ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ
WIND-DRIVEN POWER UNIT

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветроэнергетических агрегатов, в которых механическая энергия снимается с обода ветроколеса.
Известен ветродвигатель, где сложный и многоступенчатый редуктор заменен устройством, содержащим установленное на башне и закрепленное на горизонтальной оси ветроколесо с ободом, каретку с колесами, взаимодействующими с внутренней поверхностью обода, и закрепленный на площадке каретки генератор, на валу которого установлен ролик, контактирующий с наружной поверхностью обода ветроколеса (а.с. №1307080, кл. F03D 1/06, 1987).
Недостаток таких ветродвигателей заключается в том, что ролик прижат к ободу ветроколеса с постоянной силой, соответствующей максимальной передаваемой мощности. Это приводит к излишним износу ролика и потерям энергии на трение при малых скоростях ветра и, следовательно, уменьшенной снимаемой с обода мощности.
От этого недостатка свободна ветроэлектрическая станция, принятая за прототип, содержащая закрепленное на горизонтальной оси ветроколесо с ободом, каретку с электрогенератором, приводной вал которого снабжен роликом, контактирующим с поверхностью обода ветроколеса, при этом каретка связана с неподвижным основанием, шарнирно обеспечивая возможность перемещения ролика относительно обода ветроколеса в направлении контактирующих поверхностей (а.с. №2269027, F03D 1/01. 2004).
Недостаток такой конструкции ветроэлектрической станции заключается в необходимости динамического и статического уравновешивания, расположенного на каретке генератора, и сложности кинематики. Это снижает надежность ветроэлектрической станции.
Задача изобретения - повышение надежности ветроагрегата за счет упрощения кинематической схемы.
В ветроэнергетическом агрегате, содержащем ветроколесо с горизонтальной осью вращения, жестко связанной со стойкой, имеющей возможность ориентации на ветер путем поворота вокруг вертикальной оси, закрепленный на выходном валу ветроэнергетического агрегата ролик, образующий с ободом ветроколеса фрикционную пару с силой взаимного прижатия, пропорциональной величине развиваемого ветроколесом момента, технический результат достигается за счет того, что ветроагрегат дополнительно снабжен двумя роликами, смещенными по ободу ветроколеса по отношению к имеющемуся ролику в ту и другую стороны на 120°, причем все три ролика контактируют с торцевой поверхностью обода, расположенной с подветренной стороны, а их оси неподвижно связаны со стойкой, а взаимное прижатие контактирующих поверхностей осуществляется лобовым давлением ветра за счет придания ветроколесу возможности смещения вдоль его оси.
На чертежах (фиг.1, 2) схематично показан пример выполнения заявляемого ветроэнергетического агрегата, который содержит закрепленное на горизонтальной оси ветроколесо с ободом 1 и лопастями 2, три ролика 3, связанные с валами электрогенераторов 4, закрепленных на стойке 5. Ветроколесо агрегата имеет возможность смещения по оси в направлении сближения контактирующих поверхностей ролика и обода под действием пружины 6, усилие которой рассчитано на обеспечение контакта ролика и обода колеса при небольшом ветре или полном его отсутствии.
Работает ветроэнергетический агрегат следующим образом.
При усилении ветра усиливается и сила лобового давления, оказываемого на лопасти 2 ветроколеса воздушным потоком. Эта сила не воспринимается осью ветроколеса ввиду ее подвижного с ветроколесом соединения, а равномерно распределяется между тремя точками контакта обода 1 ветроколеса и роликами 3. Чем сильнее поток ветра, тем сильнее взаимное прижатие контактирующих поверхностей и тем, следовательно, больше сила трения, обеспечивающая передачу увеличенного в такой же степени вращающего момента с обода ветроколеса на валы генераторов 4.
Таким образом, при всех скоростях ветра обеспечивается достаточное, но не излишнее, для надежной передачи вращающего момента давление обода на ролики, что обуславливает работу ветроэнергетического агрегата без дополнительных потерь энергии на трение и продлевает срок службы контактирующей фрикционной поверхности ролика. Кроме того, использование дополнительных двух роликов, смещенных друг по отношению к другу и к имеющемуся ролику на треть обода ветроколеса, повышает его устойчивость в плоскости вращения, равномерно распределяет нагрузку на ролики, и в три раза снижает нагрузку на фрикционную пару при передаче вращающего момента. Упрощается кинематика и, как следствие, динамические нагрузки при повышенных скоростях вращения ветроколеса. Все это в конечном итоге повышает надежность ветроэнергетического агрегата.