ВЕТРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована в лопастных устройствах, преобразующих кинетическую энергию ветра в электрическую.
Известен патент на изобретение [1], описывающий ветровую энергетическую установку, содержащую ветрогенератор, установленный на вращающейся платформе, которая поворачивается за счет аэродинамического руля при набегании воздушного потока. Однако, к недостатку указанного ветрогенератора можно отнести малую эффективность конструкции при использовании ветрогенераторов подобного типа промышленных размеров.
2
Например, при расчетной мощности ветрогенератора равной 800 кВт вес башни составляет около 10000 кг. Максимальное средние значение скорости ветра в Российской Федерации составляет 10,1 м/с [2], при таких значения веса башни и скорости ветра оптимальная площадь аэродинамического руля составляет 64,1 м. При таких размерах аэродинамического руля в разы увеличится вес и размеры всей конструкции, благодаря чему монтаж и транспортировка ветрогенератора будет весьма затруднительна. А при уменьшении площади аэродинамического руля эффективность ветрогенератора будет снижаться за счет того, что более слабые потоки воздуха не будут участвовать в выработке электроэнергии. Ниже приведены расчеты площади аэродинамического руля.
Сопротивление передвижению определяется по формуле:
3
3
где G-сила тяжести Н, G=98100 Н, f - коэффициент трения качения подшипника, f=0,2, ρ - плотность воздуха кг/м, ρ=1,2 кг/м, v - скорость ветра, v=10,1 м/с, l - кратчайшее расстояние от аэродинамического руля до оси вращения, l=5 м.
Прототипом предлагаемой полезной модели является ветрогенератор по заявки на патент РФ[3] и содержит электрогенератор и механизм поворота который включает в себя редукторный двигатель, аксиально установленный на червячной шестерне.
Недостатками изобретения является сравнительно низкий КПД механизма поворота из-за больших потерь на трение вследствие большой площади контакта зубьев червяка и зубьев шестерни.
Задача полезной модели- увеличение КПД установки.
Решение указанной задачи достигается в ветрогенераторе, содержащим электрогенератор и механизм поворота, в котором механизм поворота содержит центральный ведущий вал, на котором зафиксирована ведущая шестерня, которая входит в зацепления с ведомыми шестернями, которые зафиксированы при помощи шпоночного соединения на штангах, установленных в корпусе, и входящих в зацепления с венцом.
Сущность модели поясняется на чертежах. На фиг. 1 - изображен общий вид ветрогенератора, на фиг. 2 - главный вид механизма поворота, на фиг. 3 - вид слева.
Механизм поворота ветрогенератора обеспечивает возможность вращения генератора на 360° и содержит центральный ведущий вал 1, на котором зафиксирована ведущая шестерня 2 при помощи шпоночного соединения. Ведущая шестерня 2 входит в зацепления с ведомыми шестернями 3, 4, которые также зафиксированы при помощи шпоночного соединения на штангах 5, 6, установленных в корпусе 7 на самоустанавливающихся подшипниках 8, 9. Ведомые шестерни 10, 11 закреплены на штангах и входят в зацепления с венцом 12, который выполняет роль опоры корпуса ветрогенератора 13, который закрепляется при помощи шпилечного соединения. Венец установлен на игольчатый подшипник 14. Механизм поворота выполнен так, что венец привода выступает в роли опорной поверхности для корпуса ветрогенератора, вследствие чего механизм весьма компактен и обладает малой массой.
Центральный ведущий вал 1 зафиксирован в самоустанавливающемся подшипнике 15, закрепленным в полом корпусе 7, который играет роль удерживающего устройства и центрирует его относительно приводных шестерней 3, 4. Сам корпус закреплен штангами 16, 17 к корпусу опоры ветрогенератора 18.
Устройство работает следующим образом: устройство управления приводом, который включает в себя несколько датчиков, регистрирует показатели силы и направление ветра. При достижении нужного показателя силы ветра датчик подает сигнал на контроллер (на чертеже не указан), а тот, в свою очередь, на электродвигатель механизма поворота. После чего момент со шкива электродвигателя передается на главную шестерню, которая входит в зацепления с шестернями, а они в свою очередь входят в зацепления с венцом. После чего и происходит поворот ветрогенератора.
В данном механизме привода возможно использовать электродвигатель, обладающий малым энергопотреблением вследствие того, что механизм имеет большие передаточные соотношения и высокие значения КПД из-за большой разности числа зубьев ведущей шестерни и ведомого венца. В этом соотношении немалую роль играет двухступенчатость механизма.