УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА
INSTALLATION FOR UTILISATION OF WIND POWER

Изобретение относится к области использования как энергии ветра, так и энергии водного потока для выработки электроэнергии или для выполнения механической работы.
Известны устройства для использования энергии ветра, включающие мачту, на которой на горизонтальном валу закреплены лопасти пропеллерного типа и электрогенератор (Шефтер Я.И. Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. М., 1957, стр.6-12).
Недостатками известных устройств являются относительно небольшая площадь соприкосновения лопастей с ветровым потоком, необходимость сооружения мачты большой высоты при увеличении размера лопастей,
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявленному устройству является ротор ветродвигателя (патент РФ №2029886).
Устройство включает вертикальную ось, укрепленную на ней раму, связанную со стойками, на которых расположены лопасти, установленные на горизонтальных осях с возможностью ограниченного поворота, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности оно снабжено дополнительными поворотными криволинейными лопастями, шарнирно закрепленными в местах соединений горизонтальных осей и стоек, а горизонтальные оси скреплены под углом одна к другой и имеют длину, увеличивающуюся от центра к периферии. Дополнительные лопасти служат только для увеличения общей площади лопастей.
Однако это устройство имеет ряд существенных недостатков, таких как повышенная сложность исполнения устройства; невозможность регулирования скорости вращения вала в зависимости от ветровой нагрузки; сложность в эксплуатации и остановки работы при профилактическом осмотре и ремонте. Причем основные лопасти в данном устройстве укреплены эксцентрично по отношению к горизонтальной оси, поэтому поворот лопастей с наветренной стороны в горизонтальное положение возможен только при определенной скорости ветра, что ведет к частичной потере мощности. Все это в целом снижает эффективность данного устройства.
Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении эффективности использования ветровой энергии посредством автоматического регулирования скорости вращения приводного вала в зависимости от силы ветрового потока; упрощения эксплуатации и профилактического ремонта устройства.
Для получения указанного технического результата предложено устройство для использования энергии ветра, содержащее корпус, с вертикальным приводным валом, на котором на несущих горизонтальных направляющих закреплены основные и дополнительные лопасти с возможностью ограниченного поворота, отличием которого согласно изобретению является то, что оно снабжено дополнительными горизонтальными направляющими, закрепленными на вертикальном приводном валу под несущими горизонтальными направляющими, при этом основные лопасти верхними краями шарнирно закреплены на несущих горизонтальных направляющих с возможностью упора при повороте на дополнительные горизонтальные направляющие, а внутри основных лопастей шарнирно закреплены на тех же несущих горизонтальных направляющих дополнительные подпружиненные лопасти.
Целесообразно, чтобы на вертикальном приводном валу был установлен пакет основных и дополнительных лопастей, при этом пружины, удерживающие дополнительные лопасти в одной плоскости с основными лопастями, на различных ярусах были выполнены с различной жесткостью.
Целесообразно также, чтобы дополнительные горизонтальные направляющие были выполнены в виде толстостенных пластин и закреплены в поворотном устройстве, обеспечивающим их поворот на 90°.
Существенными отличительными признаками предлагаемого изобретения являются следующие.
1. Верхние края основных лопастей шарнирно закреплены на несущих горизонтальных направляющих (осях).
Это обеспечивает легкий поворот лопастей в горизонтальное положение при вращении вертикального вала и резко снижает сопротивление набегающему ветровому потоку.
2. Выполнение пружин, удерживающих дополнительные лопасти, с различной жесткостью на различных пакетах лопастей.
Это позволяет обеспечить большую равномерность вращения вала при изменении ветровой нагрузки за счет их отклонения от горизонтального положения посредством отжатия упорных пластин и уменьшения общей рабочей площади лопастей.
3. Поворотное устройство, которое обеспечивает поворот дополнительных горизонтальных направляющих на 90°.
При этом дополнительные горизонтальные направляющие, выполненные в виде толстостенных пластин прямоугольного сечения, при повороте их на 90° освобождают от упора на нижние направляющие основные лопасти.
Привод поворотного устройства может быть механическим и выполнен в виде металлической тяги внутри вала или посредством электропривода (не указан).
Использование поворотного устройства целесообразно при штормовом предупреждении, чтобы исключить повреждения лопастей и устройства в целом, а также при выполнении профилактического ремонта. Для этих же целей используется тормоз, закрепленный на приводном валу
На фиг.1 показано устройство в разрезе. На фиг.2 - вид устройства сверху.
Устройство включает вертикальный приводной вал 1, вмонтированный в корпус 2. Приводной вал 1 снабжен несущими горизонтальными направляющими 3 и расположенными под ними дополнительными горизонтальными направляющими 4, при этом дополнительные горизонтальные направляющие 4 выполнены в виде толстостенных пластин. Основные лопасти 5 и дополнительные лопасти 6 посредством шарниров 7 закреплены на несущих направляющих 3 с возможностью ограниченного поворота на угол до 90° относительно несущих направляющих 3. Упором для основных лопастей 5 служат дополнительные горизонтальные направляющие 4, поворот дополнительных лопастей ограничивается пружинами 8, имеющих различную жесткость на разных пакетах лопастей.
Устройство снабжено поворотным устройством 9 для дополнительных горизонтальных направляющих 4, при повороте которого на 90° основные лопасти 5 освобождаются от упора на дополнительные горизонтальные направляющие 4 (при необходимости остановки вращения приводного вала).
На приводном валу 1 крепятся повышающий редуктор 10, электрогенератор 11 и тормоз 12. Корпус устройства крепится к основанию (например, к крыше здания, ко дну водоема) посредством отверстий 13.
Устройство работает следующим образом.
Устройство отключается от тормозного устройства и за счет давления ветра на лопасти 5, опирающиеся на дополнительные горизонтальные направляющие 4, начинает вращаться вокруг оси, в данном примере против часовой стрелки.
При повороте на угол свыше 90° основные 5 и дополнительные 6 лопасти под действием ветра начинают приподниматься и при повороте на 180° занимают положение, близкое к горизонтальному, и не оказывают существенного сопротивления набегающему ветровому потоку.
При повороте на 270° основные лопасти 5 начинают опускаться и упираются на дополнительные горизонтальные направляющие (упоры) 4, а при дальнейшем повороте начинают воспринимать давление ветра.
Дополнительные лопасти 6 выполняют функцию стабилизатора (регулятора) скорости вращения основных лопастей 5. Чем выше скорость ветра, тем на больший угол отклоняются дополнительные лопасти 6, отжимая пружины 8, тем самым, уменьшая площадь давления ветрового потока.
Для выполнения ремонтных или профилактических работ приводной вал 1 устройства затормаживается посредством тормозного устройства 12, и вращение лопастей останавливается. При необходимости, дополнительно, посредством поворотного устройства 9 дополнительные горизонтальные направляющие 4 поворачиваются на 90°, освобождая лопасти 5 от упора на них.
Преимущества предлагаемого изобретения заключаются в следующем.
1. Обеспечивается регулирование скорости вращения приводного вала в зависимости от скорости ветра.
2. Упрощается возможность выполнения профилактических и ремонтных работ устройства.
3. При реализации устройства нет необходимости строительства мачты большой высоты при любом размере лопастей. Устройство может размещаться на крыше зданий.
4. Устройство может быть применено как для использования энергии ветра, так и энергии течения рек, морских течений, не препятствуя судоходству (при размещении устройства на дне водоема).
5. Устройство может работать при любом направлении ветра, водного потока.
Широкое внедрение предлагаемого устройства для использования энергии морских течений может дать огромное количество электроэнергии, сопоставимое с суммарным количеством электроэнергии, вырабатываемой на гидростанциях, тепловых и атомных электростанциях, причем без нанесения ущерба экологии.
3
Так, например, мощность морского течения Гольфстрим (при ширине потока 75-120 км и скорости от 4 до 10 км/час) составляет свыше 80 млн. м/сек, что в 20-25 раз превышает расход всех рек земного шара (БСЭ №7, стр.46).