Ветроэнергетическая установка
WIND TURBINE PLANT

Изобретение относится к ветряным двигателям и может найти применение для получения электрической энергии при использовании ветровых потоков.
Известно множество видов ветроэнергетических установок: с горизонтальной или с вертикальной осью вращения, при этом для их размещения требуются, зачастую, дорогостоящие сложные инженерные сооружения.
Существует мнение, что с развитием технологии композитных материалов, более к расширенному использованию подлежат технические решения ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения взамен классических пропеллерных горизонтально-осевых установок. Это объясняется еще и тем, что наиболее эффективны при слабых ветрах (до 2 м/c) турбины с вертикальной осью вращения. При этом необходимо использовать ветрогенераторы, имеющие большой размер лопастей, так как энергия ветра изменяется пропорционально кубу скорости ветра.
При сильных же ветрах в целях безопасности работы более предпочтительны пропеллерные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения. В данном случае, установки могут быть оснащены дополнительными устройствами торможения, отличающимися сложностью устройства.
Известен роторный ветродвигатель (см. RU №2210000, МПК F03D3/00, опубл. 10.08.2003), содержащий каркас, с закрепленным в нем с помощью подшипников валом с рабочими лопастями в виде пластин с переменной толщиной и шириной. Эти лопасти еще и изогнуты в вертикальной плоскости по спирали, а в горизонтальной плоскости - по дуге. Все это обеспечивает обращение лопастей всегда к поступающему потоку воздуха, минимальный стартовый момент и стабильность работы. Для отбора мощности в ветродвигателе предусмотрен второй вал, а сам он выполнен в виде отдельно стоящей конструкции, требующей основательного фундамента.
Недостатками такого устройства являются сложность его конструкции, необходимость наличия прочного фундамента, малоэффективность при слабых ветрах.
Известен ветроэнергетический агрегат (см. SU №1250697, МПК F03D 5/00, опубл. 15.08.1986), содержащий аэростат с винтовыми лопастями и надувным рукавом, соединенным шарнирно с валом генератора. При сильном ветре конструкция пригибается к земле.
Недостаток такого устройства в большой парусности и габаритах всего устройства. При угрозе ураганного ветра его необходимо сдувать.
Известен консольный ветроагрегат (см. RU №2115826, МПК F03D 5/00, опубл. 20.07.1998), содержащий наклонный шнековый ротор с демпфирующим устройством, закрепленным консольно к мачте. При сильном ветре демпфирующее устройство позволяет изменить угол наклона шнекового ротора для уменьшения парусности.
Недостатком такой конструкции является большая материалоёмкость и сложность практической реализации.
Известна вантовая ветроэнергетическая установка (см. RU №2484295, МПК F03D3/00, опубл. 10.06.2013), в которой используется ветрогенератор и электрогенератор, установленные на устройстве подвеса, нижний конец которого закреплен к фундаменту. Верхний конец внутренней оси, посредством гибкой тяги и с помощью устройств фиксации, подвешен к естественному возвышению, искусственным конструкциям или постройкам.
Недостатком указанного устройства является сложность практической реализации и отсутствие устройства торможения.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в создании ветроэнергетической установки упрощенной конструкции, обеспечивающей надежную работу при любых ветрах.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в конструкции ветроэнергетической установки, удобной для ее установки и использования в выработке электрической энергии. Кроме того, решение может быть реализовано в малогабаритных вариантах для использования, например, в походных условиях.
Для решения поставленной задачи ветроэнергетическая установка, содержащая, по меньшей мере, одну ветротурбину и электрогенератор, валы которых соединены на одной оси, установленные на устройстве подвеса, отличающаяся тем, что устройство подвеса представляет собой упругий элемент, например пружину, а ветротурбина составлена, по меньшей мере, из двух – верхней и нижней - крыльчаток, соединенных между с собой посредством прямых вертикальных лопастей, при этом верхний конец упругого элемента с помощью устройств фиксации подвешен к естественному возвышению, искусственным конструкциям или постройкам.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналога свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно создание надежного источника электроэнергии при помощи установки несложной конструкции и удобного в использовании.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, где на фигуре схематично показана ветроэнергетическая установка, установленная на устройстве подвеса.
Ветроэнергетическая установка (см. фиг.) содержит электрогенератор 1, вал которого соединен соосно с валом ветротурбины, корпус которой составлен из нижней и верхней крыльчаток 3, соединенных посредством прямых вертикальных лопастей 4. Причем вертикальные лопасти 4 в поперечном срезе имеют изогнутую форму для улучшения подхвата ветра. Корпус электрогенератора 1 закреплен сверху пружиной 2 к естественному возвышению, искусственным конструкциям или постройкам, например посредством гибкой тяги, и с помощью устройств фиксации. Верхняя точка пружины 2 к месту крепления 5 устанавливается неподвижно.
Количество лопастей крыльчатки 3 и, соответственно, количество вертикальных лопастей 4 зависит от требуемой величины потребляемой мощности, парусности ветрогенератора и может составить, по меньшей мере, 2 лопасти.
Заявленное решение обеспечивает работу ветроэнергетической установки в большом динамическом диапазоне ветровых нагрузок. При малой скорости ветра вращение вала генератора 1 обеспечивают вертикальные лопасти 4 ветротурбины, имеющие большую парусность. При увеличении скорости ветра в зависимости от того, на сколько поперечный профиль ветротурбины меньше его фронтального профиля, устройство, преодолевая силу упругости пружины 2 и силы тяжести, принимает наклонное или горизонтальное положение, при этом уменьшая парусность. В этом случае вращение ветротурбины обеспечивают крыльчатки 3. При сильном ветре вращение ветротурбины притормаживается парусностью вертикальных лопастей 4, обеспечивая при этом целостность устройства и безопасность его использования.
Предлагаемое изобретение расширяет парк ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения в направлении упрощения, мобильности и снижения требований как к размещению, так и к уменьшению занимаемого пространства. Устройство может быть использовано в тех случаях, когда необходимо обеспечивать постоянство выработки электроэнергии, например в системах сотовой передачи информации в труднодоступных районах, где использование в них аккумуляторов нецелесообразно, так как срок их службы ограничен, а обслуживание этих станций затруднительно.