АВТОНОМНАЯ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВАЯ ВЕТРОУСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F03D7/06 F03D11/04 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэнергетических установок, работающих в автономных системах.

Известны вертикально-осевые ветроустановки, например типа Дарье (патент США N 1835018).

Наиболее близкое к изобретению является ветроустановка (патент США N 4630996), содержащая ветроколесо, выполненное в виде трубы с неподвижно закрепленными на ней лопастями, установленное в опорах вращения на основании и соединенное через механизм передачи вращения с генератором, и основание, выполненное из двух частей.

Недостатками прототипа при его использовании в автономных системах являются сложность согласования параметров ветроустановки и потребителя, для чего требуется применение генератора, мощность которого может во много раз превышать мощность потребителя энергии, и использование специальных устройств для рассеивания избыточной энергии.

Целью изобретения является улучшение технико-экономических показателей установки путем согласования ее параметров с параметрами потребителя.

Для этого в автономной вертикально-осевой ветроустановке, содержащей ветроколесо, выполненное в виде трубы с неподвижно установленными на ней лопастями, закрепленное в опорах вращения на основании и соединенное через механизм передачи вращения с генератором, и основание, выполненное из двух частей, части основания соединены между собой двухстепенным шарниром, причем одна часть выполнена в виде стержня, верхняя часть которого коаксиально размещена внутри трубы ветроколеса, а нижняя снабжена поплавком, охватывающим стержень и размещенным выше шарнира, при этом вторая часть основания снабжена корытом, заполненным жидкостью, в котором размещен поплавок, а генератор закреплен на поплавке.

На фиг.1 изображена предлагаемая установка; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 сечение А-А на фиг.2.

Автономная вертикально-осевая ветроустановка состоит из ветроколеса 1, выполненного в виде трубы 2 с неподвижно установленными на ней лопастями 3. Ветроколесо 1 закреплено в опорах 4 вращения на основании 5 и соединено через механизм 6 передачи вращения с генератором 7. Основание 5 выполнено из двух частей 8 и 9, соединенных между собой двухстепенным шарниром 10. Часть 8 основания выполнена в виде стержня 11, верхняя часть которого коаксиально размещена внутри трубы 2 ветроколеса, а нижняя снабжена расположенным выше шарнира поплавком 12 с крышкой 13, охватывающим стержень 11. Вторая часть 9 основания снабжена корытом 14, заполненным жидкостью 15, в котором размещен поплавок 12. Генератор 7 закреплен на крышке 13 поплавка 12. На поплавке 12 установлены гидродинамические поверхности 16, а корыто 14 снабжено меридиональными ребрами 17 и уплотнением 18. Для заполнения корыта жидкостью и слива ее имеется специальная система 19, включающая резервуар 20, насос 21 и кран 22. Для остановки и удержания от вращения ветроколеса 1 установка снабжена тормозным устройством 23.

Установка работает следующим образом.

При взаимодействии воздушного потока с предварительно раскрученным, например, генератором ветроколесом 1 аэродинамические силы, возникающие на его лопастях 3, создают крутящий момент, который через механизм 6 передачи вращения передается на вал генератора 7, вырабатывающего электрическую энергию. Аэродинамические силы одновременно создают кренящий момент, приводящий к появлению угла нутации оси ветроколеса 1. Действие кренящего момента на вращающееся ветроколесо 1 вызывает одновременно прецессию оси последнего. Степени свободы, соответствующие углам нутации и прецессии, обеспечиваются шарниром 10. Появление угла нутации оси ветроколеса в плоскости ветра ведет к уменьшению вырабатываемой мощности. Кренящий момент уравновешивается моментом гидростатической силы, приложенной к поплавку 12. Величина момента гидростатической силы определяется размерами и формой поплавка, уровнем и удельным весом жидкости и изменяется в функции угла нутации. Демпфирование колебаний при переходных процессах происходит за счет изменения силы аэродинамического сопротивления ветроколеса 1 при изменении угла прецессии и за счет дросселирования жидкости через зазоры между стенками корыта 14 с ребрами 17 и гидродинамическими поверхностями 16. Вытеснению жидкости из корыта препятствует уплотнение 18.

Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: автономная вертикально-осевая ветроустановка содержит ветроколесо 1, выполненное в виде трубы 2 с неподвижно установленными на ней лопастями 3, закрепленное в опорах 4 вращения на основании 5 и соединенное через механизм 6 передачи вращения с генератором 7, при этом основание 5 выполнено из двух частей 8 и 9, а части основания соединены между собой двухстепенным шарниром 10, причем одна часть 8 выполнена в виде стержня 11, верхняя часть которого коаксиально размещена внутри трубы 2 ветроколеса, а нижняя снабжена поплавком 12, охватывающим стержень 11 и размещенным выше шарнира, при этом вторая часть 9 основания снабжена корытом 14, заполненным жидкостью, в котором размещен поплавок 12, а генератор 7 закреплен на поплавке. 3 ил.

АВТОНОМНАЯ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВАЯ ВЕТРОУСТАНОВКА, содержащая ветроколесо, выполненное в виде трубы с неподвижно установленными на ней лопастями, закрепленное в опорах вращения на основании и соединенное через механизм передачи вращения с генератором, при этом основание выполнено из двух частей, отличающаяся тем, что части основания соединены между собой двухстепенным шарниром, причем одна часть выполнена в виде стержня, верхняя часть которого коаксиально размещена в трубе ветроколеса, а нижняя снабжена поплавком, охватывающим стержень и размещенным выше шарнира, при этом вторая часть основания снабжена корытом, заполненным жидкостью, в котором размещен поплавок, а генератор закреплен на поплавке.