ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использовано для комплексной электрофикации транспорта.
Известен ветроэлектрический агрегат, содержащий поворотно закрепленную на фундаменте башню, снабженную растяжками, и ветроколесо, с целью упрощения конструкции и уменьшения вибраций, ветроколесо установлено в проеме башни, а  растяжки закреплены на ее торце (см. Авторское свидетельство №348762, МПК F03D 1/04).
Недостатком данного устройства является низкая надежность.
Известна ветроэлектроустановка, содержащая расположенный на фундаменте вертикальный вал с траверсами с установленными на них лопастями со звездочками, которые связаны соотношением 1:2 цепной передачей с блоком звездочек, соосно размещенным на валу, и электрогенератор, причем вертикальный вал с жестко и соосно закрепленным на нем статором электрогенератора и двумя звездочками установлен с возможностью поворота, а траверсы с лопастями и ротором электрогенератора установлены с возможностью вращения на верхнем конце вала, при этом каждая из звездочек вала связана цепью с одной из половин звездочек лопастей (см. патент РФ №2030777, МПК F03D 3/02, F03D 7/06).
Недостатком устройства являются: динамическая неуравновешенность ротора в результате аэродинамических нагрузок, сложность конструкции и, как следствие, ее низкая надежность и высокая стоимость; необходимость частой смазки звездочек с цепными передачами; необходимость установки целой системы слежения за направлением ветра и управления поворотом ветроэнергоустановки, что дополнительно снижает ее надежность, и приводит к неудобствам при ручном управлении и требует постоянного обслуживающего персонала.
Наиболее близким к заявленному техническому решению, является ветроэлектрический агрегат, содержащий ветродвигатель с горизонтальной осью в виде ветроколеса, имеющий неподвижный статор с обмотками, внутри которого вращается связанный с ветроколесом ротор, снабженный постоянными магнитами (см. Авторское свидетельство №861715, МПК F03D 1/00).
Недостатком такого агрегата является низкая надежность.
Задачей предлагаемого решения является создание ветроэлектрического агрегата устойчиво работающего в широком диапазоне скоростей ветра, защищенного от поломки
при резких порывах ветра и резкой смене направления ветра, который не требует больших людских ресурсов и технических средств при монтаже, удобен в эксплуатации.
Технический результат заключается в повышении надежности. Поставленная задача достигается тем, что ветроэлектрический агрегат, содержит вал ветродвигателя, на котором размещен рабочий орган, ротор с постоянными магнитами и статор с обмотками, опору, согласно решению рабочий орган выполнен однолопастным, вал ветродвигателя помещен в корпус, который установлен на опоре, агрегат снабжен виндрозой, расположенной в верхней части корпуса с противоположной стороны от рабочего органа, ротор охватывает статор с обмотками, при этом статор через установочное устройство закреплен в нижней части опоры, и выполнен с возможностью периодического перемещения в вертикальном направлении.
Для обеспечения возможности периодического перемещения ротора со статором в вертикальном направлении он содержит механизм, представляющий собой диск, размещенный на валу ветродвигателя и имеющий по ободу выступы и впадины, закрепленный в ступице, имеющей в нижней части вкладыш, при этом вкладыш выполнен с возможностью скольжения относительно ступицы и связан стержнем с ротором.
Опора выполнена в виде башни с растяжками, установленной на фундаменте.
Корпус установлен с возможностью поворота вокруг вертикальной оси.
Корпус в верхней части содержит индикатор ураганных ветров, связанный с виндрозой.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображена конструкция ветроэлектрического агрегата, на фиг.2 представлена принципиальная электрическая схема, где
1 - лопасть ветродвигателя;
2 - противовес;
3 - вал ветродвигателя;
4 - корпус;
5 - башня;
6 - фундамент;
7 - диск;
8 - ступица;
9 - штырь;
10 - виндроза;
11 - вкладыш;
12-стержень;
13 - ротор;
14 - статор;
15 - установочное устройство;
16 - плита;
17 - растяжки;
18 - индикатор ураганных ветров;
19 - первая тормозная колодка;
20 - вторая тормозная колодка;
21 - упор;
22 - обмотка статора;
23 - переключатель;
24 - первый полупроводниковый диод;
25 - второй полупроводниковый диод;
26 - первый накопительный элемент;
27 - второй накопительный элемент;
28 - третий накопительный элемент.
Ветроэлектрический агрегат содержит лопасть ветродвигателя 1 с противовесом 2, вал ветродвигателя 3, корпус 4, башню 5 установленную на фундаменте 6. В корпусе 4 на валу ветродвигателя 3 жестко закреплен диск 7, имеющий по ободу выступы и впадины, следующие друг за другом с равномерным шагом, над верхней частью диска располагается ступица 8, снабженная штырем 9, выполненным с возможностью вращения при повороте диска. На корпусе 4 с противоположной стороны от ветродвигателя закреплена виндроза 10. В нижней части ступица 8 имеет вкладыш 11, выполненный с возможностью скольжения и связанный стержнем 12 с ротором 13, имеющим постоянные магниты, охватывающий статор 14 с обмотками, а статор 14 через установочное устройство 15 закреплен на фундаменте 6. Ротор 13 относительно статора 14 имеет направляющие для обеспечения малого зазора между внешней поверхностью статора 14 и внутренней - ротора 13. Корпус 4 установлен с возможностью поворота на плите 16, закрепленной на верху башни 5, а эта плита с помощью растяжек 17 связана с фундаментом 6. В верхней части корпуса 4 закреплен индикатор ураганных ветров 18, связанный с виндрозой 10. На валу ветродвигателя 3 жестко закреплены первая 19 и вторая 20 тормозные колодки и упор 21, с помощью рычагов (на фигуре не показаны) связанные с виндрозой 10. Обмотка 22 статора 14 имеет четыре вывода, к которым подключается через переключатель 23 электрическая цепь, содержащая два
полупроводниковых диода 24, 25, первый 26, второй 27 и третий 28 накопительные элементы.
Ветроэлектрический агрегат работает следующим образом.
С помощью виндрозы 10, лопасть 1 ветродвигателя устанавливается против ветра. При вращении лопасти 1 осуществляется поворот закрепленного на валу 3 диска 7 и происходит за счет выступов и впадин на его ободе периодическое опускание и подъем ступицы 8 и вкладыша 11, а также соответственно ротора 13, что вызывает под действием магнитного поля магнитов ротора 13 появление напряжения в обмотках статора 14. В результате на выходе третьего накопительного элемента 28 появляется пульсирующее напряжение, которое передается потребителю электрической энергии. Величина этой пульсации определяется емкостями накопительных элементов 26, 27, 28, сопротивлением нагрузки потребителя и может быть снижена до десятка процентов, приближаясь к постоянному току. В зависимости от скорости ветра переключатель 23 занимает одно из положений 1-6 м/с, 2-8 м/с, 3-10 м/с, 4-12 м/с, что позволяет жестко закреплять лопасть 1 на валу 3.
В случае появления ураганных ветров с помощью индикатора 18 виндроза 10 опускается к башне 5 второй тормозной колодке 20, прижимается к первой тормозной колодке 19 на валу 3 и происходит уменьшение вращения лопасти 1, а с помощью упора 21 обеспечивается фиксация лопасти 1 в нижнем положении у башни 5. Тем самым уменьшается вероятность разрушения ветроэлектрического агрегата во время урагана. По окончании урагана виндроза 10 поднимается в рабочее положение и выработка электрической энергии продолжается.
Рассмотрим вопрос практической реализации предлагаемого ветроэлектрического агрегата. Как показали исследования, проведенные в Америке переход к одной лопасти с противовесом, обеспечивает сбалансированность при вращении. Кроме того, уменьшается изгибающий момент, возникающий, например, при двух лопастях из-за разности скорости ветра по высоте. Некоторое уменьшение вырабатываемой энергии легко, компенсируется небольшим удлинением одной лопасти. В 1981 году в Америке начато строительство однолопастной установки «Грован - 11» 5 мегаватт с длиной лопасти 72 м, при высоте башни 120 м.
В предлагаемом ветроэлектрическом агрегате статор изготавливается из стали с проточками до размещения проводов обмотки, а ротор изготавливается из нержавеющей стали, позволяющей разместить по периметру в несколько рядов по высоте. Диск имеет диаметр 500 мм, что позволяет с шагом 70 мм обеспечивать за один оборот вала ветродвигателя 25 подъемов и опусканий ротора с высотой 35 мм. При 0,2 оборота в
секунду имеет эквивалентную частоту 5 Гц. Такие агрегаты целесообразно использовать в системе комплексной электрификации междугородного троллейбусного транспорта. При этом вдоль дороги на равном расстоянии друг от друга располагаются ветроэлектрические агрегаты, работающие на общую контактную сеть, а в крупных населенных пунктах размешаются преобразовательные подстанции с питанием от промышленной электросети, включаемые в период безветренной погоды. Поскольку ветроэлектрические агрегаты находятся на относительно больших расстояниях друг от друга, то с одной стороны влияние на окружающую среду практически исключается, а с другой стороны - охватывается значительная площадь и тем самым сглаживается локальная неравномерность скорость ветра на отдельных участках. Для комплексной электрификации междугородного троллейбусного транспорта целесообразно иметь ветроэлектрические агрегаты с башней высотой 60 метров длиной лопасти 40 м при выходном напряжении 500 В с мощностью до 250 кВт.