ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к ветроэнергетике, в частности к установкам, с осью вращения ротора перпендикулярной направлению ветра и преобразующим энергию ветра в энергию сжатого воздуха.
Известна ветровая аккумулирующая электростанция (патент RU №2101562 С1, 6F03D 9/00, опубликован 01.10.1998), которая включает ветродвигатель и кинематически связанный с ним компрессор, а также систему трубопроводов для подачи сжатого воздуха.
Известен роторный двигатель с вертикальным валом вращения (патент RU №2263815 С1, 7F03D/00, опубликован 11.10.2005), содержащий ротор, у которого рабочими органами являются лопасти, выполненные в виде части полого цилиндра, закрепленные на вертикальном валу.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является ветроэлектростанция (патент на полезную модель RU 79313 U1, F03D 3/00, опубликованный 27.12.2008), имеющая раму с ротором, на которой установлено ветроколесо, шторки для изменения направления потока ветра и систему передачи вращения ротора к электрогенератору.
Увеличение мощности такой установки достигается за счет увеличения площади лопастей ротора, а значит и площади шторок, перекрывающих поток, поступающий на нерабочую часть лопастей, что приводит к утяжелению установки и снижению ее КПД.
Техническим результатом полезной модели является увеличение КПД установки и расширение ее функциональных возможностей.
Указанный технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка, включающая в себя основание с закрепленной на нем опорой на которой установлена рама, хвостовик, закрепленный на раме и электрогенератор, снабжена двумя многоярусными ветроколесами, на валу каждого ветроколеса установлены ведущие шестерни конических зубчатых передач, ведомые шестерни которых помещены на общем валу отбора мощности, связанного через клиноременную передачу с электрогенератором; в каждом ярусе махи лопастей одного ветроколеса, находятся под углом 90° к махам другого ветроколеса; вал одного из ветроколес через кривошип связан со штоком пневмоцилиндра большого диаметра, а вал другого ветроколеса через кривошип связан со штоком пневмоцилиндра малого диаметра, к штоковой и поршневой полости каждого пневмоцилиндра подсоединены по одному всасывающему и одному нагнетательному клапану, причем входы всасывающих клапанов пневмоцилиндра большого диаметра сообщаются с атмосферой, выходы нагнетательных клапанов пневмоцилиндра большого диаметра сообщаются с входами всасывающих клапанов пневмоцилиндра малого диаметра и ресивером низкого давления, а выходы нагнетательных клапанов пневмоцилиндра малого диаметра сообщаются с ресивером высокого давления; на раме перед ветроколесами установлены две пары направляющих, состоящих из параллельных пластин, установленных вертикально и высотой, равной высоте ветроколес, причем каждая пара направляющих образует щелевой канал, а оси каналов расположены относительно друг друга примерно под углом 80°; на раме за ветроколесами вертикально установлены отражающие экраны, по форме представляющие собой примерно одну четвертую часть боковой цилиндрической поверхности.
Установка двух многоярусных ветроколес, махи которых в каждом ярусе всегда расположены под углом 90°, а также установка направляющих и отражающих экранов позволяет повысить КПД установки. Введение пневмоцилиндров разного диаметра с системой всасывающих и нагнетательных клапанов позволяет накопить сжатый воздух в ресиверах высокого и низкого давления и тем самым расширить функциональные возможности установки.
На фиг.1 изображена принципиальная схема ветроэнергетической установки, на фиг.2 изображен вид установки сверху.
На основании 1 закреплена опора 2, на которой в подвижном герметичном соединении 3 установлена рама 4. На раме 4 в подшипниковых узлах вертикально установлены валы 5 и 6 многоярусных (не менее двух ярусов) ветроколес 7 и 8. Ярус каждого ветроколеса включает в себя махи 9 (фиг.2), закрепленные на валу, с установленными на них лопастями 10 (по две в каждом ярусе). Лопасти 10 выполнены в виде вертикально расположенных полуцилиндров. Махи соседних ярусов каждого ветроколеса образуют угол 180°:n, где n - число ярусов. Махи, расположенные в одном ярусе, но принадлежащие разным ветроколесам, образуют между собой угол 90°.
На каждом из валов 5, 6 (фиг.1) установлены ведущие шестерни конических зубчатых передач 11 и 12, ведомые шестерни которых помещены на валу отбора мощности 13. На валу отбора мощности 13 установлен ведущий шкив 14 клиноременной передачи, ведомый шкив которой установлен на валу электрогенератора 15.
Вал 5 ветроколеса 7 через кривошип 16 связан со штоком пневмоцилиндра 17, а вал, 6 ветроколеса 8 через кривошип 18 связан со штоком пневмоцилиндра 19, причем диаметр пневмоцилиндра 17 больше диаметра пневмоцилиндра 19.
Поршневая полость пневмоцилиндра 17 связана с выходом всасывающего клапана 20 и входом нагнетательного клапана 21, а штоковая полость этого пневмоцилиндра связана с выходом всасывающего клапана 22 и с входом нагнетательного клапана 23.
Поршневая полость пневмоцилиндра 19 связана с выходом всасывающего клапана 24 и входом нагнетательного клапана 25, а штоковая полость этого пневмоцилиндра связана с выходом всасывающего клапана 26 и с входом нагнетательного клапана 27. Входы клапанов 20 и 22 сообщаются с атмосферой. Выходы клапанов 21 и 23 через кольцевую канавку подвижного соединения 3 связаны с входами клапанов 24 и 26, а также с ресивером низкого давления 28. Выходы клапанов 25 и 27 через подвижное соединение 3 связаны с ресивером высокого давления 29.
На раме 4 (фиг.2) перед ветроколесами 7, 8 установлены две пары направляющих 30 и 31. Каждая пара направляющих состоит из двух параллельных пластин, установленных вертикально и высотой, равной высоте ветроколес. Каждая пара направляющих образует щелевой канал 32 и 33, по которым воздушный поток направляется к рабочим лопастям ветроколес. Оси каналов 32 и 33 расположены относительно друг друга примерно под углом 80°.
За ветроколесами 7, 8 на раме 4 вертикально установлены отражающие экраны 34 и 35, по форме представляющие собой примерно четвертую часть боковой цилиндрической поверхности. На раме также закреплен хвостовик 36.
Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.
Поток ветра, воздействуя на хвостовик 36, разворачивает раму 4 вокруг опоры 2 в положение, при котором плоскость хвостовика становится параллельна потоку.
Поток ветра, проходя через щелевые каналы 32 и 33, воздействует на вогнутые плоскости лопастей 10 ветроколес 7 и 8. В то же время направляющие 30, 31 ограничивают ветровой поток, воздействующий на выпуклые плоскости лопастей 10. Таким образом, ветроколесо 7 вращается по часовой стрелке, а ветроколесо 8 - против часовой стрелки.
Отражающие экраны 34 и 35 направляют часть потока ветра на вогнутые плоскости лопастей 10, увеличивая крутящие моменты. Крутящие моменты, создаваемые ветроколесами 7 и 8 (фиг.1), через конические зубчатые передачи 11 и 12 передаются на общий вал отбора мощности 13 и, соответственно, на ведущий шкив 14 клиноременной передачи, с помощью которой осуществляется вращение вала электрогенератора 15.
Вращательное движение ветроколеса 7 посредством кривошипа 16 преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня со штоком пневмоцилиндра 17. При втягивании штока пневмоцилиндра 17 открывается всасывающий клапан 21 и закрывается нагнетательный клапана 23, то есть осуществляется всасывание воздуха из атмосферы в штоковую полость. Одновременно происходит закрытие всасывающего клапана 20 и открытие нагнетательного клапана 21. Сжатый воздух по трубопроводам и через подвижное герметичное соединение 3 поступает в ресивер низкого давления 28. При выдвижении штока пневмоцилиндра 17 всасывающий клапан 22 закрывается, а всасывающий клапан 20 открывается. Происходит всасывание атмосферного воздуха в поршневую полость пневмоцилиндра 17. Одновременно открывается нагнетательный клапан 23 и сжатый воздух поступает в ресивер низкого давления 28.
Вращательное движение ветроколеса 8 посредством кривошипа 18 преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня со штоком пневмоцилиндра 19. При втягивании штока пневмоцилиндра 19 открывается всасывающий клапан 26 и закрывается нагнетательный клапана 27, то есть осуществляется всасывание воздуха из ресивера низкого давления 28 в штоковую полость. Одновременно происходит закрытие всасывающего клапана 24 и открытие нагнетательного клапана 25. Сжатый воздух по трубопроводам и через подвижное герметичное соединение 3 поступает в ресивер высокого давления 29. При выдвижении штока пневмоцилиндра 19 всасывающий клапан 26 закрывается, а всасывающий клапан 24 открывается. Происходит всасывание воздуха из ресивера низкого давления 28 в поршневую полость пневмоцилиндра 19. Одновременно открывается нагнетательный клапан 27, и сжатый воздух поступает в ресивер высокого давления 29.
Таким образом, ветроэнергетическая установка позволяет получать как электрическую энергию, так и сжатый воздух. При работе установки махи ветроколес,, находящихся в одном ярусе, всегда расположены относительно друг друга под углом 90°. Это позволяет осуществить взаимное перекрытие лопастей ветроколес в момент их нахождения в нерабочей зоне, сократить общую ширину направляющих, перекрывающих эту зону, а за счет введения отражающих экранов повысить крутящий момент обоих ветроколес и тем самым увеличить КПД установки.