ВЕТРОЭЛЕКТРОУСТАНОВКА

Полезная модель относится к альтернативным источникам электрической энергии и предназначена для использования, как в сельских, так и в городских условиях с долговременными господствующими ветрами.
Известна ветроэлектроустановка (патент РФ №112288, МПК F03D 3/04, 10.01.2012), содержащая ветроколесо с конфузором и конический мультипликатор-генератор, имеющий вертикальный и горизонтальный валы, при этом ветроколесо имеет минимум четыре вогнутых лопасти, верхние и нижние концы которых связаны между собой обечайками, 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, причем вертикальный вал ветроколеса связан муфтой с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора
Основной недостаток известной ветроэлектроустановки заключается в том, что она имеет ограниченную развиваемую мощность, поскольку увеличение размеров лопастей ведет к уменьшению удельной отдаваемой мощности и ее применение становится нецелесообразным.
Недостаток известной ветроэлектроустановки заключается также в том, что конфузор ветроколеса не имеет возможности ориентации в сторону воздушного потока.
Кроме этого, она имеет большую неравномерность вращения ротора генератора из-за наличия четырех лопастей ветроколеса и неравномерного давления на них ветра (ротор генератора вращается то ускоренно, то замедленно), что снижает качество получаемого электрического тока.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы увеличить мощность ветроэлектроустановки путем создания батареи ветроколес с возможностью ориентации их конфузоров в сторону воздушного потока, уменьшить неравномерность вращения ротора генератора и улучшить качество получаемого электрического тока.
Технический результат достигается тем, что ветроэлектроустановка, содержащая ветроколесо с конфузором и конический мультипликатор-генератор, имеющий вертикальный и горизонтальный валы, при этом 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, причем вертикальный вал ветроколеса связан муфтой с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора, согласно предлагаемой полезной модели, в ветроэлектроустановку дополнительно введен, расположенных на платформе, ряд таких же ветроколес с конфузором, представляющих собой батарею ветроколес, и ряд конических мультипликаторов, имеющих вертикальный и горизонтальный валы, причем 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, при этом каждое ветроколесо установлено по отношению к предыдущему со смещением лопастей на угол, определяемый соотношением 90:N, где N - общее количество ветроколес, а 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, при этом 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 снабжена центрирующим валом, расположенным в подпятнике, выполненным в потолочной плите, а центрирующий вал имеет токосъемник.
Такое исполнение ветроэлектроустановки увеличивает мощность ветроэлектроустановки путем создания батареи ветроколес с возможностью ориентации их конфузоров в сторону воздушного потока, повышает равномерность вращения ротора генератора и улучшает качество получаемого электрического тока за счет смещения лопастей ветроколес относительно друг друга.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема главного вида ветроэлектроустановки, а на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (вид сверху на ветроэлектроустановку).
На чертеже цифрами обозначены:
1 - ветроколесо с вогнутыми лопастями,
2 - дополнительное ветроколесо,
3 - дополнительное ветроколесо,
4 - вертикальный вал ветроколеса,
5 - вогнутые лопасти ветроколеса,
6 - конфузор,
7 - муфта,
8 - конический мультипликатор-генератор,
9 - дополнительный конический мультипликатор,
10 - дополнительный 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 - привод,
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.
Ветроэлектроустановка содержит ветроколесо 1 с конфузором 6 и конический мультипликатор-генератор 8, имеющий вертикальный и горизонтальный валы. Ветроколесо 1 имеет вертикально расположенный вал 4 и минимум четыре вогнутых лопасти 5. 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 ветроколеса связан муфтой 7 с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора 8.
Отличием предлагаемой ветроэлектроустановки является то, что она дополнительно содержит ряд таких же ветроколес 2, 3 с конфузором и ряд конических мультипликаторов 9, 10, имеющих вертикальный и горизонтальный валы. Ветроколеса 1, 2 и 3 представляют собой единую батарею ветроколес. Вертикальный вал каждого дополнительного ветроколеса 2, 3 связан через соответствующую муфту с вертикальным валом соответствующего дополнительного конического мультипликатора 9, 10. Горизонтальные валы дополнительных конических мультипликаторов 9, 10 последовательно кинематически с помощью муфт 11 и 12 связаны между собой и с валом конического мультипликатора-генератора 8. Таким образом, вертикальный вал каждого дополнительного 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 снабжена платформой 13, на которой расположены конический мультипликатор-генератор 8, дополнительные конические мультипликаторы 9, 10, кинематически связанные с ветроколесами, соответственно, 1, 2, 3. Платформа 13 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 18. 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.
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. 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. Вертикальный вал правого ветроколеса 1 связан муфтой 7 с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора 8, установленного под конфузором 6. Валы остальных ветроколес связаны такими же муфтами с соответствующими вертикальными валами конических мультипликаторов 9 и 10. Конические мультипликаторы 9 и 10 последовательно кинематически с помощью муфт 11 и 12 связаны между собой и с валом конического мультипликатора-генератора 8. При этом каждое последующее ветроколесо установлено по отношению к предыдущему со смещением лопастей на угол α (фиг.2), определяемый количеством градусов прямого угла, приходящегося на количество ветроколес в батарее. На платформе 13 расположены конический мультипликатор-генератор 8, конические мультипликаторы 9, 10, и батарея ветроколес 1, 2 и 3. Платформа 13 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, например, от ручного привода 18. Платформа 13 снабжена центрирующим валом 19, расположенным в подпятнике 20, выполненным в потолочной плите 21 здания ветроэлектроустановки. Вал 19 снабжен токосъемником 22. Количество ветроколес в батарее определяется несущей способностью потолочной плиты 21 здания ветроэлектроустановки.
Предлагаемая ветроэлектроустановка работает следующим образом.
Ветер вращает вертикально расположенное четырехлопастное ветроколесо 1 с вертикальным валом 4, верхний конец которого вращается в верхней вращательной опоре 23 крыши 24, а нижняя упорно-вращательная опора 25 вертикального вала 4 вала жестко связана с основанием 26 ветроэлектроустановки. Нижний конец вертикального вала 4 связан с помощью муфты 7 с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора 8, установленного на чердаке здания ветроэлектроустановки. Выработанная электроэнергия может использоваться как в момент ее выработки, так и аккумулироваться в электроаккумуляторы с возможностью использования в требуемый момент времени. Для увеличения скорости ветра ветроэлектроустановка снабжена конфузором 6.
Если ветроэлектроустановка имеет одно ветроколесо, то возникает большая неравномерность вращения ротора генератора. Качество электрического тока при этом снижается.
Для устранения этого недостатка предложена ветроэлектроустановка, состоящая из батареи ветроколес. На фиг.1 батарея ветроколес состоит из трех ветроколес: 1, 2 и 3. При этом лопасти каждого последующего ветроколеса, например, ветроколеса 2, смещены по отношению к предыдущему на угол α. Для описанной ветроэлектроустановки угол α равен 30°. Лопасти ветроколеса 1 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 уменьшается, поскольку каждое ветроколесо работает на общий генератор со смещением по фазе на угол, равный 30°.
Количество N ветроколес может быть любым. Оно зависит от размеров здания. Чем больше ветроколес, тем равномернее будет вращаться ротор общего генератора, мощность которого в несколько раз больше, чем у ветроэлектроустановки с одним ветроколесом.
Увеличенное количество ветроколес повысило мощность ветроэлектроустановки примерно во столько раз, сколько стало ветроколес, а направление конфузоров широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока осуществлено с помощью зубчатого механизма с приводом 18, например ручным приводом. Направление конфузоров корректируется вращением рукоятки зубчатого механизма путем сравнения этого направления с направлением флюгера.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена: мощность ветроэлектроустановки стала больше, неравномерность вращения ротора генератора - меньше, а качество электрического тока - выше.