ВЕТРОАГРЕГАТ
WIND TURBINE

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии, а именно, к ветроагрегатам с вертикальной осью вращения с различными типами лопастей, например, с лопастями крыловидной формы.
Известен ветроагрегат, содержащий рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на котором установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенного с осью поворота лопасти, отличающийся тем, что верхний конец каждой лопасти выполнен с возможностью отклонения в плоскости лопасти симметрично относительно вертикальной оси на расстояние не более В/5,27, где В - максимальное значение ширины лопасти. [1].
С помощью этого известного ветроагрегата проблематично достичь достаточно больших мощностей энергии для потребителей, так как его максимальная производительность зависит исключительно от формы лопастей, а именно от ширины лопасти, то есть, практически придется существенно увеличивать габариты лопастей и, следовательно, габариты всего ветроагрегата, чтобы увеличивать напор и энергию воздушного потока.
Известен также ветряной агрегат, содержащий неподвижный центральный вал, подвижный каркас с рабочими лопастями с возможностью поворота каждой лопасти вокруг собственной оси и приводимый механизм, отличающийся тем, что над каждой рабочей лопастью при посредстве планетарного зубчатого редуктора, корпус которого жестко связан с подвижным каркасом, установлен флюгер, ось которого укреплена с возможностью поворота в корпусе редуктора и жестко связана с малой шестерней редуктора, большая шестерня которого жестко закреплена на оси рабочей лопасти, а отношение передачи между шестернями редуктора составляет 1:2 [2].
Данный ветряной агрегат существенно сложен по своему конструктивному исполнению (неподвижный центральный вал, подвижный каркас с рабочими лопастями с возможностью поворота каждой лопасти вокруг собственной оси и приводимый механизм и т.п.), тем не менее, энергетические характеристики этого технического решения не очень велики.
Заявитель поставил перед собой конкретную задачу, - разработать конструкцию, ветроагрегата с вертикальной осью вращения, исключающую биение вала лопастей, существенно не меняя его массо-габаритные характеристики, разработать конструкцию ветроагрегата, позволяющую устанавливать ее на стационарные поверхности с различными углами относительно вертикальной оси, обеспечивающую увеличение и резервирование мощности. Вышеуказанный положительный технический эффект был достигнут за счет новой совокупности существенных конструктивных признаков ветроагрегата, выполненного согласно настоящему изобретению, и представленной в нижеследующей формуле изобретения: « ветроагрегат с вертикальной осью вращения, содержащий вал лопастей, электрогенератор и фланец крепления; он снабжен дополнительными электрогенератором, С-образной рамой, состоящей из вертикально расположенного профиля и, по меньшей мере, двух горизонтальных профилей, и фланцем крепления, причем ось статора с фиксатором каждого электрогенератора жестко закреплена посредством фланца крепления к верхнему и нижнему горизонтальным профилям Сообразной рамы, по меньшей мере, в двух точках крепления вала, обеспечивая возможность установки и работы ветроагрегата под различными углами относительно вертикальной оси, корпус ротора каждого электрогенератора жестко посажен на вал лопастей, закрепленный в подшипниковых узлах внутри статоров, обеспечивая таким образом исключение «биения» вала лопастей во время его вращения, при этом постоянные магниты, закрепленные по кругу ротора сверху и снизу каждого электрогенератора, вращаясь, индуцируют в своих статорных обмотках электрический ток переменной частоты, прямо пропорциональной скорости вращения роторов; лопасти закреплены к валу с помощью шпилек и метизов; в качестве постоянных магнитов выбраны неодимовые магниты; на горизонтальных профилях С-образной рамы выполнены каналы для прохождения электрической проводки; он снабжен системой контроля и управления, расположенной внутри его конструкции; внутри его конструкции установлена аккумуляторная батарея».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид нижнего и верхнего электрогенераторов с лопастями ветроагрегата, выполненного согласно настоящему изобретению; на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, разрез элементов крепления верхнего электрогенератора; на фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, эксплуатационный рабочий вид ветроагрегата.
Заявляемый ветроагрегат с вертикальной осью вращения, выполненный согласно настоящему изобретению, состоит из нижнего электрогенератора 1, верхнего электрогенератора 2, вертикального вала 3, на котором шпильками с метизами 4 закрепляются лопасти 5 Корпус ротора 6 верхнего электрогенератора 2 (также и нижнего электрогенератора 1), посаженный на подшипниковый узел 7, жестко закрепляется на валу лопастей 3 в точках 8, обеспечивая, таким образом, исключение «биения» вала лопастей 3 во время его вращения.
Оба электрогенератора 1, 2 жестко фиксируются на сварной раме С-образной формы, состоящей из вертикального профиля 9 и двух нижнего и верхнего горизонтальных профилей 10, 11. Оси статоров с фиксаторами нижнего и верхнего электрогенераторов 1, 2 жестко крепятся с помощью фланцев крепления 12 на нижнем и верхнем горизонтальных профилях 10,11.
Для максимальной эффективности ветроагрегат закрепляется таким образом, чтобы между осью вращения и горизонтальной плоскостью был угол 90°, но допускается закрепление под любым углом опоры. Установка под различными углами опоры возможна за счет жесткого закрепления верхней точки вертикального вала 3 с лопастями 5 через верхний электрогенератор 3. В то же время, в известных одногенераторных конструкциях ветроагрегатов верхняя точка не закрепляется и, если есть угол относительно вертикали, то резко увеличивается нагрузка на подшипники электрогенератора и на точки крепления вала с лопастями.
На вертикальном профиле 9 С-образной рамы располагаются элементы 13 для установки ветроагрегата к стационарной поверхности под различными углами относительно вертикальной оси.
Свободное пространство внутри профилей 9, 10, 11 позволяет размещать внутри С-образной рамы системы управления ветроагрегата, а также систему контроля заряда АКБ непосредственно с самой батареей.
Изобретение работает следующим образом:
Оба электрогенератора, верхний 2 и нижний 1, работают одновременно. Ротор 6 верхнего электрогенератора 2, как и ротор нижнего электрогенератора 1, приводятся в движение набегающим потоком воздуха, создающего тяговое усилие на активных участках лопастей 5 Постоянные неодимовые магниты, закрепленные на роторах электрогенераторов 1, 2, вращаясь, индуцируют в своих статорных обмотках электрический ток переменной частоты -прямо пропорциональной скорости вращения роторов. Полученный электрический ток снимается со свободных концов обмоток статоров электрогенераторов 1,2.
Предлагаемый ветроагрегат с вертикальной осью вращения отличается высокими техническими характеристиками, в частности: высокой эксплуатационной надежностью за счет жесткого закрепления вала лопастей, исключающего его «биение» при вращении; при сопоставимых габаритах (изменения массо-габаритных показателей не превышают 20% от исходного образца ветроагрегата) увеличенной генерирующей мощностью, обеспечивающей резервирование мощности и повышенную надежность электроснабжения конечных потребителей энергии, за счет введения в конструкцию второго электрогенератора; функциональной универсальностью и широкими возможностями промышленного использования, за счет отсутствия ограничений по вариантам установки на стационарной поверхности, возможности установки и работы ветроагрегата под различными углами относительно вертикальной оси.
Источники информации
[1] Описание изобретения к патенту №2193688 «Ветроагрегат», F03D 7/06, заявлено 19.09.2001, опубликовано 27.11.2002.
[2] Описание изобретения к патенту №2169857 «Ветряной агрегат», F03D 3/02, заявлено 21.03.2000, опубликовано 27.06.2001.
[3] Описание изобретения к патенту №2119094 «Ветродвигатель», F03D 7/06, заявлено 03.12.1996, опубликовано 20.09.1998.
[4] Описание изобретения к патенту №2062352 «Ветроагрегат», F03D 1/00, заявлено 02.02. 1993, опубликовано 20.06.2000.
[5] Описание изобретения к патенту №2523705 «Ветроэлектростанция с плотиной», F03D 1/02, F03D 11/04, заявлено 11.04.2013, опубликовано 20.07.2014.
[6] Описание изобретения к патенту №2504685 «Ветровая электростанция», F03D 1/02, F03D 11/04, заявлено 04.12.2004, опубликовано 20.01.2014.
[7] Описание изобретения к патенту №2397361 «Ветроэнергетическая установка», F03D 1/02, F03D 11/04, заявлено 26.03.2009, опубликовано 20.08.2010.
[8] Патент США №8197172 В2 «Ветроэнергетическая установка», F03D 1/02, F03D 11/04, опубликован 12.06.2012.
[9] Патент Японии JP №2003120499, опубликован 23.04.2003.