ВЕТРОДВИЖИТЕЛЬ МОБИЛЬНОГО ВЕТРОАГРЕГАТА
WINDMILL OF MOBILE WIND-POWER UNIT

Изобретение относится к ветроэнергетике и может использоваться при проектировании мобильных ветроэнергетических установок с вертикальной осью. Известен ветряной ротор по патенту RU №20008515 С1, содержащий вертикальную несущую трубу с элементами подвижного крепления к внешней конструкции ветроагрегата, верхний и нижний пояса с пазами для боковых парусов в виде изогнутых секторов, размещенных вертикально. Недостатками прототипа являются
высокая трудоемкость сборки ветродвижителя из транспортного положения в рабочее и обратно;
значительный объем, занимаемый деталями ветродвижителя в разобранном состоянии;
недостаточная жесткость конструкции размещенных в пазах съемных парусов в сборе, что влечет за собой возможность разрушения конструкции при максимальной скорости ветрового потока.
Техническим результатом изобретения является повышение жесткости конструкции парусов, снижение трудоемкости сборки и разборки ветродвижителя мобильного ветроагрегата, а также снижение объема, занимаемого деталями ветродвижителя в транспортном положении.
Для достижения технического результата в ветродвижителе мобильного ветроагрегата, содержащем вертикальную полую ось ротора с элементами подвижного крепления к внешней конструкции ветроагрегата и вертикально размещенные паруса с изогнутой по дуге боковой поверхностью, установленные на несущих дисках, жестко закрепленных на дисках оси ротора, паруса снабжены торцевыми стенками с жесткими дисками, снабженными отверстиями для соединения парусов друг с другом и с пазами для установки на ось ротора, а внутрь вертикальной полой оси ротора введена через подвижное соединение несущая ось ветроагрегата, при этом паруса выполнены с возможностью вложения друг в друга по принципу «матрешки» при транспортировке ветроагрегата. Кроме того, паруса могут быть размещены по меньшей мере в двух ярусах, причем каждый ярус содержит по меньшей мере два паруса. К несущей оси ветроагрегата в нижней части жестко присоединен кронштейн для крепления к нему электрогенератора, а нижний конец несущей оси входит в верхний конец вертикальной стойки ветроагрегата. Основание ветроагрегата выполнено в виде приемной трубы с верхними и нижними проушинами, в нижних проушинах шарнирно закреплены поворотные штанги с лапами для установки на внешнюю опору и пазами для регулировки углового положения поворотных штанг с помощью введенных в устройство распорок, шарнирно закрепленных в верхних проушинах приемной трубы. При числе ярусов от трех и выше вертикальная полая ось ротора и несущая ось ветроагрегата выполнены составными, соединяемыми через несущие фланцы на торцах частей оси ротора и через резьбовые или конусные соединения частей несущей оси ветроагрегата. Верхний конец несущей оси ветроагрегата снабжен консолью с растяжками для удержания ветродвижителя в вертикальном положении во всем диапазоне скоростей ветровых потоков.
На фиг.1 показан вариант конструкции паруса, а на фиг.2 изображен вариант размещения четырех парусов на вертикальной полой оси ротора ветродвижителя, на фиг.3 показан вариант конструкции вертикальной оси ротора ветроагрегата, размещенной на несущей оси ветродвижителя, а на фиг.4 изображено основание ветроарегата. На фиг.5 показан вариант размещения электрогенератора на несущей оси ветроагрегата под парусами.
Парус содержит изогнутую по дуге боковую поверхность 1, жестко присоединенные к ней торцевые стенки 2 и несущие диски 3 с пазами 4 для установки паруса на полую вертикальную ось (показана пунктиром) ротора ветроагрегата. Паруса при сборке сворачиваются друг с другом через отверстия 5 с помощью винтовых пар 6, 7 или винтов 6 и резьбовых отверстий 5, в жестких дисках 3 парусов 8 (см. фиг.2) на несущих дисках полой вертикальной оси 9 ротора ветродвижителя. Кроме того, несущие диски 3 парусов 8 соединены винтами 6 с несущими дисками 10 полой вертикальной оси 9 через отверстия 11, имеющиеся в дисках 10, жестко закрепленных на полой вертикальной оси 9 ротора (см. фиг.3). Внутри полой вертикальной оси 9 через подшипники 12 размещена несущая ось 13 ветроагрегата. Подшипники 12 размещены в гнездах 14 полой вертикальной оси 9. Несущая ось 13 ветродвижителя вставлена в вертикальную стойку 15 ветроагрегата, которая в свою очередь вставлена снизу в приемную трубу 16 основания ветроагрегата (см. фиг.4). В разобранном состоянии паруса 8 сложены вместе, полая вертикальная ось 9 ротора вместе с несущей осью 13 и дисками 10 занимают достаточно малый объем. Труба 16 имеет верхние проушины 17 и нижние проушины 18. В нижних проушинах шарнирно закреплены поворотные штанги 19 с лапами 20, в которых выполнены крепежные отверстия 21 для прикрепления основания к внешней опоре. Угловое положение штанг 19 задается местом закрепления распорок 22 в пазах 23 штанг 19, чем обеспечивается возможность закрепления ветроагрегата на наклонных поверхностях, крышах и т.д. Для перевода основания, фиг.4, в транспортное положение достаточно снять крепление распорок 22 в пазах 23 и сложить штанги 19 к приемной трубе 16. Вариант соединения ветродвижителя с электрогенератором показан на фиг.5. В нижней части к полой вертикальной оси ротора под парусами 8 присоединен шкив 24, с которого через ремень 25 приводится во вращение шкив 26 и ротор электрогенератора 27, который закреплен на кронштейне 28, жестко присоединенном к несущей оси 13 в ее нижней части. На верхний конец несущей оси 13 надета консоль 29, к которой присоединены растяжки 30 для удержания ветроагрегата в вертикальном положении при любом ветровом воздействии.
Предложенная конструкция позволяет максимально упростить сборку и разборку ветроагрегата до уровня винтового присоединения или отсоединения парусов к дискам вертикальной оси ротора с помощью электровинтоверта и до состыковки или расстыковки несущей оси 13. вертикальной стойки 15 и приемной трубы 16 основания ветроагрегата. При серийном производстве возможно изготовление парусов 8 штампованием из термопластичного листового материала, что обеспечивает высокую технологичность конструкции. В разобранном состоянии основание фиг.4 ветроагрегата складывается, паруса 8 вкладываются друг в друга, а стойка 15 может быть выполнена составной - в итоге габариты и масса узлов ветроагрегата позволяют транспортировать его малотоннажным автотранспортом.
Число ярусов с парусами может быть от двух до десяти, при этом полую вертикальную ось 9 ротора и несущую ось 13 ветроагрегата следует выполнить составными по два яруса парусов в каждом из составных частей полой вертикальной оси ротора. Соединение частей вертикальной полой оси 9 может быть фланцевым, а несущей оси 13 ветроагрегата - резьбовым или конусным. Увеличением числа ярусов и выбором площади парусов можно обеспечить установочную мощность предложенного ветродвижителя от 1 до 36 кВт.
Известно, что энергия Е ветрового потока, обладающего скоростью ν и воздействующего на поверхность S, определяется зависимостью:
3
3
E=(ξ×ν×S)/2, где ξ - плотность воздуха, кг/м.
2
уст
уст
Например, при площади одного паруса 8, равной 2 м, двухъярусный вариант обеспечит установочную мощность Р=4,8 кВт при скорости ветрового потока ν=15 м/с, а восьмиярусный вариант обеспечит Р=19,2 кВт при тех же размерах каждого из 16 парусов ветродвижителя.