ВЕТРОВОЙ ГЕНЕРАТОР, ИМЕЮЩИЙ ВЕРТИКАЛЬНУЮ ОСЬ И СОДЕРЖАЩИЙ ЛОПАСТИ ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ СКОРОСТИ
WIND GENERATOR WITH VERTICAL AXLE AND SPEED-LIMITING BLADE

Изобретение относится к ветровому генератору электрического тока, имеющему вертикальную ось и содержащему лопасти для ограничения скорости в случае максимального порыва ветра.
Ветровые генераторы известны, широко используются и являются одной из форм экологически чистого производства электрического тока. При использовании этих систем движущая энергия ветра успешно преобразуется во вращение, в результате чего обеспечивается выработка электрического тока (при соответствующем соединении) в районах с высокой среднестатистической скоростью ветра.
Ветровые генераторы обычно используют лопасти, расположенные на горизонтальной оси, вращающейся с порывом ветра. Вращающаяся ось соединена с генератором электрического тока. Размер этой конструкции и способ ее выполнения у разных производителей отличаются.
Известные ветровые генераторы электрического тока имеют некоторые недостатки, как, например, неконтролируемое развитие высокой скорости вращения в случае сильного ветра или значительный период бездействия вначале, что предполагает низкие рабочие характеристики при небольшой скорости ветра. Подобное бездействие системы вызвано, в основном, необходимостью использования наклонных лопастей, которые обеспечивают возможность развития необходимого давления при сильном ветре.
Еще одним недостатком известных ветровых генераторов является то, что эти системы предназначены для использования и установки вне жилых районов, поскольку их возведение и монтаж требуют выполнения специальных мероприятий по ограничению доступа посторонних из соображений безопасности.
Использование этих установок приводит к высокой стоимости электрического тока, и вырабатывать электрический ток для автономного домашнего потребления (на ветрогенератор и дом) практически трудно и финансово невыгодно. Конструкции подобного рода имеют еще один серьезный недостаток. Каждая из этих лопастей имеет реверс к оси, чтобы избежать излишнего ускорения, и таким образом они снижают сопротивление воздуха и, в конечном итоге, скорость вращения оси. Механизм реверса обычно представляет собой сочетание электронных и механических систем. Надежность этих систем недостаточна. Лопасти многократно получают различный наклон, и это изменение установившихся параметров влияет на рабочие характеристики генератора.
Настоящее изобретение относится к ветровому генератору электрического тока, имеющему вертикальную ось и содержащему лопасти ограничения скорости в случае максимального порыва ветра.
Задачей изобретения является удовлетворение потребностей в производстве электрического тока для бытового использования в небольшом количестве и устранение известных недостатков изготовления. Достигнутыми преимуществами изобретения являются: небольшая масса конструкции, простота монтажа, минимальное бездействие вначале, простота доступа, безопасность технического обслуживания и, самое главное, максимальное количество контролируемых оборотов за счет сочетания внутренних и внешних лопастей.
Особенностью изобретения является то, что ветровой генератор посажен на устойчивый канал, на верхней части которого размещен упорный подшипник. На генераторе под упорным подшипником закреплены три (внутренние) лопасти. Эти лопасти изготовлены из листового нержавеющего металла по существу одинаковыми. Они также посажены под углом 120 градусов друг к другу и с максимально возможной точностью для обеспечения наилучшего уравновешивания системы и недопущения снижения производительности вследствие трения или вибрации. На этих лопастях закреплены три другие лопасти (внешние). Сама конструкция выполнена с возможностью использования трех, четырех или пяти внутренних лопастей и такого же количества внешних лопастей. При этом выбор трех пар лопастей является наиболее функциональным и предпочтительным по стоимости, весу и рабочим характеристикам. Внешние лопасти имеют аэродинамическое сечение и выполнены из специальной прочной пластмассы, устойчивой к воздействию солнечного излучения и погодных условий. Эти лопасти имеют специальные ребра и полости для обеспечения поддержки краев, а внутри лопастей закреплен проволочный трос, препятствующий разбросу в случае разлома. Внутренние лопасти обеспечивают пуск при меньшей возможной скорости ветра, а внешние лопасти обеспечивают высокие показатели количества оборотов в минуту, натяг и рабочие характеристики.
Согласно изобретению, это достигнуто благодаря поступлению воздуха на внутренние лопасти и созданию силы, которая их вращает. Внешние лопасти (подвешенные лопасти) способствуют еще большему увеличению силы и скорости вращения вследствие их аэродинамического сечения. В то же время достигнутая скорость является большей в сравнении со скоростью, которой удалось бы достичь, если бы эти лопасти отсутствовали, это происходит за счет увеличения площади и аэродинамических характеристик внешних лопастей. Если скорость ветра постепенно увеличивается более желаемой, лопасти также постепенно меняют положение, так что угол атаки ветра меняется, так что лопасти оказывают сопротивление ветровому потоку, поддерживая постоянной скорость вращения и не допуская чрезмерного повышения скорости, которое может быть вредным для блока выработки электроэнергии и самого ветрового генератора. Благодаря этому достигнуты необходимые рабочие характеристики стабильно работающей энергогенерирующей системы.
Изобретение раскрыто ниже на примере и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показано перспективное изображение изобретения с подробным изображением деталей ветрового генератора,
на фиг. 2 показан соответствующий вид сверху,
на фиг. 3 показан фрагмент конструкции, на которой ограничивающие лопасти удерживаются пружиной,
на фиг. 4 показан частичный разрез генератора.
Изобретение содержит неподвижную вертикальную ось (1), имеющую круглое сечение и прикрепленную винтами к неподвижному участку. Вся конструкция выполнена с возможностью вращения на указанной вертикальной оси. Три внутренние лопасти (2) образуют основной центр сопротивления и воздушный поток. Проход воздуха через них вызывает вращение. Лопасти удерживаются винтами и прикреплены своими кромками к дискам (3 и 13), установленным выше и ниже неподвижной вертикальной оси (1). Прикрепление лопастей к нижней части вертикальной оси (1) осуществлено посредством демпферного блока (5), а его стабилизация осуществлена посредством разделенной колодки (6). Причем привод является прямым, а нагрузка на вертикальную ось (1) является симметричной.
Металлическая опора (7) удерживается на внутренней лопасти соединительным элементом (9), и ограничивающая лопасть (8), (внешние лопасти) установлена на краю. Эта металлическая опора (7) образует основу для ограничивающей лопасти и прикреплена посредством стержня, который образует соединительный элемент на внутренней лопасти (2). Основы ограничивающих лопастей соединены между собой специальными металлическими пластинами (10) для принятия одинакового угла наклона соответственно направлению ветра при их совместном перемещении друг за другом. Это может быть реализовано, поскольку специальные металлические пластины (10) удерживаются на краях лопастей противоположными соединительными элементами (4), которые посажены в специальные металлические опоры (7). Их форма подобна тупому углу, а в сочетании со своим расположением они задают предел для изменения положения ограничивающих лопастей, которое образует угол атаки воздуха на них.
На металлической опоре (7) внешней лопасти выполнен стержень (14), обращенный к центру конструкции и параллельный оси вращения. Пружина (15) подвешена на этом стержне, а ее другой край расположен на стержне (12), выполненном в виде штырька на внутренней поверхности противоположной внутренней лопасти. Соединительный элемент (9) обеспечивает ограничивающим лопастям возможность изменения положения, в сочетании со специальными металлическими пластинами (10) и пружиной (15) и во время максимальной скорости ветра позволяет по умолчанию принять такое положение относительно конструкции, которое поддерживает постоянным количество оборотов в минуту генератора. Окончательное положение лопастей возникает вследствие большой центробежной силы, развиваемой ограничивающими лопастями. Это положение преодолевает предварительное напряжение пружины (15), так что угол атаки ветра на ограничивающие лопасти изменяется. Вследствие этого конечное количество оборотов в минуту лопастей и генератора стабилизируется, а существующие пружины возвращают лопасти в исходное положение, которое возникает, если скорость воздушного потока находится в желаемых пределах. Напряжение пружины регулируется для оказания сопротивления в необходимых пределах скорости воздуха - количество оборотов в минуту может быть отрегулировано по желанию производителя в большую или меньшую сторону.
Ограничивающая лопасть имеет специальное аэродинамическое сечение и внутренний проволочный трос (16) для обеспечения безопасности, препятствуя разбросу в случае разлома. Этот проволочный трос оканчивается специальной деталью (17), которая обеспечивает необходимое натяжение.
Использование генератора (18) на конструкции осуществляется посредством обычного встраивания генератора в эксцентриситет конструкции. В отличие от обычного использования двигателей и генераторов, мы имеем во время работы постоянные повороты катушки (19) и ферромагнитного сердечника (20) и вращение оболочки, содержащей внутренние постоянные магниты (21).