ВЕТРОВАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим агрегатам, предназначенным для заряда аккумуляторной батареи и электропитания различных потребителей.
Известна ветровая силовая установка, которая содержит вал, закрепленные на нем радиальные рамки, установленные на них поворотные узлы и связанные с последними откидные створки, расположенные с одной стороны каждой рамки, створки установлены попарно, и каждая пара створок связана с общими узлами, рамки снабжены эластичными прокладками, расположенными со стороны створок и демпфирующими колебания створок при их контакте с рамками, узлы могут быть выполнены в виде отдельных поворотных осей, отрезков ремня либо дверных петель. Для передачи вращения потребителю от вала на нем закреплен шкив, а для выравнивания вращающего момента вдоль вала радиальные рамки равномерно смещены одна относительно другой в окружном направлении. При работе ветродвигателя его створки, движущиеся по ветру, прижаты к рамкам в месте контакта с прокладками. Створки, движущиеся против ветра, скоростным напором откинуты так, что каждая пара створок имеет две поверхности трения о воздух, а каждая створка - одну, чем снижено их аэродинамическое сопротивление и увеличен коэффициент использования энергии ветра (SU 1430585, опубл. 15.10.1988).
Недостаток данного решения заключается в том, что ветровая силовая установка в полной мере функционирует при условии, что она развернута под воздушный поток и ее створки своей плоскостью расположены поперечно этому потоку. Небольшие угловые несоответствия положения створок относительно направления воздушного потока компенсируются упругими свойствами эластичных прокладок. При сильном отклонении от направления воздушного потока створки не попадают своими поверхностями под поток и поток их обтекает. В этом случае необходимо изменять пространственное положение ветровой установки в целом, разворачивая ее в направлении потока. Так как при общем направлении ветровой нагрузки отдельные потоки в каждый отдельный промежуток времени могут иметь отличные от общего направления всей воздушной массы направления, что, естественно, снижает эффективность ветровой силовой установки. Снижение эффективности обусловлено тем, что вал, связанный с генератором (или иным потребителем), не имеет постоянной скорости вращения.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности работы ветровой силовой установки за счет обеспечения возможности самостоятельного изменения положения створок при изменении направления воздушного потока и сохранении стабильности вращения вала, связанного с приводом генератора (или иного потребителя).
Указанный технический результат достигается тем, что в ветровой силовой установке, содержащей смонтированный на опорах горизонтально расположенный вал, кинематически связанный с потребителем энергии вращения, на валу и вдоль него расположены с возможностью вращения относительно этого вала секции вращения, каждая из которых выполнена в виде рамок, в каждой секции расположенных радиально одна напротив другой, в каждой рамке смонтированы плоские створки, перекрывающие весь проем рамки и каждая из которых выполнена с возможностью вращения на осях в поворотных узлах вокруг оси, радиально направленной от вала, рамки связаны с валом через храповые муфты, для повышения коэффициента использования энергии воздушного потока путем расположения створок поперек воздушного потока при изменении его направления рядом с каждой створкой на рамке смонтирован с возможность поворота двуплечий рычаг, одно плечо которого связано с осью в поворотном узле этой створки, а другие плечи всех двуплечих рычагов на рамке связаны гибкой связью последовательно между собой.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Полезная модель поясняется представленными фиг. 1-3:
На фиг. 1 - схема ветроустановки;
фиг. 2 - кинематическая схема крепления створок, вид в плане на створки;
фиг. 3 - кинематическая схема крепления створок, вид сбоку на створки.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается ветровая силовая установка (ветроустановка) (фиг. 1-3), которая содержит смонтированный на опорах 1 горизонтально расположенный вал 2, кинематически связанный с потребителем 3 энергии вращения. Опоры могут быть выполнены в виде рамы, смонтированной на колесах 4. Это позволяет транспортировать ветроустановку и располагать ее по потоку воздуха.
На валу 2 и вдоль него расположены с возможностью вращения относительно этого вала секции вращения 5. Для всех секций вращения вал 2 может быть выполнен общим, одним, или каждая секция вращения смонтирована на отдельном валу, а валы секций вращения связаны муфтами 6 последовательно между собой с образованием общего вала.
Каждая секция вращения 5 выполнена в виде рамок 7, в каждой секции эти рамки расположены радиально одна напротив другой по типу пропеллера или лопастного колеса. Рамки образованы с формированием внутренней полости. В каждой такой полости смонтированы плоские прямоугольной формы в плане плоские створки 8, перекрывающие весь проем рамки и каждая из которых выполнена с возможностью вращения на соосно расположенных в элементах рамки осях 9 в поворотных узлах вокруг оси 10, радиально направленной от вала. Рамки 7 связаны с валом 2 через храповые муфты 11. Таким образом, при вращении в одном направлении рамки передают крутящий момент валу 2. А при обратном вращении проскальзывают относительно вала 2.
Каждая секция оснащена остановочным устройством, выполненным в виде закрепленного на опоре двуплечего рычага 12, одно плечо которого связано со шпилькой 13 в прорези конца вала рабочего диска. Вал диска имеет продольное движение во втулке кронштейна, рычагом 12 тросиком 14 диск выводится из рабочего зацепления с рычагами  и все четыре рамки - лопасти 7 поочередно открывают створки 8, устанавливающиеся ребром к ветровому потоку. Через один оборот вокруг вала 2 секция сама останавливается, сопротивление ветрового потока на все лопасти становится одинаковым.
Кинематическая связь вала 2 с потребителем 3 энергии вращения выполнена в виде цепной или ременной или зубчатой передачи 15. В качестве потребителя может использоваться электрогенератор или несколько электрогенераторов, компрессор, гидро- или пневмонасос и т.д.
Для повышения коэффициента использования энергии воздушного потока путем расположения створок 8 поперек воздушного потока при изменении его
направления рядом с каждой створкой 8 на рамке 7 смонтирован с возможность поворота двуплечий рычаг 16, одно плечо 17 которого связано с осью 9 в поворотном узле этой створки, а другие 18 плечи всех двуплечих рычагов створок на рамке 7 связаны гибкой связью 19 (тросиком) последовательно между собой и с флюгером 20, который прикреплен к рамке для изменения положения створок в зависимости от положения флюгера. Связь рычагов 16 с флюгером представляет собой один вариант исполнения. Согласно второго варианта исполнения двуплечие рычаги 16 могут быть тросиком 21 связаны с органом ручного управления 22, посредством которого оператор, натягивая или отпуская тросик 21, переброшенный через направляющий блок 23, может ручным образом изменять положение створок относительно потока воздуха.
Таким образом, рядом с каждой створкой на рамке смонтирован с возможность поворота двуплечий рычаг для расположения створок поперек воздушного потока при изменении его направления, одно плечо которого связано с осью в поворотном узле этой створки, а другие плечи всех двуплечих рычагов на рамке связаны гибкой связью последовательно между собой и тросом, который прикреплен к рамке для изменения положения створок.
Ниже рассматривается пример детального исполнения настоящей полезной модели (фиг. 1-3).
Ветровая силовая установка лафетно-каскадного принципа монтируется на опоре, выполненном на длинном швеллере 50 м длиной и более. Этот швеллер устанавливается на колеса через каждые 12 м. Для ветровой устойчивости к швеллеру крепятся опорные устройства с опорными колесами на шарнире с изменением к движению агрегата. Расстояние между опорами 20 м, от основания 2 м (фиг. 1).
К общему лафетному швеллеру крепятся стойки 24, в подшипники 25 которых установлен вал 2 диаметром 25 мм. На валу 2 с двух концов находятся фланцы 26 диаметром 500 мм. Фланцы 26 устанавливаются на вал 2 свободно. Изготовлены фланцы 26 из листовой стали толщиной 5 мм. Рядом с фланцами 26 на валу 2 размещены с обоих концов храповики (храповые муфты 11).
Из алюминиевого проката изготавливаются рамки 7. Детали между собой скреплены либо сваркой, либо стальными уголками на клепках. В верхней и нижней перекладинах рамки 7 по разметке сверлятся отверстия диаметром 6 мм. Если рамка имеет высоту 2000 мм, то по центру рамки устанавливается перемычка для снижения изгибных деформаций. В ней просверлены отверстия, в
соответствие с разметкой, в верхней и нижней частях рамки. Отверстия должны совпадать по траектории, то есть быть соосными.
Для изготовления осей 9 створок 8 используются болты диаметром 6 мм с овальной головкой, которая шлифуется, другой конец болта, строго по центру, прорезается фрезой для образования щели толщиной 0,7 мм на глубину 30 мм.
На ветровую устойчивость две опорные установки на 50 метров агрегата, на них будут располагаться генераторы, на задних - находится флюгеры, которые будут корректировать весь агрегат на лобовой ветер, боковые крайние колеса агрегата будут ведущими за счет электродвигателей. Флюгеры будут нажимать на кнопку «Пуск». Крайние колеса агрегата будут вращаться одновременно (одно вперед, другое - назад), так будет происходить коррекция агрегата прямоперпендикулярно ветру.
2
2
На основном швеллере крепятся стойки болтами из легких швеллеров, между стойками устанавливается устройства секциями. На 50 метров агрегата можно установит 12 секций с общей парашютной рабочей площадью 126 м. Рабочая площадь учитывается только одной рамки, когда она становится при вращении в рабочее положение, площадь каждой рамы в секциях составляет 10,5 м. Каждая секция диаметром 6 метров, ширина - 3,5 метра; масса каждой секции чуть более 100 кг.
2
Мощность будет сниматься с общего вала всего агрегата, вал каждой секции будет соединяться муфтами между секциями в единый вал. Из 12 секций агрегата рабочая парашютная площадь 126 м умножим на скорость ветра (примерно 10 м/с). Получится 1 260 кг на рычаг в 3 метра, таким образом, на 1 км приходится 250 секций.
На общем валу можно остановить любую секцию для осмотра или ремонта. Каждая секция имеет храповики, а общий вал вращается под действием остальных секций, и можно остановить весь агрегат. Остановочный рычаг каждой секции тросиком крепится к общему тросику, и через блочки общим тросиком производится останов огромной парусной площади. Створки всех рамок в каждой секции становится ребром к движению ветра, и все секции останавливаются.
Такие агрегаты можно установить на ровных площадях не плодородных, бросовых землях.
Агрегаты ветровых установок стационарного типа также конструируются на базе длинного швеллера, только швеллер крепится жестко на бетонные или
стальные опоры над поверхностью земли. Рамы секций изготавливаются из алюминиевого проката, створки - алюминиевого листа 0,6 мм.
Секция монтируется попарно на индивидуальном швеллере с центром вращения парных секций на 360 градусов вокруг своей оси за счет ветровой силы флюгера. Впереди секций к индивидуальному швеллеру закреплен лист железа толщиной 2 мм нужного размера болтами к нижней части швеллера вместе с центральными стойками секций.
На железном листе располагается генератор. К центральным стойкам крепится конструкция флюгера. В листе железа относительно центра секций рядом со швеллером сверлится отверстие диаметром 1,5 дюйма.
В несущем швеллере к нижней части против своего отверстия диаметром 1,5 дюйма приварен упор. В отверстие вставлена толстостенная стальная труба до упора длинной 3,5 метра. Она является осью вращения секций на 360 градусов и опорой от ветрового усиления секций. Труба установлена строго вертикально и привязана к упору. Швеллер переворачивается, труба находится в горизонтальном положении, на трубу одевается опорный подшипник до швеллера.
Швеллер секции отверстием в железном листе заводится на трубу, несущий швеллер принимает исходное положение, труба - вертикальное. Швеллер секции листом железа ложится на опорный подшипник, на трубу одевается втулка, опускается на лист железа и приваривается к листу сваркой. Это будет нижняя втулка скольжения вокруг оси, к верхней втулке приварены кронштейны, которые крепятся к верхней части стоек.
Несущий швеллер жестко крепиться к опорам, выдерживая строго вертикаль трубы - ветровой опоры секции в паре, скрепляя несущие швеллера болтами погонно. Можно увеличивать ветровые установки до реальных возможностей. Такие агрегаты можно устанавливать на любых рельефах, даже на горах.
Настоящая полезная модель промышленно применима, описанное устройство может быть изготовлено с использованием известных технологий и материалов.