Автономная ветряная электростанция
AUTONOMOUS WIND FARM

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования в ветросиловых установках для преобразования ветряной энергии в электрическую энергию.
На Земле множество мест, богатых природными ресурсами, освоение которых затруднено как суровым климатом, так и ограниченностью использования привычных источников электроэнергии. Примером может служить Арктика. Для Арктики характерны открытая равнинно-болотистая и горная тундровая местность, вечная мерзлота, бедный растительный покров, суровый климат, резкие перемены погоды, очень редкая сеть дорог и почти полное отсутствие топлива и строительных материалов.
Во всех районах Арктики преобладает суровый климат с продолжительной снежной зимой и коротким холодным летом. Зима здесь продолжается 9-10 месяцев в году, а летний (безморозный) период всего два-три месяца. При этом в некоторых центральных районах Арктики заморозки возможны в любой летний месяц.
Безветренной погоды в Арктике почти не бывает. Средняя скорость ветра 4-10 м/сек. Зимой наблюдаются ветры, скорость которых достигает 20-30 м/сек. В течение всего года преобладает пасмурная погода, а летом часто наблюдаются плотные сырые туманы и низкая сплошная облачность. Например, на побережье Карского моря и на севере Канады туманы бывают 160-180 дней в году.
Для таких специфичных условий необходимы и особые устройства генерирования электроэнергии, без которой невозможно освоение и развитие этих территорий, эффективная защита от внешних посягательств. Предлагаемая авторами «Автономная ветряная электростанция» позволит решать эти задачи.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является «Роторный ветродвигатель с вертикальным валом вращения» (RU 2263815), который содержит ротор, у которого рабочими органами являются лопасти, выполненные в виде части полой сферы или части полого цилиндра, закрепленные на вертикальном валу, на концах которого установлены верхний и нижний подшипники, находящиеся соответственно в верхнем и нижнем подшипниковых корпусах, он снабжен опорной фермой, состоящей как минимум из трех опор, соединенных между собой в один жесткий конструктивный узел верхними и нижними перекладинами, к которым прикреплены соответственно верхняя и нижняя опорные площадки с отверстиями в центре, а к опорным площадкам соосно с отверстиями прикреплены подшипниковые корпуса верхнего и нижнего подшипников таким образом, что ротор верхним и нижним концами вала с размещенными на них верхним и нижним подшипниками устанавливают в подшипниковых корпусах и размещают внутри опорной фермы между опорными площадками с возможностью его вращения.
Недостатком этого устройства является ее сложность, особенно в части технологии изготовления, последующей сборки и обслуживания. В конструкции не предусматривается подстройка или регулирование каких-либо параметров.
Задачей изобретения является создание автономной ветряной электростанции такой конструкции, которая позволит рациональным образом преобразовывать ветряную энергию в электрическую, имеющей разборную конструкцию и небольшие массогабаритные характеристики.
Техническим результатом данного изобретения является повышение работоспособности за счет применения закрытой конструкции, повышения мощности роторного ветродвигателя с вертикальным валом вращения за счет увеличения размеров ротора по диаметру.
Требуемый технический результат достигается тем, что применяется устройство, содержащее вертикальный вал вращения (2), вертикальный вал имеет вид полого цилиндра с закрытым верхом, на теле цилиндра расположены лопасти (3), являющиеся рабочими органами, лопасти имеют возможность замены, так как вставлены в пазы крепления лопастей с фиксаторами, что позволяет осуществлять подстройку и регулирование в зависимости от силы воздушного потока, стопора удерживают лопасти в пазах крепления при работе, лопасти выполнены в виде части полой сферы или части полого цилиндра.
Корпус автономной ветряной электростанции (4) представляет собой цилиндр, внутри которого расположен электрогенератор, ротор которого выступает через отверстие в верхней части корпуса. Цилиндрический корпус имеет большую длину и меньший диаметр, чем полый цилиндр вертикального вала вращения (2) и вставлен внутрь его. В верхней части цилиндр вертикального вала вращения жестко закреплен (1) на валу ротора электрогенератора.
Корпус автономной ветряной электростанции (4) снабжен съемными опорными панелями (5) для удержания его в вертикальном положении.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен вариант реализации автономной ветряной электростанции, где:
1 - крепление вертикального вала вращения к валу электрогенератора;
2 - вертикальный вал вращения;
3 - лопасти;
4 - корпус автономной ветряной электростанции;
5 - опорные панели.
Изобретение работает следующим образом: первоначально с прибытием какой-либо группы потребителей на место развертывания для выполнения задач необходимо выполнить сборку и установку устройства. Для этого на местности определяется открытая площадка по площади, соответствующей установке автономной ветряной электростанции с учетом размеров опорных панелей (5). Устанавливается в вертикальное положение цилиндрический корпус автономной ветряной электростанции (4) в нижней части, к нему жестко крепятся опорные панели (5), которые по краям дополнительно раскрепляются штыревыми опорами к грунту или снегу. Сверху надевается цилиндр вертикального вала вращения (2) и сверху жестко крепится к валу электрогенератора. В зависимости от метеоусловий из имеющегося комплекта лопастей (3) (имеются разные по площади и форме лопасти) подбираются наиболее эффективные, подбирается и их количество, вставляются в пазы крепления лопастей и фиксируются, подключается нагрузка и автономная ветряная электростанция готова к работе. При воздействии воздушного потока на лопасти (3) возникают мощные поперечные силы (эффект Магнуса), значительно превышающие силу прямого давления ветра. Под воздействием силы прямого давления ветра и этих поперечных сил вертикальный вал вращения (2) вращается, приводя в движение ротор электрогенератора. Полученная электрическая энергия от электрогенератора через преобразователь по электрокабелю направляется в распределительное и защитное устройства преобразователя, накапливается в аккумуляторах электроэнергии или направляется непосредственно потребителю через линию электропередачи.
Возможны различные размеры представленного изобретения в зависимости от вариантов транспортирования и использования. Материалом для изготовления деталей устройства должны послужить легкие и прочные пластики. Автономная ветряная электростанция может применяться для автономного снабжения электроэнергией бытовых приборов и зарядки аккумуляторов метеостанций, радиоузлов жилищ скотоводов, для нужд военнослужащих, выполняющих специальные задачи и т.д., т.е. там, где подключение к существующим линиям электропередач либо экономически нецелесообразно, либо технически невозможно. Может быть установлено несколько ветровых энергетических установок, согласно изобретению электрогенераторы этих установок могут быть соединены последовательно между собой, что позволяет наращивать производимую мощность.