ВЕТРОУСТАНОВКА
WIND-DRIVEN PLANT

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветроустановкам.
Известна ветроустановка, имеющая приспособление для регулирования вертикальных ветряных двигателей, с поворотно установленным на хвостовике ветряка рулем (Патент SU №29805, F03D 7/02, 10.04.1932) [1].
Недостатком известного устройства является то, что оно имеет сложную конструкцию.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является ветроколесо, содержащее горизонтальную ось вращения с радиальными махами и установленные на них с возможностью поворота лопасти выполненные в виде полуцилиндра, образующие которого расположены перпендикулярно маху (Патент SU №1150394, F03D 1/06, 15.04.1985) [2].
Недостатками данного устройства являются тихоходность, отсутствие механизма регулирования угла поворота лопастей и громоздкость.
Задачей изобретения является создание ветроустановки для преобразования энергии ветра в механическую или электрическую энергию с улучшенными эксплуатационными свойствами.
Сущность изобретения заключается в следующем. Ветроустановка содержит ветроколесо с горизонтальной осью вращения с радиальными махами и установленные на них с возможностью поворота лопасти, которые размещены на концах махов крестообразно. Кроме того в состав установки входит генератор, который кинематически связан с валом ветроколеса. Каждая лопасть ветроустановки выполнена в виде крыла и снабжена механизмами ее поворота в продольной и поперечной плоскостях. Каждый из названных механизмов содержит сервоприводы, многоканальный контроллер управления, приемник радиосигнала, контроллер заряда, аккумуляторную батарею, солнечную батарею и аксиальный генератор на постоянных магнитах. Названные устройства скоммутированы между собой. Каждый сервопривод механизма поворота лопасти в продольной плоскости жестко соединен с махом и посредством зубчатой передачи скоммутирован с шарниром поворота лопасти в продольной плоскости, а каждый сервопривод механизма поворота лопасти в поперечной плоскости жестко соединен с шарниром поворота лопасти в продольной плоскости и посредством зубчатой передачи скоммутирован с шарниром поворота лопасти в поперечной плоскости. Кроме того, махи соединены между собой посредством растяжек и с валом ветроколеса с помощью тяжей.
В совокупности это позволяет создать ветроустановку с высоким коэффициентом использования энергии ветра. Механизм изменения угла лопастей в продольной и поперечной плоскостях дает возможность для получения максимальной мощности при разных скоростях ветра, а также для регулирования мощности при изменении нагрузки потребителя и штормовом ветре.
На фиг. 1, 2, 3 и 4 изображена ветроустановка. При этом на фиг. 1 показан вид сбоку, на фиг. 2 - вид спереди (вид А), на фиг. 3 - кинематическая схема механизма поворота лопастей, на фиг. 4 - принципиальная схема управления механизмом поворота лопастей.
Ветроустановка содержит фундамент 1, на котором размещена башня 2 с поворачивающейся гондолой 13. Гондола 13 снабжена флюгером 15, генератором 14, постоянными магнитами (не показаны) аксиального генератора 12 и валом ветроколеса 7. На валу ветроколеса 7 расположены электромагнитные катушки (не показаны) аксиального генератора 12, контроллер заряда 11, аккумуляторная батарея 10, многоканальный контроллер управления электродвигателями 9, приемник радиосигнала 8, солнечная батарея 6, махи 4 и тяжи, соединяющие конец вала ветроколеса с махами 5. Махи 5 связаны между собой растяжками 19. На концах махов 5 расположены лопасти 3 с лонжеронами 16 и механизмом поворота лопасти 3, состоящим из шарнира поперечного поворота лопасти 17, шарнира продольного поворота лопасти 18, сервопривода поперечного поворота лопасти 20 и сервопривода продольного поворота лопасти 21.
Ветроустановка работает следующим образом. С помощью флюгера 15 гондола 13 поворачивается в направлении движения воздушного потока. Вал ветроколеса 7 с радиально расположенными махами 4 и расположенными на концах махов лопастями 3 поворачивается вместе с гондолой 13 по направлению к ветру и начинает вращаться, передавая механическую энергию генератору 14 и аксиальному генератору 12, которые преобразуют ее в электрическую энергию. Для увеличения коэффициента использования энергии ветра, лопасти 3 могут изменять свой угол в поперечной и продольной осях с помощью механизма, состоящего из поворотных шарниров 17 и 18, которые приводятся в движение посредством сервоприводов 20 и 21. Управление сервоприводами 20 и 21 осуществляется с помощью многоканального контроллера управления 9, который получает сигнал от приемника радиосигнала 8, а питание через контроллер заряда от аккумуляторной батареи 10, которая заряжается от солнечной батареи 6 и от аксиального генератора на постоянных магнитах 12.
Таким образом, приведенные технические решения в совокупности позволяют создать ветроустановку с высоким коэффициентом использования энергии ветра. Механизм изменения угла лопастей в продольной и поперечной плоскостях дает возможность для получения максимальной мощности при разных скоростях ветра, а также для регулирования мощности при изменении нагрузки потребителя и штормовом ветре.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент SU №29805, F03D 7/02, 10.04.1932.
2. Патент SU №1150394, F03D 1/06, 15.04.1985 - прототип.