ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам и может быть использована в энерготеплообеспечении загородных усадеб в средне-ветренных местностях и в промышленной выработке электроэнергии в равнинных местностях с высоким ветропотенциалом.
Известны три типа ветроэнергетических установок:
- ветроколесные (крыльчатые), работающие на принципе лифт-машин;
- ортодоксальные (ротор Дарье), работающие на принципе подъемной силы крыла самолета (с более низким чем у крыльчатых коэффициентом полезного действия);
- карусельные, работающие на принципе драг-машин.
Первые два типа на сильных ветрах - скоростные [2-3 лопасти (специально изогнутые пластины) охватывает всю площадь обметания]. Их недостаток в том, что они не могут быть универсальными. Для слабых и средних ветров нужны тихоходные, многолопастные.
Третий тип заключается в тихоходности и универсальности, карусельным установкам не нужны механизмы позицирования или предварительная раскрутка как ротору Дарье. Их недостаток: низкий
коэффициент полезного действия, вследствие больших потерь на противоходе.
Известна также ветроэнергетическая установка (карусельного типа), содержащая башню с подвижным ротором с валом и лопастями с парусами на нем с коэффициентом полезного действия близким к крыльчатым (при их работе на сильных ветрах) - это опытная английская VAWT (Ю.С.Васильев, Н.И.Хрисанов, «Экология использования возобновляемых энергоисточников», Ленинград, Изд-во Ленинградского университета, 1991, стр.217-250) - прототип.Недостатки которой заключаются в следующем:
- в рабочем полукруге нет ориентации паруса на перпендикулярность ветропотоку;
- сопротивление на противоходе весь полукруг.
Задачей решаемой использованием предлагаемой полезной модели является создание ветроэнергетической установки с высоким коэффициентом использования местности и с высоким коэффициентом полезного действия установки на всех рабочих ветрах.
Техническая сущность полезной модели заключается в том, что ветроэнергетическая установка, содержащая центральную башню с подвижным ротором с валом и лопастями с парусами на них снабжена дополнительной подвижной башней с флюгером и балкой, шарнирно связывающей ее с центральной башней; вал ротора снабжен тремя рядами консолей-мачт одинаковых размеров и с одинаковым расстоянием между рядами, со свободными концами и рамами с парусами, шарнирно соединенными с ними; ротор снабжен валом, размещенным в горизонтальной плоскости в подшипниках с корпусами, шарнирно соединенными с башнями; вал ротора выполнен в виде фермы снабженной тяговыми канатами; паруса выполнены в виде жалюзи со смещенными осями вращения, расположенными в два ряда.
Флюгер с механизмами позицирования обеспечивает такое перемещение подвижной башни, при котором ось вала всегда перпендикулярна ветропотоку.
Горизонтально вращающийся вал обеспечивает его большую длину с работой парусов в однородной по ветропотенциалу полосе с обратным ходом внизу, где потенциал меньше, а при местных бризах - наоборот забор энергии производится внизу, где потенциал выше.
Шарнирное соединение корпусов подшипников с башнями и шарнирное соединение балкой башен обеспечивает нормальную работу ротора ветроэнергетической установки при перемещении подвижной башни по дороге с гравийным покрытием (не надо направляющих).
Шарнирное соединение рам с мачтами обеспечивает перпендикулярность плоскости парусов ветропотоку.
Вал ротяра, выполненный в виде фермы, вращающейся вокруг неподвижной оси с колесами управления на ней и тяговыми канатами к колесам рам обеспечивает равномерное поворачивание рам с парусами с сохранением перпендикулярности ветропотоку с усилием от самого вращающегося ротора (усилие из вне только на торможение колес).
Два ряда парусов в виде жалюзи, со смещенными осями вращения, на раме обеспечивают:
- поворот плоскости паруса перпендикулярно и параллельно ветропотоку с основным усилием от ветра;
- «косой парус» на двухтретях противохода;
- быструю остановку ротора (за два оборота). На фиг.1 изображена ветроэнергетическая установка (общий вид); на фиг.2 - схема крайних положений подвижных башен относительно центральной; на фиг.3 и фиг.4 - схемы управления рамами парусов и парусами; на фиг.5 - схема последовательных положений рамы с парусами за один оборот ротора.
Предлагаемая ветроэнергетическая установка состоит из центральной башни «1» (фиг.1) и подвижной башни «2» на тележке «3», с шарнирно соединяющей башни балкой «4». Дорога «5» служит для перемещения тележки с подвижной башней, снабженной флюгером «6». С башнями шарнирно соединены корпуса подшипников «7» для вала «8» подвижного ротора, с закрепленными на нем тремя рядами мачт «9», с одинаковыми размерами и расстояниями между собой и между рядами. Свободные концы мачт шарнирно соединены с рамами «10», снабженными двумя рядами парусов «11» и «12» в виде жалюзи. Вал «8» (фиг.3) подвижного ротора вращается вокруг неподвижной оси «13», снабженной колесами управления «14», расположенными в основании мачт «9», и тяговыми канатами «15», соединяющими их с колесами «16» рам «10», с одинаковым диаметром колес.
Предложенное устройство работает следующим образом. Подвижная башня «2» перемещается на 90° (фиг.2) по дуге по дороге «5» в крайние положение вокруг центральной башни «1». И этого достаточно для работы ротора на всех направлениях ветров (ротор может вращаться в обе стороны). С другой стороны центральной башни «1» другой такой же ротор с подвижной башней.
Когда флюгер «6» (фиг.1) при смене направления ветра поворачивается, следящее устройство дает команду механизмам перемещения тележки «3» по дороге «5»; благодаря балке-ферме «4», закрепленной одним шарниром на центральной башне и двумя на подвижной, последняя перемещается точно по дуге, сохраняя соосность корпусов подшипников «7», а их шарнирное соединение с башнями компенсирует возможные небольшие отклонения подвижной башни.
Парусная установка не разбрасывает «ветротень», как делает это крыльчатая ветроэнергетическая установка, поэтому расстояние между парусными установками может быть заметно меньшим, так что, если валы роторов будут достаточно длинными, то круги ими описываемые могут быть
близко друг от друга. В удобной ветреной местности при определенном ветре может работать своеобразная ветроплотина длиной в несколько километров (или даже в несколько десятков...).
В рабочем полукруге перпендикулярность рамы «10» (фиг.3) с парусами ветропотоку обеспечивается вращением колес управления «16» (жестко соединенным с рамой и шарнирно со свободным концом мачты «9») и «14» [шарнирно соединенным с неподвижной осью «2», заторможенной у корпусов подшипников «7» (фиг.1), (вал-ферма «8» (фиг.3) «8» (фиг.1) вращается вокруг оси на своих опорных подшипниках и промежуточных, поддерживающих ось)] с соединяющих их тяговым канатом «15» (фиг.3).
Когда тормозится колесо «14», то колесо «16» начинает поворачивать раму «10» с одинаковой угловой скоростью как у ротора (так как колеса одного диаметра), но в противоположную сторону.
В полукруге обратного хода колесо «16» тормозится тогда, когда рама «10» перпендикулярна мачте «9» и в этом положении она весь противоход.
Команды на «вращение» и «остановку» рамы дают контактеры на вращающемся валу и неподвижном корпусе подшипников контактируя строго через пол-оборота вала, когда мачты одного ряда параллельно ветропотоку (соответственно управление и для двух других рядов).
Паруса на раме «10» (фиг.3) фиксируется в двух положениях: перпендикулярно ветропотору закрыты «11», а параллельно «открыты» «12». В рабочем полукруге все паруса «12» «открываются» после открытия канатом «18» (фиг.4) защелок «17», закрепленных на поперечной жесткости «19» (фиг.3) рамы «10». «Открытие» давлением ветра на большую часть паруса (так его ось вращения смещена от центра). Ветром парус прижимается к упору «20» на жесткости «19» и весь полукруг обратного хода прижимается к нему еще и канатом «21» закрепленным у прорези паруса «22» (фиг.4) «22» (фиг.3).
Через полооборота (в начале рабочего хода) паруса «12» (фиг.3) «закрываются» (в позиций «11») с начальным усилием каната «21» (фиг.4), а
далее давлением ветра на большую часть паруса (так как за пол-оборота парус повернулся большей своей частью к ветропотоку); паруса «II» прижимаются ветром к жесткости «19» (фиг.3) и защелкиваются защелкой «17» (фиг.4) и в этом положении остаются полтора оборота (и первую половину этого расстояния прижимаются ветром к жесткости, а вторую половину к защелке).
Поворачивание, фиксация рам и закрытие, открытие парусов совпадают, поэтому команды от одних контактеров, но для парусов через оборот [т.к.. паруса на двух сторонах рамы работают (открыто-закрыто) через оборот].
Привод канатов пневмоприводом, управление электричеством; ввод на ротор через вращающуюся муфту на корпусе подшипников вала против центра его вращения.
На фиг.5 схема последовательных положений рамы с паусами за один оборот: весь полукруг прямого хода паруса под максимальным давлением ветропотока; в противоходе паруса работают как «косой парус» две трети и лишь на трети противохода снижается коэффициент полезного действия (на схеме пунктиром показаны паруса параллельные ветропотоку, т.е. «открытые»).
Остановка ротора за два оборота «открыванием» всех парусов. Запуск в работу с начальным усилием извне ротор поворачивается до включения в работу первого (по ветру) сборного паруса.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ИЛИ ИНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Повышение коэффициента использования местности с высоким коэффициентом полезного действия установки на всех рабочих ветрах, как «верховых» (вызванных циклонической деятельностью), так и «низовых» (местных бризов в теплое время года).