ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F03D3/00 F03D7/06 

Изобретение относится к ветроэнергетике, касается ветроэнергетических установок и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую в производственных целях.

Изобретение позволяет повысить надежность работы и уменьшить материалоемкость ветроэнергетической установки.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая опору, установленный на ней вертикальный вал. На верхнем конце вала расположены стрелы, к которым с помощью шарниров прикреплены лопатки аэродинамического профиля. Лопатки вращаются в вертикальном положении с помощью тросов и рычагов, соединенных с общей пружиной (заявка Франции N 2319028, кл. F 03 D 3/00, 1977).

Недостатком данного агрегата является наличие высокого вертикального вала, утяжеляющего конструкцию и возбуждающего нежелательные аэродинамические возмущения, повышенная опасность работы "вразнос" из-за того, что при сильном ветре сброс мощности будет происходить лишь за счет уменьшения ометаемой поверхности ветроколеса.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка (заявка Великобритании N 1486338, кл. F 03 D 23/02, 1976), которая содержит опору, установленный на ней вертикальный вал с поворотными лопастями, размещенными на консолях и взаимодействующими с устройством управления с флюгером, генератор, кинематически связанный с валом.

Недостатком данного решения является невысокая надежность работы установки из-за вытягивания цепей в цепных передачах поворота лопастей и наличия скользящего механизма регулирования оборотов двигателя при перегрузках. Степень надежности особенно понижается при увеличении мощности двигателя за счет увеличения длины консолей и площади лопастей, когда необходима цепь большой длины.

Задача изобретения - повышение надежности в работе и снижение материалоемкости.

Задача решается в ветроэнергетической установке, содержащей опору с установленным на ней пустотелым вертикальным валом, поворотные лопасти, оси поворота которых размещены на консолях, закрепленных на вертикальном валу, устройство управления, взаимодействующее с поворотными лопастями, и генератор, кинематически связанный с валом.

Согласно изобретению устройство управления выполнено в виде шарнирно установленных на кронштейнах, жестко закрепленных на консолях ограничителей поворота лопастей, одни из которых установлены с возможностью центробежного отклонения, вторые - подпружиненны, а ось поворота лопастей смещена в сторону их передней кромки.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении оптимального рабочего положения поворотных лопастей относительно направления ветра при его рабочих скоростях и регулировании частоты вращения вала при скорости ветра выше оптимальной рабочей величины.

Ограничитель поворота лопасти, установленный с возможностью центробежного отклонения, предотвращает разворот лопасти по направлению ветра на дуге окружности вращения ротора, обращенной выпуклостью к направлению ветра в рабочем режиме; при скорости ветра выше оптимальной рабочей величины осуществляет установку лопасти параллельно направлению ветра; обеспечивает включение агрегата в работу и его остановку.

Подпружиненный ограничитель поворота лопасти предотвращает разворот лопасти по направлению ветра на дуге окружности вращения ротора, обращенной вогнутостью к направлению ветра, и обеспечивает вхождение лопасти в рабочий сектор при скорости ветра выше оптимальной рабочей величины.

Смещением оси поворота лопастей в сторону их передней кромки достигается автоматический разворот лопастей по направлению ветра и их оптимальное рабочее положение.

Использование в устройстве управления ограничителей поворота лопастей со смещением их осей поворота в сторону передней кромки повышает надежность установки в работе за счет исключения цепных передач поворота лопастей и снижает материалоемкость вследствие уменьшения длины вертикального вала, высоты опоры и исключения флюгера.

На фиг.1 представлена установка, общий вид; на фиг.2 - то же, в рабочем положении, вид сверху; на фиг.3 - схема работы ограничителей поворота лопастей, вид сбоку; на фиг.4 - установка в нерабочем положении, вид сверху.

Ветроэнергетическая установка содержит опору 1 с установленным на ней пустотелым вертикальным валом 2, поворотные лопасти 3, оси 4 поворота которых размещены на консолях 5, закрепленных на вертикальном валу 2, устройство управления, взаимодействующее с поворотными лопастями 3, и генератор 6, связанный через мультипликатор 7 с нижней частью вала 2. Жесткость конструкции усилена горизонтальными 8, и косыми 9 растяжками.

Устройство управления выполнено в виде ограничителей поворота 10 и 11 лопастей 3, установленных шарнирно на кронштейнах 12, жестко закрепленных на консолях 5. Ограничители поворота 10 установлены с возможностью центробежного отклонения и тросом 13 через полость вала 2 соединены с фиксируемым кольцом пуска 14. Ограничители поворота 11 подпружиненны. Ось 4 поворота лопастей 3 смещена в сторону их передней кромки.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

Кольцо пуска 14 снимают с фиксатора и центробежно отклоняющиеся ограничители поворота 10 устанавливаются в рабочее положение. При развороте одной из лопастей 3 в рабочий сектор (45^o) за счет эффекта парусности возникает крутящий момент, под действием которого все лопасти 3 поочередно занимают заданное ограничителями 10 и 11 положение в своих рабочих секторах, увеличивая крутящий момент и обеспечивая вращение вала 2.

При скорости ветра выше оптимальной рабочей величины центробежные ограничители 10 отклоняются настолько, что лопасти 3 устанавливаются параллельно направлению ветра и не создают тягового усилия. Это приводит к снижению частоты вращения вала 2 и к уменьшению угла отклонения ограничителей 10. За счет подпружиненного упора 11 лопасти 3 входят в рабочий сектор и вновь создают тяговое усилие вращения вала 2. Так происходит автоматическое регулирование частоты вращения вала 2 и обеспечивается исключение опасности работы "вразнос" при ураганном ветре.

При натяжении троса 13 за кольцо 14 центробежные ограничители 10 устанавливаются в нерабочее положение, вращение вала 2 и генератора 6 прекращается и установка выключается.

Использование: в ветроэнергетике. Сущность: ветроэнергетическая установка содержит опору, поворотные лопасти, устройство управления и генератор. На опоре установлен вертикальный вал. Оси поворота лопастей размещены на консолях, закрепленных на вертикальном валу, и смещены в сторону передней кромки лопастей. Устройство управления выполнено в виде ограничителей поворота, взаимодействующих с лопастями и шарнирно установленных на кронштейнах, жестко закрепленных на консолях. Один из ограничителей поворота установлен с возможность центробежного отклонения, второй - подпружинен. Генератор кинематически связан с валом. 4 ил.

Ветроэнергетическая установка, содержащая опору с установленным на ней вертикальным валом, поворотные лопасти, оси поворота которых размещены на консолях, закрепленных на вертикальном валу, устройство управления, взаимодействующее с поворотными лопастями, и генератор, кинематически связанный с валом, отличающаяся тем, что устройство управления выполнено в виде ограничителей поворота лопастей, установленных шарнирно на кронштейнах, жестко закрепленных на консолях, одни из ограничителей поворота установлены с возможностью центробежного отклонения, другие подпружинены, а ось поворота лопастей смещена в сторону их передней кромки.