ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2001 года по МПК F03D3/06 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.

Известна ветровая энергетическая установка, содержащая парусообразные лопасти, установленные на радиальной траверсе, размещенной на вертикальном валу и кинематически связанной с электрогенератором, механизм изменения рабочей площади лопастей и ориентирующий механизм, выполненный в виде флюгера (А.с. СССР N 1451330, кл. F 03 D 7/06, опубл. 1989).

В случае большой скорости ветра эта установка позволяет создавать вращающий момент относительно вертикального вала и приводить в движение ротор генератора с приемлемой угловой скоростью.

Недостатком этого технического решения является низкая энергоотдача при относительно малой скорости ветра, вызванная тем, что с увеличением скорости вращения лопастей сила давления на них ветра снижается практически до нуля.

Известна также ветровая энергетическая установка, содержащая закрепленный на горизонтальной опорной поверхности вертикальный вал, связанный с ним ротор, выполненный в виде горизонтальной платформы с флюгером, рабочая поверхность которого размещена в вертикальной плоскости, проходящей через вал, две направляющие, закрепленные на роторе на одинаковом расстоянии по разные стороны от вала параллельно друг другу и рабочей поверхности флюгера, две тележки, установленные с возможностью возвратно-поступательного движения по направляющим, установленные на тележках вертикально и параллельно друг другу две опорные рамы, плоскости которых перпендикулярны направляющим, поворотные лопатки, образующие парусообразные плоскости и установленные на вертикальных осях в опорных рамах, радиальную раздвижную траверсу, шарнирно связанную своей средней точкой с валом и своими концами с тележками, шарнирно связанный с траверсой вал с винтовой поверхностью и размещенный на нем генератор, корпус которого шарнирно закреплен на горизонтальной платформе, причем вал с винтовой поверхностью разделен на два участка, закрутка которых выполнена в противоположные стороны и на каждом из них установлена храповая муфта (Патент РФ N 2002107, кл. F 03 D 3/00, F 03 D 3/06, F 03 D 5/00, F 03 D 7/06, опубл. 1993).

Данное устройство, благодаря циклическому изменению рабочей площади парусообразных плоскостей, обладает более высокой энергоотдачей как при малой, так и при большой скорости ветра.

Недостатком этого устройства является малый момент инерции ротора генератора, участвующего в однонаправленном вращении, что снижает энергоотдачу устройства из-за малой величины кинетической энергии, накапливаемой при избыточной скорости ветра и передаваемой генератору при малой скорости ветра.

Цель изобретения - повышение энергоотдачи устройства в условиях периодически изменяющейся скорости ветра.

Для достижения поставленной цели в ветровую энергетическую установку, содержащую горизонтальную опорную поверхность, закрепленный на ней вертикально с возможностью вращения вал, две вертикальные опорные рамы, установленные в них на вертикальных осях поворотные лопатки, образующие рабочие парусообразные плоскости, флюгер и генератор, дополнительно введены механизм параллелограммного типа, содержащий связанную жестко своей средней точкой с валом переднюю поперечную тягу, равную и параллельную ей заднюю поперечную тягу, связывающие шарнирно концы поперечных тяг боковые продольные тяги, на которых перпендикулярно к ним вертикально закреплены опорные рамы, и параллельную боковым тягам среднюю продольную тягу, передняя и промежуточная точки которой связаны шарнирно соответственно с валом и с серединой задней поперечной тяги, а в конце вертикально и параллельно продольным тягам закреплен флюгер, выполненный в закрытом корпусе и прикрепленный снизу к опорной поверхности механизм преобразования вращения, содержащий связанную с валом своей осью входную шестерню, связанные с ней внешним зацеплением первую и вторую ведомые шестерни, связанные с их осью своей входной осью соответственно первую и вторую храповые муфты, посаженные соответственно на их выходные оси первую и вторую ведущие шестерни и связанную с ними соответственно внешним и внутренним зацеплением выходную шестерню, кинематически последовательно связанные с осью выходной шестерни маховик и генератор.

На фиг. 1 показана кинематическая схема ветровой энергетической установки; на фиг. 2 - кинематическая схема механизма преобразования вращения.

Ветроэнергетическая установка содержит закрепленный с возможностью вращения относительно горизонтальной опорной поверхности 1 вертикальный вал 2, две опорные рамы 3 и 4, плоскости которых вертикальны и параллельны друг другу, установленные в опорных рамах 3 и 4 на вертикальных осях поворотные лопатки 5, образующие рабочие парусообразные плоскости, горизонтально расположенный механизм параллелограммного типа, состоящий из связанной жестко своей средней точкой с валом 2 передней поперечной тяги 6, равной и параллельной ей задней поперечной тяги 7, связывающих шарнирно концы поперечных тяг 6 и 7 боковых продольных тяг 8 и 9, на которых перпендикулярно к ним вертикально закреплены соответственно опорные рамы 3 и 4, параллельной боковым тягам 8 и 9 средней продольной тяги 10, передняя и промежуточная точки которой связаны шарнирно соответственно с валом 2 и с серединой задней поперечной тяги 7, закрепленный в конце средней продольной тяги 10 вертикально и параллельно продольным тягам 8 и 9 флюгер 11, выполненный в закрытом корпусе и прикрепленный снизу к опорной поверхности 1 механизм преобразования вращения 12, входная ось которого связана с валом 2, последовательно установленные на выходной оси механизма 12 маховик 13 и генератор 14, а также механизм поворота лопаток (не показан), выполненный, например, в виде цепной передачи с приводом, огибающим зубчатые колеса, закрепленные на осях лопаток 5.

Механизм преобразования вращения 12 выполнен в виде входной шестерни 15, ось которой является входной осью механизма 12, связанных с ней внешним зацеплением первой 16 и второй 17 шестерен, связанных с их осями своими входными осями соответственно первой 18 и второй 19 храповых муфт, посаженных на их выходные оси соответственно первой 20 и второй 21 ведущих шестерен и связанной с ними соответственно внутренним и внешним зацеплением выходной шестерни 22, ось которой является выходной осью механизма 12.

Устройство работает следующим образом: под влиянием ветра флюгер 11 разворачивает и удерживает параллелограммный механизм таким образом, что продольные тяги 8 и 9 становятся по направлению ветра. При этом плоскости опорных рам 3 и 4 будут перпендикулярны воздушному потоку. Механизм поворота лопаток устанавливает лопатки 5, например опорной рамы 3, в закрытое положение и лопатки рамы 4 - в открытое. Под влиянием большего давления потока на парусообразную поверхность рамы 3, чем на раму 4, продольная тяга 8 будет отклоняться по направлению ветра. Соответственно рама 4 и тяга 9 смещаются против ветра. При достижении определенного настройкой механизма поворота лопаток относительного положения продольных 8 и 9 и поперечных 6 и 7 тяг лопатки на опорной раме 3 открываются, а на опорной раме 4 - закрываются. Это приводит к обратному движению опорных рам 3, 4 и продольных тяг 8, 9. Возникающие периодические колебания поперечной тяги 6 приводят к соответствующим поворотам относительно опорной поверхности 1 вала 2 и шестерни 15. При этом шестерня 15 своим внешним зацеплением вращает шестерни 16 и 17, что, в свою очередь, вызывает соответственно вращение входных осей храповых муфт 18 и 19. Направление рабочего хода этих муфт различно, поэтому передача вращающего момента шестерне 22 от вала 2 происходит поочередно от шестерни 20 или шестерни 21 в зависимости от направления движения опорных рам 3 и 4.

Вращение шестерни 22, маховика 13 и ротора генератора 14 будет однонаправленным.

Изобретение позволяет иметь существенно больший, чем в прототипе, момент инерции деталей, участвующих в однонаправленном вращении. Это создает возможность увеличения энергоотдачи установки за счет снижения скорости поступательного движения парусообразных лопастей во время раскрутки маховика и накопления энергии в периоды усиления ветра. Кроме того, в устройстве используется электрогенератор стандартной конструкции, что удешевляет производство установки, и отсутствуют открытые, поступательно перемещающиеся узлы трения, такие как раздвижная траверса и направляющие с тележками, снижающие надежность работы конструкции вследствие промерзания или загрязнения.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Технический результат, заключающийся в повышении энергоотдачи устройства в условиях периодически изменяющейся скорости ветра, обеспечивается за счет того, что в ветровую энергетическую установку, содержащую горизонтальную опорную поверхность, закрепленный на ней вертикально с возможностью вращения вал, две вертикальные опорные рамы, установленные в них на вертикальных осях поворотные лопатки, образующие рабочие парусообразные плоскости, флюгер и генератор, согласно изобретению дополнительно введены механизм параллелограммного типа, выполненный в виде связанной жестко своей средней точкой с валом передней поперечной тяги, равной и параллельной ей задней поперечной тяги, шарнирно связывающих концы поперечных тяг боковых продольных тяг, на которых вертикально и перпендикулярно к ним закреплены соответственно опорные рамы, и параллельной боковым тягам средней продольной тяги, передняя и промежуточная точки которой связаны шарнирно соответственно с валом и серединой задней поперечной тяги, а в конце параллельно продольным тягам вертикально закреплен флюгер, и связанные последовательно с валом механизм преобразования вращения, маховик и генератор, причем механизм преобразования вращения, прикрепленный снизу к опорной поверхности и выполненный в закрытом корпусе, содержит связанную с валом своей осью входную шестерню, связанные с ней внешним зацеплением первую и вторую ведомые шестерни, связанные с их осью своей входной осью соответственно первую и вторую храповые муфты, посаженные соответственно на их выходные оси первую и вторую ведущие шестерни и связанную с ними соответственно внутренним и внешним зацеплением выходную шестерню. 2 ил.

Ветровая энергетическая установка, содержащая горизонтальную опорную поверхность, закрепленный на ней вертикально с возможностью вращения вал, две вертикальные опорные рамы, установленные в них на вертикальных осях поворотные лопатки, образующие рабочие парусообразные плоскости, флюгер и генератор, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены механизм параллелограммного типа, выполненный в виде связанной жестко своей средней точкой с валом передней поперечной тяги, равной и параллельной ей задней поперечной тяги, шарнирно связывающих концы поперечных тяг боковых продольных тяг, на которых вертикально и перпендикулярно к ним закреплены соответственно опорные рамы, и параллельной боковым тягам средней продольной тяги, передняя и промежуточная точки которой связаны шарнирно соответственно с валом и серединой задней поперечной тяги, а в конце параллельно продольным тягам вертикально закреплен флюгер, и связанные последовательно с валом механизм преобразования вращения, маховик и генератор, причем механизм преобразования вращения, прикрепленный снизу к опорной поверхности и выполненный в закрытом корпусе, содержит связанную с валом своей осью входную шестерню, связанные с ней внешним зацеплением первую и вторую ведомые шестерни, связанные с их осью своей входной осью соответственно первую и вторую храповые муфты, посаженные соответственно на их выходные оси первую и вторую ведущие шестерни и связанную с ними соответственно внутренним и внешним зацеплением выходную шестерню.