ВЕТРОУСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F03D7/02 F03D11/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для снабжения электроэнергией потребителей в удаленных от линий электропередач местах.

Известен ветродвигатель, содержащий башню, установленную на ней поворотную головку с ветроколесом и электрогенератором, подсоединенный к последнему электрокабель, пропущенный через башню и флюгерную пластину, связанную с головкой [1]
Однако для данного устройства недостатком является то, что при малом изменении направлении ветра, воздушный поток, набегая на хвост, закрепленный на гибком стержне, сгибает последний, не поворачивая при этом саму поворотную головку, что в конечном итоге ведет к снижению коэффициента полезного действия ветродвигателя.

Другим аналогом является ветроустановка, содержащая башню с поворотной головкой, хвост и, по меньшей мере, один ветродвигатель, связанные с поворотной головкой [2]
Однако для данной установки характерен недостаток, заключающийся в том, что для повышения надежности, ветроустановка снабжена лебедкой, включающей катушку, установленную на поворотной головке соосно с вертикальной осью башни, блок, закрепленный на башне, трос, соединенный одним концом с катушкой и огибающий блок, и груз, связанный со свободным концом троса, все это приводит к увеличению массогабаритных показателей ветроустановки.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы ветроустановки за счет введения двух собачек, шарнирно связанных тягой, двух винтовых пазов, расположенных на башне, а также штифта, закрепленного на поворотной головке.

Указанная задача достигается тем, что ветроустановка, содержащая башню с поворотной головкой, хвост и по меньшей мере один ветродвигатель, установленные на поворотной головке, снабжена устройством, состоящим из двух собачек, шарнирно связанных тягой и двумя (правым и левым) винтовыми пазами, расположенными на башне, а поворотная головка снабжена штифтом, образующим с винтовыми пазами и собачками правую и левую винтовые пары, причем угол винтовых пар α одинаков и определяется в основном весом поворотной головки, а также силой трения в винтовой паре. Суммарную окружную силу F, которая обеспечивает возврат головки и устранение скручивания кабеля, на фиг. 1 определяют по формулам:
F = P_гtg(α+ρ) или F = P_гtg(α-ρ),
где
P_г вес поворотной части ветроустановки (головки)
α угол винтовой линии
r угол трения при движении головки соответственно в одном направлении с вектором P_г и навстречу ему.

Отсюда, формула для нахождения угла a будет иметь вид:

Угол поворота головки и соответственно равный ему угол скручивания кабеля ограничивается длиной винтовых пазов или упорами, устанавливаемыми в этих пазах. При одинаковом α для левого и правого винтовых пазов в устройстве наиболее просто реализуется поворот головки 2, как вправо, так и влево на угол до 530^o. Этот угол наиболее оптимален с точки зрения энергетических показателей ветроустановки, а также с точки зрения увеличения срока службы кабеля и повышения его надежности.

При определенных геометрических соотношениях ширины винтового паза и поперечных размеров штифта угла поворота головки в предлагаемом устройстве может быть увеличен в любых разумных пределах. Например, при весе головки до 50 кг эти соотношения могут быть следующими:
h k₁b,
a ≥ k₂cos2α
где b ширина винтового паза;
h и a ширина (высота) и длина поперечного сечения штифта, (фиг. 3);
α угол подъема винтовых канавок;
k₁ 0,8 0,95 коэффициент выбирается из условия прочности штифта на изгиб,
k₂ ≥1,2 1,3 коэффициент перекрытия штифтом разрывов винтовых пазов при их пересечении.

На фиг. 2 изображена ветроустановка, общий вид; На фиг. 3 устройство в разрезе.

Ветроустановка содержит башню 1 (фиг. 2), расположенную на ней поворотную головку 2, хвост 3 и, по меньшей мере, один ветродвигатель 4, электрокабель 5, связанные с поворотной головкой 2. Башня 1 снабжена двумя собачками: правой 6 и левой 7, шарнирно связанными между собой тягой 8, и двумя правым 9 и левым 10 винтовыми пазами, а поворотная головка 2 снабжена штифтом 1, образующим с винтовыми пазами 9 или 10, соответственно, правую или левую винтовые пары.

Ветроустановка работает следующим образом. Воздушный поток, набегая на хвост 3 разворачивает поворотную головку 2 таким образом, что ветродвигатель 4 начинает работать и обеспечивать потребителя (не показан) электроэнергией. При разворотах в горизонтальной плоскости поворотной головки 2, электродвигатель 5 скручивается. В пределах одного оборота (около 360^o) головка 2 поворачивается свободно. При дальнейшем повороте штифт 11, например (см. фиг. 3), двигаясь влево, поднимает рабочий конец правой собачки 6, которая через посредство тяги 8 поворачивает левую собачку 7 так, что ее рабочий конец опускается и образует заходную часть левого винтового паза 10. Штифт 11, перемещаясь по собачке 7 и винтовому пазу 10, поднимает поворотную головку 2. Максимальный поворот головки 2 в одном направлении происходит до упора штифта 11 в конец винтового паза 10. При повороте головки 2 в обратном направлении, т. е. движении штифта 11 вправо (фиг. 3) он совершает полный оборот и посредством рабочего конца правой собачки 6 попадает в правый винтовой паз 9 и также будет поднимать головку 2. После наступления безветрия под действием силы тяжести поворотная головка 2 начинает опускаться, поворачиваясь при этом в обратную сторону, тем самым кабель предохраняется от чрезмерного скручивания и обрыва.

Таким образом, предлагаемое устройство, обладая простотой конструкции, поскольку поворотная головка является грузом, повышает надежность ветроустановки и исключает возможность чрезмерного скручивания и обрыва кабеля.

Использование: относится к ветроэнергетике и может быть использовано для снабжения электроэнергией потребителей в удаленных от линий электропередачи местах. Сущность изобретения - башня 1 снабжены двумя собачками 6 и 7, шарнирно связанными тягой 8, двумя винтовыми пазами 9 и 10, а поворотная головка 2 снабжена штифтом 11, образующим с винтовыми пазами правую или левую винтовые пары. 3 ил.

Ветроустановка, содержащая башню, поворотную головку, хвост и по меньшей мере один ветродвигатель, связанные с поворотной головкой, отличающаяся тем, что башня снабжена двумя собачками, шарнирно связанными между собой тягой и двумя винтовыми пазами, а поворотная головка снабжена штифтом, образующим с винтовыми пазами и собачками правую или левую винтовую пару, причем угол винтовых пазов определяется весом поворотной головки по формуле

где P_г вес поворотной головки ветроустановки;
F окружная сила;
ρ - угол трения.