ВЕТРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА
WIND-ELECTRIC SET

Изобретение относится к области ветряной энергетики, конкретно к установкам для выработки электрической энергии от действия ветрового потока. Изобретение может найти применение при сооружении ветросиловых установок средней и большой мощности, обеспечивающих постоянную частоту вращения вала генератора при изменениях скорости ветра.
Известна ветряная энергетическая установка, содержащая ферму с беговой дорожкой, на которой установлена поворотная рама с опорными роликами и устройством приема кинетической энергии ветра, соединенным с приводом вала генератора электрического тока (патент Украины №60389, кл. F03D 3/00, 2003 г. Аналог).
Недостаток известной установки - частичное использование ветрового потока, который отражается от лопастей и не полностью создает полезную работу. Другим недостатком является сложность конструктивных элементов и кинематических связей, которые увеличивают металлоемкость и стоимость изготовления.
Известна также ветросиловая установка, содержащая ферму с беговой дорожкой и установленное на тележке устройство приема кинетической энергии ветра, соединенное с приводом вала генератора электрического тока. Указанное устройство выполнено в виде конфузора, выходное окно которого соединено воздухопроводом с турбогенератором (декларационный патент Украины на полезную модель №34140, кл. F03D 3/00, 2008 г. Прототип).
Недостаток прототипа - отсутствие аварийной защиты от штормовых порывов ветра. Малое использование энергии ветра для полезной работы, сложность и металлоемкость установки.
Указанный аналог, наиболее близкий из известных, имеет ряд общих с заявляемым устройством существенных признаков, сходный технический результат и принят нами в качестве прототипа. Общими существенными признаками являются: ветросиловая установка, содержащая беговую дорожку в виде кольцевого рельсового пути, на котором установлены тележки с устройствами приема кинетической энергии ветра, соединенные поводками с приводом вала генератора электрического тока.
Техническая задача изобретения - создание ветросиловой установки, в которой полностью используется энергия ветрового потока, более простой и менее металлоемкой по сравнению с прототипом. Кроме этого она может быть реализована в большом диапазоне мощности.
Технический результат - повышение эффективности выработки электроэнергии от действия ветрового потока и снижение стоимости изготовления, а также повышение эксплуатационной надежности за счет защиты от порывов ветра.
Техническая задача и результат изобретения достигаются тем, что ветросиловая установка содержит беговую дорожку в виде кольцевого рельсового пути, на котором установлены тележки с устройствами приема кинетической энергии ветра, соединенные поводками с приводом вала генератора электрического тока. Каждое устройство приема кинетической энергии ветра выполнено в виде закрепленных на каждой тележке двух стоек, одна из которых соединена поперечными балками с вертикальными балками, а другая стойка и указанные вертикальные балки соединены горизонтальными перемычками, расположенными под острым углом по направлению движения тележек. Каждая вертикальная балка сверху снабжена коническим редуктором, одна шестерня которого соединена с крыльчаткой, а другая с намоточным барабаном. Свободные концы обоих намоточных барабанов установлены в подшипниковом узле, закрепленном на другой стойке. На намоточных барабанах закреплены полотнища парусов, снабженных снизу противовесами в виде горизонтальных балок, входящими концами в направляющие, образованные на другой стойке и вертикальных балках.
Указанные признаки необходимы и достаточны для осуществления изобретения и достижения технического результата.
Причинно-следственная связь новых признаков изобретения и достигаемого технического результата состоит в следующем.
Выполнение устройства приема кинетической энергии ветра в виде закрепленных на каждой тележке двух стоек, одна из которых соединена поперечными балками с вертикальными балками, а другая стойка соединена с вертикальными балками горизонтальными перемычками, расположенными под острым углом по направлению движения тележек, позволило создать жесткий каркас указанного устройства. Снабжение сверху каждой вертикальной балки коническим редуктором, одна шестерня которого соединена с крыльчаткой, а другая - с намоточным барабаном, а свободные концы обоих намоточных барабанов установлены в подшипниковом узле, закрепленном на другой стойке, позволило обеспечить привод намоточных барабанов крыльчатками при увеличении скорости ветра больше расчетной. Закрепление на намоточных барабанах полотнищ парусов, снабженных снизу противовесами в виде горизонтальных балок, входящих концами в направляющие, образованные на стойке и вертикальных балках, позволило автоматически увеличивать или уменьшать площадь парусов при снижении или увеличении скорости ветра и, таким образом, поддерживать расчетную скорость перемещения тележек по рельсовому пути и частоту вращения вала генератора электрического тока.
На фиг. 1 показана схема ветросиловой установки, вид сверху; фиг. 2 - то же, вид сбоку; фиг. 3 - сечение а-а на фиг. 2, показана установка концов противовеса паруса в направляющих, закрепленных на стойке и вертикальных балках.
Ветросиловая установка состоит из беговой дорожки в виде кольцевого рельсового пути 1, закрепленного на опорах 2. На рельсовом пути 1 установлены на равном расстоянии три тележки 3, которые соединены поводками 4 с валом 5, закрепленным в центре рельсового пути на рамке 6. Вал 5 соединен, например, клиноременным приводом 7 с валом генератора 8 электрического тока. На тележках 3 закреплены стойки 9 и 10. Стойка 10 сверху и снизу соединена поперечными балками 11 с вертикальными балками 12, на которых сверху закреплены конические шестеренчатые редуктора 13. Шестерни 14 и 15 каждого редуктора 13 соединены соответственно с крыльчаткой 16 и намоточным барабаном 17. Свободный конец каждого намоточного барабана 17 установлен в подшипниковой опоре 18, закрепленной сверху стойки 9, которая жестко связана расположенными под острым углом по направлению движения тележек перемычками 19 с вертикальными балками 12. На намоточных барабанах 17 закреплены паруса 20, имеющие снизу противовесы 21 в виде поперечных балок, входящих концами в вертикальные направляющие 22 (фиг. 3), образованные на стойке 9 и вертикальных балках 12.
Ветросиловая установка работает следующим образом. Ветровой поток захватывается открытой стороной клинообразно установленных парусов 20, которые перемещают тележки 3 по кольцевому рельсовому пути 1, закрепленному на опорах 2. Тележки 3 поводками 4 вращают установленный в подшипниковых опорах на рамке 6 вал 5, который клиноременным приводом 7 вращает вал генератора 8 электрического тока.
При повышении скорости ветрового потока больше 20 м/с крыльчатки 16 начинают вращаться и вращают соединенные с ними шестерни 14 и входящие с ними в зацепление шестерни 15 конических редукторов 13. Шестерни 15 вращают намоточные барабаны 17, свободными концами установленные в подшипниковой опоре 18 на каждой стойке 9. На намоточные барабаны 17 наматываются полотнища парусов 20, а концы противовесов 21 скользят в направляющих 22, закрепленных на стойке 9 и вертикальных балках 12. При этом полотнища парусов 20 под напором ветра опираются на расположенные под острым углом по направлению движения тележек перемычки 19, соединяющие вертикальные балки 12 и стойку 9. Вертикальные балки 12 также соединены поперечными балками 11, закрепленными на стойке 10 каждой тележки.
В результате того, что масса противовеса 21 рассчитана с учетом начала вращения крыльчатки, то при подъеме полотнищ скорость перемещения тележек уменьшается до расчетной величины. При снижении скорости ветра противовесы 21 под собственным весом опускают полотнища 20 и сила воздействия на них ветрового потока увеличивается. Таким образом, обеспечивается равномерная скорость вращения вала генератора 8 при изменяющейся скорости ветрового потока.
Применение ветросиловой установки позволяет без значительных материальных затрат изготавливать и монтировать такие энергетические установки близко от любого населенного пункта, например в Крыму, и таким образом частично решить проблему энергетической обеспеченности региона.