ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относиться к ветроэнергетике, и может быть использована для ветроустановок, вырабатывающих электрическую энергию, а так же для привода мельниц, насосов, компрессоров.
Известна ветроэнергетическая установка, содержащая ветроколеса, закрепленные на раме, которая установлена в шарнирную опору. Рама имеет хвостовик, при помощи которого ветроколеса занимают определенное положение по отношению к потоку ветра, причем угол поворота хвостовика может регулироваться. (Патент RU №80894, кл. F01Д 1/02 от 30.09.2008).
В этой установке ограничение скорости вращения и защита ветроустановки от поломок при скоростях ветра близким буревым достигается ручным поворотом хвостовика, который управляет положением ветроколес относительно потока ветра.
Ручная регулировка поворотом хвостовика не обеспечивает стабильности работы установки и ее поломок при буревых скоростях ветра, т.к. это требует постоянного присутствия человека при управлении.
Наиболее близкой установкой, выбранной в качестве прототипа, является ветроэнергетическая установка, содержащая основное и вспомогательное ветроколеса, поворотную головку, исполнительный механизм, руль с поворотным хвостовиком, который с одной стороны тросиком соединен с валом электроуправляемой подпружиненной муфты сцепления, а с другой стороны с пружиной возврата. (Патент RU №95039 от 04.03.2010 г.).
Эта установка, чтобы обеспечить стабильность работы и защиты ее от буревых потоков ветра имеет электрическую систему управления с индивидуальным электрическим источником питания.
При этом, система управления имеет ряд контактов, которые срабатывают посредством ползуна, соединенного тросиком с осью вспомогательного ветроколеса.
Примененная в устройстве система управления и защиты ветроустановки от буревых ветровых потоков сложна в исполнении и настройке, обладает малой надежностью из-за возможности окисления контактов и отключения электроэнергии при длительном отсутствии ветра.
Технический результат от предлагаемой полезной модели заключается в создании ветроустановки с более простой и надежной системой защиты ее от поломок при буревых нагрузках и обеспечения работы установки в рабочем диапазоне скоростей ветра.
Это достигается посредством того, что ветроэнергетическая установка, содержащая основное и вспомогательное ветроколеса, трубу с поворотной головкой и исполнительным механизмом, руль, который шарнирно соединен с хвостовиком и который имеет два рычага один из которых соединен с пружиной возврата, причем, руль имеет раму, внутри которой установлено вспомогательное ветроколесо, имеющее вертикальную ось вращения и шкив, соединенный гибкой тягой со вторым рычагом хвостовика.
На рычаги хвостовика установлены фиксируемые ползуны, позволяющие изменять положение точек приложение сил на рычагах, при этом, один из ползунов соединен с пружиной возврата, а второй со шкивом вспомогательного ветроколеса.
Между рамой руля и хвостовиком шарнирно установлен телескопический ограничитель поворота хвостовика, состоящий из двух труб, причем, внутренняя труба имеет паз, длина которого соответствует углу поворота хвостовика на 90°, а на наружной трубе закреплен винт-фиксатор, который проходит через паз внутренней трубы, ограничивает перемещение труб в крайних положениях паза и фиксирует их относительно друг друга.
На фигуре показана ветроэнергетическая установка.
Установка имеет трубу 1 с поворотной головкой 2 и валом 3, на котором установлено основное ветроколесо 4 и эксцентрик 5.
Через штангу 6 и шарнир 7 эксцентрик 5 соединен с исполнительным механизмом 8. Этот механизм включает в себя мембранный насос с обратными клапанами 9. Поворотная головка 2 через переходные элементы соединена с рулем 10. Руль 10 имеет рамную конструкцию и соединен шарнирно с хвостовиком 11. В верхней части хвостовика 11, с двух сторон закреплены рычаги 12 и 13 с ползунами 14, а к нижней его части, через кронштейн шарнирно закреплена телескопическая пара, которая состоит из внутренней тубы 15 с пазом 16, и наружной трубы 17 с фиксатором 18 в виде приваренной к трубе гайки и внутреннего винта, проходящего через паз 16.
Внутри рамы руля 10 установлена ось 19, и вспомогательное ветроколесо 20. На оси 19 закреплен шкив 21, который гибкой тягой 22 соединен с ползуном 14 рычага 13. Второй ползун 14 установлен на рычаге 12 и соединен пружиной 23 с рамой руля 10.
Хвостовик 11 и рама руля 10 имеют общую ось 24.
Работает установка следующим образом.
При отсутствии ветра ветроколеса 4 и 20 неподвижны, насос 8 исполнительного механизма не работает.
Перед началом работы необходимо закрутить винт фиксатора 18 до упора, а затем отвернуть его на 1-2 оборота назад. После этого пружина 23 развернет хвостовик 11.
При этом трубы 15 и 17 телескопической пары займут крайнее положение ограниченное пазом 16 и боковой поверхностью винта-фиксатора 18, а гибкая тяга 22, через шкив 21 и ось 19, развернет вспомогательное ветроколесо 20 в сторону, противоположенную от его вращения при ветре.
В таком положении плоскости хвостовика 11 и рамы руля 10 составляют 0°.
В рабочем диапазоне скоростей ветра хвостовик 11 устанавливается параллельно потоку ветра и тем самым разворачивает головку 2 и плоскость вращения основного ветроколеса 4 навстречу этому потоку.
Вращение ветроколеса 4 через вал 3 передается на эксцентрик 5 кривошипно-шатунного механизма, и через штангу 6, и шарнир 7 мембране насоса 8. Мембрана насоса 8, совершая возвратно-поступательные движения, осуществляет всасывание, и нагнетание через соответствующие обратные клапаны 9.
При скоростях ветра, принятых для установки в качестве рабочих, например, от 1 м/с до 15 м/с пружина 23 настраивается таким образом, чтобы плоскость хвостовика 11 составляла с плоскостью рамы руля 0°. Это достигается перемещением ползунов 14 относительно рычагов 12 и 13. При этом, усилие со стороны гибкой тяги 22, создаваемое ветроколесом 20 должно быть меньше усилия на рычаге 12 создаваемого пружиной 23. В этом случае ветроколесо 4 воспринимает максимальный поток ветра и создает максимальную мощность соответствующую скорости ветра.
При скоростях ветра, превышающих рабочие, например, в диапазоне от 15 м/с до 20 м/с усилие на рычаге 13 от действия ветроколеса 20 превышает усилие на рычаге 12 от пружины возврата 23.
За счет разности усилий, прилагаемых к хвостовику 11 со стороны рычагов 12 и 13, хвостовик поворачивается вокруг оси 24 на угол в диапазоне от 0° до 90°. Этот угол зависит от скорости ветра. При скоростях ветра близких к буревым он близок 90°.
Изменение угла поворота хвостовика 11 приводит к выводу ветроколеса 4 из-под ветра и его частичному, или полному торможению.
Полное торможение ветроколеса 4 происходит при повороте плоскости хвостовика 11 на угол 90° относительно плоскости рамы руля 19. В этом случае плоскость вращения ветроколеса 4 совпадает с направлением ветра.
Помимо описанных режимов работы установка позволяет осуществлять режим обеспечения снижения нагрузки. Это достигается за счет введенного фиксатора 18 телескопической пары, который позволяет фиксировать измененный угол между плоскостью хвостовика 11 и плоскостью рамы руля 10.
Фиксированное положение хвостовика 11 принудительно уводит ветроколесо 4 из-под ветра на угол пропорциональный углу поворота хвостовика и, тем самым, снижает энергию вырабатываемую установкой.
Это необходимо для обеспечения режима работы установки при значительных скоростях ветра, для увеличения ресурса и надежности работы, а так же позволяет регулировать отбор мощности в необходимых пределах.
Таким образом, примененная в установке конструкция системы защиты ветродвигателя от поломок при буревых нагрузках, позволяет обеспечить эту защиту.
По сравнению с прототипом полезная модель более проста в исполнении, т.к. имеет меньшее количество деталей и не требует специального источника питания для своего управления, а значит более надежна в эксплуатации.