ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F03D7/02 F03D5/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветросиловых установках для стабилизации скорости вращения ветроколес.

Известен регулятор скорости вращения ветроколес [1] содержащий два боковых рычага, связанных с поворотной головкой ветроколеса, и направленные в противоположные стороны от башни ветроколеса, пружину, один конец которой связан с одним из рычагов, и две пластины на концах рычагов, втулку коаксиальную опорной башни, закрепленную на втулке горизонтальную штангу с концевым флюгером и выступом, связанным с другим концом пружины, трезвенный механизм, стержни которого соединены с общим шарниром и при этом первый закреплен на поворотной головке, второй и третий шарнирно связаны с соответствующими рычагами в точках, равноудаленных от штанги, а рычаги соединены с последней. Однако указанный регулятор имеет сложную конструкцию, много звеньев, в силу чего имеет пониженную надежность.

Известны ветросиловые установки [2, 3, 4, 5] каждая из которых содержит поворотную головку, ветросиловые агрегаты, устройства стабилизации. Однако все они имеют существенные недостатки, один из которых является сложная конструкция устройства стабилизации оборотов, слабая надежность его работы.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является ветроэнергетическая установка [6] содержащая силовую опору, механизм флюгирования с хвостовым элементом, кинематически связанный с лопастным ротором, причем механизм флюгирования выполнен в виде воздушного руля, закрепленного на кормовой части хвостового элемента, подвижного крыла, соединенного при помощи троса с платформой и расположенного под хвостовым элементом, опорной перфорированной щеки и закрепленного на платформе и пропущенного через перфорацию щеки винта с подпружиненной регулировочной шайбой.

Однако указанная ветроэнергетическая установка обладает следующими существенными недостатками: механизм флюгирования, являющийся механизмом стабилизации оборотов, имеет сложную конструкцию, повышенную инертность и низкую надежность и не уменьшают нагрузку с лопастей ротора при усилении ветра.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности устройства ограничения скорости вращения рабочих колес лопастного ротора, который путем совмещения устройства ориентации установки на ветер с механизмом стабилизации скорости вращения при предельно упрощенной конструкции ограничивает скорость вращения лопастного ротора, предотвращает увеличение нагрузки на лопасти при чрезмерном или резком усилении ветра, техническим результатом чего явились бы упрощение конструкции и увеличение надежности стабилизирующего устройства и установки в целом за счет совмещения функций устройств ориентации на ветер и стабилизации оборотов, ограничение оборотов и нагрузки на лопасти путем автоматического отворачивания от ветра плоскости вращения лопастей.

Поставленная задача решается тем, что ветроэнергетическая установка содержит силовую опору, установленную на ней поворотную вокруг вертикальной оси головку с укрепленными на ней горизонтальном валу рабочими колесами лопастного ротора, кинематически связанными с потребителем мощности, и ограничитель скорости вращения рабочих колес лопастного ротора, причем ограничитель скорости содержит закрепленный на поворотной головке вертикальный киль, установленные посредством соответствующих консольно-выносных кронштейнов аэродинамически уравновешенные на выходной кромке киля руль поворота, а на выходной кромке руля триммер, связанный посредством тяги с вынесенной за пределы завихренного ветрового потока лопастью управления, закрепленной своей плоскостью фронтально к ветру на конце выносной штанги, шарнирно установленной на поворотной головке с возможностью отклонения в горизонтальной плоскости независимо от поворотной головки и подпружиненной пружиной (11) навстречу ветру.

Суть изобретения заключается в том, что устройства ориентации на ветер и ограничения скорости вращения конструктивно совмещены и включают вертикальный киль с установленным на его выходной кромке рулем поворота, на выходной кромке которого установлен триммер рули поворота, кинематически связанный с лопастью управления триммером, воспринимающей управляющий поток ветра и ограничение скорости вращения, и при этом предотвращение увеличения нагрузки на лопасти при чрезмерном усилении ветра происходит автоматически путем отворачивания от ветра плоскости вращения лопастей, расположенной при допустимых скоростях ветра фронтально к ветру.

Новыми существенными признаками являются:
совмещение устройств ориентации на ветер и ограничителя скорости вращения ротора путем установки на выходной кромке киля руля поворота с установленным на его выходной кромке триммером, за счет чего достигнуто упрощение устройства ограничения скорости вращения;
установка на поворотной головке подпружиненной против ветра лопасти управления, кинематически связанной с триммером, с возможностью ее автоматического отклонения в горизонтальной плоскости под воздействием чрезмерно усиливающегося ветра, за счет чего в итоге происходит отворачивание установки от ветра, достигается предотвращение увеличения нагрузки на лопасти, повышение надежности.

На фиг.1 изображен вид сбоку, на фиг.2 вид спереди, на фиг.3 вид сверху, на фиг.4, 5 и 6 схемы работы устройства ограничения скорости и распределения сил от воздействия ветра на элементы ориентации на ветер и ограничителя скорости вращения.

Ветроэнергетическая установка содержит силовую опору (1), установленную на ней поворотную вокруг вертикальной оси головку (2) с укрепленными на ней на горизонтальном валу рабочими колесами (3) лопастного ротора, кинематически связанными с потребителем мощности, и ограничитель скорости вращения рабочих колес лопастного ротора, причем ограничитель скорости содержит закрепленный на поворотной головке вертикальный киль (4), установленные посредством соответствующих консольно-выносных кронштейнов (5) аэродинамически уравновешенные на выходной кромке киля руль (6) поворота, а на выходной кромке руля триммер (7), связанный посредством тяги (8) с вынесенной за пределы завихренного ветрового потока лопастью (9) управления, закрепленной своей плоскостью фронтально к ветру на конце выносной штанги (10), шарнирно установленной на поворотной головке с возможностью отклонения в горизонтальной плоскости независимо от поворотной головки и подпружиненной пружины (11) навстречу ветру.

У ветроэнергетической установки ограничитель скорости вращения работает следующим образом.

В исходном положении плоскости вращения колес (3) лопастного ротора, укрепленные на поворотной головке (2), самоориентированы фронтально к ветру килем (4), рулем (5) поворота и триммером (7), плоскости которых параллельны направлению ветра. При этом площадь поперечного сечения ветрового потока, воздействующего на рабочие колеса, максимальна и равна площади, ометаемой лопастями рабочих колес, а лопасть (9) управления, за счет усилия пружины (11), обращена своей плоскостью фронтально к ветру.

При чрезмерном увеличении скорости ветра увеличивается сила воздействия ветрового потока на лопасть (9) управления, которая, преодолевая натяжение пружины (11), немедленно отклоняется в горизонтальной плоскости по направлению ветра на угол α и через тягу (8) поворачивает триммер (7). Возникшая на триммере сила a небольшая по величине, но достаточная для поворота руля (5), поворачивает руль, имеющий большую площадь, и возникшая под воздействием ветра на руль значительная сила b руля поворачивает вместе с поворотной головкой (2) вокруг вертикальной оси ось вращения рабочих колес на угол d несмотря на возникшую на киле силу c. При этом относительно направления ветра проекция площади, ометаемой лопастями колес, уменьшается. Силы a, b и c автоматически уравновешивают друг друга, и ось вращения рабочих колес остается повернутой относительно направления на необходимый угол d При этом, несмотря на чрезмерное или резкое увеличение скорости ветра, не увеличивается сверх допустимой ни скоростью вращения рабочих колес, ни сила нагрузки на их лопасти. При уменьшении скорости ветра до исходной все происходит наоборот, скорость вращения рабочих колес остается неизменной.

Реализация предлагаемого изобретения позволит получить ветроэнергетическую установку, снабженную устройством ограничения скорости вращения упрощенной конструкции и повышенной надежности, а значит и в целом установку повышенной надежности.

Использование: изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветросиловых установках для стабилизации скорости вращения ветроколес. Суть изобретения заключается в том, что устройства ориентации на ветер и ограничения скорости вращения совмещены между собой и имеют упрощенную конструкцию. Ветроэнергетическая установка включает силовую опору (1), установленную на ней поворотную вокруг вертикальной оси головку (2) с укрепленными на ней, на горизонтальном валу рабочими колесами (3) лопастного ротора, кинематически связанными с потребителем мощности, и ограничитель скорости вращения рабочих колес лопастного ротора, причем ограничитель скорости содержит закрепленный на поворотной головке вертикальный киль (4), установленные посредством соответствующих консольно-выносных кронштейнов (5) аэродинамически уравновешенные - на выходной кромке киля - руль (6) поворота, а на выходной кромке руля - триммер (7), связанный посредством тяги (8) с вынесенной за пределы завихренного ветрового потока лопастью (9) управления, закрепленной своей плоскостью фронтально к ветру на конце выносной штанги (10), шарнирно установленной на поворотной головке с возможностью отклонения в горизонтальной плоскости независимо от поворотной головки и подпружиненной пружиной (11) навстречу ветру. 6 ил.

Ветроэнергетическая установка, содержащая силовую опору, установленную на ней поворотную вокруг вертикальной оси головку с укрепленными на ней на горизонтальном валу рабочими колесами лопастного ротора, кинематически связанными с потребителем мощности, и ограничитель скорости вращения рабочих колес лопастного ротора, отличающаяся тем, что ограничитель скорости содержит закрепленный на поворотной головке вертикальный киль, установленные посредством соответствующих консоль-выносных кронштейнов аэродинамически уравновешенные на выходной кромке киля руль поворота, а на выходной кромке руля триммер, связанный посредством тяги с вынесенной за пределы завихренного ветрового потока лопастью управления, закрепленной своей плоскостью фронтально к ветру на конце выносной штанги, шарнирно установленной на поворотной головке с возможностью отклонения в горизонтальной плоскости, независимо от поворотной головки, и подпружиненной пружиной навстречу ветру.