ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к ветроэнергетике, в частности, к ветростанциям, содержащим карусельное ветроколесо, ось вращения ротора которого перпендикулярна направлению потока воздуха.
Известны ветроэлектростанции, содержащие рабочий вал, установленный на корпусе с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси, карусельное ветроколесо, корпус которого закреплен на рабочем валу, систему механических передач и электрогенератор. Ветроколесо имеет форму барабана, а оси лопастей параллельны оси рабочего вала (RU 2380567, F03D 3/00, 2010; RU 2426005, F03D 3/06, 2011; RU 2501974, F03D 3/02, 2013).
Станции с карусельными ветроколесами имеют сложную конструкцию, а трудоемкость их изготовления и дальнейшего обслуживания велика.
Известен карусельный ветродвигатель, содержащий рабочий вал, установленный на корпусе с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси и закрепленное на рабочем валу карусельное ветроколесо, оси лопастей которого перпендикулярны оси рабочего вала (SU 1537885, F03D 3/00, 1990). Для повышения к.п.д. ветродвигателя, лопасти выполнены с возможностью поворота вокруг своей оси. Конструкция ветродвигателя сложна, а трудоемкость изготовления и дальнейшего обслуживания велика.
Наиболее близким аналогом заявляемой ветроэлектростанции является ветроколесо карусельного типа, содержащее рабочий вал, установленный в корпусе с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси, карусельное ветроколесо, корпус которого закреплен на рабочем валу, систему механических передач и машинное отделение (RU 2487265, F03D 3/00, 2013).
Известное устройство имеет возможность осуществления в виде сборки, составленной из последовательно размещенных одинаковых модулей. Однако, как и в предыдущем аналоге, для повышения к.п.д. ветродвигателя, лопасти выполнены с возможностью поворота вокруг своей оси, что повлекло к усложнению конструкции и повышению трудоемкости изготовления и дальнейшего обслуживания.
Задачей предложения является повышение к.п.д., упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления и дальнейшего обслуживания.
Сущность предложения состоит в том, что в ветроэлектростанции, содержащей рабочий вал, установленный в корпусе с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси, карусельное ветроколесо, корпус которого закреплен на рабочем валу, систему механических передач и электрогенератор, причем лопасти ветроколеса радиальны, согласно предложению, корпус ветроколеса выполнен в виде усеченного конуса, размещенного большим основанием вверх, а лопасти закреплены вдоль образующих конической поверхности.
Сущность предложения поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематически изображен одномодульный вариант осуществления предлагаемой ветроэлектростанции, а на фиг. 2 - вид сверху.
На фиг. 3 показан двухмодульный вариант осуществления станции по последовательной схеме.
На фиг. 4 показан многомодульный вариант осуществления станции по параллельной схеме, а на фиг. 5 - вид спереди.
На фиг. 6 показан переносной вариант осуществления станции, а на фиг. 7 - вид сверху.
В корпусе 1 размещен рабочий вал 2 с возможностью его свободного вращения вокруг вертикальной оси. На рабочем валу закреплено ветроколесо 3 карусельного типа, которое составлено из корпуса 4 и радиальных лопастей 5. Корпус 4 выполнен в виде полого усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх. К внутренним стенкам конуса прикреплены кольца жесткости 6 (на чертежах кольца показаны припунктиром). Лопасти 5 выполнены в виде изогнутых пластин, которые прикреплены к наружной поверхности корпуса 4 вдоль образующей конуса и имеют радиальное направление. В вариантах, изображенных на чертежах, в качестве примера, вдоль одной образующей показаны 3 или 4 лопасти, однако их число может быть и иным. Также и число рядов лопастей, - на чертежах в качестве примера показано 4 ряда, однако их число может быть и больше.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 1 и 2, корпус 1 составлен из стойки-кронштейна 7 и основания 8. Рабочий вал 2 посажен на подшипниках 9 между кронштейном 7 и основанием 8. Связь между рабочим валом и электрогенератором 10 осуществлена через редуктор 11.
Вышеописанная конструкция ветроколеса является модулем в различных вариантах осуществления. На фиг. 3 в качестве примера показан двухмодульный вариант, в котором модули размещены последовательно на рабочем валу, необходимо отметить, что число последовательных модулей может быть и больше двух. Также и число кронштейнов 7 может быть больше одного. Корпус может быть выполнен и в виде решетчатой башни (на чертежах не показано). В многомодульных последовательных конструкциях основание 8 корпуса может быть выполнено в виде строения, то-есть машинного отделения, как это показано на фиг. 3.
Многомодульная ветроэлектростанция может быть построена и по параллельной схеме размещения модулей. В вариантах осуществления, показанных на фиг. 4 и 5 модули размещены в трубообразном основании 12 овального сечения и связаны между собой и электрогенератором посредством механических передач 13. Этот вариант осуществления наиболее предпочтителен для размещения на подвижных объектах.
Одномодульный ветроэлектростанция может быть осуществлена и в переносном варианте. (фиг. 6 и 7). В качестве корпуса служит обруч 14, положение которого фиксируется тросами 15, регуляторами натяга 16 и кольями 17. Этот вариант осуществления наиболее применим в походных условиях.
Ветроэлектростанция работает следующим образом.
Вращаясь под действием ветра, ветроколесо 3 вращает рабочее колесо 2, которое в свою очередь, через механические передачи вращает электрогенератор 10. Поскольку корпус 4 ветроколеса конический, линейная скорость вышележащих лопастей больше линейной скорости нижележащих. Отработавший поток воздуха от вышележащей лопасти направляется на нижележащую, повышая давление на нее. Одновременно, возникающие реактивные силы, которые направлены вверх, уменьшают нагрузку на нижний подшипник. Это свойство предлагаемой конструкции повышает коэффициент использования энергии ветра.
Все элементы предлагаемой станции просты по конструкции и не требуют высокотехнологического оборудования на предприятии-изготовителе. Также низка трудоемкость изготовления каждого из элементов.