ВЕТРОУСТАНОВКА

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам для преобразования энергии ветра в полезную механическую энергию, в частности к конструкциям ветряных двигателей с осью вращения ротора, перпендикулярной воздушному потоку, входящему в ротор, и может быть использовано для выработки электроэнергии в отдаленной от электрических сетей местности или в качестве привода к различным механическим устройствам.
Уровень техники.
Известен ветродвигатель, описанный в патенте на изобретение Российской Федерации №2119094, опубликованном 20.09.1998 г. Ветродвигатель содержит рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на котором установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенного с осью поворота лопасти. Признаком, совпадающим с заявляемой полезной моделью, является наличие рабочего колеса с вертикальной осью вращения, на котором установлены лопасти.
Указанная конструкция является достаточно сложной, а связь между флюгером и механизмом поворота лопасти постоянно нагружена, что можно отнести к недостаткам известной конструкции.
Известен ветроагрегат, описанный в патенте на изобретение Российской Федерации №2193688, опубликованном 27.11.2002 г. Ветроагрегат содержит рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на которой установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенного с осью поворота лопасти, причем верхний конец каждой лопасти выполнен с возможностью отклонения в плоскости лопасти симметрично относительно вертикальной оси на расстояние не более B/5, 27, где B - максимальное значение ширины лопасти. Каждый флюгер кинематически соединен с осью поворота лопасти посредством механизма разгрузки, который выполнен в виде предохранительной муфты. Признаком, совпадающим с заявляемой полезной моделью, является наличие рабочего колеса с вертикальной осью вращения, на котором установлены лопасти.
Известная конструкция ветроагрегата является достаточно сложной, а связь между флюгером и механизмом поворота лопасти постоянно нагружена, что можно отнести к недостаткам известной конструкции.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является ветроустановка, описанная в патенте на изобретение Российской Федерации №2295649, опубликованном 20.03.2007 г. Ветроустановка состоит из вертикальной опоры со смонтированным на ней, по крайней мере, одним средством, воспринимающим поток ветра, редуктора и генератора, средство, воспринимающее поток ветра, выполнено в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85-95°, а каждое последующее средство смонтировано на вертикальной опоре под углом в 90° по отношению к другому, при этом каждое средство, воспринимающее поток ветра, снабжено ограничителем поворота, выполненным в виде жестко смонтированного на горизонтальной оси каждого средства рычага, контактно связанного с вертикальной опорой ветроустановки. Признаком, совпадающим с заявляемой полезной моделью, является наличие вертикальной опоры со смонтированным на ней, по крайней мере, одним средством, воспринимающим поток ветра, редуктора и генератора, средство, воспринимающее поток ветра, выполнено в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85-95°.
Недостатком данного устройства является резко возрастающая, цикличная, не сбалансированная нагрузка. Восприятие ветровой нагрузки лопастями за один оборот устройства осуществляется четырьмя циклами, т.е. одномоментно рабочими является 25% лопастей ветроустановки, далее после рабочего периода следует длительная пуза в  оборота. Такая работа устройства вызывает сильные вибрации, что снижает надежность и долговечность работы устройства.
Задачей заявляемого технического решения является оптимизация, совершенствование и улучшение показателей ветроустановки
Раскрытие сущности полезной модели.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности и долговечности ветроустановки за счет обеспечения плавного и равномерного вращения вертикальной опоры ветроустановки, также техническим результатом является увеличение мощности устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что ветроустановка состоит из вертикальной опоры со смонтированным на ней, по крайней мере, одним средством, воспринимающим поток ветра, выполненным в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°, ветроустановка имеет второе и третье средства, воспринимающие поток ветра, смонтированные относительно первого средства под углом 55°-65° и 115°-125°, соответственно, на одном уровне с первым средством, воспринимающим поток ветра, с которым образуют секцию, причем каждая последующая секция смонтирована на вертикальной опоре под углом в 25°-35° по отношению к предыдущей секции и/или проекция внешних торцов горизонтально ориентированных лопастей одной секции на горизонтальную плоскость образует окружность, и/или лопасть смонтирована на поворотной оси таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти площадь лопасти над поворотной осью составляет 20-40% от общей площади лопасти, и/или оси средств в зоне пересечения имеют радиусный изгиб по форме секции окружности.
Заявляемая ветроустановка обладает новизной, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Заявляемая полезная модель может найти широкое применение во многих отраслях промышленности и народного хозяйства для выработки электроэнергии в отдаленной от линий электропередач местности.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых представлено:
- Фиг. 1 - Вид ветроустановки;
- Фиг. 2 - Вид сверху на секцию ветроустановки;
- Фиг. 3 - Узел пересечения осей.
Ветроустановка в примере исполнения состоит из сборной поворотной опоры 1 и основания 2. Ветроустановка имеет средства 3, воспринимающие поток ветра. Каждое из средств 3 выполнено в виде двух лопастей 4, 5, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси 6 по разные стороны от вертикальной поворотной опоры 1 ветроустановки, причем лопасти 4, 5 одного средства 3 смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°. Каждая лопасть 4, 5 может быть снабжена упором 7. Проекция внешних торцов горизонтально ориентированных лопастей 4, 5 одной секции 8 на горизонтальную плоскость образует окружность, это снижает сопротивление лопасти 4, 5 при ее движении в горизонтальном положении.
На Фиг. 2 представлен вид сверху на секцию установки, где три лопасти находятся в горизонтальном положении, а три противоположные - в вертикальном (образы вертикально расположенных лопастей изображены штриховыми линиями). Лопасть 4, 5 смонтирована на поворотной оси 6 таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти площадь лопасти над поворотной осью 6 составляет 20-40% от общей площади лопасти, таким образом достигается стабилизация и балансировка лопасти.
Каждая секция 8 состоит из трех средств 3, воспринимающих поток ветра и расположенных под углом 55°-65° друг к другу, т.е. относительно первого средства 3 второе средство 9 расположено под углом 55°-65°, а третье средство 10 под углом 115°-125°. Такое расположение обеспечивается узлом (фиг. 3), где одна ось 6 прямая, а остальные оси (валы) 6 средств в зоне пересечения имеют радиусный изгиб по форме секции окружности, радиусы изгибов отличаются для обеспечения возможности вращения, а центры радиусных изгибов осей одной секции совмещены.
По высоте опоры смонтированы три секции 8, воспринимающие поток ветра. Каждая последующая секция 8 смонтирована на вертикальной опоре 1 под углом в 25°-35° по отношению к предыдущей секции. Каждая секция имеет опору, являющуюся частью сборной поворотной опоры и фланец 11, на фланце 11 по окружности выполнено 12 крепежных отверстий 12, позволяющих устанавливать секции 8 под заданными углами.
В нижней части поворотной опоры может быть смонтирован привод с мультипликатором и генератором. Так же привод с мультипликатором может обеспечивать работоспособность аэродинамической сушильной камеры. В центре опорного подшипника поворотной опоры может быть установлен вал, связанный при помощи фланца с опорой. На валу может быть закреплена кулиса для снятия механических усилий и их передачи различным устройствам, например водяному насосу.
Предлагаемая ветроустановка работает следующим образом.
В исходном положении при отсутствии ветра лопасти каждого средства, воспринимающего поток ветра, со спаренными лопастями по отношению к вертикальной опоре находятся под углом примерно в 45 градусов.
При напоре ветра и его воздействии на поверхности лопастей средства, воспринимающего поток, каждая из лопастей стремится отклониться под напором ветра по направлению потока ветра. При этом одна, например левая, лопасть, поворачиваясь относительно горизонтальной оси, воспринимает поток ветра с увеличением поверхности восприятия потока, а правая лопасть за это же время под напором ветра устанавливается в горизонтальное положение, не воспринимает поток ветра и не оказывает сопротивления повороту опоры ветроустановки. При установившемся напоре потока ветра на лопасти средства, воспринимающего поток, каждый раз левая лопасть устанавливается во фронтальной плоскости и максимально воспринимает поток ветра, а правая лопасть отклоняется назад и устанавливается в горизонтальной плоскости. Напор ветра, воздействуя на левую лопасть средства, начинает ее поворачивать относительно вертикальной оси вращения. Как только правая лопасть установится напротив вертикальной оси опоры, ее плоскость из горизонтального положения по мере поворота последовательно переходит по отношению к поворотной опоре ветроустановки сначала под углом в 45 градусов и далее, постепенно поворачиваясь, переходит на левую сторону ветроустановки и начинает воспринимать поток с увеличением поверхности восприятия ветрового потока, а плоскость, которая была с левой стороны опоры, также постепенно по мере поворота вертикальной опоры ветроустановки поворачивается на другую сторону опоры и переходит в горизонтальное положение в горизонтальную плоскость с минимальным сопротивлением вращению опоры и потоку ветра.
Так как одна секция содержит три средства, воспринимающих поток ветра, то каждая из лопастей последовательно проходит весь цикл отклонения с вращением. В то время как воспринимающая лопасть первого средства находится в рабочем положении, следующая лопасть следующего средства (располагающаяся под указанным углом) уже начинает частично воспринимать ветровой поток и нагрузка на действующую лопасть снижается пропорционально возрастанию нагрузки на последующую лопасть. При этом так же работают лопасти соседних секций, сдвинутых относительно друг друга, таким образом чтобы моменты максимального восприятия ветра лопастями двух соседних секций не совпадали по времени. Такая конструкция обеспечивает равномерность работы, отсутствие скачков скорости вращения, скачков мощности из-за того, что одномоментно в вертикальном положении находится только примерно 8,3% лопастей, но при этом за каждый оборот ветровой поток воспринимает большее количество лопастей, что приводит к увеличению мощности ветроустановки.