ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
WIND-DRIVEN POWER PLANT

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрогенераторам.
Известна ветроэлектрогенераторная установка [1], содержащая башню, поворотное основание, на котором установлены ветроколеса и статорный элемент с сердечником, при этом последний через воздушный зазор связан с роторными элементами, выполненными в виде постоянных магнитов с полюсными наконечниками и установленными на концах лопастей ветроколес, согласно изобретению в сердечнике статорного элемента выполнены прорези, а постоянный магнит роторного элемента снабжен бандажом, установленным в прорези сердечника статорного элемента.
Из всех известных аналогов наиболее близкой к заявленной по совокупности существенных признаков является Ветроэнергетическая установка [2], содержащая установленный в опоре с возможностью вращения вертикальный вал, поворотные лопасти, установленные на равном расстоянии от вала с возможностью вращения вокруг своих осей, параллельных оси вала, с угловой скоростью, в два раза меньше угловой скорости возможного вращения вала, и в сторону, противоположную вращению вала, при этом лопасти выполнены в виде симметричного профиля шириной, равной удвоенному расстоянию от кромки вала до оси вращения лопастей, имеющих кинематическую связь с флюгером с датчиком направления ветра, а угол, заключенный между плоскостью лопасти в момент ее совпадения с осью вала составляет 90°, а также статорные и роторные элементы, поворотное основание.
Недостатком данной ветроэнергетической установки является низкое использование воздушного потока.
Изобретение направлено на повышение использования воздушного потока и, как следствие, улучшение энергетики установки.
Это достигается тем, что ветроэнергетическая установка, содержащая башню, поворотное основание, поворотные валы с лопастями, статорные элементы, роторные элементы, флюгер с датчиком направления ветра, согласно изобретению выполнена так, что между роторными элементами и валами лопастей установлены позиционные фиксаторы с пружинными элементами, выполненные в виде самотормозящегося редуктора или сердечника с катушкой.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показана конструкция ветроэнергетической установки, вид спереди в разрезе, на фиг.2 - тоже, вид сверху. На фиг.3 показано взаимодействие торцевых роторов с элементами статора, на фиг.4 показан торцевой роторный элемент, вид сбоку, на фиг.5 показана функциональная схема системы управления статорными элементами, на фиг.6 показана конструкция фиксатора, разрез по горизонтали середины корпуса, на фиг.7 показана схема варианта с самотормозящим червячным редуктором.
Ветроэнергетическая установка состоит из поворотного основания 1, роторных элементов 2, укрепленных на основании 1 с помощью кронштейнов 3, на валах роторных элементов установлены лопасти 4, статорных элементов 5 с сердечниками и обмотками, башни 6, флюгера 7 с датчиком направления ветра 8.
Флюгер установлен на стойке 9, а выработка энергии осуществляется статорными элементами, показанными на фиг.1 в разрезе, которые имеют источники магнитного поля 10 (например, постоянные магниты), обмотки 11 и сердечники 12. Магнитный поток силовых статорных элементов коммутируется силовыми роторными элементами 13. Роторы, управляющие положением лопастей, имеют торцевое исполнение и состоят из наконечников 14, источников магнитного поля - постоянных магнитов 15, вала 16 и ступицы 17. Система управления включает датчик направления ветра 8, который в свою очередь состоит из двух групп 18 и 19 расположенных по окружности коммутирующих элементов, например герконов. Данные элементы управляются группами постоянных магнитов, которые расположены в секторах 20, установленных на подвижном основании 21, которое, в свою очередь, соединено со стойкой 9 флюгера 7. Выходы герконов соединены с коммутатором 22, который через преобразователь 23 осуществляет коммутацию статорных элементов внешнего кольца 24 и внутреннего кольца 25. Статорные элементы (сердечники) снабжены обмотками 26, при этом сердечники установлены на ферромагнитном основании 27. Магнитные потоки через роторные элементы 2 могут иметь однонаправленную ориентацию 28 и разнонаправленные ориентации 29. Между роторными элементами 2 и валами лопастей 4 установлены позиционные фиксаторы 30 с пружинными элементами 31, в качестве которых могут выступать и самотормозящиеся редукторы, например червячные. В варианте с электромагнитным фиксатором имеется сердечник 32 с катушкой 33.
Работа устройства. Усилие ветра осуществляется лопастями 4, находящимися на поворотных роторах 2 и вращающемся основании 3, которые вместе с роторными элементами 2 вращаются, проходя через статорные элементы 5, закрепленные на основании башни 6. Магнитная цепь замыкается и лопасти поворачиваются до 90°, после отработки сигнала положение лопастей фиксируется. Флюгер 7, поворачиваясь, через датчик направления ветра 8 посылает сигнал на статорные элементы 5, тем самым корректируя время поворота лопастей.
Направление ветра, установленное флюгером 7, приводит к определенной ориентации основания 21 с секторами 20 относительно коммутирующих элементов 18 и 19, которые через коммутатор 22 задают конфигурации полярности внешних 24 и внутренних 25 статорных элементов. Данные комбинации, в свою очередь, задают ориентацию моментных роторных торцевых элементов 2 и, следовательно, лопастей 4. Наиболее типичные комбинации приведены на фиг.3. Так, в правой части фиг.3 показана конфигурация А, обеспечивающая, кроме ориентации лопастей по потоку, ее максимальную фиксацию. Диаметрально противоположно пунктиром показано положение лопастей Б, при котором сопротивление потоку минимально. Промежуточные положения - В и Г показаны соответственно в верхней части фиг.3 и слева внизу. Коммутация статорных элементов, обмотки которых соединены с преобразователем 23, могут включаться на различную полярность, обеспечивая при этом или замыкание магнитной цепи по роторному элементу 2 - конфигурация А, направление магнитных силовых линий показано на правых элементов фиг.1, контур обозначен позицией 28, или же отдельные обмотки 26 обеспечивают встречное включение, что в итоге приводит к нейтрализации потока, а точнее к появлению двух взаимонаправленных потоков рассеяния. На фиг.3 такие элементы обозначены пустыми кружками, а на фиг.1 данные контуры магнитных потоков обозначены позицией 29. В простейшем виде лопасти представляют собой плоские элементы, например крылья парусного типа, обеспечивающие максимальное тяговое усилие в положении А, минимальное сопротивление потоку в положении Б, переход от А к Б происходит через положение В, а от Б к А происходит через положение Г. Питание элементов 18, 19, 22, 23, 24, 25 осуществляется от генераторных катушек 11 (на фиг.2 не показано). В стационарном состоянии сердечник 32 прижимается пружиной и через шарик фиксирует диск крепления лопастей. В момент перемещения система управления подает сигнал на катушку 33, сердечник втягивается и происходит расфиксация диска. Далее после поворота на 45° питание снимается и сердечник под действием пружины фиксирует диск.
Технико-экономическим преимуществом данной ветроэнергетической установки является относительно высокая эффективность установки, что дает возможность сооружать установки с более высоким коэффициентом полезного действия за счет обеспечения оптимальной конфигурации лопастей относительно ветрового потока.
Источники информации
1. А.с. РФ №2211951 / A.M.Литвиненко - Ветроэлектрогенераторная установка, Б.И. №25, 2003 г., F03D 9/00.
2. А.с. РФ №2263816 / Е.Н.Вергейчик - Ветроэнергетическая установка, Б.И. №31, 2005 г., F03D 3/06.