ВЕТРОЭЛЕКТРОУСТАНОВКА

Полезная модель относится к альтернативным источникам электрической энергии и предназначена для использования, как в сельских, так и в городских условиях.
Известна ветроэлектроустановка, содержащая ряд ветроколес с конфузором, представляющих собой батарею ветроколес, и ряд конических мультипликаторов, расположенных на платформе и имеющих вертикальный и горизонтальный валы, причем первый конический мультипликатор представляет собой конический мультипликатор-генератор, при этом каждое ветроколесо имеет минимум четыре вогнутых лопасти и вертикально расположенный вал, верхняя вращательная опора которого жестко связана с крышей здания ветроэлектроустановки, а нижняя упорно-вращательная опора вертикального вала жестко связана с основанием ветроэлектроустановки, вертикальный вал первого ветроколеса связан муфтой с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора, вертикальный вал каждого ветроколеса связан муфтой с вертикальным валом соответствующего конического мультипликатора, горизонтальные валы которых последовательно кинематически с помощью муфт связаны между собой и с валом конического мультипликатора-генератора, каждое ветроколесо установлено по отношению к предыдущему со смещением лопастей на угол, определяемый соотношением 90: N, где N - общее количество ветроколес, конфузор каждого ветроколеса выполнен прямоугольной формы в виде раструбов, установленных широкой частью в сторону воздушного потока, а узкой частью, направленной на рабочую поверхность лопасти ветроколеса, примыкающей к ней вплотную, платформа снабжена рядом конических ходовых колес, расположенных в направляющей, выполненной в виде круга и жестко связанной с зубчатым венцом плоского конического зубчатого колеса, расположенного сверху и кинематически связанного с малым коническим зубчатым колесом с возможностью вращения от привода, причем направляющая с платформой размещены на потолочной плите здания ветроэлектроустановки, платформа имеет флюгер и снабжена центрирующим валом, расположенным в подпятнике, выполненным в потолочной плите, а центрирующий вал имеет токосъемник (патент РФ №120723, МПК F03D 3/04, 27.09.2012).
Надежность токосъемных устройств не всегда бывает высокой.
Гибкий кабель от генератора прокладывается внутри мачты с возможностью контроля числа оборотов его закрутки и предусматривается его раскрутка при выполнении технических осмотров.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы предложить надежный токосъемник и снизить время на техосмотры за счет устранения закрутки кабеля.
Технический результат достигается тем, что в ветроэлектроустановке, содержащей ряд ветроколес с конфузором, представляющих собой батарею ветроколес, и ряд конических мультипликаторов, расположенных на платформе и имеющих вертикальный и горизонтальный валы, причем первый конический мультипликатор представляет собой конический мультипликатор-генератор, при этом каждое ветроколесо имеет минимум четыре вогнутых лопасти и вертикально расположенный вал, верхняя вращательная опора которого жестко связана с крышей здания ветроэлектроустановки, а нижняя упорно-вращательная опора вертикального вала жестко связана с основанием ветроэлектроустановки, вертикальный вал первого ветроколеса связан муфтой с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора, вертикальный вал каждого ветроколеса связан муфтой с вертикальным валом соответствующего конического мультипликатора, горизонтальные валы которых последовательно кинематически с помощью муфт связаны между собой и с валом конического мультипликатора-генератора, каждое ветроколесо установлено по отношению к предыдущему со смещением лопастей на угол, определяемый соотношением 90: N, где N - общее количество ветроколес, конфузор каждого ветроколеса выполнен прямоугольной формы в виде раструбов, установленных широкой частью в сторону воздушного потока, а узкой частью, направленной на рабочую поверхность лопасти ветроколеса, примыкающей к ней вплотную, платформа снабжена рядом конических ходовых колес, расположенных в направляющей, выполненной в виде круга и жестко связанной с зубчатым венцом плоского конического зубчатого колеса, расположенного сверху и кинематически связанного с малым коническим зубчатым колесом с возможностью вращения от привода, причем направляющая с платформой размещены на потолочной плите здания ветроэлектроустановки, платформа имеет флюгер и снабжена центрирующим валом, расположенным в подпятнике, выполненным в потолочной плите, а центрирующий вал имеет токосъемник, согласно нашему предложению, токосъемник выполнен с диэлектрической ступицей, жестко связанной с центрирующим валом, к которой жестко прикреплен металлический диск с ободом, имеющим цилиндрическую поверхность, при этом к цилиндрической поверхности обода прижат графитовый ролик, расположенный на оси рамки с возможностью вращения, рамка снабжена центральным штоком с резьбой на конце, на штоке расположена пружина с направляющими шайбами на концах, причем правая направляющая шайба упирается в неподвижную диэлектрическую стенку и в торец регулировочной гайки с рукоятками, навернутой на резьбовой конец центрального штока, имеется контргайка, предотвращающая самоотвертывание регулировочной гайки, боковые стороны рамки расположены в диэлектрических направляющих пазах станины, подводящий провод жестко связан с металлическим диском, а отводящий - с центральным штоком.
Такое исполнение ветроэлектроустановки позволило повысить надежность токосъемника, снизить количество техосмотров ветроустановки, поскольку отпала необходимость раскрутки кабеля, соединяющего генератор с потребителем.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема главного вида ветроэлектроустановки, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (вид сверху на ветроэлектроустановку), на фиг.3 - схема токосъемника.
На чертежах цифрами обозначены:
1 - первое ветроколесо с вогнутыми лопастями,
2 - второе ветроколесо с вогнутыми лопастями,
3 - третье ветроколесо с вогнутыми лопастями,
4 - вертикальный вал ветроколеса,
5 - вогнутые лопасти ветроколеса,
6 - конфузор,
7 - муфта,
8 - первый конический мультипликатор (конический мультипликатор-генератор),
9 - второй конический мультипликатор,
10 - третий конический мультипликатор,
11 - муфта,
12 - муфта,
13 - платформа,
14 - коническое ходовое колесо,
15 - направляющая,
16 - зубчатый венец плоского конического зубчатого колеса,
17 - малое коническое зубчатое колесо,
18 - следящий электропривод,
19 - центрирующий вал,
20 - подпятник,
21 - потолочная плита здания ветроэлектроустановки,
22 - токосъемник,
23 - диэлектрическая ступица,
24 - металлический диск,
25 - обод,
26 - графитовый ролик,
27 - ось,
28 - рамка,
29 - центральный шток,
30 - пружина,
31 - направляющая шайба,
32 - диэлектрическая стенка,
33 - регулировочная гайка,
34 - контргайка,
35 - резьбовой крепежный элемент,
36 - резьбовой крепежный элемент,
37 - диэлектрическая направляющая станины.
38 - верхняя вращательная опора вертикального вала ветроколеса,
39 - крыша здания ветреэлектроустановки,
40 - нижняя упорно-вращательная опора вертикального вала ветроколеса,
41 - основание ветроэлектроустановки.
Ветроэлектроустановка содержит ряд ветроколес 1, 2, 3 с конфузором 6 и ряд конических мультипликаторов 8, 9, 10, расположенных на платформе 13. Ветроколеса 1, 2 и 3 представляют собой единую батарею ветроколес. Количество ветроколес в батарее определяется несущей способностью потолочной плиты 21 здания ветроэлектроустановки. Конические мультипликаторы 8, 9, 10 имеют вертикальный и горизонтальный валы.
Первый конический мультипликатор представляет собой конический мультипликатор-генератор 8. Каждое ветроколесо 1, 2, 3 имеет минимум четыре вогнутых лопасти и вертикально расположенный вал 4. Верхняя вращательная опора 38 вертикального вала 4 жестко связана с крышей 39 здания ветроэлектроустановки. Нижняя упорно-вращательная опора 40 вертикального вала 4 жестко связана с основанием 41 ветроэлектроустановки. Вертикальный вал 4 первого ветроколеса 1 связан муфтой 7 с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора 8. Вертикальный вал 4 второго ветроколеса 2 и вертикальный вал 4 третьего ветроколеса 3 связаны через соответствующую муфту с вертикальным валом соответственно второго 9 и третьего 10 конических мультипликаторов. Горизонтальные валы второго 9 и третьего 10 конических мультипликаторов последовательно кинематически с помощью муфт 11 и 12 связаны между собой и с горизонтальным валом конического мультипликатора-генератора 8. Таким образом, вертикальный вал каждого ветроколеса 2, 3 связан кинематически с горизонтальным валом конического мультипликатора-генератора 8. Каждое ветроколесо установлено по отношению к предыдущему со смещением лопастей на угол, определяемый соотношением 90:N, где N - общее количество ветроколес. Углы смещения устанавливаются с помощью зубчатых колес (на чертеже условно не показаны) путем поворота их на соответствующий угол. Конфузор 6 каждого ветроколеса выполнен прямоугольной формы в виде раструбов, установленных широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока, а узкой частью (горловиной), направленной на рабочую поверхность лопасти 5 ветроколеса, примыкающей к ней вплотную. Ветроэлектроустановка имеет платформу 13, на которой расположены конический мультипликатор-генератор 8, конические мультипликаторы 9, 10, кинематически связанные с ветроколесами, соответственно, 1, 2, 3. Платформа 13 имеет флюгер (на чертеже условно не показан) и снабжена рядом конических ходовых колес 14, расположенных в направляющей 15. Направляющая 15 установлена неподвижно, выполнена из швеллера в виде круга и жестко связана с зубчатым венцом 16 плоского конического зубчатого колеса, расположенного сверху. Зубчатый венец 16 плоского конического зубчатого колеса кинематически связан с малым коническим зубчатым колесом 17 с возможностью вращения от привода. Направляющая 15 с платформой 13 размещена на потолочной плите 21 здания ветроэлектроустановки. Платформа 13 снабжена центрирующим валом 19, расположенным в подпятнике 20, выполненным в потолочной плите 21. Центрирующий вал 19 имеет токосъемник 22.
Отличием предлагаемой ветроэлектроустановки является то, что токосъемник 22 выполнен с диэлектрической ступицей 23, жестко связанной с центрирующим валом 19. К диэлектрической ступице 23 жестко прикреплен металлический диск 24 с ободом 25, имеющим цилиндрическую поверхность. К цилиндрической поверхности обода 25 прижат графитовый ролик 26. Графитовый ролик 26 расположен на оси 27 рамки 28 с возможностью вращения. Рамка 28 снабжена центральным штоком 29 с резьбой на конце. На центральном штоке 29 расположена пружина 30 с направляющими шайбами 31 на концах. Правая направляющая шайба 31 упирается в неподвижную диэлектрическую стенку 32 и в торец регулировочной гайки 33 с рукоятками, навернутой на резьбовой конец центрального штока 29. Контргайка 34 предотвращает самоотвертывание регулировочной гайки 33. Боковые стороны рамки 28 расположены в диэлектрических направляющих пазах 37 станины. Подводящий провод жестко связан с металлическим диском 24, а отводящий - с центральным штоком 29.
Пример конкретного выполнения.
Ветроэлектроустановка (фиг.1) содержит три ветроколеса 1, 2, 3, представляющих собой батарею ветроколес, каждое из которых имеет вертикально расположенный вал 4 и четыре вогнутые лопасти 5 (фиг.2).
Верхняя вращательная опора 38 вертикального вала 4 жестко связана с крышей 39 здания ветроэлектроустановки, а нижняя упорно-вращательная опора 40 вала 4 жестко связана с основанием 41 ветроэлектроустановки.
Для увеличения скорости ветра ветроколеса 1, 2, 3 снабжены конфузорами 6 прямоугольной формы в виде раструбов, установленных широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока, а узкой частью (горловиной), направленной на рабочую поверхность вогнутой лопасти 5 ветроколеса, примыкающей к ней вплотную.
При этом каждое последующее ветроколесо установлено по отношению к предыдущему со смещением лопастей на угол α (фиг.2), определяемый количеством градусов прямого угла, приходящегося на количество ветроколес в батарее.
Лопасти каждого последующего ветроколеса, например, ветроколеса 2, смещены по отношению к предыдущему на угол α. Для описанной ветроэлектроустановки угол α равен 30°. Лопасти третьего ветроколеса 3 смещены еще на 30° и составляют по отношению к лопастям ветроколеса 2 угол, равный 60°. Неравномерности вращения всех ветроколес складываются, а общая неравномерность вращения ротора генератора Г конического мультипликатора-генератора 8 уменьшается, поскольку каждое ветроколесо работает на генератор Г со смещением по фазе на угол, равный 30°.
Количество N ветроколес может быть любым и определяется несущей способностью потолочной плиты 21 здания ветроэлектроустановки. Чем больше ветроколес, тем равномернее будет вращаться ротор генератора Г. Увеличение количества ветроколес повысит мощность ветроэлектроустановки примерно во столько раз, сколько стало ветроколес.
На платформе 13 расположены первый конический мультипликатор (конический мультипликатор-генератор 8), второй 9 и третий 10 конические мультипликаторы, и батарея ветроколес 1, 2, 3.
Вертикальный вал 4 первого ветроколеса 1 связан муфтой 7 с вертикальным валом конического мультипликатора-генератора 8, установленного под конфузором 6. Вертикальные валы второго 2 и третьего 3 ветроколес связаны такими же муфтами с соответствующими вертикальными валами второго 9 и третьего 10 конических мультипликаторов. Конические мультипликаторы 9 и 10 последовательно кинематически с помощью муфт 11 и 12 связаны между собой и с валом конического мультипликатора-генератора 8.
Платформа 13 имеет флюгер (на чертеже условно не показан) и снабжена рядом конических ходовых колес 14, расположенных в неподвижной круговой швеллерной направляющей 15, жестко связанной с зубчатым венцом 16 плоского конического зубчатого колеса. Зубчатый венец 16 расположен сверху и кинематически связан с малым коническим зубчатым колесом 17 с возможностью вращения от привода 18.
Направление конфузоров 6 широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока осуществлено с помощью привода 18.
Направление конфузоров 6 корректируется приводом 18 путем сравнения этого направления с направлением флюгера (направлением ветра).
Платформа 13 снабжена центрирующим валом 19, расположенным в подпятнике 20, выполненным в потолочной плите 21 здания ветроэлектроустановки. Вал 19 снабжен токосъемником 22.
Токосъемник 22 выполнен с диэлектрической ступицей 23 (фиг.3), жестко связанной с центральным валом 19, к которой жестко прикреплен металлический диск 24 с ободом 25. К диску 24 жестко прикреплен подводящий провод (вход). Обод 25 имеет цилиндрическую поверхность с высококлассной обработкой. К цилиндрической поверхности обода 25 прижат высокопрочный графитовый ролик 26, расположенный на оси 27 рамки 28 с возможностью вращения. Рамка 28 снабжена центральным штоком 29 с резьбой на конце.
На штоке 29 расположена пружина 30 с направляющими шайбами 31 на концах. Правая шайба 31 упирается в неподвижную диэлектрическую стенку 32 и в торец регулировочной гайки 33 с рукоятками, навернутой на резьбовой конец центрального штока 29. Имеется и контргайка 34, предотвращающая самоотвертывание регулировочной гайки 33. Отводящий провод (выход) прикреплен к центральному штоку 29 с помощью дополнительных резьбовых крепежных элементов 35 и 36. Боковые стороны рамки 28 расположены в диэлектрических направляющих пазах 37 станины.
Предлагаемая ветроэлектроустановка работает следующим образом.
Направление конфузоров 6 широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока (фиг.2) приводит в движение ветроколеса 1, 2, 3.
Батарея ветроколес 1, 2, 3 через зубчатые механизмы 16 и 17 вращает ротор генератора Г конического мультипликатора-генератора 8, который вырабатывает электрический ток. Электрический ток (фиг.3) по подводящему проводу (входу), подается на металлический диск 24 токосъемника 22.
При повороте конфузоров 6 широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока, с помощью зубчатого механизма 16 и 17 с приводом 18, происходит поворот и платформы 13. Вместе с платформой 13 поворачивается и центрирующий вал 19 с диском 24. Электрический ток с металлического диска 24 снимается графитовым роликом 26 и по рамке 28 подается на отводящий провод (выход), соединяющий генератора Г с потребителем. Выработанная электроэнергия может использоваться как в момент ее выработки, так и аккумулироваться в электроаккумуляторы с возможностью использования в требуемый момент времени.
В случае износа графитового ролика 26 усилие пружины 30 можно регулировать регулировочной гайкой 33. Для предотвращения самоотвертывания регулировочной гайки 33 предусмотрена контргайка 34. Отводящий провод закреплен к центральному штоку 29 с помощью дополнительных резьбовых крепежных элементов 35 и 36. Для предотвращения вращения рамки 28 с графитовым роликом 26, она расположена в диэлектрических направляющих 37 станины.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволит повысить надежность токосъемника и значительно экономить время на техосмотры за счет устранения закрутки кабеля.