6), тому що інерція обертових частин компонентів, що входять до складу трансмісії, перевищує інерцію маси маятникового комплексу (28), що призводить до вироблення більш однорідної енергії та кращої якості завдяки пасивним механічним системам. Крім того, за будь-якого пориву вітру, що змінює осьову тягу на ротор (1), останній адаптує кут, створений лопаттю (12) в його обертанні, змінюючи площу обертання на кут приблизно 155° в номінальних умовах. З одного боку, в динамічній рівновазі перебуває стабілізуючий момент, створюваний відхиленням від прямої лінії маси лопаті (12) та противаги (18), з іншого боку, дестабілізуючий момент, створюваний рівнодіючою силою вітру. Ця адаптація площі обертання, зворотно пропорційна швидкості вітру, є першою пасивною системою амортизації піків та спадів потужності та сили вітру, що діє на конструкцію турбіни. Для поліпшення рівномірності обертання ротора генератора (6) турбіна оснащена маховиком з великою інерцією (11), що знаходиться на одній лінії з валом генератора (6), що може бути розташованим як всередині мультиплікатора швидкості (5) так і за його межами, тому гальмівний диск (13) в будь-якому випадку спрацьовує тільки на швидкому валу ротора (29). Зі свого боку передача потужності між ротором (1) та повільним валом (3) здійснюється осцилюючими з'єднаннями через вилки (16) та хрестовину (19). Коливання хрестовини обмежене до ± 10°, завдяки набору еластомерів (10) до осі обертання (w-w) ротора (1). Поєднання вилки (16) та хрестовини (19) дозволяє передавати крутний момент та осьову тягу для кожного кута рівноваги, надаючи комплексу ступінь свободи та уникати передачі моментів розкачування, викликаних різницями швидкостей вітру, що штовхає лопать (12) на різній висоті від землі під час руху обертання. Зверніть увагу на те, що для управління кроком гвинта передбачається механізм коронної шестерні та шнеку, інтегрованих до хрестовини (19), в якій коронна шестерня складає рухоме кільце (21) подвійного підшипника з подвійним рядом кульок або валиків, нарізного в своїй центральній частині. Шнек (20) вбудований в нерухоме зовнішнє кільце, підшипника, що формує хрестовину (19), як показано на фігурі 4. На рухоме кільце (21) зафланцьована втулка (17) ротора (1). Цей механізм дозволяє керувати кроком гвинта для регулювання потужності, що отримує турбіна, коли її запущено гідравлічним або електричним мотором. Втулка (17) є сполучною ланкою між лопаттю (12) та противагою (18). Ці три елементи складають ротор (1). Також зазначимо, що для повертання турбіни її оснащено гальмівним моторедуктором (14) реверсивної дії, який через зубчате колесо входить в зчеплення з різьбленим внутрішнім кільцем поворотний підшипник (7), який підтримує гондолу (9). Положення гондоли контролюється моторедуктором поки турбіна не буде підключено до мережі. Як тільки турбіну підключено, розблоковується гальмівний мотор-редуктор, звільняючи комплекс гондоли (9). Цей гальмівний мотор-редуктор (14) призначений для розмотування, при необхідності, бухт кабелів всередині вела (8), або для розташування гондоли (9) в необхідному положенні, наприклад, під час технічного обслуговування. Наприкінці слід зазначити, що описана система підвісної турбіни з компенсуванням крутного моменту, в якій складові елементи трансмісії (мультиплікатор швидкості (5), генератор (6), гальмівний диск (13)) підвішені на першому підшипнику (4), на одній лінії з повільним валом (3) ротора (1), так що вони можуть хитатися та у своєму кутовому зміщенні компенсувати крутний момент ротора (1), щоб збалансувати його, також може бути застосована, з відповідними модифікаціями на інших моторних одногвинтових пристроях, таких як водні та повітряні судна, в яких мультиплікатор швидкості (5) замінюється двигуном, а шасі замінюється заглушкою. В альтернативному варіанті виконання турбіни з гідростатичною трансмісією на мультиплікатор швидкості (5) встановлюється маслодинамічна установка (25), а саме, на те місце, де раніше було встановлено генератор (6). В цьому випадку установка (25) разом з 9 UA 99402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 мультиплікатором швидкості (5) складає маятниковий комплекс (28), а генератор (6) розміщується в основі вежі. У свою чергу генератор (6) розташований у підніжжі вежі (8), є складовою частиною комплекту стабілізації, що складається з другого інерційного маховика (22), приєднаного до валу, який проходить через генератор (6), і обидва приводяться в дію масло-гідравлічним сервомотором (23) зі змінним об'ємом циліндрів через гідравлічну муфту (24). Цей комплект стабілізації є опцією і кріпиться болтами до фундаменту та основи вежі (8) з фланцями однакового розміру, що забезпечує більшу висоту валу ротора (1). В цьому варіанті виконання турбіни механічна потужність на виході з мультиплікатора швидкості (5) перетворюється на гідравлічну потужність у формі потоку збільшеного на тиск масла в насосі, розташованого в масло-гідравлічній установці (25). Ця потужність передається на масло-гідравлічний сервомотор (23) під тиском: через канали, які проходять через поворотний штуцер (26), розташований в гондолі (9) і утворюють замкнений контур. Гнучкість, забезпечена змінним об'ємом циліндрів масло-гідравлічного сервомотора (23) дозволяє підтримувати майже постійні оберти генераторної установки (6) та махового колеса (22), незалежно від обертів ротора (1) який працює на  (лямбда) постійній, що покращує продуктивність ротора. Таке застосування турбіни підходить для випадків, коли необхідно отримувати більш однакову енергію, особливо в ізольованому застосуванні, або коли генератор (6) підключений до слабкої мережі. Якщо турбіна використовується для прокачування повітря або для опріснення води методом зворотного осмосу, в комплекті стабілізації генератор (6) замінюється, насосом (27) приєднаним до другого інерційного маховика (22), який буде втягувати чи штовхати рідину створюючи більш рівномірний потік. Насос (27) та інерційний маховик (22) приводяться в дію масло-гідравлічним сервомотором (23) через гідравлічну муфту (24). У випадку викачування зі свердловини, насос (27) розташовується на глибині та приводиться у дію через карданну передачу з другого інерційного маховика (22). Варто підкреслити, що конструкція мультиплікатора швидкості (5) має вирішальне значення для компенсації крутного моменту та амортизації, зберігання та передачі енергії. Для досягнення компенсації крутного моменту, мультиплікатор швидкості (5) складається з паралельних осей розташованих на відстані одна від одної, що дозволяє збільшити плече важеля, для того щоб маси, що компенсують (генератор (6) + маховик (11)) не були надмірними. Для досягнення амортизації, накопичення та передачі енергії, інерція обертових частин повинна перевищувати зростання інерції самого маятникового комплексу, звідси розташування інерційного маховика (11) повинно бути на швидкому валу (29) (більш віддаленому), який окрім активації противаги служить для збільшення інерції обертових частин, таким чином, що зміна крутного моменту майже не вплине на рівномірність обертання ротора генератора. Отож, мультиплікатор швидкості (5) (див. Фігура 4) підтримується з концентричного підшипника моторним валом, що дозволяє йому хитатися компенсуючи крутний момент своїм кутовим зміщенням. Такий мультиплікатор швидкості сконструйовано для роботи в два етапи передачі. Перший етап складається з мультиплікатора епіциклоїдальної будови з трьома або більше шестернями. Така будова витримає високі крутні моменти на вході. Другий етап складається з ланцюгової передачі, що має довжину, достатню для відстані між валами. На швидкому валу (29) і всередині самого мультиплікатора швидкості (5) розміщено вищезазначене інерційний маховик (11), який активує та вирівнює обертання противаги, а отже й обертання валу генератора, до якого цей маховик напряму приєднано. На іншому кінці швидкого валу (29) знаходиться гальмівний диск (13). Вважаємо, що суть винаходу та форма його практичного застосування описані достатньо, щоб будь-який фахівець у вказаній галузі міг зрозуміти його можливості та переваги. Основна ідея винаходу може бути реалізована на практиці в інших варіантах застосування, що відрізнятимуться в деталях від описаних прикладів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту, що складається з ротора (1) з однією лопаттю (12), з'єднаного з повільним валом (3), який проходить всередині шпинделя (2), який підтримується гондолою (9), шпиндель розміщено на поворотному підшипнику (7), розташованому у верхній частині вежі (8), встановленій на відповідному фундаменті, яка відрізняється розташуванням елементів, що складають трансмісію, тобто мультиплікатора швидкості (5), генератора (6) і гальмівного диска (13), що підвішені на гондолі (9) через перший 10 UA 99402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підшипник (4), з'єднаний з повільним валом (3) ротора (1), утворюючи маятниковий комплекс (28), що дозволяє їм обертатися, компенсуючи крутний момент ротора (1) своїм кутовим переміщенням, щоб збалансувати його, запобігаючи тому, щоб цей крутний момент передавався на гондолу (9), вежу (8) та фундамент, при цьому маятниковий комплекс (28) накопичує потенціальну енергію, піднімаючись в своєму кутовому переміщенні та віддає енергію, коли вщухає вітер, під час свого спуску, обертаючись в протилежному до обертання ротора турбіни (1) напрямку, відновлюючи оберти ротора генератора (6); цей ефект служить регулятором потужності, що пом'якшує піки та спади завдяки пасивним механічним системам. 2. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за п. 1, яка відрізняється тим, що конструкція та конфігурація маятникового комплексу (28) є такою, що інерція обертових частин компонентів, які складають трансмісію, значно перевищують інерцію мас самого маятникового комплексу (28). 3. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що мультиплікатор швидкості (5) складається з паралельних валів довготривалої дії та двох чи більше етапів мультиплікації, де повільний етап має епіциклоїдальну конструкцію з трьома або більше шестернями, що дозволяє передавати крутний момент; швидкий етап складається з ланцюгової передачі; в швидкому валу (29) знаходиться інерційний маховик (11), що надає стабільності ходу та збільшує інерцію частини обертання, для того щоб зміна крутного моменту відобразилася лише на маятниковому комплексі (28), не порушуючи однорідність руху вала генератора (6). 4. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за пп. 1-3, яка відрізняється тим, що ротор (1) є однолопатевим з осцилюючою лопаттю, яка амортизується еластомерами (10), розташованими між вилкою (16) та хрестовиною (19), з кутом у 155° за номінальних умов, при цьому в динамічній рівновазі знаходяться, з одного боку, стабілізуючий момент, створюваний переміщенням мас лопаті (12) та противаги (18), а з іншого боку, дестабілізуючий момент, створюваний в результаті осьової тяги вітру. 5. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за п. 1-4, яка відрізняється тим, що для контролю кроку лопаті турбіни передбачено механізм коронної шестірні та шнека, інтегрованих у хрестову (19), де коронна шестірня складає рухоме кільце (21) підшипника з подвійним рядом кульок або валиків, нарізаного в своїй центральній частині, а шнек (20) вбудований в нерухоме зовнішнє кільце підшипника, що формує хрестовину (19), на якому вищезазначене рухоме кільце (21) зафланцьоване з втулкою (17) ротора (1). 6. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за пп. 1-5, яка відрізняється тим, що гондола (9) є еліптичною секцією, що складається з двох зварених півсфер, всередині гондоли розміщені гідравлічні системи, силові шафи та моторедуктори, а також тим, що з підвітряного боку гондоли (9) виходить трубне коліно (15), яке тримає шпиндель (2), ротор (1) і маятниковий комплекс (28). 7. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за п. 1, яка відрізняється особливим положенням елементів, які складають трансмісію (мультиплікатор швидкості (5), генератор (6) і інерційний маховик (11)), вони підвішені на гондолі (9) через підшипник (4) на одній лінії з валом (3) ротора (1) так, що вони можуть хитатися та у своєму кутовому зміщенні компенсувати крутний момент ротора (1), щоб збалансувати його; турбіна також може бути застосована, з відповідними модифікаціями на інших моторних однолопатевих пристроях, таких як водні та/або повітряні судна, в яких генератор (6) замінюється двигуном, а шасі замінюється заглушкою або чимось подібним. 8. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за пп. 1-6, яка відрізняється тим, що в одному з варіантів реалізації для постачання більш однакової та більш якісної енергії додається гідростатична трансмісія між мультиплікатором швидкості (5) та генератором (6) так, що генератор (6) у формі рухомого вала з'єднується з другим інерційним маховиком (22), обидва розміщаються у підніжжі вежі (8) та запускаються маслогідравлічним сервомотором (23) зі змінним об'ємом циліндрів через гідравлічну муфту (24); зазначені компоненти складають комплект стабілізації, в якому на мультиплікатор швидкості (5) монтується масло-гідравлічна установка (25), яка є частиною маятникового комплексу (28) замість генератора (6), який розміщується в основі вежі. 9. Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту за пп. 1-3, яка відрізняється тим, що при використанні для прокачування повітря або для опріснення води методом зворотного осмосу, всередині комплекту стабілізації генератор (6) замінюється насосом (27) з наскрізним валом, який створює потужний рівномірний потік; у випадку викачування зі свердловини, насос (27) розташовується на глибині і приводиться в дію через карданну передачу з другого маховика (22). 11 UA 99402 C2 12 UA 99402 C2 13 UA 99402 C2 14 UA 99402 C2 15 UA 99402 C2 16 UA 99402 C2 17 UA 99402 C2 18 UA 99402 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 19

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Wind turbine with compensation motor torque

Автори англійською

Lahuerta Romeo, Manuel

Назва патенту російською

Ветровая турбина с компенсацией крутящего момента двигателя

Автори російською

Лахуерта Ромео Мануел

МПК / Мітки

МПК: F03D 1/06

Мітки: компенсуванням, двигуна, турбіна, вітрова, крутного, моменту

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/21-99402-vitrova-turbina-z-kompensuvannyam-krutnogo-momentu-dviguna.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Вітрова турбіна з компенсуванням крутного моменту двигуна</a>

Подібні патенти