ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Г.И.ОЗЕРОВА Российский патент 1996 года по МПК F03D7/06 

Изобретение относится в ветроэнергетике и может быть использовано в ветроустановках различного назначения и особенно работающих через накопителя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа ветродвигатель В.Г.Блескина [1] содержащий ветроколесо с подвижными лопастями, которое установлено на вертикальной опоре и при помощи флюгера поворачивается на оптимальный угол по отношению к ветровому потоку. Имеет устройство для регулирования ветровой нагрузки на лопасти ветродвигателя. При превышении ветровым потоком допустимой скорости ветровая нагрузка на подвижную лопасть снижается при помощи специального устройства, связанного с флюгером посредством рычага от балансирных парусов через два оппозитно установленных ролика. Кроме того, каждая лопасть снабжена вертикальными стержнями, а узел разгрузки пружиной, клином и валом.

Недостатком известного устройства является то, что оно берет малый процент энергии, проходящей через лопасти среды, и имеет довольно сложное устройство выравнивания силы взаимодействия потока на лопасть при колебаниях скорости ветра.

Целью изобретения является усовершенствование работы подвижной лопасти для наибольшего взаимодействия с потоком при использовании принципа работы простейшего ротора Савониуса, снабдив его четырьмя подвижными лопастями, которые увеличат площадь взаимодействия с потоком в три раза при прохождении встречной ветви потока, вращаясь по окружности того же радиуса.

На фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка, общий вид; на фиг.2 стержневые каркасы; на фиг.3 внутренний стержневой каркас с верхними и нижними кольцами; на фиг.4 взаимодействие наружных и внутренних колец стержневых каркасов с роликами кронштейнов; на фиг.5 лопасть ветроколеса, состоящая из двух ступеней; на фиг.6 показана схема амортизационного устройства пружинного типа; на фиг.7 и 8 различное положение лопастей при взаимодействии с амортизационным устройством при работе установки.

Ветроэнергетическая установка содержит вертикальный корпус 1, закрепленный на опоре 2, образованный вертикальными стержнями, закрепленными на верхних наружных и внутренних кольцах и нижних наружных и внутренних кольцах, расположенных концентрично, соответственно по два в одной горизонтальной плоскости. Стержни равномерно расположены по окружности и прикреплены к упомянутым кольцам и образуют барабаны 3, установленные друг на друге и снабженные каждый четырьмя наружными поворотными лопастями 4 и четырьмя внутренними фиксированными лопастями 5. Рабочее колесо 6 связано с внутренней кромкой фиксированных лопастей 5, которые при вращении образуют внутренний полый цилиндр 7, и посредством передачи через мультипликатор 8 связано с электрогенератором 9. У верха и низа корпуса 1 от опоры 2 отходят по восемь кронштейнов 10, на которых выполнены ролики 11, а через наружные и внутренние верхние и нижние кольца-круглые направляющие бороздкой вниз по наружному кольцу направляющая 12 и по внутреннему кольцу направляющая 13, посредством чего и происходит вращение подвижной части конструкции с рабочим колесом 6. В высоких конструкциях возможно усиление крепления вращающей части еще посредине также через кронштейн с роликами и круглую направляющую.

Наружная подвижная лопасть 4 выполнена из двух ступеней 14 различной длины с общей осью 15 вращения, которая вращается на своих шарнирах 16, или возможны две оси вращения под каждую ступень, расположенные рядом, что будет зависеть от размеров и прочностных расчетов. Ступени 14 установлены в порядке возрастания их длины от барабана 3, причем ближняя к оси 15 первая, 1/2 общей длины, полностью обшита и ее концы рамы удлинены для принятия рамы второй ступени. Рама второй ступени имеет окно 17, которое образовалось за счет того, что обшит только ее конец, и он вместе с первой ступенью образует единую подвижную лопасть 4. Для более быстрого отрыва лопасти 4 от корпуса 1 при прохождении точки А концы ступени 14 имеют желоба 18 высотой 5-10 мм, площадью до 10% площади ступени. Корпус 1 под наружными подвижными лопастями 4 не обшивается, а обшиты только четыре участка 19 перед осью лопасти 4. Окно 17 в раме второй ступени 14 и необшитый корпус 1 дают возможностью поступать потоку ветра к фиксированной лопасти 5 сразу же при открытии первой ступени 14, он будет как бы направляться в этот проем первой ступенью. Фиксированная лопасть 5 выполнена из свободно подвешенных створок, которые приподнимаются на встречной ветви потока и пропускают воздух, а на рабочей ветви фиксируются и участвуют в работе. У небольших установок, у которых позволят прочностные расчеты, с амортизационным устройством через трос 20 увязывается только первая ступень, которая имеет уздечку 21. Трос 20 от центра уздечки 21 к амортизационному устройству 22 проходит через окно 17 второй ступени 14.

Амортизационное устройство может быть гидравлическим или пружиненного типа, что зависит от класса установки. Пружинного типа состоит из пружины 23 натяжения, которая крепится на внутреннем цилиндре 7, двойной пружины 24 сжатия, которая находится в стакане и крепится на обшитом участке 19 корпуса 1 внутри. Трос 20 от первой ступени 14 проходит через окно 17 в раме второй ступени к пружине 23 натяжения и через ее блок входит через ролики 25 в стакан к пружинам 24 сжатия и, пройдя внутри них, крепится на резиновом поджиме 26 для этих пружин.

Оси 15 вращения подвижных лопастей 4 барабанов 3 смещены относительно друг друга на угол, равный 90^о, деленый на количество барабанов. Оценочные расчеты показывают, что конструкции мощностью до 100 кВт могут иметь всего два барабана.

Каждый барабан изготовляется отдельно, или в небольших конструкциях он образуется за счет перемещения лопастей на самом корпусе, как показано на фиг. 9-11. В том и другом случае решетка для крепления створок фиксированной лопасти 5 выполняется для каждого барабана отдельно и так, чтобы ее увязка с кольцами с круглыми направляющими 12 и 13 усиливала подвижную часть конструкции и особенно ось 15 наружной поворотной лопасти 4, которая несет основную нагрузку в работе. Внутренний цилиндр 7 может выполняться из готовой трубы, на которой закрепляются малые круглые направляющие 13 и рабочее колесо 6, или же обшиваются стержни внутренних колец (фиг.11), на которых закрепится и рабочее колесо 6, с зубчатой передачей или ременной. Обшивкой может быть жесть, резина, пластик, ткань и т.п.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Ветер, проходя по корпусу 1, открывает с одной его стороны первую ступень 14 лопасти 4 того барабана 3, желоб 18 которого первым угодил в поток, и сбрасывается в открывшееся окно 17 второй ступени на створки фиксированной лопасти 5, которые, опустившись на решетку или другой фиксатор, вступают в работу. Первая ступень 14 фиксируется в потоке амортизационным устройством 22 и занимает расчетный угол α в соответствии с силой ветра и нагрузкой на рабочее колесо 6 потребителем и также начинает производить работу. Затем желоб 18 второй ступени, подойдя к точке А, под воздействием ветра поднимает ступень и укладывает ее на раму первой ступени, последняя, приняв дополнительную нагрузку, займет другой заданный угол α, и образовавшаяся полная лопасть (фиксированная и подвижная) вращает ротор вместе с рабочим колесом.

Для выравнивания вращения рабочего колеса (вала электрогенератора) при порывах ветра сила амортизаторов противоположного действия подбирается с расчетом обеспечения открытия лопасти при скорости ветра меньше среднего расчетного на угол до 90^о, а при скорости ветра больше среднего расчетного на удержание на углах больше 90^о при среднепринятой нагрузке на рабочее колесо от потребителя (к примеру, 5 кВт), а контрятся лопасти при скорости ветра больше 15 м/с при выходе на встречную ветвь потока через автоматику, увязанную с силой амортизаторов, или миниветроагрегатом, выполненным над ротором (например, защелка работает по принципу соленоида, а энергию и команду выдает миниветроагрегат). Помимо принятия разных углов встречи потока лопастью за счет амортизаторов, для выравнивания вращения ротора применяется известное устройство в качестве коробки отбора мощностей, увязанной через автоматику с миниветроагрегатом и нагрузкой на рабочее колесо, причем работает это в комплексе и нагрузка на рабочее колесо испрашивается в зависимости от силы ветра больше или меньше среднепринятой.

Использование: в ветроэнергетике, в частности в ветроэнергетических агрегатах с вертикальной осью вращения. Сущность изобретения: ветроэнергетическая установка содержит опору, установленное на опоре ветроколесо с лопастями и электрогенератор. Ветроколесо снабжено фиксированными и подвижными лопастями. Каждая подвижная лопасть снабжена амортизационным устройством и выполнена с радиусом кривизны, равным радиусу наружного кольца, из двух ступеней с общей осью вращения. Вторая ступень лопастей выполнена с окном, расположенным у оси вращения. 2 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая опору, установленное на опоре ветроколесо с лопастями и электрогенератор, связанный с ветроколесом механической передачей, отличающаяся тем, что ветроколесо снабжено фиксированными и подвижными лопастями и выполнено в виде двух стержневых каркасов, которые образованы верхними наружными и внутренними кольцами и нижними наружными и внутренними кольцами, расположенными концентрично соответственно по два в одной горизонтальной плоскости, и вертикальными стержнями, стержни прикреплены к упомянутым кольцам и равномерно расположены по их окружности, фиксированные лопасти размещены между каркасами и выполнены в виде поворотно закрепленных створок, подвижные лопасти установлены на стержнях, соединяющих внешние кольца, каждая подвижная лопасть снабжена амортизационным устройством и выполнена с радиусом кривизны, равным радиусу наружного кольца, из двух ступеней с общей осью вращения, причем вторая ступень лопасти выполнена с окном, расположенным у оси вращения. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что амортизационное устройство снабжено амортизаторами противоположного действия - сжатия и растяжения. 3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что механическая передача снабжена рабочим колесом, закрепленным на внутреннем кольце ветроколеса.