Ветровая энергетическая установка с маховиком

Полезная модель относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего воздушного потока в электрическую энергию.
Известна ветровая энергетическая установка (патент РФ №206677), 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. Внутри дифференциального мультипликатора установлен центробежный тормоз, состоящий из втулки с жестко установленными на ней направляющими, фрикционных колодок, пружин растяжения и тормозного барабана.
Недостатком данной ветровой энергетической установки является слабая нагрузочная способность центробежного фрикционного тормоза, и вероятность выхода из строя вследствие перегрева при его долговременной работе. Кроме того, целесообразно предусмотреть возможность накапливать энергию в процессе автоматического торможения винтов при достижении ими критической частоты вращения.
Задачей полезной модели является повышение энергоэффективности ветровой энергетической установки в процессе преобразования энергии ветра в электрическую энергию при любой силе ветра.
Техническим результатом использования предлагаемой конструкции ветровой энергетической установки является усовершенствование конструкции ветровой энергетической установки, обеспечивающее автоматическое ограничение частоты вращения винтов с возможностью накопления механической энергии с целью ее последующего преобразования в электроэнергию.
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 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. На валу генератора посредством подшипников установлен маховик с возможностью вращения относительно вала генератора. Маховик имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, электромагнитной катушкой и пружиной образует управляемую фрикционную муфту. Полумуфта установлена на валу генератора с возможностью осевого перемещения и передачи крутящего момента с вала генератора на маховик при включении управляемой фрикционной муфты. Для включения управляемой фрикционной муфты предусмотрено устройство управления осевым перемещением полумуфты, содержащее коммутатор для передачи напряжения на электромагнитную катушку.
На фиг. 1 изображена ветровая энергетическая установка. На фиг. 2 изображена кинематическая схема ветровой энергетической установки в режиме вырабатывания электроэнергии. На фиг. 3 изображена кинематическая схема ветровой энергетической установки в режиме накопления и отдачи кинетической энергии вращения маховика.
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. На валу генератора 8 посредством подшипников 25 установлен маховик 26 с возможностью вращения относительно вала генератора 8. Маховик 26 имеет площадку под контакт 27, которая вместе с полумуфтой 28, электромагнитной катушкой 29 и пружиной 30 образует управляемую фрикционную муфту 31. Полумуфта 28 установлена на валу генератора 8 с возможностью осевого перемещения и передачи крутящего момента с вала генератора 8 на маховик 26 при включении управляемой фрикционной муфты 31. Для включения управляемой фрикционной муфты 31 предусмотрено устройство управления 32 осевым перемещением полумуфты 28, содержащее коммутатор 33 для передачи напряжения на электромагнитную катушку 29.
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 и достижении винтами 3 и 4 критической частоты вращения включается устройство управления 32 осевым перемещением полумуфты 28. Напряжение через коммутатор 33 подается на электромагнитную катушку 29, под действием электромагнитного поля, возникающего в ней, электромагнитная катушка 29 с полумуфтой 28 прижимается к площадке под контакт 27. Управляемая муфта 31 включается, передавая вращение с вала генератора 8 на маховик 26. Вращающийся маховик 26 накапливает кинетическую энергию, одновременно препятствуя дальнейшему увеличению частоты вращения переднего 3 и заднего 4 воздушный винтов.
При ослаблении ветра и уменьшении частоты вращения переднего 3 и заднего 4 винтов, устройство управления 32 осевым перемещением полумуфты 28 может работать в двух режимах. При нормальном ветре устройство управления 32 осевым перемещением полумуфты 28 выключено (фиг. 2), полумуфта 28 отодвинута усилием пружины 30 и не контактирует с площадкой под контакт 27, а маховик 26 свободно вращается. При слабом ветре или его отсутствии устройство управления 32 осевым перемещением полумуфты 28 включено (фиг. 3), полумуфта 28 прижата к площадке под контакт 27, а вращение с маховика 26 передается посредством включенной управляемой муфты 31 на вал 8 генератора 1, который вырабатывает электроэнергию.
Таким образом, применение маховика с механизмом управления в конструкции ветровой энергетической установки позволяет автоматически ограничивать частоту вращения винтов, а также накапливать механическую энергию для последующего преобразования в электроэнергию.