Ветровая электростанция

 

Использование: применяется в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ветровая электростанция содержит ветровые колеса с лопастями, вращающиеся в противоположных направлениях, закрепленные друг над другом на параллельных горизонтальных осях в опорном корпусе, с ветроотражателями впереди внешних лопастей и устройством ориентации к ветру, опирающимся на колеса, контактирующие с кольцевой направляющей симметрично мачте. Электростанция содержит ветроколесные модули, включающие два ветровых колеса с лопастями, вращающиеся в противоположных направлениях, расположенные друг над другом на параллельных горизонтальных осях, кинематически связанные между собой и механическим приводом, закрепленным в опорной раме с ветронаправляющей плоскостью впереди внутренних лопастей верхнего и нижнего ветровых колес, скрепленные опорными рамами между собой в виде ветроколесных крыльев, расположенных симметрично к опорной поворотной мачте, и закрепленные на ней шарнирами с возможностью отклонения ветром до 90^o и возвращения амортизирующим устройством. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетическому машиностроению.

Известны ветроэнергетические установки с ветровыми колесами в виде вращающихся барабанов с лопастями, размещенных в опорой раме симметрично поворотной мачты с установленными на ней площадкой с механическим приводом, электрогенератором с аппаратурой управления и устройством ориентации к ветру.

Наиболее близким изобретению является преобразователь силы ветра по патенту США N 4074951, МПК F 03 D 3/04, опуб. 1978 г. содержащий ветровые колеса с лопастями в виде двух турбин, вращающихся в противоположных направлениях, закрепленных друг над другом на параллельных горизонтальных осях в корпусе, с ветроотражателями впереди внешних лопастей и устройством ориентации к ветру, опирающимся на колеса, контактирующие с кольцевой направляющей симметрично мачте.

Однако такой преобразователь силы ветра недостаточно эффективно используют энергию ветра, вследствие того, что вектор скоростного напора ветра, воспринимаемого ветроотражателями, расположенными под острым углом к направлению ветра, разлагается на его составляющие, в результате на внутренние работающие лопасти турбин передается только сила, параллельная плоскости ветроотражателя, ослабленная трением о его поверхность, причем лопасть, обращенная к ветру первой, заслоняет его перед следующими, которые используют силу ветра незначительно, а расположение лопастей одной турбины между лопастями другой стесняет проход ветра между турбинами, при этом возможно вытекание струй ветра за пределы корпуса.

Цель изобретения повышение эффективности путем улучшения взаимодействия рабочих органов с ветром.

Указанная цель достигается тем, что ветровая электростанция содержит опирающуюся опорными колесами на рельсовое кольцо с центром в виде вертикального шипа, с возможностью поворота, вертикальную мачту с установленными на ней стабилизатором ориентации к ветру в виде флюгера, площадкой с механическим приводом, генератором электрического тока с аппаратурой управления, противовесом и прикрепленными симметрично по отношению к оси поворота мачты шарнирами и амортизаторами с возможностью поворота, опирающимися опорными колесами на рельсовые дуги двумя идентичными ветроколесными крыльями, собранными из скрепленных друг над другом опорными рамами идентичных ветроколесных модулей в виде опорной рамы с кинематически связанными между собой и механическим приводом, через вертикальный вал, прикрепленный соосно с шарнирами крепления ветроколесных крыльев к мачте, двумя четырехлопастными ветровыми колесами, закрепленными горизонтальными валами друг на другом, с возможностью вращения в противоположных направлениях, с лопастями верхнего ветрового колеса, размещенными между лопастями нижнего ветрового колеса, расположенными за вынесенной вперед ветронаправляющей плоскостью.

На фиг. 1 изображен общий вид ветровой электростанции в работающем положении, вид спереди, обращенный к ветру, на фиг. 2- вид сверху, максимально отклоненные ветроколесные крылья показаны штриховыми линиями, штриховой линией и стрелками показано отклонение ветроколесных крыльев в пределах диапазона расчетных скоростей ветра, стрелки указывают направление ветра, на фиг. 3 вид сбоку, стрелки указывают направление ветра и направление вращения ветровых колес.

Ветровая электростанция содержит опирающуюся двухребордными опорными колесами 1 на рельсовое кольцо 2 с центром 3 вертикальную мачту 4 с установленными на ней стабилизатором ориентации к ветру 5, площадкой 6, механическим приводом 7 с ведущим зубчатым колесом 8, обкатывающимся по ведомому зубчатому колесу 9 и инерционным маховиком 10, генератором электрического тока 11 с аппаратурой управления, противовесом 12 и прикрепленными шарнирами 13 и амортизаторами 14 опирающимися опорными колесами 15 на рельсовые дуги 16 ветроколесными крыльями 17, собранными из ветроколесных модулей 18 в виде опорной рамы 19 с ветронаправляющей плоскостью 20 и двумя ветровыми колесами 21, кинематически связанными между собой зубчатыми колесами 22, а с механическим приводом 7 через вертикальный вал 23 закрепленными соосно с шарнирами 13.

Устройство работает следующим образом.

Ориентация электростанции к ветру осуществляется автоматически при помощи встречного ветра ветроколесными крыльями 17 и стабилизатором 5, причем ветроколесные крылья 17 идентичны воспринимают одинаковый скоростной напор ветра, вследствие этого и симметричного расположения по отношению к оси поворота мачты 4 сохраняют равновесие, которое не нарушается и при изменении направления ветра, ветер, изменивший направление, поворачивает ветроколесные крылья 17 вместе с мачтой 4 к изменившемуся направлению, а возможные отклонения от равновесия, вызванные неравномерными порывами ветра, устраняются стабилизатором 5, закрепленным над осью поворота мачты 4.

Регулирование частоты вращения ведущего вала электрогенератора 11 осуществляется автоматически при помощи встречного ветра и инерционного маховика 10, причем ветровая электростанция работает в диапазоне скоростей ветра от расчетной, принятой при расчете ожидаемой мощности, до максимальной в пределах принятого диапазона скоростей ветра. При расчетной и менее скорости ветра ветроколесные крылья и лопасти ветровых колес 21 расположены под прямым углом к равнодействующей скоростного напора ветра и удерживается в таком положении амортизаторами 14.

При скорости ветра, превышающей расчетную, в пределах принятого диапазона скоростей ветроколесные крылья 17 преодолевают сопротивление амортизаторов 14, перекатываются опорными колесами 15 по рельсовым дугам 16 и одновременно поворачиваются на шарнирах 13 по направлению ветра, теперь возросшая равнодействующая скоростного напора ветра направлена к поверхности лопасти ветрового колеса 21 под острым углом, разлагается на силы, ее составляющие, и увеличения частоты вращения не вызывает.

При скорости ветра, превышающей максимальную, в пределах принятого диапазона скоростей ветроколесные крылья 17 отклоняются ветром на угол до 90^o (фиг. 2 показано штриховой линией). При таком положении вращение ветровых колес 21 прекращается автоматически, электростанция превращается в сквозную продуваемую ветром конструкцию, ветровая нагрузка на нее сокращается в несколько раз, а это во взаимодействии с противовесом 12 обеспечивает устойчивость электростанции при шторме и более сильных ветрах.

Высокая эффективность использования энергии ветра в электростанции обеспечивается также ветроколесными модулями 18, где работающие лопасти ветровых колес 21 обтекает не только встречный ветер, но и ветер, обтекающий ветронаправляющую плоскость 20, за ней и работающими лопастями ветровых колес 21 образуется пониженное давление воздуха, вследствие этого динамическое давление ветра на работающие лопасти ветровых колес 21 возрастает в 1,3.1,6 раза, а с учетом динамического коэффициента пульсации ветрового воздействия еще в 1,2.1,3 раза (см. например, А.А. Вайнсон. Подъемно-транспортные машины. М. Машиностроение, 1989 г. с. 44).

Такое эффективное использование энергии ветра в электростанции в сочетании с возможностью увеличения количества ветроколесных модулей 18 в ветроколесных крыльях 17 позволяет создавать небольшие по габаритам электростанции мощностью до 50 кВт и выше, причем монтаж, демонтаж и транспортировка их не будет сложнее башенных кранов первого типоразмера по ГОСТ 13556-85.

Формула изобретения

1. Ветровая электростанция, содержащая ветровые колеса с лопастями, вращающиеся в противоположных направлениях, закрепленные друг над другом на параллельных горизонтальных осях в опорном корпусе, с ветроотражателями впереди внешних лопастей и устройством ориентации к ветру, опирающимся на колеса, контактирующие с кольцевой направляющей симметрично мачте, отличающаяся тем, что содержит ветроколесные модули, включающие два ветровых колеса с лопастями, вращающиеся в противоположных направлениях, расположенных друг над другом на параллельных горизонтальных осях, кинематически связанных между собой и механическим приводом, закрепленных в опорной раме с ветронаправляющей плоскостью впереди внутренних лопастей верхнего и нижнего ветровых колес, скрепленных опорными рамами между собой в виде ветроколесных крыльев, расположенных симметрично опорной поворотной мачте, и закрепленных на ней шарнирами с возможностью отклонения ветром до 90° и возвращения амортизирующим устройством.

2. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что вертикальный вал каждого ветроколесного крыла расположен сосно с шарнирами крепления к опорной поворотной мачте.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3