УСТРОЙСТВО ОРИЕНТАЦИИ ГЕЛИОУСТАНОВКИ
SOLAR UNIT ALIGNMENT DEVICE

Изобретение относится к области гелиотехники, а именно к приводным устройствам для ориентации гелиоустановки, и может быть использовано для ориентации любого коллектора лучевой энергии, облучаемого перемещаемым источником тепловой радиации.
В технике и литературе существует значительное число аналогов, содержащих разнообразные механизмы реагирования за перемещением солнца [АС №1322037, кл. F24J/38, 07.07.87, Бюл. №25. Белорусский филиал Государственного научно-исследовательского энергетического института им. Г.М.Кржижановского/ Н.И.Юргель, Е.Ф.Зарецкий, С.В.Исаев. Устройство ориентации гелиоустановки], [Патент №2105936, кл. F24J/38, 27.02.98, Бюл. №6/ Б. Беграмбеков, СВ. Вергазов, A.M. Захаров. Гидромеханическое устройство для поворота гелиопоглощающей системы], [Авторское свидетельство №1449786, кл. F24J/38, 01.01.89, Бюл. №1. Западный филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского института им. Ф.Э.Джержинского/ Е.Ф.Зарецкий, С.В.Исаев, Н.И.Юргель. Система управления гелиостатом].
Все упомянутые аналоги имеют общие недостатки, состоящие в большой сложности устройств, некорректной работе при интенсивной облачности из-за применения светочувствительных датчиков, высокой стоимости потребления вырабатываемых видов энергии (прежде всего электрической).
В качестве прототипа изобретения служит устройство для ориентации гелиоустановки [2043583, от 10.09.95, Бюл. №25, Ставропольский сельскохозяйственный институт/ В.В.Кузьменко, Ю.С.Долик, И.П.Кузьменко], содержащее опорную стойку, связанное с ней при помощи сферического шарнира ориентируемое основание и упругие тяги, связанные со стойкой и деформируемыми элементами, размещенными в прорезях основания. Таким образом, устройство содержит основание с опорной стойкой, ориентирующую раму гелиоустановки, привод ориентации, систему азимутального слежения.
Недостатками данного устройства является сложность, относительно большое потребление энергии и затруднение в работе интенсивной облачности.
Изобретение направлено на достижение более эффективной работы при интенсивной облачности.
Это достигается тем, что у устройства ориентации гелиоустановки, содержащего основание с опорной стойкой, ориентирующую раму гелиоустановки, привод ориентации, систему азимутального слежения, согласно изобретению, привод ориентации снабжен звездочками, через которые перекинуты две замкнутые цепи, которые охватывают две дополнительные разнесенные звездочки, при этом сами звездочки установлены на вертикальных валах с возможностью вращения, верхние концы валов снабжены вертикальными ветродвигателями, на нижних концах валов установлены роторы генераторов, опирающиеся на подпятники, а в средней части валов над ротором выполнены шлицы, в которых установлены нажимные диски, а сами диски укреплены на вильчатых рычагах, которые снабжены приводами прижима к нижней стороне звездочек, причем лопасти ветродвигателей ориентированы на разные направления вращения.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показано устройство ориентации, вид сбоку; на фиг.2 - вид сверху; на фиг.3 - схема запасовки цепи; на фиг.4 - схема механического подключения каждого из вертикальных ветродвигателей; на фиг.5 показана структурная схема системы управления.
Устройство ориентации гелиоустановки содержит основание 1, поворотную в горизонтальной плоскости раму 2, на которой укреплен шарнир 3, на оси которого закреплена солнечная батарея 4. Установка содержит закрытый канал 5 для пропуска цепи, колесо 6 левого ветродвигателя, колесо 7 правого ветродвигателя. Колеса укреплены на башнях 8. При этом лопасти колес 6 и 7 ориентированы на разные направления вращения. Привод ориентации рамы 2 содержит автономный источник движения 9, а также звездочки 10, через которые перекинуты цепи 11 (показано на фиг.3 схематично). Цепь также огибает звездочку 12 вала ветроколеса 7 и звездочку 13 вала ветроколеса 6 (далее приводится устройства одного из валов, другой вал выполнен аналогично). Каждый из валов опирается на подпятник 14 ротора, при этом ротор 15 генератора укреплен на нижнем конце вала. Звездочка 13 поддерживается снизу опорой 16 (показана схематично на фиг.4), верхний конец вала 17 закреплен в подшипнике 18 и несет на себе ветродвигатель. Средний участок вала имеет шлицы 19, в которых установлен нажимной диск 20, имеющий возможность вертикального перемещения. Диск укреплен на вильчатом рычаге 21, который снабжен приводом прижима к нижней стороне звездочки 13, в частности тягой 22 и сердечником 23 электромагнита 24. В качестве автономного источника движения 9 может быть применен автомобильный стартер с тяговым реле, который через рычаг и втулку выдвигает ведущую шестерню, до соприкосновения с шестерней, установленной на раме 2 (автомобильные стартеры известны и описаны, например в книге/ Теория, конструкция и расчет автотракторного оборудования/ под ред. М.Н.Фесенко, М., «Машиностроение», 1979, гл. 2, стр.18-81, рис.19 стр.48, рис.20 стр.49, рис.24 стр.54, рис.29 стр.62, рис.30 стр.64). Система управлением устройством ориентации включает в себя (на примере канала азимута) датчик ориентации, имеющий 2 фотодиода 25 и 26, разделенные шторкой 27, центральный контроллер 28, управляющий обмотками левого электромагнита 29 и правого электромагнита 30, выключателями 31 и 32 статоров 33 и 34 и аккумуляторной батареей 35. Устройство снабжено внешним датчиком ветра 36 (анемометром) и внутренним датчиком ветра 37 (измеритель напряжения на одном из статоров).
Устройство работает следующим образом. Подробно опишем устройство азимутального канала, как наиболее актуального устройства. Канал, ориентируемый по высоте светила, выполненный традиционно, в наиболее простом случае может иметь сезонную подрегулировку. В отсутствии ветра, т.е. в отсутствии сигналов с датчиков 36 и 37, ориентация происходит путем включения источника движения 9 до совпадения сигналов с датчиков 25 и 26. Звездочки 13 свободно поворачиваются на валах 17. Питание на источник подается от аккумулятора 25. При наличии ветра ветродвигатели 6 и 7 приходят во вращение с той или иной степенью интенсивности. Их валы вращают роторы 15, которые при взаимодействии со статорами вырабатывают электроэнергию, идущую либо в сеть, либо на подзарядку аккумулятора 35. Звездочки 13 при этом остаются неподвижными, несмотря на вращение валов. Если возникает необходимость переориентации установки, т.е. несовпадение сигналов с датчиков 25 и 26, и при этом присутствуют сигналы с датчика 36 анемометра, или датчика 37, контроллер 28 выдает команду на подключение соответственно обмотки или 29, или 30 правого или левого электромагнита 24. Соответственно электромагнит втягивает сердечник 23, который через тягу 22 воздействует на вильчатый рычаг 21, который в свою очередь поднимает нажимной диск 20 по шлицам 19 до его соприкосновения с нижней стороной звездочки 13. Звездочки вращаются и посредством одной из цепей 11 поворачивают звездочки 10, которые укреплены на приводе ориентации рамы 2, которая поворачивается до тех пор, пока не совпадут сигналы с датчиков 25 и 26. Такой режим можно назвать дневным, поскольку поворот будет происходить в одну сторону. В ночном режиме, т.е. при минимальных сигналах с датчиков 25 и 26, будет происходить поворот установки, вследствие работы другого ветродвигателя, и в обратную сторону. При отсутствии необходимости поворота ветродвигатели работают автономно, каждый генератор работает на свою нагрузку.
К технико-экономическим преимуществам данного устройства относится то, что оно позволяет экономить энергию аккумулятора и использовать бесплатную энергию ветра для поворота устройства ориентации.