ВЕТРОАГРЕГАТ Российский патент 1994 года по МПК F03D5/02 

Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для выработки электроэнергии.

Наиболее близким к изобретению является ветроагрегат, который содержит установленный на опоре и кинематически связанный с генератором полый вертикальный вал с закрепленными на нем нижней и верхней крестовинами, расположенные между последними на вертикальных осях поворотные лопасти, механизм ориентации лопастей с флюгерным устройством, связанным токосъемными щетками с преобразователем электрической энергии и с контактными секторами, закрепленными со сдвигом относительно друг друга на 90^о и электрически связанными с первым и вторым реле.

К недостатку прототипа относится сравнительно низкий КПД.

Цель изобретения - увеличение КПД.

Цель достигается тем, что в ветроагрегате, содержащем установленный на опоре и кинематически связанный с генератором полый вертикальный вал с закрепленными на нем нижней и верхней крестовинами, расположенные между последними на вертикальных осях поворотные лопасти, механизм ориентации лопастей с флюгерным устройством, связанным токосъемными щетками с преобразователем электрической энергии и с контактными секторами, закрепленными со сдвигом относительно друг друга на 90^о и электрически связанными с первым и вторым реле, оси лопастей установлены со смещением относительно продольных осей симметрии лопастей, флюгерное устройство выполнено в виде ветроколеса с горизонтальной осью вращения, кинематически связанного с преобразователем электрический энергии, устройство поворота лопастей - в виде установленных на вертикальных осях лопастей подпружиненных кулачковых муфт и электромагнитов, штоки которых контактируют с муфтами, а обмотки параллельно подключены к контактам первого реле, электрически связанным через токосъемные щетки и контактные секторы с преобразователем электрической энергии, при этом катушка первого реле связана с контактами второго реле, подключенными к генератору при помощи переменного резистора.

На чертеже показан ветроаграгет (вид спереди) и его флюгерное устройство, условно повернутое в горизонтальной плоскости на 90^о.

Ветроагрегат содержит установленный на опоре 1 и кинематически связанный с генератором 2 полый вертикальный вал 3 с закрепленными на нем нижней и верхней крестовинами 4, расположенные между последними на вертикальных осях поворотные лопасти 5, механизм ориентации лопастей с флюгерным устройством 6, связанным токосъемными щетками 7 с преобразователем 8 электрической энергии и с контактными секторами 9, закрепленными со сдвигом относительно друг друга на 90^о и электрически связанными с первым 10 и вторым 11 реле. Вертикальные оси лопастей 5 установлены со смещением относительно продольных осей симметрии лопастей 5. Флюгерное устройство 6 выполнено в виде ветроколеса 12 с горизонтальной осью 13, кинематически связанного с преобразователем 8 электрической энергии. Устройство поворота лопастей 5 выполнено в виде установленных на вертикальных осях лопастей 5 подпружиненных кулачковых муфт 14 и электромагнитов 15, штоки 16 которых контактируют с муфтами 14, а обмотки параллельно подключены к контактам первого реле 10, электрически связанным через токосъемные щетки 7 и контактные секторы 9 с преобразователем 8 электрической энергии. При этом катушка первого реле 10 связана с контактами второго реле 11, подключенными к генератору 2 при помощи переменного резистора 17.

Ветроагрегат работает следующим образом.

Ветер, действующий сбоку на ветроколесо 12, поворачивает его со всем флюгерным устройством 6 вокруг вертикальной оси на опоре 1, пока горизонтальная ось 13 ветроколеса не установится по направлению ветра. После этого колесо 12, вращаемое ветром, приводит в действие кинематически связанный с ним преобразователь 8 электрической энергии. Выработанный им ток поступает через контактные секторы 9, токосъемные щетки 7 и нормально замкнутые контакты первого реле 10 на верхней крестовине 4 в обмотки электромагнитов 15, которые посредством штока 16 выключают подпружиненные кулачковые муфты 14 на осях лопастей 5, находящихся с одной стороны полого вертикального вала 3 и опоры 1. Вследствие того, что оси лопастей 5 смещены от их продольных осей симметрии, лопасти 5 после выключения муфт 14 устанавливаются плоскостью в направлении действующего на них ветра. В то же время лопасти 5, находящиеся с противоположной стороны опоры 1, обращены к ветру плоскостью под прямым или острым углом, так как их оси зафиксированы в неподвижном положении включенными муфтами 14, а электромагниты последних отключены от преобразователя 8. Под действием разности давления ветра на рабочие лопасти, обращенные к нему под прямым или острым углом, и на холостые лопасти, обращенные к ветру ребром плоскости, крестовины 4 вместе с полым вертикальным валом 3 вращаются вокруг опоры 1, вал 3 приводит в действие кинематически связанный с ним генератор 2. Включение и выключение муфт 14 электромагнитами 15 происходит автоматически вследствие взаимодействия токосъемных щеток 7, вращающихся с крестовинами 4, с относительно неподвижными секторами 9 флюгерного устройства 6. Когда ветер не превышает расчетной скорости, выключение муфт 14 происходит в момент перехода лопастей 5 за опорой 1 с одной ее стороны на другую, а включение муфт 14 - при движении лопастей в обратном направлении впереди опоры 1. Если скорость ветра становится выше расчетной или снижается электрическая нагрузка на генератор 2, то на короткое время повышается частота вращения вала 3 и напряжение генератора 2. При этом второе реле 11, подключенное через переменный резистор 17 к генератору 2, замыкает свои нормально разомкнутые контакты и подает ток в катушку первого реле 10, последнее размыкает свои контакты и прекращает подачу тока от преобразователя 8 в обмотки электромагнитов 15 холостых лопастей 5. Включаются их кулачковые муфты 14 и холостые лопасти, потерявшие возможность свободного поворота вокруг своих осей, тормозят вращение крестовин 4 с валом 3 до тех пор, пока напряжение генератора 2 снова не станет нормальным. Таким образом ветроагрегат имеет возможность работать при сильных ветрах, поддерживая постоянное напряжение генератора.

Предложенный ветроагрегат не расходует свою мощность на работу механизмов ориентации и поворота лопастей, поэтому имеет увеличенный КПД.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1020621, кл. F 03 D 5/02, 1981.

Использование: в ветроэнергетике, в ветроагрегате с вертикальной осью вращения. Сущность изобретения: ветроагрегат содержит опору, генератор, кинематически связанный с полым вертикальным валом, имеющим возможность вращения вокруг опоры, снабженным нижней и верхней крестовинами, между которыми укреплены вертикальные оси поворотных лопастей, смещенные относительно их продольных осей симметрии. Лопасти имеют механизмы ориентации и поворота. Механизм ориентации включает токосъемные щетки на верхней крестовине, взаимодействующие с контактными секторами флюгерного устройства, установленного на опоре и имеющего ветроколесо с горизонтальной осью, которое связано с преобразователем электрической энергии. Механизм поворота лопастей включает подпружиненные поворотные муфты, связанные со штоком электромагнита и установленные внизу на концах осей лопастей. Обмотки электромагнитов параллельно подключены к преобразователю через первое реле, щетки и контактные секторы, сдвинутые относительно друг друга на 90 . Катушка первого реле подключена к контактам второго реле, подключенного к генератору. Рабочие лопасти одной стороны опоры обращены плоскостью к ветру под прямым или острым углом, их кулачковые муфты включены, а электромагниты отключены от преобразователя. Холостые лопасти, находящиеся с другой стороны опоры с включенными электромагнитами и выключенными муфтами, расположены плоскостью по направлению ветра. Когда скорость ветра превышает расчетную, увеличивается напряжение генератора, второе реле размыкает контакты первого реле и холостые лопасти при включенных муфтах оказываются в положении рабочих лопастей относительно ветра, т. е. тормозят вращение вала, пока напряжение генератора не снизится до нормального. 1 ил.

ВЕТРОАГРЕГАТ, содержащий установленный на опоре и кинематически связанный с генератором полый вертикальный вал с закрепленными на нем нижней и верхней крестовинами, расположенные между последними на вертикальных осях поворотные лопасти, устройство поворота лопастей, механизм ориентации лопастей с флюгерным устройством, связанным токосъемными щетками с преобразователем электрической энергии и с контактными секторами, закрепленными со сдвигом относительно друг друга на 90^o и электрически связанными с первым и вторым реле, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД вертикальные оси лопастей установлены со смещением относительно продольных осей симметрии лопастей, флюгерное устройство выполнено в виде ветроколеса с горизонтальной осью вращения, кинематически связанного с преобразователем электрической энергии, устройство поворота лопастей - в виде установленных на вертикальных осях лопастей подпружиненных кулачковых муфт и электромагнитов, штоки которых контактируют с муфтами, а обмотки параллельно подключены к контактам первого реле, электрически связанным через токосъемные щетки и контактные секторы с преобразователем электрической энергии, при этом катушка первого реле связана с контактами второго реле, подключенными к генератору при помощи переменного резистора.