ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам и может быть использована в энерготеплообеспечении загородных усадеб и поселков.
Известна парусная ветроэнергетическая установка ОКБ «Энергия-гравио» модель ВЭУ-100-380 (п) («Свое дело и заработок», Москва, а/я 41, Издательство «Радар», 1(5) 2007, стр.173-175). Модель средней мощности имеет хороший коофициент использования энергии слабых, средних и сильных ветров, т.к. разрежение за парусами создается двумя оптекающими ветропотоками: внутренним и внешним.
Недостатки модели: - в ее громоздкости (48 парусов со спицами и ободом); - в ее тихоходности из-за большого количества парусов и их однорядного расположения; - в сложности механизма ориентации на ветер (с редуктором).
Задачей решаемой предлагаемой полезной модели является создание ветроэнергетической установки средней мощности с быстроходным колесом использующей с хорошим коэффициентом энергию слабых, средних и сильных ветров, с простым механизмом ориентации на ветер (без редуктора)(средняя мощность 100-500 кВт, быстроходное и тихоходное колеса по квалификации: Ю.С.Васильев, Н.И.Хрисанов, «Экология использования возобновляющих энегоисточников», Ленинград, Издательство Ленинградского университета, 1991, стр.252-254).
Техническая сущность полезной модели заключается в том, что ветроэнергетическая установка содержащая башню, снабжена головкой в виде цилиндра с внутренней и нижней торцевой поверхностями скольжения с двумя гидроцилиндрами для поворота головки; головка снабжена длинным валом ротора с лопастями на одной стороне вала равномерно по винтовой линии, лопасти снабжены длинными махами и противовесами; башня снабжена упорным цилиндром с внешней поверхностью скольжения с опорным кольцом с дорожкой скольжения для головки в виде цилиндра и двумя упорными дорожками для упора штоков гидроцилиндров при повороте головки при ее ориентации на ветер.
На башне упорный цилиндр, с опорным кольцом с дорожкой скольжения и двумя упорными дорожками, дает возможность головке в виде цилиндра скользить вокруг упорного цилиндра не отклоняясь от ее вертикали с усилием от двух гидроцилиндров, где каждый поворачивает в свою сторону. Длинный вал ротора с лопастями равномерно расположенными по винтовой линии дает возможность всем лопастям быть под одинаковым воздействием ветра. Длинный вал ротора дает возможность располагать лопасти на таком расстоянии друг от друга, при котором каждая последующая лопасть свободна проходит над воздушной подушкой предыдущей лопасти. Лопасти на одной стороне вала дают возможность ветропотоку свободно проходить по другой стороне, создавая разряжение за ротором. Длинные махи, создавая воздушную трубу внутри вращающихся лопастей, дают возможность ветропотоку проходить через вращающийся ротор, создавая за ним разрежение. Противовесы дают возможность для динамической балансировка ротора.
На прилагаемых иллюстрациях приведены следующие фигуры с их описанием:
1. Ветроэнергетическая установка в общем виде (фиг.1)
2. Упорный цилиндр с опорным кольцом (фиг.2)
3. Головка, в виде цилиндра, с гидроцилиндрами (фиг.3)
Предлагаемая полезная модель состоит из (фиг.1):
- Башни (1) с закрепленным наверху упорным цилиндром (2) (фиг.2) в блоке с опорным кольцом (3) и на нем дорожка скольжения (11 - фиг.2), упорная внутренняя дорожка (12 - фиг.2) и упорная внешняя дорожка (13 - фиг.2).
- Головки, в виде цилиндра (4) (фиг.3) с круговым скольжением с упором на цилиндр (2) (фиг.2), обеспечивающий вертикальность цилиндра головки и с опорой на кольцо (3) на его дорожку скольжения (11 - фиг.2); с гидроцилиндрами (5), один из которых (фиг.3) упирается (при работе) в уступы внутренней упорной дорожки (12 - фиг.2), а другой (фиг.3) в уступы внешней упорной дорожки (13 - фиг.2), поворачивая головку в виде цилиндра в разные стороны; с посадочными гнездами (6) (фиг.3) под подшипники вала ротора (7) с закрепленными на валу равномерно по винтовой линии на одной стороне вала лопастями (8) с длинными махами (9) и противовесами (10).
Работа при ориентации на ветер: поворот головки в виде цилиндра (4 - фиг.1, фиг.3) (фиг.3) вокруг упорного цилиндра (2 - фиг.1) (фиг.2), дающего возможность сохранять точность поворота вокруг вертикальной оси, при скольжении нижней скользящей поверхности головки (4 - фиг.1) (фиг.3) по опорному кольцу (3 - фиг.1) по его дорожке скольжения (11 - фиг.2) осуществляется усилием штоков гидроцилиндров (5 - фиг.1) в упорные дорожки кольца (3 - фиг.1): правый гидроцилиндр (5 фиг.3) штоком упирается в уступы внутренний упорной дорожки (12 - фиг.2) и поворачивает головку в одну сторону; левый гидроцилиндр (5 фиг.3) штоком упирается в уступы внешней упорной дорожки (13 - фиг.2) и поворачивает головку в другую сторону. Упором обоих штоков в уступы фиксируется определенное положение головки (4 - фиг.1) с валом ротора (7 - фиг.1) с лопастями (8 - фиг.1) по отношению к ветропотоку: при остановке плоскости лопастей параллельны ветропотоку; при сверхветрах (свыше 12-13 м/сек) постановка лопастей под углом к ветропотоку снижает давление на лопасти (и соответственно на всю ветроэнергетическую установку).
Работа ротора при ветре: на валу ротора (7 - фиг.1) равномерно по винтовой линии на одной стороне вала закреплены махи (9 - фиг.1) лопастей (8 - фиг.1) конструктивно выполненных так, что проекции всех лопастей не налагаются друг на друга (и при перпендикулярности лопастей ветропотоку находятся под одинаковым давлением ветра при неподвижном роторе); угол заклинивания у лопастей таков, что задняя лопасть (а с ней и все остальные) движется в сторону свободную от лопастей, при таком вращении вала все лопасти находятся под одинаковом давлении ветра; длинный вал ротора обеспечивает расположение положения лопастей на таком расстоянии друг от друга, при котором каждая последующая лопасть свободно проходит над воздушной подушкой предыдущей лопасти (начиная от задней лопасти); разряжении же (за отдельными лопастями и в целом за ротором) осуществляется ветропотоком: - по свободной от лопастей части ротора (наполовину как в двухлопастном ветроколесе); - по воздушной трубе образованной, вращающимися лопастями на длинных махах; - с ветропотоком огибающим это вращающиеся многолопастное ветроколесо: и это ограничивает диаметр подобного ветроколеса (то есть ограничивает длину лопасти), так что ветроэнергетическая установка с предложенным ветроколесом может быть не более чем средней мощности, но ветроколесо быстроходное не смотря увеличение количества лопастей, т.к. использует объемный ветропоток (в отличии от ветроколес с малым количеством лопастей и их однорядным расположением). С противовесами осуществляется динамическая балансировка ветроколеса. Хороший коэффициент использования энергии слабых ветров (3-5 м/сек) обеспечивается благодаря близкого (по проекции) расположения лопастей на одной половине ветроколеса и скорости вращения благодаря свободной части ветроколеса (похоже как в двух лопастном ветроколесе). Хороший коэффициент использования энергии сильных ветров (10-13 м/сек) зависит в предложенной модели от разряжения за ветроколесом и обеспечивается подбором длины махов и лопастей, которые обеспечивают три ветропотока создающих разряжение за ветроколесом (по свободной от лопастей части ветроколеса; по воздушной трубе, образованной вращающимися махами; внешний обтекающий ветропоток). Хороший коэффициент использования энергии средних ветров обеспечивается совокупностью перечисленных факторов (в разной степени).
Технико-экономическая или иная эффективность.
1. Упрощение механизма поворота при ориентации на ветер ветроэнергетических установок средней мощности.
2. Повышение коэффициента использования энергии слабых, средних и сильных ветров у ветроэнергетических установок средней мощности.