ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам и может быть использован в энерготеплообеспечении загородных усадеб.
ном
Известна ветроэнергетическая установка ВЭА-30-300 с двумя поворотными лопастями (Ю.С.Васильев, Н.И.Хрисанов «Экология использования возобновляющихся энергоисточников», Ленинград, изд-во Ленинградского университета, 1991, стр.251-252), позволяющими расширить диапазон использования ветров от V=12 м/сек до V=5 м/сек и до V=25-30 м/сек.
Известны также ветряные мельницы, с четырьмя плоскими и одинаковой ширины (по фронту) лопастями, хорошо использующие средние и слабые ветра.
ном
Недостатки первой модели - конструктивное ограничение размеров (сложностью поворота лопастей); со снижением скорости ветра от V=12 м/сек соответствующее снижение частоты вращения ветроколеса и соответственно коэффициента использования энергии ветропотока.
Недостаток вторых в сравнительно малых размерах.
Известен также самолет нового поколения производственного объединения «Полет» города Омск с четырьмя пропеллерными устройствами, каждое на одном валу содержит по два четырехлопастных колеса (программа «Момент истины», ТВЦ).
Известны и вертолеты с двумя четырехлопастными колесами на одном вале.
Задачей решаемой предлагаемой полезной модели является создание ветроэнергетической установки, использующей с хорошим коэффициентом энергию средних и слабых ветров и конструктивно могущей иметь большие размеры.
Техническая сущность полезной модели заключается в том, что ветроэнергетическая установка, содержащая центральную и подвижную башни, соединенные двумя рамами, оканчивающимися двумя консолями за подвижной башней, содержащими оси, жестко закрепленные на рамах с вращающимися на них двухколесными роторами снабжена кольцами на центральной башне, роторы снабжены механизмами позицирования, а ветроколеса лопастями разного профиля.
Кольца дают возможность подвижной башне ориентировать на ветер рамы с роторами, перпендикулярно ветропотоку на рабочих ветрах и под углом при сверх ветрах. Механизмы позицирования дают возможность ставить на роторе лопасти ветроколеса относительно друг другу в наилучшее положение в зависимости от силы ветра. Разный профиль дает возможность переднее (к ветропотоку) колесо снабжать лопастями, хорошо противостоящими капору ветра, а заднее колесо - лопастями с более высоким коэффициентом использования энергии ветра.
На прилагаемых иллюстрациях приведены следующие фигуры с их описанием:
1. ветроэнергетическая установка в общем виде;
2. ротор с механизмом позицирования;
3. зубчатый венец механизма позицирования.;
4. лопасть второго колеса;
5. сечение лопасти второго колеса у основания;
6. сечение лопасти второго колеса в конце;
7. лопасть первого колеса;
8. сечение лопасти первого колеса у основания;
9. сечение лопасти первого колеса в конце. Предлагаемая ветроэнергетическая установка состоит из (фиг.1):
- центральной башни (1) с кольцами (2), круговой дороги (3) для передвижения тележки (4) с башней (5) для ориентации на ветер рам (6) с роторами (7) (фиг.1; фиг.2);
- каждая рама (6) (фиг.1) состоит из двух ферм соединяемых между собой на кольцах (2) на башне (5) перемычкой (8) и осями (9) с кронштейнами ферм рам (6) (фиг.1) (фиг.2) роторов (7);
- ротор (7) (фиг.1) (фиг.2) ветроэнергетической установки состоит из ступицы (10). К которой жестко закреплены шестерня (11) передающая вращение на генератор через шестерню (12) с валом, и основания (13) лопастей (14) (фиг.1) (фиг.2) (фиг.4) второго колеса, ступица имеет упорный бурт (15) (фиг.2), к которому жестко присоединен зубчатый венец (16) (фиг.3) для восприятия усилия от такого же венца, соединенного со ступицей (17) (фиг.2);
- со ступицей (17) (фиг.2) жестко соединены основания (18) лопастей (19) (фиг.1) (фиг.2) (фиг.7) первого колеса, ступица имеет упорный бурт (20) (фиг.2), кольцо (21) скользящее на ступице соединено со штоками гидроцилиндров (22), закрепленных на раме (6).
На рабочих ветрах перпендикулярность ветропотока плоскости вращения лопастей обеспечивается передвижением тележки (4) (фиг.1) с башней (5) по круговой дороге (3). При сверх ветрах рамы ставятся под углом к ветропотоку, это позволяет делать лопасти с меньшим запасом прочности, облегченными. Здесь учитывается, что роторы вращаются на осях, концы которых жестко закреплены, более практичный диаметр ротора 25 м, поэтому боковое давление не принесет вреда (как у гигантов, вращающихся с консольным валом).
По фронту лопасти (19) (фиг.7) (25) (фиг.8) (26) (фиг.9) расширяются от основания к концу и основания лопастей (18) более длинные. Такие лопасти хорошо противостоят напору ветра, а их ширина и увеличенное количество (4 лопасти) дают возможность с хорошим коэффициентом использовать энергию средних ветров на средних скоростях.
Лопасти (14) (фиг.4) (23) (фиг.5) (24) (фиг.6) также расширяются от основания к концу, они имеют канавку посередине, которая от середины к концу раздваивается. Это дает возможность лучше воспринимать давление ветра с увеличением давление к концу лопасти при его повышенной жесткости. Основание (13) также удлиненное. Удлиненные
основания (18) и (13)дают возможность ветропотоку свободно проходить через центральную часть ротора создавая дополнительное разрежение за ротором (7).
Работает ротор в трех режимах. При сильных ветрах, когда энергии достаточно, первое колесо устанавливается так, что бы лопасти второго колеса были в «ветровой тени» лопастей первого колеса. При средних ветрах первое колесо ставится так, чтобы ветропоток «стекающий» с его лопастей упирался в лопасти второго колеса. При слабых ветрах первое колесо ставится так, чтобы ротор работал как восьмилопастное колесо.
Механизм позиционирования работает следующим образом. Основание (18) лопастей (19) (фиг.2) первого колеса жестко соединены со ступицей (17), которая может скользить по основной ступице (10), к которой жестко закреплены основания (13), лопастей (!4) второго колеса. К внутреннему кольцу торца ступицы (17) жестко прикреплен зубчатый венец (16) (фиг.3) и такой же венец также закреплен на бурте (15) ступицы (10). Ветер давит на лопасти, ступица (17) скользит и зубья венцов сцепляются, две ступицы вращаются как одна.
Перестановка первого колеса в иное положение следующим образом: гидроцилиндры (22) закрепленные на раме (6) тянут на себя кольцо (21) скользящее по ступице (17), оно упирается в бурт (21) ступицы и выводит зубчатые венцы из зацепления, колесо, освобожденное от нагрузки, обгоняет второе (нагруженное), в нужном положении гидроцилиндры отключаются и под давлением ветра ступица (17) скользит назад вводя зубья венцов в зацепление.
Вращение к генератору передает жестко закрепленная на ступице (10) шестерня (11), входящая в зацепление с шестерней с валом (12).
2
При диаметре ветроколеса 25,5 м, площадь обметания будет 500 м. С центральной башней можно соединить две подвижные, тогда в одной ветроэнергетической установке будет 12 роторов общей площадью обметания 6000 м, что аналогично гиганту с диаметром ветроколеса 90 м, но он хорош при сильных ветрах, а уже на 8 м/сек (обычных для обжитой России) его коэффициент использования энергии ветра заметно снижается.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ИЛИ ИНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.
Повышение коэффициента использования ветра на средних и слабых ветрах.