ХВОСТ-РЕГУЛЯТОР

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно к крыльчатым ветроэнергетическим установкам (далее ВЭУ) с горизонтальной осью вращения, использующим конструкцию хвоста для установки ВЭУ на ветер.
Известны ВЭУ крыльчатого типа, которые устанавливаются на ветер с помощью хвоста, выполненного в виде вертикальной пластины жестко закрепленной на штанге, проходящей через ось вращения ВЭУ (Авторское свидетельство СССР№1560782 А1, КЛ. F03D 5/02).
Недостатком данного технического решения является выполнение только одной функции: установка ВЭУ на ветер и невозможность вывода ее из-под ветра при скорости ветра больше расчетной.
Известны устройства для вывода из-под ветра ВЭУ при скорости ветра, превышающей расчетную (Шефтер Я.И., Рождественский И.В., «Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановок», М; Изд. Минсельхоза СССР, 1957). К ним относятся: центробежные регуляторы; боковая лопата; устройство использующее эксцентриситет между вертикальной и горизонтальной осями вращения ВЭУ; виндрозы; воздушные тормоза и установка ветроколеса за осью мачты (башни) по ветру.
Недостатками этих устройств является выполнение только одной функции: вывод ВЭУ из-под ветра при скорости ветра больше расчетной; установка на ветер; дополнительные нагрузки возникают на мачту и ось вращения ВЭУ при установке ветроколеса за осью мачты (башни).
Наиболее близкими техническими решениями являются: А.С. СССР №1560782 А1, КЛ. F03D 5/02 и устройства описанные в (Шефтер Я.И., Рождественский И.В., «Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановок», М; Изд. Минсельхоза СССР, 1957). Недостатком этих технических решений является выполнение только одной функции: вывод из-под ветра или только установка на ветер.
Цель полезной модели состоит в том, чтобы создать устройство, которое совмещает две функции: установку ВЭУ на ветре и вывод ее из-под ветра при скорости ветра, превышающей расчетную.
Поставленная цель достигается конструкцией хвоста-регулятора, содержащей вертикальную подвижную пластину аэродинамической формы, обеспечивающей силу для поворота пластины при скорости ветра больше расчетной, тем самым осуществляется вывод ВЭУ из-под ветра, а при скорости ветра меньше расчетной, вертикальная подвижная пластина аэродинамической формы не поворачивается и находится в плоскости вектора скорости ветра, чем обеспечивается надежная установка ВЭУ на ветер.
Таким образом, конструкция хвоста-регулятора выполняет функции установки ВЭУ на ветер и вывода его из-под ветра.
На фиг.1 показано положение хвоста-регулятора при установке на ветер (а) - вид сверху; б) - вид сбоку). На фиг.2 показано положение хвоста-регулятора при частичном выводе ВЭУ из-под ветра (вид а) и при полном выводе из-под ветра (вид б) при скорости ветра больше 25 м/с.
Конструкция хвоста-регулятора состоит из шарнирного рычага 1; подвижной пластины аэродинамической формы 2; упора 3; полого поршня 4; пружины 5; корпуса пружины цилиндрической формы 6; калиброванного отверстия 7; цилиндра штанги 8; цилиндрического шарнира 9; ветроколеса 10.
уд
рег
Устройство работает следующим образом: при скорости ветра меньше расчетной  пружина 5 находится внутри полого поршня и удерживает пластину аэродинамической формы 2 прижатой к упору 3, действуя через полый поршень 4 и шарнирный рычаг 1. ВЭУ удерживается на ветру, в этом случае, момент, удерживающий М больше момента регулирования М, т.е.
уд
рег
М=F*1>М=R*L, где
F - сила пружины;
l - плечо силы F;
R - равнодействующая аэродинамических сил Y и X;
L - плечо силы.
ВЭУ выдает максимальную расчетную мощность (фиг.1,а, б) при скорости ветра больше расчетной, но меньше критической .
Подвижная пластина 2 под действием равнодействующей силы R поворачивается вокруг цилиндрического шарнира 9 и через шарнирный рычаг 1, действуя на поршень 4, сжимает пружину 5, в этом случае выполняется условие:
уд
рег
М=F*1>М=R*L
Поворот подвижной пластины аэродинамической формы 2 прекращается при условии
уд
рег
М=F*1>М=R*L
Ветроколесо 9 устанавливается под углом к вектору скорости ветра , т.е. на тот угол, на который повернется подвижная пластина аэродинамической формы 2 под действием равнодействующей аэродинамических сил R (фиг.2а). Выработка электроэнергии ВЭУ продолжается.
кр
При скорости ветра больше критической , где V принимается равным 25 м/с, в этом случае подвижная пластина аэродинамической формы 2 устанавливается под углом 90° к штанге 8, а ветроколесо плоскостью вращения располагается вдоль вектора скорости ветра.
ВЭУ выведена из-под ветра (фиг.2б). Выработка электроэнергии ВЭУ прекращается.
При резких колебаниях скорости ветра (порывах) калиброванное отверстие 7 не позволяет подвижной пластине аэродинамической формы 2 также производить резкие повороты, за счет обеспечения медленного заполнения (или выталкивания) воздуха из запоршневого пространства, тем самым снижаются динамические нагрузки на всю конструкцию ВЭУ.
Используемая литература:
1. Авторское свидетельство СССР№1560782 А1, КЛ. F03D 5/02.
2. Шефтер Я.И., Рождественский И.В., «Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановок», М; Изд. Минсельхоза СССР, 1957.