ВЕТРОЭЛЕКТРОУСТАНОВКА

Полезная модель относится к альтернативным источникам электрической энергии и предназначена для использования, как в сельских, так и в городских условиях.
Известна ветроэлектроустановка, содержащая ряд ветроколес с конфузором, представляющих собой батарею ветроколес, и ряд конических мультипликаторов, расположенных на платформе и имеющих вертикальный и горизонтальный валы, причем первый конический мультипликатор представляет собой конический мультипликатор-генератор, при этом каждое ветроколесо имеет минимум четыре вогнутых лопасти и вертикально расположенный вал, верхняя вращательная опора которого жестко связана с крышей здания ветроэлектроустановки, а нижняя упорно-вращательная опора вертикального вала жестко связана с основанием ветроэлектроустановки, вертикальный вал первого ветроколеса связан муфтой с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора, вертикальный вал каждого ветроколеса связан муфтой с вертикальным валом соответствующего конического мультипликатора, горизонтальные валы которых последовательно кинематически с помощью муфт связаны между собой и с валом конического мультипликатора-генератора, каждое ветроколесо установлено по отношению к предыдущему со смещением лопастей на угол, определяемый соотношением 90: N, где N - общее количество ветроколес, конфузор каждого ветроколеса выполнен прямоугольной формы в виде раструбов, установленных широкой частью в сторону воздушного потока, а узкой частью, направленной на рабочую поверхность лопасти ветроколеса, примыкающей к ней вплотную, платформа снабжена рядом конических ходовых колес, расположенных в направляющей, выполненной в виде круга и жестко связанной с зубчатым венцом плоского конического зубчатого колеса, расположенного сверху и кинематически связанного с малым коническим зубчатым колесом с возможностью вращения от привода, причем направляющая с платформой размещены на потолочной плите здания ветроэлектроустановки, платформа имеет флюгер и снабжена центрирующим валом, расположенным в подпятнике, выполненным в потолочной плите, а центрирующий вал имеет токосъемник (патент РФ №120723, МПК F03D 3/04, 27.09.2012).
Основным недостатком известной ветроэлектроустановки является высокая трудоемкость перемещения платформы с размещенными на ней ветроколесами с конфузорами для направления их против ветра из-за наличия ручного привода перемещения платформы, при этом надо постоянно следить за направлением ветра и постоянно корректировать положение конфузоров.
Задачей полезной модели является снижение трудоемкости перемещения платформы с размещенными на ней ветроколесами с конфузорами для направления их против ветра за счет обеспечения механизации перемещения с возможностью автоматической корректировки рассогласования между направлением ветра и направлением конфузоров.
РП
РС
Технический результат достигается тем, что в ветроэлектроустановке, содержащей ряд ветроколес с конфузором, представляющих собой батарею ветроколес, и ряд конических мультипликаторов, расположенных на платформе и имеющих вертикальный и горизонтальный валы, причем первый конический мультипликатор представляет собой конический мультипликатор-генератор, при этом каждое ветроколесо имеет минимум четыре вогнутых лопасти и вертикально расположенный вал, верхняя вращательная опора которого жестко связана с крышей здания ветроэлектроустановки, а нижняя упорно-вращательная опора вертикального вала жестко связана с основанием ветроэлектроустановки, вертикальный вал первого ветроколеса связан муфтой с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора, вертикальный вал каждого ветроколеса связан муфтой с вертикальным валом соответствующего конического мультипликатора, горизонтальные валы которых последовательно кинематически с помощью муфт связаны между собой и с валом конического мультипликатора-генератора, каждое ветроколесо установлено по отношению к предыдущему со смещением лопастей на угол, определяемый соотношением 90: N, где N - общее количество ветроколес, конфузор каждого ветроколеса выполнен прямоугольной формы в виде раструбов, установленных широкой частью в сторону воздушного потока, а узкой частью, направленной на рабочую поверхность лопасти ветроколеса, примыкающей к ней вплотную, платформа снабжена рядом конических ходовых колес, расположенных в направляющей, выполненной в виде круга и жестко связанной с зубчатым венцом плоского конического зубчатого колеса, расположенного сверху и кинематически связанного с малым коническим зубчатым колесом с возможностью вращения от привода, причем направляющая с платформой размещены на потолочной плите здания ветроэлектроустановки, платформа имеет флюгер и снабжена центрирующим валом, расположенным в подпятнике, выполненным в потолочной плите, а центрирующий вал имеет токосъемник, согласно нашему предложению, привод выполнен в виде следящего электропривода, состоящего из индукционного датчика, имеющего стержень, сориентированный по направлению конфузоров, и последовательно соединенных суммирующего усилителя контура положения , регулятора положения W(S), суммирующего усилителя контура скорости , регулятора скорости W(S), преобразователя AW, электродвигателя М, соединенного с тахогенератором BR, который подключен к суммирующему усилителю контура скорости , конического редуктора q, соединенного с вращающимся трансформатором TС, который подключен к суммирующему усилителю контура положения , причем вал электродвигателя M жестко связан с малым коническим зубчатым колесом, а флюгер имеет стержень, установленный с возможностью поворота относительно стержня индукционного датчика.
Такое исполнение привода ветроэлектроустановки позволило ручной привод заменить следящим электроприводом, позволяющим в автоматическом режиме поддерживать направление конфузоров против изменяющегося направления ветра и обеспечивать нормальную работу ветроэлектроустановки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема главного вида ветроэлектроустановки с условным поворотом стержня флюгера и стержня индукционного датчика на 90°, а на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (вид сверху на ветроэлектроустановку), на фиг.3 - структурная схема следящего электропривода.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - первое ветроколесо с вогнутыми лопастями,
2 - второе ветроколесо с вогнутыми лопастями,
3 - третье ветроколесо с вогнутыми лопастями,
4 - вертикальный вал ветроколеса,
5 - вогнутые лопасти ветроколеса,
6 - конфузор,
7 - муфта,
8 - первый конический мультипликатор (конический мультипликатор-генератор),
9 -  второй конический мультипликатор,
10 - третий конический мультипликатор,
11 - муфта,
12 - муфта,
13 - платформа,
14 - коническое ходовое колесо,
15 - направляющая,
16 - зубчатый венец плоского конического зубчатого колеса,
17 - малое коническое зубчатое колесо,
18 - следящий электропривод,
19 - центрирующий вал,
20 - подпятник,
21 - потолочная плита здания ветроэлектроустановки,
22 - токосъемник,
23 - верхняя вращательная опора вертикального вала ветроколеса,
24 - крыша здания ветреэлектроустановки,
25 - нижняя упорно-вращательная опора вертикального вала ветроколеса,
26 - основание ветроэлектроустановки.,
27 - флюгер,
28 - индукционный датчик,
29 - стержень индукционного датчика,
30 - стержень флюгера.
Ветроэлектроустановка содержит ряд ветроколес 1, 2, 3 с конфузором 6 и ряд конических мультипликаторов 8, 9, 10, расположенных на платформе 13. Ветроколеса 1, 2 и 3 представляют собой единую батарею ветроколес. Количество ветроколес в батарее определяется несущей способностью потолочной плиты 21 здания ветроэлектроустановки. Конические мультипликаторы 8, 9, 10 имеют вертикальный и горизонтальный валы. Первый конический мультипликатор представляет собой конический мультипликатор-генератор 8. Каждое ветроколесо 1, 2, 3 имеет минимум четыре вогнутых лопасти и вертикально расположенный вал 4. Верхняя вращательная опора 23 вертикального вала 4 жестко связана с крышей 24 здания ветроэлектроустановки. Нижняя упорно-вращательная опора 25 вертикального вала 4 жестко связана с основанием 26 ветроэлектроустановки. Вертикальный вал 4 первого ветроколеса 1 связан муфтой 7 с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора 8.
Вертикальный вал 4 второго ветроколеса 2 и вертикальный вал 4 третьего ветроколеса 3 связаны через соответствующую муфту с вертикальным валом соответственно второго 9 и третьего 10 конических мультипликаторов. Горизонтальные валы второго 9 и третьего 10 конических мультипликаторов последовательно кинематически с помощью муфт 11 и 12 связаны между собой и с горизонтальным валом конического мультипликатора-генератора 8. Таким образом, вертикальный вал каждого ветроколеса 2, 3 связан кинематически с горизонтальным валом конического мультипликатора-генератора 8. Каждое ветроколесо установлено по отношению к предыдущему со смещением лопастей на угол, определяемый соотношением 90:N, где N - общее количество ветроколес. Углы смещения устанавливаются с помощью зубчатых колес (на чертеже условно не показаны) путем поворота их на соответствующий угол. Конфузор 6 каждого ветроколеса выполнен прямоугольной формы в виде раструбов, установленных широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока, а узкой частью (горловиной), направленной на рабочую поверхность лопасти 5 ветроколеса, примыкающей к ней вплотную. Ветроэлектроустановка имеет платформу 13, на которой расположены конический мультипликатор-генератор 8, конические мультипликаторы 9, 10, кинематически связанные с ветроколесами, соответственно, 1, 2, 3. Платформа 13 имеет флюгер 27 и снабжена рядом конических ходовых колес 14, расположенных в направляющей 15. Направляющая 15 установлена неподвижно, выполнена из швеллера в виде круга и жестко связана с зубчатым венцом 16 плоского конического зубчатого колеса, расположенного сверху. Зубчатый венец 16 плоского конического зубчатого колеса кинематически связан с малым коническим зубчатым колесом 17 с возможностью вращения от привода. Направляющая 15 с платформой 13 размещена на потолочной плите 21 здания ветроэлектроустановки. Платформа 13 снабжена центрирующим валом 19, расположенным в подпятнике 20, выполненным в потолочной плите 21. Центрирующий вал 19 имеет токосъемник 22.
Отличием предлагаемой ветроэлектроустановки является то, что привод выполнен в виде следящего электропривода 18.
РП
РС
Следящий электропривод 18 состоит из индукционного датчика 28, имеющего стержень 29, сориентированный по направлению конфузоров 6, и последовательно соединенных суммирующего усилителя контура положения , регулятора положения W(S), суммирующего усилителя контура скорости , регулятора скорости W(S), преобразователя AW, электродвигателя М, соединенного с тахогенератором BR, который подключен к суммирующему усилителю контура скорости , конического редуктора q, соединенного с вращающимся трансформатором ТС, который подключен к суммирующему усилителю контура положения .
Вал электродвигателя М жестко связан с малым коническим зубчатым колесом 17.
Флюгер 27 имеет стержень 30, установленный с возможностью поворота относительно стержня 29 индукционного датчика 28.
Пример конкретного выполнения.
Ветроэлектроустановка (фиг.1) содержит три ветроколеса 1, 2, 3, представляющих собой батарею ветроколес, каждое из которых имеет вертикально расположенный вал 4 и четыре вогнутые лопасти 5 (фиг.2).
Верхняя вращательная опора 23 вертикального вала 4 жестко связана с крышей 24 здания ветроэлектроустановки, а нижняя упорно-вращательная опора 25 вала 4 жестко связана с основанием 26 ветроэлектроустановки.
Для увеличения скорости ветра ветроколеса 1, 2, 3 снабжены конфузорами 6 прямоугольной формы в виде раструбов, установленных широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока, а узкой частью (горловиной), направленной на рабочую поверхность вогнутой лопасти 5 ветроколеса, примыкающей к ней вплотную.
При этом каждое последующее ветроколесо установлено по отношению к предыдущему со смещением лопастей на угол а (фиг.2), определяемый количеством градусов прямого угла, приходящегося на количество ветроколес в батарее.
Лопасти каждого последующего ветроколеса, например, ветроколеса 2, смещены по отношению к предыдущему на угол α. Для описанной ветроэлектроустановки угол α равен 30°. Лопасти третьего ветроколеса 3 смещены еще на 30° и составляют по отношению к лопастям ветроколеса 2 угол, равный 60°. Неравномерности вращения всех ветроколес складываются, а общая неравномерность вращения ротора генератора Г конического мультипликатора-генератора 8 уменьшается, поскольку каждое ветроколесо работает на генератор Г со смещением по фазе на угол, равный 30°.
Количество N ветроколес может быть любым и определяется несущей способностью потолочной плиты 21 здания ветроэлектроустановки. Чем больше ветроколес, тем равномернее будет вращаться ротор генератора Г. Увеличение количества ветроколес повысит мощность ветроэлектроустановки примерно во столько раз, сколько стало ветроколес.
На платформе 13 расположены первый конический мультипликатор (конический мультипликатор-генератор 8), второй 9 и третий 10 конические мультипликаторы, и батарея ветроколес 1, 2, 3.
Вертикальный вал 4 первого ветроколеса 1 связан муфтой 7 с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора 8, установленного под конфузором 6. Вертикальные валы второго 2 и третьего 3 ветроколес связаны такими же муфтами с соответствующими вертикальными валами второго 9 и третьего 10 конических мультипликаторов. Конические мультипликаторы 9 и 10 последовательно кинематически с помощью муфт 11 и 12 связаны между собой и с валом конического мультипликатора-генератора 8.
Платформа 13 имеет флюгер 27 (на фиг.2 стержень 30 флюгера условно повернут на 90°) и снабжена рядом конических ходовых колес 14, расположенных в неподвижной круговой швеллерной направляющей 15, жестко связанной с зубчатым венцом 16 плоского конического зубчатого колеса. Зубчатый венец 16 расположен сверху и кинематически связан с малым коническим зубчатым колесом 17 с возможностью вращения от следящего электропривода 18 (фиг.3).
Направление конфузоров 6 широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока осуществлено с помощью следящего электропривода 18.
Направление конфузоров 6 корректируется следящим электроприводом 18 путем сравнения этого направления с направлением флюгера 27 (направлением ветра).
Платформа 13 снабжена центрирующим валом 19, расположенным в подпятнике 20, выполненным в потолочной плите 21 здания ветроэлектроустановки. Вал 19 снабжен токосъемником 22.
РП
РП
Малое коническое зубчатое колесо 17 жестко связано с валом электродвигателя М, включенного в электрическую цепь следящего электропривода 18, состоящего из индукционного датчика 28, имеющего стержень 29 (на фиг.2 стержень 29 индукционного датчика 28 условно повернут на 90°), сориентированный по направлению конфузоров 6, и последовательно соединенных суммирующего усилителя контура положения , регулятора положения W(S), суммирующего усилителя контура скорости , регулятора скорости W(s), преобразователя AW, электродвигателя М, конического редуктора q, соединенного с вращающимся трансформатором ТС, который подключен к суммирующему усилителю контура положения , тахогенератора BR, образующего отрицательную обратную связь по скорости вращения электродвигателя М и подключенного к суммирующему усилителю контура скорости .
Флюгер 27 имеет стержень 30, установленный с возможностью поворота относительно стержня 29 индукционного датчика 28.
Предлагаемая ветроэлектроустановка работает следующим образом.
Направление конфузоров 6 широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока (фиг.2) приводит в движение ветроколеса 1, 2, 3, которые передают вращательное движение, кинематически с ними связанному, ротору генератора Г конического мультипликатора-генератора 8. Генератор Г вырабатывает электрический ток, который через токосъемник 22 передается потребителям электрической энергии. Выработанная электроэнергия может использоваться как в момент ее выработки, так и аккумулироваться в электроаккумуляторы с возможностью использования в требуемый момент времени.
α3
α
α
РП
РП
РП
ТГ
ДВ
ДВ
ТГ
РС
РС
у
При изменении направления ветра происходит отклонение стержня 30 флюгера 27 от стержня 29 индукционного датчика 28, определяющего направление конфузоров 6. Информация о значении угла поворота стержня 30 флюгера 27 (сигнал U) и информация о значении угла поворота вала электродвигателя М (сигнал U) поступают соответственно на первый и второй входы сумматора , формирующего сигнал рассогласования ΔU, который подается на вход регулятора положения W(S). Управляющее воздействие U, сформированное регулятором положения W(S), поступает на первый вход суммирующего усилителя контура скорости . На второй вход суммирующего усилителя контура скорости  поступает сигнал U о текущем значении угловой скорости вращения ω вала электродвигателя. При отклонении сигнала ω от требуемого значения, на выходе суммирующего усилителя контура скорости  формируется сигнал рассогласования ΔU, который обрабатывается регулятором скорости W(S). Сигнал U с выхода регулятора скорости поступает на преобразователь AW, где усиливается по мощности до величины U, достаточной для приведения в действие вала электродвигателя М.
Электродвигатель М через редуктор q, благодаря жесткому соединению вала электродвигателя М с малым коническим зубчатым колесом 17, поворачивает на угол β платформу 13 с размещенными на ней ветроколесами с конфузорами 6 и стержнем 29 индукционного датчика 28 до согласованного положения со стержнем 30 флюгера 27 (направлением ветра). Отклонение ветра относительно конфузоров 6 может быть направлено в ту или другую сторону. Следящий электропривод 18 учитывает эти отклонения и дает команды на поворот платформы 13 в соответствующую сторону.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволит снизить трудоемкость перемещения платформы с размещенными на ней ветроколесами с конфузорами для направления их против ветра за счет обеспечения механизации перемещения с возможностью автоматической корректировки рассогласования между направлением ветра и направлением конфузоров.