КОНСТРУКЦИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
DESIGN OF WIND-DRIVEN POWER PLANT

Изобретение относится к области ветроэнергетической техники, в частности используется в конструкциях ветроустановок с горизонтальной осью вращения, может быть использовано для управления мощностью.
Известна конструкция ветроэнергетической установки (патент РФ №2336433, кл. F03D 7/04, публ. 20.10.2008 г.), взятая за прототип, содержащая мачту с горизонтальной поворотной платформой, на которой установлены электрогенератор и ветротурбина с лопастями, механическую передачу вращения от вала ветротурбины к валу электрогенератора, лопасти ветротурбины установлены с возможностью изменения угла установки в воздушном потоке, а система управления сконструирована так, чтобы при допустимых скоростях ветра обеспечивать оптимальный угол установки лопастей в воздушном потоке и оптимальную частоту вращения электрогенератора.
Недостатком указанной конструкции является возможность регулирования угла установки только всей лопасти ветроэнергетической установки в целом. Поскольку скорость ветрового потока изменяется во времени и в пространстве, характеристики ветрового потока в разных частях лопасти ветроэнергетической установки будут отличаться. Это требует оптимизации (регулирования) угла установки каждой части лопасти, что невозможно сделать в конструкции прототипа.
Задачей является оптимизация конструкции лопасти ветроэнергетической установки с учетом неравномерности ветрового потока для повышения эффективности работы ветроэнергетической установки.
Технический результат достигается тем, что в ветроэнергетической установке с горизонтальной осью вращения каждая лопасть ветроколеса выполнена в виде сегментов, которые имеют возможность независимо друг от друга изменять угол установки для достижения оптимального положения сегмента лопасти в ветровом потоке на основе информации, поступающей с датчиков давления, расположенных на каждом сегменте.
Сущность изобретения поясняется чертежами Фиг. 1, Фиг. 2. Ветроэнергетическая установка с горизонтальной поворотной платформой состоит из ветротурбины, которая через систему механического привода приводит в движение электрогенератор, установленный на мачте. Ветротурбина состоит из ступицы и лопастей аэродинамического профиля. Конструкция лопасти представлена на Фиг. 1, где цифрами обозначены: 1 - сегмент лопасти, 2 - ступица, 3 - датчики давления. Схема расположения датчиков давления и механизм привода регулирования угла установки сегмента лопасти показан на Фиг. 2, где цифрами обозначены: 1 - труба жесткости, 2 - электропривод изменения угла установки лопасти, 3 - датчик давления, 4 - направляющая роликов, 5 - ролики.
Устройство работает следующим образом: как показано на Фиг. 1, датчики давления 3 в режиме реального времени собирают информацию о распределении давления вдоль аэродинамического профиля лопасти, прикрепленной к вращающейся ступице 2, что непосредственно характеризует силы, воздействующие на сегмент лопасти 1. По этим данным на основе расчетов или калибровочных измерений могут быть восстановлены значения угла атаки, направления и скорости вымпельного ветра, а также аэродинамическое качество сегмента лопасти.
Поскольку каждый сегмент лопасти имеет возможность независимо от других устанавливать свое положение, то данные, собираемые с датчиков давления, проходящие в системе управления специализированную обработку и превращающиеся в выходной управляющий сигнал, служат для управления сегментом лопасти и поддержания оптимального угла атаки.
Сбор информации об аэродинамических параметрах сегмента лопасти и подстройка угла установки происходит постоянно, в режиме реального времени, на протяжении всей траектории движения. Т.е. если рассмотреть сегмент лопасти, который в начальный момент времени находился в верхней части траектории и имел угол установки β1 и оптимальный угол атаки α1 при существующей в той области скорости воздушного потока, то при прохождении лопастью нижней части траектории (ротор совершил вращательное движение на угол 180) за счет более низкой скорости ветра ближе к поверхности земли угол атаки изменится на α2. Это изменение зафиксируется датчиками давления, установленными на сегменте лопасти, что приведет к созданию управляющего сигнала на изменение угла установки на β2, что в свою очередь вернет угол атаки к оптимальному значению α1.
Как показано на Фиг. 2, обработанный сигнал, поступивший с датчиков давления 3 на механизм привода регулирования угла установки сегмента лопасти, приводит в движение электропривод изменения угла установки сегмента лопасти 2, ролики 5 начинают движение по направляющей роликов 4, труба жесткости 1 служит для усиления конструкции.
Таким образом, предлагаемая конструкция имеет более широкие эксплуатационные возможности за счет разделения лопасти на сегменты, что позволяет оптимизировать угол установки каждого сегмента лопасти, повышая эффективность ветроэнергетической установки в целом.