Мобильная ветроэнергоустановка

Полезная модель относится к области малой энергетики, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения ветротурбины, и может быть использована в качестве мобильного источника для получения электрической энергии.
Известна мобильная ветроэнергоустановка (ВЭУ), содержащая опору, соединенную гибким элементом с каркасной рамой в виде надувной оболочки, разделенной на автономные секции, каждая из которых снабжена пневмоштуцерами и заполнена под давлением либо воздухом, либо газом легче воздуха, на которой установлены генератор и ветровинты, и которая закреплена на жесткой опоре, причем ветровинты закреплены на образующих цилиндра, выполненного в виде надувного элемента со встроенным генератором и снабженного торцевыми полуосями, закрепленными в опорах, расположенных на верхних площадках каркасной рамы, при этом ветроустановка снабжена пневматическим компрессором с распределителем воздуха или газа с соответствующими гибкими трубопроводами и пневмоштуцерами (см. RU № 95755, МПК F03D11/00, 2010).
Недостаток этого решения массивность и громоздкость, исключающая возможность переноски одним человеком вместе с другими вещами.
Известна также мобильная ветроэнергоустановка, содержащая вертикальный вал, снабженный вертикально ориентированными лопастями, образующими ветроколесо с вертикальной осью вращения (см. RU № 112287, МПК F03D 3/00, 2011).
Недостаток этого решения массивность и громоздкость, исключающая возможность переноски одним человеком вместе с другими вещами.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое устройство, является обеспечение компактности установки, обеспечение простоты эксплуатации, мобильности и быстроты развертывания ВЭУ для работы.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является снижение массивности и громоздкости ветроэнергоустановки до уровня, обеспечивающего возможность переноски одним человеком вместе с другими вещами.
Поставленная задача решается тем, что мобильная ветроэнергоустановка, содержащая вертикальный вал, снабженный вертикально ориентированными лопастями, образующими ветроколесо с вертикальной осью вращения, отличается тем, что вертикальный вал выполнен как вал электрогенератора, при этом ветроколесо содержит верхний и нижний опорные диски, соосно и жестко надетые на вертикальный вал, при этом по периметру диски скреплены друг с другом плоскими вертикальными лопастями, расположенными на равных расстояниях друг от друга, кроме того, генератор жестко закреплен в полости основания, при этом, ветроколесо соосно установлено в корпусе направляющего аппарата, выполненного раздвижным, для чего верхняя поверхность основания выполнена плоской и перпендикулярна оси вращения вертикального вала, кроме того направляющий аппарат содержит верхний дополнительный диск, через который соосно свободно пропущен вертикальный вал, при этом направляющие лопатки направляющего аппарата снабжены соосными выступами, выполненными с возможностью их установки с возможностью поворота в соответствующих отверстиях основания и крышки корпуса, кроме того, каждая направляющая лопатка снабжена выступом, обращенным к вертикальному валу, причем названный выступ каждой направляющей лопатки шарнирно связан с одним концом стержня, второй конец которого шарнирно скреплен с дополнительным диском, причем диск снабжен выступом, выпущенным через прорезь в крышке корпуса.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков формулы полезной модели обеспечивает снижение массивности и громоздкости ветроэнергоустановки до уровня, обеспечивающего возможность ее переноски одним человеком вместе с другими вещами.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами. На фиг.1 изображен общий вид мобильной ветроустановки; на фиг.2 - продольный разрез (вид А на фиг.1); на фиг.3 – механизм поворота направляющих лопастей (вид А1 на фиг.1); на фиг.4 – поперечный разрез ветроустановки (вид В на фиг.1).
На чертежах показаны вертикальный вал 1, лопасти 2, электрогенератор 3, верхний 4 и нижний 5 опорные диски ветроколеса, полость 6 основания 7, соосные выступы 8, отверстия 9 и 10 основания 7 и крышки 11 корпуса, выступы 15, стержень 13, верхний дополнительный диск 14, выступ 12, прорезь 16 в крышке 11 корпуса, направляющие лопатки 17 направляющего аппарата.
Мобильная ВЭУ содержит вертикальный вал 1, снабженный вертикально ориентированными лопастями 2, образующими ветроколесо с вертикальной осью вращения, при этом, ветроколесо содержит верхний 4 и нижний 5 опорные диски, соосно и жестко надетые на вертикальный вал 1, выполненный, как вал электрогенератора 3.
По периметру диски 4 и 5 скреплены друг с другом плоскими вертикальными лопастями 2, расположенными на равных расстояниях друг от друга.
Электрогенератор 3 жестко закреплен в полости 6 основания 7. Ветроколесо соосно установлено в корпусе направляющего аппарата, выполненного раздвижным, для чего верхняя поверхность основания 7 выполнена плоской и перпендикулярна оси вращения вертикального вала 1, кроме того, направляющий аппарат содержит верхний дополнительный диск 14 через который соосно свободно пропущен вертикальный вал 1, при этом направляющие лопатки 17 направляющего аппарата снабжены соосными выступами 8, выполненными с возможностью их установки с возможностью поворота в соответствующих отверстиях 9 и 10, соответственно основания 7 и крышки 11 корпуса. Каждая направляющая лопатка 17 направляющего аппарата снабжена выступом 15, обращенным к вертикальному валу 1, причем названный выступ 15 каждой направляющей лопатки 17 шарнирно связан с одним концом стержня 13 (имеющего изогнутую форму в плане), второй конец которого шарнирно скреплен с верхним дополнительным диском 14. Верхний дополнительный диск 14 снабжен выступом 12, выпущенным через прорезь 16 в крышке 11 корпуса ВЭУ.
Мобильная ветроэнергоустановка работает следующим образом.
В транспортном положении корпус ВЭУ имеет минимальное поперечное сечение, т.к. направляющие лопатки 17 максимально придвинуты к ее вертикальной оси.
Для перевода ветроэнергоустановки в рабочее положение, удерживая выступ 12, продвигают его к противоположному концу прорези 16 в крышке 11 корпуса ветроэнергоустановки.
В результате этого, толкаемые стержнями 13 направляющие лопатки 17 направляющего аппарата проворачиваются выступами 8 в отверстиях 9 и 10, основания 7 и крышки 11 корпуса и, тем самым, принимают форму направляющего аппарата готового к работе. При сворачивании установки в транспортное положение все повторяют в обычном порядке.
Поток ветра, уплотненный направляющими лопатками 17, направляющими воздушный поток под определенный угол, ускоряется и попадает на вертикально ориентированные лопасти 2 ветроколеса. Попав на них, воздушный поток приводит во вращение вертикальный вал 1, приводя тем самым во вращение ротор электрогенератора 3. Отработанный воздушный поток, пройдя ветроколесо, отдав свою энергию, выходит в радиальном направлении через отверстия в направляющем аппарате (между соответствующими его направляющими лопатки 17).
Воздух, проходящий в радиальном направлении, проходит центральную часть ветроколеса и вновь попадает на его вертикально ориентированные лопасти 2, захватывается его элементами и выбрасывается в атмосферу (это явление называется “вентиляционными потерями на неактивной дуге турбинного двигателя”). На это расходуется определенная мощность, но при этом в центре ветроколеса создается разрежение, что способствует увеличению скорости и расхода воздуха, проходящего через ветроустановку, и росту ее мощности. В связи с тем, что мощность, расходуемая на прокачку воздуха, зависит от скорости вращения в третьей степени, то при больших скоростях ветра эта мощность становится значительной и сдерживает ветроколесо от слишком большого разгона. Это аэродинамическое торможение значительно повышает безопасность установки при больших скоростях ветра и позволяет обойтись без специальных тормозных устройств. Мощность, вырабатываемая электрогенератором 3, во многом определяется окружной скоростью ветроколеса. Характеристики ветроколеса и электрогенератора 3 подбирают таким образом, чтобы при работе на большинстве режимов (скоростей ветра) максимально использовать энергию ветра при минимальных скоростях и избежать разрушения ветроколеса при очень больших скоростях.
Конструкция ветроколеса повышает эффективность отбора ветровой мощности (ветровой к.п.д.) до 34-37% при различных скоростях ветра (от 1 м/сек до 15 м/сек). Конструкция безопасна в рабочих режимах для эксплуатации, а также обладает пониженным уровнем шума и отсутствием низкочастотных акустических колебаний.