ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
WIND-DRIVER POWER PLANT

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего воздушного потока в электрическую энергию.
Известна ветровая энергетическая установка по патенту РФ на изобретение №226973, содержащая диффузор ветроколесо и генератор, при этом диффузор имеет форму флюгер-балки.
Недостатки: очень большие габариты и металлоемкость конструкции.
Известен ветрогенератор по патенту РФ на изобретение по авт. св. СССР №1553757, прототип. Этот ветрогенератор содержит генератор и аэродинамический привод, выполненный в виде нескольких воздушных винтов, соединенных с ротором генератора.
Недостатками изобретения являются ограниченная мощность, небольшой КПД преобразования энергии, большие габариты винтов и значительный уровень шума, создаваемого винтами при вращении.
Это является большим недостатком, т.к. статор необходимо разместить в неподвижном корпусе, предназначенном для крепления к опоре и вывода электрических проводов. Кроме того, ротор, статор и винты вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Если спроектировать высокоскоростной генератор, имеющий частоту вращения, например 3000…10000 об/мин, то спроектировать винт диаметром более 1 м не удастся по соображениям прочности из-за больших центробежных нагрузок.
Например, при n=10000 об/мин и диаметре воздушного винта D=1 м,
Скорость вращения винта по периферии будет
,
т.е. почти в 2 раза превышает скорость звука и не допустима по условиям прочности.
Для промышленных ветрогенераторов для получения максимальной мощности необходимо иметь винты диаметром 50…100 м и более. В этом случае скорость вращения винтов не должна превышать 500 об/мин, т.е. необходима установка мультипликатора, повышающего частоту вращения роторов в 100…200 раз. Кроме того, предпочтительно статор генератора выполнить невращающимся.
Задача создания изобретения - увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности.
Решение указанных задач достигнуто в ветровой энергетической установке, содержащей генератор и аэродинамический привод, тем, что аэродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных воздушных винтов, выполненных с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, выполненное в виде дифференциального планетарного мультипликатора. Генератор и средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала размещены в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим воздушные винты от повреждения о стойку. К корпусу генератора со стороны, противоположной винтам, установлены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения. На стабилизаторе закреплен балансировочный груз. Воздушные винты выполнены с изменяемым шагом. Ветровая энергетическая установка может быть оборудована тормозом внутреннего и внешнего валов.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.
Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями, изобретательский уровень: достижением нового технического эффекта - обеспечение платформы очень дешевой электроэнергией в течение длительного времени. Промышленная применимость обусловлена тем, что для реализации изобретения требуются известные материалы и технологии.
На фиг.1 приведена ветровая энергетическая установка,
на фиг.2 - кинематическая схема ветровой энергетической установки.
Установка (фиг.1) содержит генератор 1 и присоединенный к нему аэродинамический привод 2, работающий от энергии ветра.
Аэродинамический привод 2 (фиг.1) состоит из установленных соответственно на внутреннем 3 и внешнем 4 валах соосно установленных воздушных винтов: переднего 5 и заднего 6, и подключенных к средству преобразования 7 вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, а именно вала генератора 8. Воздушные винты 5 и 6 при работе вращаются в разные стороны.
Средство преобразования 7 вращательного движения двух валов 3 и 4 во вращательное движение одного вала 8 (фиг.2) выполнено в виде эпициклического зубчатого механизма 9, например дифференциального мультипликатора, который, в свою очередь, содержит (фиг.1) центральное колесо 10, солнечное колесо 11, сателлиты 12, установленные на водиле 13. Центральное колесо 10 установлено на валу генератора 8, на котором закреплены постоянные магниты 14. Обмотка возбуждения 15 и опоры 16 установлены внутри корпуса 17.
Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты воздушных винтов 5 и 6, увеличить их КПД, уменьшить диаметр установки почти в 1,5 раза и уменьшить уровень шума, создаваемого воздушными винтами 5 и 6.
К корпусу 17 каждого генератора 1 (фиг.2) в плоскости центра масс ЦТ прикреплен шарнир 18, другой конец которого закреплен на опоре 19. Шарнир 18 допускает вращение генератора 1 в горизонтальной плоскости и поворот на угол α - в вертикальной плоскости. Шарнир 18 имеет ограничитель вертикального поворота 20. Применение ограничителя вертикального поворота 20 предотвращает повреждение воздушных винтов 5 и 6 об опору 19.
К корпусу 17 прикреплены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения, соответственно 21 и 22. Стабилизаторы горизонтального и вертикального положения 21 и 22 позволяют генератору 1 ориентироваться строго против направления воздушного потока, что повышает его КПД. На стабилизаторе 21 или 22 закреплен балансировочный груз 23 для совмещения центра масс ЦТ с вертикальной плоскостью, проходящей через шарнир 18. Установка оборудована тормозом 24 для торможения внутреннего и внешнего валов 3 и 4 (фиг.1). Воздушные винты 5 и 6 содержат каждый не менее двух лопастей 25 и выполнены с изменяемым шагом.
При эксплуатации установки практически всегда дует ветер. Воздушный поток приводит в действие аэродинамический привод 2 (фиг.1), т.е. воздушные винты 5 и 6 через средство преобразования 7 вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала - вала генератора 8 - приводят в действие генератор 1. Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам к потребителям энергии. При изменении направления ветра стабилизаторы 21 и 22 автоматически корректируют установку оси генератора 1 в нужном направлении, что дополнительно увеличивает КПД установки и ее мощность.
Применение изобретения позволит обеспечить высокий КПД установки, большую мощность, минимальные габариты и минимальный уровень шума воздушных винтов.