Ветровая энергетическая установка

Полезная модель относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего воздушного потока в электрическую энергию.
Известна ветровая энергетическая установка (патент РФ №2351798), содержащая генератор и присоединенный к нему аэродинамический привод, работающий от энергии ветра. Аэродинамический привод состоит из двух соосно установленных воздушных винтов и дифференциального мультипликатора, содержащего центральное колесо, солнечное колесо и сателлиты, установленные на водиле. Установка снабжена шарниром с ограничителем вертикального поворота, стабилизаторами горизонтального и вертикального положения, а также управляемым тормозом для торможения внутреннего и внешнего валов, на которых установлены воздушные винты.
Недостатком данной ветровой энергетической установки является отсутствие возможности автоматического торможения винтов при достижении ими критической частоты вращения.
Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции ветровой энергетической установки, обеспечивающее автоматическое ограничение частоты вращения винтов.
Техническим результатом использования предлагаемой ветровой энергетической установки является повышение надежности и безопасности эксплуатации.
Технический результат достигается предлагаемой ветровой энергетической установкой, содержащей генератор и присоединенный к нему аэродинамический привод, работающий от энергии ветра. Аэродинамический привод состоит из соосно расположенных переднего и заднего воздушных винтов, жестко закрепленных соответственно на внутреннем и внешнем валах с возможностью вращения в противоположные стороны. Внутренний и внешний валы подключены к средству преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала генератора, выполненное в виде эпициклического дифференциального мультипликатора, состоящего из центрального колеса, солнечного колеса, сателлитов и водила. Сателлиты установлены на водиле с возможностью вращения, центральное колесо жестко закреплено на валу генератора, водило жестко закреплено на внутреннем валу, а солнечное колесо жестко закреплено на внешнем валу. Вал генератора установлен в корпусе генератора с возможностью вращения на опорах. На валу генератора жестко закреплены постоянные магниты, а обмотка возбуждения и опоры установлены внутри корпуса. Корпус генератора закреплен на стойке в плоскости центра масс ЦТ посредством шарнира и ограничителя вертикального поворота. На корпусе жестко установлены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения. На стабилизаторе вертикального положения жестко установлен балансировочный груз для совмещения центра масс ЦТ с вертикальной плоскостью, проходящей через шарнир. Передний и задний воздушные винты содержат каждый не менее двух лопастей и выполнены с изменяемым шагом. Внутри эпициклического дифференциального мультипликатора установлен центробежный тормоз, состоящий из втулки с жестко установленными на ней направляющими, фрикционных колодок, пружин растяжения и тормозного барабана. Фрикционные колодки установлены с возможностью радиального перемещения вдоль направляющих и поджаты к центру вращения пружинами растяжения. Втулка жестко закреплена на внутреннем валу, а тормозной барабан жестко закреплен на солнечном колесе.
На фиг. 1 изображена ветровая энергетическая установка. На фиг. 2 изображена кинематическая схема ветровой энергетической установки. Установка (фиг. 1) содержит генератор 1 и присоединенный к нему аэродинамический привод 2, работающий от энергии ветра. Аэродинамический привод 2 (фиг. 2) состоит из соосно расположенных переднего 3 и заднего 4 воздушных винтов, жестко закрепленных соответственно на внутреннем 5 и внешнем 6 валах с возможностью вращения в противоположные стороны. Внутренний 5 и внешний 6 валы подключены к средству преобразования 7 вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала генератора 8, выполненное в виде эпициклического дифференциального мультипликатора 9, состоящего из центрального колеса 10, солнечного колеса 11, сателлитов 12 и водила 13. Сателлиты 12 установлены на водиле 13 с возможностью вращения, центральное колесо 10 жестко закреплено на валу генератора 8, водило 13 жестко закреплено на внутреннем валу 5, а солнечное колесо 11 жестко закреплено на внешнем валу 6. Вал генератора 8 установлен в корпусе 17 генератора 1 с возможностью вращения на опорах 16. На валу генератора 8 жестко закреплены постоянные магниты 14, а обмотка возбуждения 15 и опоры 16 установлены внутри корпуса 17. Корпус 17 генератора 1 (фиг. 1) закреплен на стойке 19 в плоскости центра масс ЦТ посредством шарнира 18 и ограничителя вертикального поворота 20. На корпусе 17 жестко установлены стабилизаторы горизонтального 21 и вертикального 22 положения. На стабилизаторе вертикального 22 положения жестко установлен балансировочный груз 23 для совмещения центра масс ЦТ с вертикальной плоскостью, проходящей через шарнир 18. Передний 3 и задний 4 воздушные винты содержат каждый не менее двух лопастей 24 и выполнены с изменяемым шагом. Внутри эпициклического дифференциального мультипликатора 9 (фиг. 2) установлен центробежный тормоз 25, состоящий из втулки 26 с жестко установленными на ней направляющими 27, фрикционных колодок 28, пружин растяжения 29 и тормозного барабана 30. Фрикционные колодки 28 установлены с возможностью радиального перемещения вдоль направляющих 27 и поджаты к центру вращения пружинами растяжения 29. Втулка 26 жестко закреплена на внутреннем валу 5, а тормозной барабан 30 жестко закреплен на солнечном колесе 11. Установка работает следующим образом.
При эксплуатации установки воздушный поток приводит в действие аэродинамический привод 2 (фиг. 2), т.е. передний 3 и задний 4 воздушные винты через средство преобразования 7 вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала - вала генератора 8 -приводят в действие генератор 1. Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам к потребителям энергии. При изменении направления ветра стабилизаторы 21 и 22 (фиг. 1) автоматически корректируют установку оси генератора 1 в нужном направлении.
При усилении ветра увеличивается частота вращения переднего 3 и заднего 4 воздушный винтов, вращающихся в разные стороны совместно с валами, соответственно, 5 и 6 (фиг. 2). Внутренний вал 5 вместе с втулкой 26, направляющими 27 и колодками 28 вращается в одну сторону, а наружный вал 6 вместе с солнечным колесом 11 и тормозным барабаном 30 вращается в противоположную сторону. При достижении внутренним валом 5 с втулкой 26 критической частоты вращения колодки 28 под действием центробежных сил преодолевают усилие пружин растяжения 29 и перемещаются вдоль направляющих 27 от центра вращения до входа в контакт с тормозным барабаном 30. Центробежный тормоз 25 включается, силы трения, возникающие между колодками 28 и тормозным барабаном 30 создают тормозной момент, препятствующий дальнейшему увеличению частоты вращения внутреннего 5 и внешнего 6 валов.
При ослаблении ветра уменьшается частота вращения переднего 3 и заднего 4 винтов, а также внутреннего 5 и внешнего 6 валов. Вместе с уменьшением частоты вращения внутреннего вала 3 уменьшаются центробежные силы, действующие на колодки 28, пружины растяжения 29 поджимают колодки 28 к центру вращения, выключая центробежный тормоз 25. При выключенном центробежном тормозе 25 внутренний 5 и внешний 6 валы вместе с передним 3 и задним 4 винтами продолжают вращаться, не превышая допустимую частоту вращения.