Ветроэнергетическая установка

Изобретение относится к энергетике, а именно к энергетическим установкам, преобразующим кинетическую энергию ветрового потока в другие виды энергии, и может быть использовано в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве или в качестве автономного источника энергии. Установка содержит мачту, генератор, установленный на мачте, ветроколесо, закрепленное на горизонтальном валу, поворотное устройство для ориентирования на ветер, а также сферический генератор, содержащий сферический статор и сферический ротор, при этом сферический ротор, выполненный с электромагнитным подвесом, держит мачту и размещен в расточке сферического статора, которая служит опорой ветроустановки. На сферическом роторе и сферической расточке статора оппозитно установлена пара колец магнитов, обращенных друг к другу разноименными полюсами и расположенных по максимальному сечению ротора в горизонтальной плоскости. В нижней части сферы ротора сферического генератора может быть установлен компенсатор, выполненный в виде груза, который возвращает стержень в исходное вертикальное положение. Изобретение обеспечивает повышение КПД установки за счет использования для выработки электроэнергии и поворот мачты, и ее качание. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к энергетике, а именно к ветровым энергетическим установкам, преобразующим кинетическую энергию ветрового потока в электрическую и другие виды энергии, и может быть использовано в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве или в качестве автономного источника энергии.

Известна ветровая энергетическая установка (а.с. СССР №853148, F03D 5/00, 1981 г.), содержит качающуюся лопасть, закрепленную на рычаге. Рычаг снабжен грузом, установленным в опорах с помощью пространственного шарнира, и связан тросом с потребителем энергии. Лопасть в поперечном сечении имеет крестообразную форму.

Недостатком аналога является недостаточная мощность, ограниченная только движением качения рычага относительно пространственного шарнира.

Известен также ветродвигатель (а.с. СССР №1749538, F03D 5/00, 1992 г.), содержащий вертикальную лопасть с махом, закрепленным нижним концом на качающейся опоре, установленной на вращающемся основании. Механизм поворота лопасти, генератор, вал которого связан с качающейся опорой. Ветродвигатель снабжен устройством для компенсации массы лопасти, выполненным в виде пружины, соединенной одним концом с вращающейся опорой.

Недостатками аналога являются невысокие эксплуатационные свойства установки и устаревшее исполнение устройства, регулирующее наклон лопастей. Предложенное устройство отличается тем, что отсутствует ориентирование на ветер вручную, а все виды движения установки осуществляются автономно с помощью сферического генератора, служащего опорой.

Наиболее близкой по технической сущности предлагаемому изобретению является ветровая энергетическая установка (Патент РФ №2277642, F03D 3/00), по совокупности существенных признаков принята за прототип, содержащая опору и мачту, прикрепленную одним окончанием к опоре при помощи шарнирного соединения и соединенную с устройством (парусом), которое обладает поверхностной площадью и способностью сопротивляться ветровому потоку, а также в автоматическом и(или) ручном режиме может менять величину своей поверхностной площади и перемещаться вдоль мачты, мачта также соединена с компенсатором, удерживающим ее в исходном вертикальном положении при отсутствии воздействия ветрового потока на установку и возвращающим мачту в исходное вертикальное положение. Смысл применения паруса и компенсатора заключается в том, чтобы придать мачте установки режим колебательных, возвратно-поступательных движений.

Недостатком прототипа является сложность конструкции, которая влечет за собой неоправданные материальные затраты, недостаточная надежность и невысокий КПД.

Технический результат заключается в создании устройства, способного преобразовывать кинетическую энергию ветрового потока в кинетическую энергию механических колебательных, возвратно-поступательных или вращательных движений, в энергию электрического тока.

Задачами предлагаемого изобретения являются:

- повышение коэффициента использования ветрового потока за счет применения ветроколеса, закрепленного на горизонтальном валу, соединенного с генератором,

- повышение КПД ветровой энергетической установки за счет применения сферического ротора генератора, установленного в сферической расточке статора, который служит опорой и выполняет аналогичную функцию удерживания стержня в исходном вертикальном положении при отсутствии воздействия ветрового потока на установку и возвращающим стержень в исходное вертикальное положение.

Поставленные задачи решаются тем, что в ветровую энергетическую установку, содержащую ветроколесо, закрепленное на горизонтальном валу, генератор, установленный на мачте, поворотное устройство для ориентирования на ветер, в отличие от прототипа введен сферический, генератор, содержащий статор и сферический ротор, при этом сферический ротор, выполненный с электромагнитным подвесом, содержит мачту и размещен в расточке сферического статора, которая служит опорой ветроустановки, при этом на сферическом роторе и сферической расточке статора оппозитно установлена пара колец магнитов, обращенных друг к другу разноименными полюсами и расположенных по максимальному сечению ротора и статора в горизонтальном сечении.

Кроме того, в ветровой энергетической установке в отличие от прототипа в нижней части сферы ротора сферического генератора может быть установлен компенсатор, выполненный в виде груза, который возвращает стержень в исходное вертикальное положение.

Кроме того, в ветровой энергетической установке в отличие от прототипа статор генератора может быть подключен через переключатель к автономной сети потребителей с возможностью переключения на демпферную нагрузку.

Предлагаемая ветроэнергетическая установка поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена ветроустановка и на фиг.2 изображена схема переключения автономной сети потребителей на демпферную нагрузку.

Ветровая энергетическая установка содержит ветроколесо 1, закрепленное на горизонтальном валу, генератор 2, установленный на мачте-рычаге 3, поворотное устройство для ориентирования на ветер 4. Мачта закреплена на сферическом роторе 5 генератора, установленном в сферической расточке статора 6, который служит опорой. На сферическом роторе и сферической расточке статора оппозитно установлена пара кольцевых магнитов 7, обращенных друг к другу разноименными полюсами. Кольцевые магниты расположены по экватору ротора и внутренней расточке статора, имеющего намагниченность в радиальном направлении. Статор генератора подключен через переключатель (фиг.2) 1 к автономной сети потребителей с возможностью переключения на демпферную нагрузку (насос для перекачки воды в емкость, расположенную на высоте. При необходимости вода из емкости используется для гидравлического привода). Ротор 5 генератора не касается сферы статора 6 за счет обмоток возбуждения 8, находясь тем самым в подвешенном состоянии.

Устройство работает следующим образом (фиг.1). Под воздействием ветровых потоков ветроколесо 1 приводит в действие генератор 2. Корпус генератора выполнен в виде хвостовика 4, предназначенного для ориентирования ветроколеса 1 по направлению ветрового потока. Процесс ориентирования осуществляется за счет сферического генератора, который позволяет установке, закрепленной на мачте 3, вращаться вокруг своей оси. Ротор 5 сферического генератора не касается сферы статора благодаря обмоткам возбуждения, находясь тем самым в подвешенном состоянии. С целью повышения использования ветрового потока устройство осуществляет отклонение стержня (направления 9) относительно сферической опоры при воздействии на это устройство ветрового потока, совершая не только возвратно-поступательные движения рычага, но и вращательные движения.

Таким образом, электрическую энергию вырабатывает и поворот мачты 3, и ее качание. Это достигается за счет подвешивания ротора генератора со сферической опорной поверхностью силами электромагнитного поля.

По окружности статора и ротора сферического генератора установлены постоянные кольцевые магниты разной полярности для возврата рычага в исходное положение, тем самым осуществляя его колебания.

Итак, заявленное изобретение позволяет повысить коэффициент использования ветрового потока, повысить КПД ветровой энергетической установки, при этом используя современные конструкторские решения.

1. Ветровая энергетическая установка содержит мачту, генератор, установленный на мачте, ветроколесо, закрепленное на горизонтальном валу, поворотное устройство для ориентирования на ветер, отличающаяся тем, что введен сферический генератор, содержащий сферический статор и сферический ротор, при этом сферический ротор, выполненный с электромагнитным подвесом, содержит мачту и размещен в расточке сферического статора, которая служит опорой ветроустановки, при этом на сферическом роторе и сферической расточке статора оппозитно установлена пара колец магнитов, обращенных друг к другу разноименными полюсами и расположенных по максимальному сечению ротора в горизонтальной плоскости.

2. Ветровая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в нижней части сферы ротора сферического генератора установлен компенсатор, выполненный в виде груза, который возвращает стержень в исходное вертикальное положение.

3. Ветровая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что статор генератора подключен через переключатель к автономной сети потребителей с возможностью переключения на демпферную нагрузку.