ВЕТРОГЕНЕРАТОР ФЛЮГЕРНЫЙ Российский патент 2007 года по МПК F03D3/04 F03D7/06 

Изобретение относится к области использования ветра для получения электроэнергии. Оно может быть применено в ветроэлектростанциях средней мощности 10-100 кВт. Ветрогенератор такой мощности может быть установлен в фермерском хозяйстве в качестве дополнительного источника электроэнергии или в местах, удаленных от централизованного энергоснабжения.

Известны ветрогенераторы флюгерные с вертикальной и горизонтальной осями вращения (см., например, патент РФ №2062352 С1, М. кл. F03D 1/00, оп. 1996) [1], которые концентрируют воздушный поток, направляя его либо на одну сторону рабочего колеса, либо на все колесо.

Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является флюгерный ветрогенератор (см., например, патент Франции №2286954 А1, F03D 3/04, оп. 1976) [2]. Это устройство имеет вертикальную ось вращения рабочего колеса, которое охватывается флюгером. Здесь флюгер охватывает рабочее колесо в пределах, близких к половине окружности, для чего нет никакой необходимости, ибо одной четверти окружности со стороны клина вполне достаточно для ограждения от ветра встречно движущихся лопаток рабочего колеса. Кроме того, самоустанавливаемый флюгер (см. FIG.1) [2] никак не может располагаться вдоль направления ветра, ибо усилие, действующее на клин, обязательно развернет флюгер вокруг вертикальной оси в направлении, встречном движению колеса, пока усилие на клиновой части не уравновесится усилием ветра, действующим на хвостовую часть флюгера, из-за чего увеличится парусность всего ветряка и создадутся условия для его опрокидывания.

Также при таком повороте флюгера открывается возможность для воздействия ветра на встречно движущиеся лопатки рабочего колеса, что приведет к снижению эффективности работы всего устройства. Следует заметить, что флюгер насажен на вал рабочего колеса, что делает эти два элемента кинематически зависимыми, из-за чего при определенных условиях может возникнуть аварийная ситуация. Как видно из проведенного анализа, все отмеченные выше устройства обладают высокой металлоемкостью и сложностью кинематики, что не всегда приводит к необходимому уплотнению воздушного потока и к необходимому несимметричному воздействию ветра на рабочее колесо.

Задачей данного изобретения является упрощение конструкции ветряка, создание условий как для уплотнения воздушного потока, так и для асимметричного воздействия ветра на рабочее колесо.

Техническим результатом решения поставленной задачи является снижение металлоемкости конструкции и повышение коэффициента использования ветра.

Этот результат достигается тем, что в ветрогенераторе флюгерном, содержащем рабочее колесо с зубчатыми механизмами, флюгер с криволинейным откосом, направленным острым концом навстречу ветру, и два ветровых стабилизатора, согласно изобретению в поперечном к ветру направлении к клиновому флюгеру жестко закреплена уравновешивающая пластина, расположенная под углом к ветру, при этом задняя часть пластины имеет сгиб в сторону рабочего колеса. Кроме того, флюгер охватывает рабочее колесо в пределах четверти окружности, на верхней, нижней и боковых частях клинового флюгера расположены вертикальные и горизонтальные щелевые отверстия, прикрытые козырьками по направлению ветра, а флюгер, ветровые стабилизаторы и уравновешивающая пластина представляют собой единую жесткую конструкцию с возможностью установки на отдельном подшипниковом узле, закрепленном на неподвижной мачте.

На фиг.1 показана общая схема ветродвигателя; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.2.

Ветрогенератор содержит колонну 1 с установленной мачтой 2. На мачте 2 установлено рабочее колесо 3, которое неподвижно сочленено с зубчатой парой 4, вращение от которой через угловой редуктор 5 передается на генератор 6. Флюгер 7 охватывает рабочее колесо 3 в пределах четверти окружности (фиг.2). В клиновой части флюгера 7 имеются щелевые пазы 8, которые прикрыты с наветренной стороны наклонными козырьками 9. Эти пазы 8 и козырьки 9 располагаются на верхней, нижней и боковых частях флюгера 7. Наветренная криволинейная стенка флюгера 7 выполнена гладкой. Флюгер 7 подвешен с помощью растяжек 10 к подпятнику 11, установленному на подшипниках мачты 2. Также к подпятнику 11 с помощью растяжек и подвесов жестко закреплена уравновешивающая пластина 12 (фиг.2), имеющая прямолинейный сгиб по направлению ветра. На внешних сторонах флюгера 7 и уравновешивающей пластины 12 расположены продольные и поперечные тяги 13, на которые с подветренной стороны ветрогенератора закреплены стабилизаторы 14 (фиг.2).

В описанной выше конструкции флюгер 7 будет всегда самоустанавливаться острым клиновым концом навстречу ветру, поскольку отклоняющее флюгер 7 реактивное усилие будет уравновешено усилием ветра, действующим на уравновешенную пластину 12. Кроме того, способствовать именно такому самоустановлению флюгера 7 относительно ветра будут стабилизаторы 14, которые при случайных отклонениях флюгера 7 от направления ветра будут возвращать его в нужное положение также под воздействием ветра. В этом положении с наветренной стороны ветрогенератора образуются две зоны сконцентрированного воздушного потока, одна из них будет располагаться в месте кратчайшего расстояния между клиновой частью флюгера 7 и внешним радиусом рабочего колеса 3, другая - в месте кратчайшего расстояния между одной из образующих уравновешивающей пластины 12 и также внешним радиусом рабочего колеса 3. Две эти зоны сконцентрированного воздушного потока и сам воздушный поток (ветер), который благодаря описанной конструкции флюгера 7 может воздействовать только на открытую половину рабочего колеса 3, создадут на рабочем колесе 3 максимально возможный крутящий момент. Также созданию максимально возможного крутящего момента будут способствовать щелевые отверстия 8 с козырьками 9. Через отверстия 8 будет выходить воздух, т.к. давление в ветровом потоке всегда ниже, чем в закрытых частях флюгера 7. За счет этого явления внутри клинового объема флюгера 7 будет создаваться пониженное давление и атмосферный воздух, заходя с задней стороны флюгера 7, будет воздействовать на лопатки рабочего колеса 3 в нужном направлении. Крутящий момент с рабочего колеса 3 посредством зубчатой пары 4 и редуктора 5 (фиг.1) передается на генератор 6, где и преобразуется в электроэнергию. Таким образом эффективность работы ветрогенератора состоит в наличии уравновешивающей пластины, смонтированной на одной раме с клиновым флюгером, а также в щелевых отверстиях, прикрытых козырьками и расположенных с трех сторон флюгера, не подверженных силовому воздействию ветра. Это позволило сконцентрировать воздушный поток на одной половине рабочего колеса и максимально эффективно использовать энергию ветра. Кроме того, удалось снизить металлоемкость конструкции.

Изобретение относится к области использования ветра для получения электроэнергии и позволяет при его использовании снизить металлоемкость конструкции и повысить коэффициент использования ветра. В ветрогенераторе этот технический результат достигается тем, что в поперечном ветру направлении к клиновому флюгеру жестко прикреплена уравновешивающая пластина, расположенная под углом к ветру, при этом задняя часть пластины имеет сгиб в сторону рабочего колеса. Легкий флюгер, стабилизаторы, уравновешивающие пластины являются самоустанавливаемыми и представляют собой единую жесткую сборочную конструкцию с возможностью свободного вращения относительно неподвижной мачты. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ветрогенератор флюгерный, содержащий рабочее колесо с зубчатыми механизмами, флюгер с криволинейным откосом, направленным острым клиновым концом навстречу ветру, и два ветровых стабилизатора, отличающийся тем, что в поперечном к ветру направлении к клиновому флюгеру жестко закреплена уравновешивающая пластина, расположенная под углом к ветру, при этом задняя часть пластины имеет сгиб в сторону рабочего колеса.2. Ветрогенератор по п.1, отличающийся тем, что флюгер охватывает рабочее колесо в пределах четверти окружности.3. Ветрогенератор по п.1, отличающийся тем, что на верхней, нижней и боковых частях клинового флюгера расположены вертикальные и горизонтальные щелевые отверстия, прикрытые козырьками по направлению ветра.4. Ветрогенератор по п.1, отличающийся тем, что флюгер, ветровые стабилизаторы и уравновешивающая пластина представляют собой единую жесткую конструкцию с возможностью установки на отдельном подшипниковом узле, закрепленном на неподвижной мачте.