ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
WIND-DRIVEN POWER PLANT

Изобретение относится к энергетике, а именно к ветровым энергетическим установкам, преобразующим кинетическую энергию ветрового потока в электрическую и другие виды энергии, и может быть использовано в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве или в качестве автономного источника энергии.
Известна ветровая энергетическая установка (а.с. СССР №853148, F03D 5/00, 1981 г.), содержит качающуюся лопасть, закрепленную на рычаге. Рычаг снабжен грузом, установленным в опорах с помощью пространственного шарнира, и связан тросом с потребителем энергии. Лопасть в поперечном сечении имеет крестообразную форму.
Недостатком аналога является недостаточная мощность, ограниченная только движением качения рычага относительно пространственного шарнира.
Известен также ветродвигатель (а.с. СССР №1749538, F03D 5/00, 1992 г.), содержащий вертикальную лопасть с махом, закрепленным нижним концом на качающейся опоре, установленной на вращающемся основании. Механизм поворота лопасти, генератор, вал которого связан с качающейся опорой. Ветродвигатель снабжен устройством для компенсации массы лопасти, выполненным в виде пружины, соединенной одним концом с вращающейся опорой.
Недостатками аналога являются невысокие эксплуатационные свойства установки и устаревшее исполнение устройства, регулирующее наклон лопастей. Предложенное устройство отличается тем, что отсутствует ориентирование на ветер вручную, а все виды движения установки осуществляются автономно с помощью сферического генератора, служащего опорой.
Наиболее близкой по технической сущности предлагаемому изобретению является ветровая энергетическая установка (Патент РФ №2277642, F03D 3/00), по совокупности существенных признаков принята за прототип, содержащая опору и мачту, прикрепленную одним окончанием к опоре при помощи шарнирного соединения и соединенную с устройством (парусом), которое обладает поверхностной площадью и способностью сопротивляться ветровому потоку, а также в автоматическом и(или) ручном режиме может менять величину своей поверхностной площади и перемещаться вдоль мачты, мачта также соединена с компенсатором, удерживающим ее в исходном вертикальном положении при отсутствии воздействия ветрового потока на установку и возвращающим мачту в исходное вертикальное положение. Смысл применения паруса и компенсатора заключается в том, чтобы придать мачте установки режим колебательных, возвратно-поступательных движений.
Недостатком прототипа является сложность конструкции, которая влечет за собой неоправданные материальные затраты, недостаточная надежность и невысокий КПД.
Технический результат заключается в создании устройства, способного преобразовывать кинетическую энергию ветрового потока в кинетическую энергию механических колебательных, возвратно-поступательных или вращательных движений, в энергию электрического тока.
Задачами предлагаемого изобретения являются:
- повышение коэффициента использования ветрового потока за счет применения ветроколеса, закрепленного на горизонтальном валу, соединенного с генератором,
- повышение КПД ветровой энергетической установки за счет применения сферического ротора генератора, установленного в сферической расточке статора, который служит опорой и выполняет аналогичную функцию удерживания стержня в исходном вертикальном положении при отсутствии воздействия ветрового потока на установку и возвращающим стержень в исходное вертикальное положение.
Поставленные задачи решаются тем, что в ветровую энергетическую установку, содержащую ветроколесо, закрепленное на горизонтальном валу, генератор, установленный на мачте, поворотное устройство для ориентирования на ветер, в отличие от прототипа введен сферический, генератор, содержащий статор и сферический ротор, при этом сферический ротор, выполненный с электромагнитным подвесом, содержит мачту и размещен в расточке сферического статора, которая служит опорой ветроустановки, при этом на сферическом роторе и сферической расточке статора оппозитно установлена пара колец магнитов, обращенных друг к другу разноименными полюсами и расположенных по максимальному сечению ротора и статора в горизонтальном сечении.
Кроме того, в ветровой энергетической установке в отличие от прототипа в нижней части сферы ротора сферического генератора может быть установлен компенсатор, выполненный в виде груза, который возвращает стержень в исходное вертикальное положение.
Кроме того, в ветровой энергетической установке в отличие от прототипа статор генератора может быть подключен через переключатель к автономной сети потребителей с возможностью переключения на демпферную нагрузку.
Предлагаемая ветроэнергетическая установка поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена ветроустановка и на фиг.2 изображена схема переключения автономной сети потребителей на демпферную нагрузку.
Ветровая энергетическая установка содержит ветроколесо 1, закрепленное на горизонтальном валу, генератор 2, установленный на мачте-рычаге 3, поворотное устройство для ориентирования на ветер 4. Мачта закреплена на сферическом роторе 5 генератора, установленном в сферической расточке статора 6, который служит опорой. На сферическом роторе и сферической расточке статора оппозитно установлена пара кольцевых магнитов 7, обращенных друг к другу разноименными полюсами. Кольцевые магниты расположены по экватору ротора и внутренней расточке статора, имеющего намагниченность в радиальном направлении. Статор генератора подключен через переключатель (фиг.2) 1 к автономной сети потребителей с возможностью переключения на демпферную нагрузку (насос для перекачки воды в емкость, расположенную на высоте. При необходимости вода из емкости используется для гидравлического привода). Ротор 5 генератора не касается сферы статора 6 за счет обмоток возбуждения 8, находясь тем самым в подвешенном состоянии.
Устройство работает следующим образом (фиг.1). Под воздействием ветровых потоков ветроколесо 1 приводит в действие генератор 2. Корпус генератора выполнен в виде хвостовика 4, предназначенного для ориентирования ветроколеса 1 по направлению ветрового потока. Процесс ориентирования осуществляется за счет сферического генератора, который позволяет установке, закрепленной на мачте 3, вращаться вокруг своей оси. Ротор 5 сферического генератора не касается сферы статора благодаря обмоткам возбуждения, находясь тем самым в подвешенном состоянии. С целью повышения использования ветрового потока устройство осуществляет отклонение стержня (направления 9) относительно сферической опоры при воздействии на это устройство ветрового потока, совершая не только возвратно-поступательные движения рычага, но и вращательные движения.
Таким образом, электрическую энергию вырабатывает и поворот мачты 3, и ее качание. Это достигается за счет подвешивания ротора генератора со сферической опорной поверхностью силами электромагнитного поля.
По окружности статора и ротора сферического генератора установлены постоянные кольцевые магниты разной полярности для возврата рычага в исходное положение, тем самым осуществляя его колебания.
Итак, заявленное изобретение позволяет повысить коэффициент использования ветрового потока, повысить КПД ветровой энергетической установки, при этом используя современные конструкторские решения.