ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК F03D7/00 

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано преимущественно для автономного энергоснабжения объектов, например дома, фермерского хозяйства, малого предприятия.

Известна ветроэнергетическая установка по патенту RU 2104409, содержащая опору с установленным на ней вертикальным валом, поворотные лопасти, оси поворота которых размещены на консолях, закрепленных на вертикальном валу, устройство управления которыми выполнено в виде ограничителей поворота лопастей, установленных шарнирно на кронштейнах, жестко закрепленных на консолях, одни из ограничителей поворота установлены с возможностью центробежного отключения, другие подпружинены, а ось поворота лопастей смещена в сторону их передней кромки, генератор, связанный с валом.

Ее недостатками является то, что отсутствие центрального вала значительно снижает жесткость установки и, как следствие, ее надежность. Увеличение зазоров в опорах вращения лопастей без общей оси жесткости приведет к раскачке на растяжках, а при сильном ветре - к большим динамическим ударам в опорах и быстрому разрушению. Наличие зазоров между лопастями и ограничителями поворота приведет к ударам лопастей об ограничители со стуком, особенно на больших оборотах, дополнительно этот дефект приведет к неравномерности вращения лопастей, а способ установки подшипников на вертикальном валу затруднит ремонт без разборки и демонтажа лопастей с вертикальным валом.

Наиболее близким по технической сущности является устройство по патенту GB 1486338, выбранное в качестве прототипа, которое содержит опору, установленный на ней вертикальный вал с поворотными лопастями, размещенными на консолях и взаимодействующими с устройством управления, флюгером, генератор, связанный с валом.

Недостатком данного изобретения является невысокая надежность работы установки из-за вытягивания цепей в цепных передачах поворота лопастей и наличие 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, а консоли с цепями имеют большое лобовое сопротивление, снижающее полезную мощность, кроме того, цепи требуют постоянного ухода при эксплуатации - натяжения, смазки.

Технической задачей является увеличение производительности ветроэнергетической установки, а также повышение удобства в обслуживании и эксплуатации установки.

Технический результат достигается в ветроэнергетической установке, содержащей основание с установленным на нем вертикальным валом, соединенным с генератором, поворотные лопасти на осях, размещенных на консолях, закрепленных на вертикальном валу, и устройство управления поворотными лопастями, состоящее из установленного на вертикальном валу флюгера с кулачками, снабженного регулируемым интерцептором, и упругих штанг с пружинами, установленными между упорами на штанге и на консоли, при этом один конец штанги контактирует с дорожкой кулачка, а другой конец штанги с помощью шарнира соединен с поворотной лопастью, причем консоли закрыты обтекателями в виде крыла, установленными с возможностью регулирования угла атаки.

Кроме того, поворотные лопасти могут быть установлены на осях со смещением в сторону передних кромок, вертикальный вал может быть установлен на основании между опорами качения, поворотные лопасти могут быть соединены с монтажными тросами, закрепленными на верхних консолях.

Изобретение поясняется чертежами:

фиг.1 - общий вид установки;

фиг.2 - вид Г-Г флюгера с интерцептором и кулачками;

фиг.3 - разрез А-А лопасти со штангами;

фиг.4 - вид Б на упругий узел штанги;

фиг.5 - опора качения в разрезе В-В.

Ветроэнергетическая установка (фиг.1) содержит основание 1 с установленным на ней вертикальным валом 2, соединенным с генератором 3. Поворотные лопасти 4 установлены на осях 5, размещенных на консолях 6, 7, закрепленных на вертикальном валу 2. Устройство управления поворотными лопастями 4 состоит из флюгера 8 с кулачками 9, установленными на вертикальном валу 2, и штанг 10 (фиг.2). Один конец штанги 10 снабжен роликом 11 и контактирует с дорожкой кулачка 9, образованной его торцевой поверхностью (не показана). Другой конец штанги 10 при помощи шарнира 12 соединен с поворотной лопастью 4. Штанги 10 могут быть выполнены упругими, например снабжены пружинами 13 (фиг.4), установленными между упором 14 на штанге и упором 15 на консоли 6. Пружина 13 обеспечивает постоянный прижим ролика 11 к дорожке кулачка 8.

Каждая поворотная лопасть 4 может быть снабжена одной или двумя штангами 10 в зависимости от размеров установки и соответствующей нагрузки на штанги. При установке поворотной лопасти 4 на оси 5 со смещением в сторону передних кромок, для упрощения конструкции, управление может осуществляться с помощью одной штанги 10. На чертежах (фиг.2, фиг.3) показаны две штанги 10, соединенные с поворотной лопастью 4, и соответственно два кулачка 9 для каждой из штанг 10.

Флюгер 8 снабжен регулируемым интерцептором 16 (фиг.2), который может быть зафиксирован в произвольном положении.

Вертикальный вал 2 установлен на основании 1 между опорами качения 17 (на фиг.5 показаны роликовые опоры типа «люнет», закрытые съемными крышками) и 18 (например, роликовые опоры, установленные на горизонтальных осях, сориентированных радиально относительно вертикального вала 2). На консолях 6, 7 могут быть установлены обтекатели 19 в виде крыла, снижающие сопротивление вращению консолей и создающих подъемную силу, снижающую нагрузку на опору качения 18, выполняющую роль подпятника, контактирующую с фланцем 20 вертикального вала 2. Обтекатели 19 установлены с возможностью регулирования угла атаки.

Для демонтажа поворотных лопастей 4 на верхних консолях 7 закреплены монтажные тросы 21, уложенные в блоки 22 и направляющие 23.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Флюгер 8 с интерцептором 16 занимают положение по ветру, вращаясь в опорах качения 17. При этом закрепленные к флюгеру 8 кулачки 9, имеющие торцевую дорожку заданной формы, контактирующую с роликом 11 штанги 10, принудительно ориентируют поворотные лопасти 4, обеспечивая получение наибольшего крутящего момента от каждой поворотной лопасти в данный момент.

Поворотные лопасти 4 с консолями 6 вращают вертикальный вал 2, при этом генератор 3 преобразует механическую энергию в электрическую.

Если положение флюгера 8 не будет обеспечивать согласованного расположения поворотных лопастей 4 и кулачков 9 относительно направления ветра, производят корректировку положения интерцептора 16, после чего его жестко фиксируют.

При скорости выше допустимой, поворотная лопасть 4 на участке, когда она развернута к потоку воздуха под углом 90°, будет преодолевать сопротивление пружин 13, изменяя угол наклона поворотной лопасти, уменьшив тем самым ее лобовое сопротивление, крутящий момент и нагрузку на поворотные лопасти и консоли. При вращении консолей 6, 7, закрытых обтекателями 19, за счет установленного угла атаки обтекателей 19, создается подъемная сила из-за чего разгружаются опоры качения 18, на которые опирается фланец 20 вертикального вала 2.

В случае необходимости ремонта поворотных лопастей 4, освобождается свободный конец троса 21, уложенного в блоки 22 и направляющие 23. Второй конец 21 соединен с поворотной лопастью 4. Таким образом она может быть демонтирована и спущена для ремонта на землю.

Предложенная ветроэнергетическая установка позволяет, благодаря увеличению удельного крутящего момента, повысить производительность установки. Установка защищена от разрушения при перегрузках лопастей, снижена нагрузка при работе на опоры вертикального вала, упрощена эксплуатация и ремонт.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано, преимущественно, для автономного энергоснабжения объектов, например дома, фермерского хозяйства, малого предприятия. Ветроэнергетическая установка содержит основание с установленным на нем вертикальным валом, соединенным с генератором, поворотные лопасти на осях, размещенных на консолях, закрепленных на вертикальном валу, и устройство управления поворотными лопастями, состоящее из установленного на вертикальном валу флюгера с кулачками, снабженного регулируемым интерцептором, и упругих штанг с пружинами, установленными между упорами на штанге и на консоли, при этом один конец штанги контактирует с дорожкой кулачка, а другой конец штанги с помощью шарнира соединен с поворотной лопастью. Консоли закрыты обтекателями в виде крыла, установленными с возможностью регулирования угла атаки. Кроме того, поворотные лопасти могут быть установлены на осях со смещением в сторону передних кромок, вертикальный вал может быть установлен на основании между опорами качения, поворотные лопасти могут быть соединены с монтажными тросами, закрепленными на верхних консолях. Установка обеспечивает увеличение производительности, а также удобна в обслуживании и эксплуатации. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая основание с установленным на нем вертикальным валом, соединенным с генератором, поворотные лопасти на осях, размещенных на консолях, закрепленных на вертикальном валу, и устройство управления поворотными лопастями, состоящее из установленного на вертикальном валу флюгера с кулачками, снабженного регулируемым интерцептором, и упругих штанг с пружинами, установленными между упорами на штанге и на консоли, при этом один конец штанги контактирует с дорожкой кулачка, а другой конец штанги с помощью шарнира соединен с поворотной лопастью, причем консоли закрыты обтекателями в виде крыла, установленными с возможностью регулирования угла атаки.2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что поворотные лопасти установлены на осях со смещением в сторону передних кромок.3. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что вертикальный вал установлен на основании между опорами качения.4. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что поворотные лопасти соединены с монтажными тросами, закрепленными на верхних консолях.