Ветроустановка

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к конструкциям ветроэнергетических установок, и может быть использовано для выработки электроэнергии в отдаленной от электрических сетей местности. Технический результат заключается в повышении надежности, эффективности и упрощении конструкции ветроустановки. Ветроустановка состоит из поворотной вертикальной опоры со смонтированным на ней, по крайней мере, одним средством, воспринимающим поток ветра, редуктора и генератора согласно изобретению, причем средство, воспринимающее поток ветра, выполнено в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85-95 градусов, а каждое последующее средство смонтировано на вертикальной опоре под углом в 90 градусов по отношению к другому, при этом каждое средство снабжено ограничителем поворота. Ограничитель поворота средства, воспринимающего поток ветра, жестко смонтирован на оси каждого средства и контактно связан с вертикальной опорой ветроустановки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к конструкциям ветроэнергетических установок, и может быть использовано для выработки электроэнергии в отдаленной от электрических сетей местности или в качестве привода к различным механическим устройствам, в т.ч. к водяным насосам для подъема воды из скважин или для подзарядки блока аккумуляторов.

Известен ветроагрегат, содержащий рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на котором установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенный с осью поворота лопасти (см. патент РФ 2119094, F 03 D 7/06 от 20.09.98 г). Однако указанная конструкция является достаточно сложной, а связь между флюгером и механизмом поворота лопасти постоянно нагружена, что можно отнести к недостаткам известной конструкции.

Известен ветродвигатель, содержащий установленное на вертикальном валу рабочее колесо с верхними и нижними спицами, между которыми на их концах размещены поворотные балансировочные лопасти, валы которых через муфты связаны цепной передачей с общим флюгером (см. а.с. 1483081 от 30.05.89 г. М. кл. F 03 D 3/02). Выполнение лопастей поворотными позволяет оптимально ориентировать их в процессе работы, что обеспечивает оптимальную аэродинамику лопастей при движении по потоку ветра и против.

Однако общий механизм поворота лопастей, представляющий собой цепную передачу, связывающую флюгер с каждой лопастью, сложен, что снижает надежность работы устройства. Кроме того, цепная передача не может быть достаточно жесткой, что вызывает повышенный уровень автоколебаний, что в свою очередь является причиной неожиданных отказов в работе ветродвигателя и низкая эффективность самозащиты ветродвигателя от сильных ветров. Все это и является недостатками известного ветродвигателя.

Известен более совершенный ветроагрегат - прототип, содержащий рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на которой установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенного с осью поворота лопасти, причем верхний конец каждой лопасти выполнен с возможностью отклонения в плоскости лопасти симметрично относительно вертикальной оси на расстояние не более В/5,27, где В - максимальное значение ширины лопасти. Каждый флюгер кинематически соединен с осью поворота лопасти посредством механизма разгрузки, который выполнен в виде предохранительной муфты (см. патент Российской Федерации №2193688, М. кл. F 03 D 7/06).

Известная конструкция ветроагрегата - прототипа является достаточно сложной и не предотвращает нежелательных и нерегулируемых колебаний лопастей во время работы установки, что снижает надежность работы установки, может привести к ее разрушению и на что затрачивается дополнительная энергия, что и можно отнести к недостаткам известного устройства.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности повышение надежности, эффективности и упрощение конструкции ветроустановки.

Поставленная изобретением задача достигается тем, что средство, воспринимающее поток ветра, выполнено в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства, смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85-95 градусов, а каждое последующее средство смонтировано на вертикальной опоре под углом в 90 градусов по отношению к другому, при этом каждое средство снабжено ограничителем поворота.

Ограничитель поворота средства, воспринимающего поток ветра, жестко смонтирован на горизонтальной оси поворота каждого средства и контактно связан с вертикальной опорой ветроустановки.

Ограничитель поворота выполнен в виде упругого рычага.

Признаки того, что средство, воспринимающее поток ветра, выполнено в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85-95 градусов, а каждое последующее средство смонтировано на вертикальной опоре под углом в 90 градусов по отношению к другому, при этом каждое средство снабжено ограничителем поворота, являются признаками существенными, неочевидными, неожиданными, необходимыми и достаточными для достижения поставленной изобретением задачи. Так, выполнение лопастей, воспринимающих поток ветра под разными углами - одна с опережением на 85-95 градусов по отношению к другой каждого средства, воспринимающего поток ветра, позволяет попеременно и полностью воспринимать поток ветра одной лопастью средства, а другая лопасть при этом, находящаяся по другую сторону поворотной опоры ветроустановки, своей плоскостью расположена вдоль потока ветра, не оказывая сопротивления. Расположение на поворотной опоре одного средства по отношению к другому под углом в 90 градусов позволяет обеспечить равномерность вращения опоры ветроустановки и максимально использовать усилия потока ветра.

Отсутствие неопределенно и непредвиденно колеблющихся при восприятии потока ветра частей ветроустановки обеспечивает надежность и долговечность ее работы.

Наличие ограничителя поворота средства, воспринимающего поток ветра, жестко связанного с горизонтальной осью поворота каждого средства и контактно связанного с вертикальной опорой ветроустановки, позволяет точно установить одну поверхность лопасти средства, воспринимающего напор ветрового потока во фронтальной плоскости, а другую в горизонтальной плоскости и добиться этим самым максимально возможных усилий поворота вертикальной оси ветроустановки при данном напоре ветра.

Выполнение ограничителя поворота в виде упругого рычага позволяет плавно без стуков по мере увеличения угла поворота лопасти установить поверхность лопасти воспринимающей поток ветра во фронтальной плоскости.

На фиг.1 схематично представлена предлагаемая ветроустановка в момент восприятия потока ветра лопастями левой стороны.

На фиг.2 представлено положение лопастей средства, воспринимающего поток ветра.

Ветроустановка состоит из поворотной опоры 1, удерживаемой в вертикальном положении несколькими боковыми стяжками 2, и основания 3. По высоте опоры 1 смонтирован, по крайней мере, один ряд спаренных по две лопасти 4 и 5 средств 6, воспринимающих поток ветра, причем лопасть 4 каждого средства 6, воспринимающего поток ветра по отношению к лопасти 5, смонтирована под углом в 85-95 градусов. Упор 7 жестко связан с поворотной горизонтальной осью 8 каждой пары лопастей 4, 5 каждого средства 6, воспринимающего поток ветра, и контактно связан с наружной поверхностью поворотной опоры 1. В нижней части поворотной опоры 1 смонтирован привод 9 с ведущим диском 10 редуктором 11 и генератором 12. В центре опорного подшипника 13 поворотной опоры 1 установлен вал 14, связанный при помощи фланца 15 с опорой 1. На валу 14 закреплена кулиса 16 для снятия механических усилий и их передачи различным устройствам, например водяному насосу 17. В верней части поворотной опоры 1 ветроустановки на подшипнике 18 смонтирована крестовина 19. Стяжки 2 удерживают поворотную опору 1 в вертикальном положении.

Предлагаемая ветроустановка работает следующим образом.

В исходном положении при отсутствии ветра лопасти каждого средства 6, воспринимающего поток ветра, со спаренными лопастями 4, 5 по отношению к вертикальной опоре 1 находятся под углом в 45 градусов.

При напоре ветра и его воздействии на поверхности лопастей средства 6, воспринимающего поток, каждая из лопастей 4, 5 стремится отклониться под напором ветра по направлению потока ветра. При этом одна, например левая, лопасть 4, поворачиваясь относительно горизонтальной оси 8, воспринимает поток ветра с увеличением поверхности восприятия потока, а правая лопасть 5 за это же время под напором ветра устанавливается в горизонтальное положение и не воспринимает поток ветра и не оказывает сопротивления повороту опоры 1 ветроустановки. При установившемся напоре потока ветра на лопасти средства, воспринимающего поток, каждый раз левая лопасть 4 устанавливается во фронтальной плоскости и максимально воспринимает поток ветра, а правая лопасть 4 отклоняется назад и устанавливается в горизонтальной плоскости. Напор ветра, воздействуя на левую сторону лопастей 4 ветроустановки, начинает ее поворачивать относительно вертикальной оси вращения. Как только правая лопасть 5 установится напротив вертикальной оси опоры, ее плоскость из горизонтального положения по мере поворота последовательно переходит по отношению к поворотной опоре 1 ветроустановки сначала под углом в 45 градусов и далее, постепенно поворачиваясь, переходит на левую сторону ветроустановки и начинает воспринимать поток с увеличением поверхности восприятия ветрового потока, а плоскость 4, которая была с левой стороны опоры 1, также постепенно по мере поворота вертикальной опоры 1 ветроустановки поворачивается на другую сторону опоры 1 и переходит в горизонтальное положение в горизонтальную плоскость с минимальным сопротивлением вращению опоры и потоку ветра.

Таким образом, напор ветрового потока постоянно воздействует на левую сторону ветроустановки и вращает ее. При этом вращение ветроустановки, если на нее смотреть сверху, осуществляется по часовой стрелке независимо от направления ветра. Передаваемое генератору 12 через ведущий диск 10 и редуктор 11 вращение опоры 1 ветроустановки обеспечивает выработку электроэнергии и позволяет снимать с вращающейся кулисы 16 привода механическую энергию, например, к насосу 17 крестовина 19, смонтированная на подшипнике 18 опоры 1, обеспечивает свободное вращение опоры 1.

Действующая модель предлагаемой ветроустановки авторами была изготовлена и были проведены опытные испытания. Ветроустановка с площадью поверхности на одной стороне опоры 1, воспринимающей ветровой поток в 6 м² и скоростью ветра 7 м/сек успешно через редуктор приводила в действие автомобильный генератор и вырабатывала электрическую энергию около 200 Вт/час, которой хватало на работу телевизора, одной лампы освещения мощностью в 40 Вт и на подзарядку аккумуляторов.

При соединении поворотной кулисы 16 через систему рычагов с насосом ветроустановка обеспечивала перекачку воды из одной емкости в другую производительностью около 200 литров в час. Считаем, что соединение ветроустановки с насосом скважины обеспечит при перекачивании воды не меньшую производительность.

В настоящее время в стадии изготовления находится ветроустановка предлагаемой конструкции с рабочей поверхностью, с одной стороны воспринимающей поток ветра в 10 м², которая будет установлена в Горном Алтае на пастбище фермера для выработки электроэнергии для освещения, работы радиоприемника и подогрева воды для скота.

Считаем, что предлагаемая ветроустановка найдет широкое применение в фермерских хозяйствах, обществах, занимающихся выращиванием овощей и фруктов, при поливах лесопосадок и питомников, а также может быть использована для создания резервуаров воды для орошения лесополос и тушения пожаров, на стоянках чабанов, у синоптиков, лесников, в охотничьих хозяйствах и т.д., особенно в местах, где отсутствует электроэнергия.

Ветроустановка проста по конструкции и надежна в работе.

1. Ветроустановка, состоящая из вертикальной опоры со смонтированным на ней, по крайней мере, одним средством, воспринимающим поток ветра, редуктора и генератора, отличающаяся тем, что средство, воспринимающее поток ветра, выполнено в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85-95°, а каждое последующее средство смонтировано на вертикальной опоре под углом в 90° по отношению к другому, при этом каждое средство, воспринимающее поток ветра, снабжено ограничителем поворота, выполненным в виде жестко смонтированного на горизонтальной оси каждого средства рычага, контактно связанного с вертикальной опорой ветроустановки.

2. Ветроустановка по п.1, отличающаяся тем, что ограничитель поворота выполнен в виде упругого рычага.