ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ТРАНСФОРМЕРНОГО ТИПА

Настоящая полезная модель представляет собой ветроэнергетическую установку трансформерного типа (ВЭУТТ) и относится к конструктивным решениям ветроэнергетической (ветросиловой) установки.
В настоящее время существуют два типа ВЭУ: с горизонтальной осью вращения и вертикальной осью вращения. При этом оба типа ВЭУ имеют те или иные недостатки и достоинства конструкции. При различных параметрах воздушного потока более эффективным является первый или второй тип ветроустановки. Таким образом, для увеличения количества вырабатываемой электрической энергии в разных условиях одной и той же географической местности требуется применять ВЭУ с горизонтальной или вертикальной осью вращения. Однако в случае изменения параметров воздушного потока для увеличения эффективности выработки энергии рациональна замена ВЭУ первого типа на ВЭУ второго типа, что технически, технологически и экономически нецелесообразно.
Известен ряд конструкций, целью которых является увеличение мощности ветроколес (роторов) и ряд патентов, посвященных ВЭУ с периодически изменяющийся конструкцией ветроколеса (RU 2494283 от 27.09.2013, RU 2484299 от 10.06.2013, RU 2459111 от 20.08.2012, RU 2424446 от 20.07.2011, RU 2401396 от 10.10.2010).
Основным недостатком всех указанных конструкций является отсутствие возможности поддержания высокой эффективности работы на различных скоростях ветра с помощью трансформации компонентов.
Наиболее близким по существенным признакам является ветроэнергетическая установка (патент на изобретение RU 2386856, МПК F03D 9/00, опубл. 20.04.2010), которая выбрана в качестве прототипа. Установка содержит мачту, электрогенератор, и ветроколесо, содержащее центральную ступицу, опирающуюся на опорно-поворотный подшипниковый узел, и лопасти.
Основным недостатком прототипа является отсутствие возможности трансформации в вертикально-осевой режим, что приводит к потерям выработки электрической энергии при ориентации ротора на ветер с помощью хвостовика и снижению эффективности всей конструкции. Кроме того, устройство является инерционным, громоздким и дорогостоящим.
В связи с этим предлагаемая полезная модель, являющаяся универсальным трансформерным устройством, совмещающим конструкции горизонтально-осевой и вертикально-осевой ВЭУ, решает вышеописанные проблемы.
Технической задачей заявляемой полезной модели является увеличение объема удельной выработки электрической энергии ветроэнергетической установкой.
Техническая задача настоящей полезной модели достигается тем, что устройство установлено на фундаменте, жестко закрепленной на нем в вертикальном положении мачты с установленной сверху центральной ступицей, опирающейся на закрепленный в верхней части мачты под центральной ступицей опорно-поворотный подшипниковый узел. Внутри центральной ступицы находится генератор для вертикально-осевого режима. К центральной ступице на общей продольной оси, совпадающей с диаметром центральной ступицы прикреплены две горизонтальные траверсы с встроенными генераторами для горизонтально-осевого режима, представляющие собой балки круглого сечения, играющие роль гондол со ступицами, расположенными на концах горизонтальных траверс и оснащенными механизмами для поворота лопастей, с лопастями.
Работа ветроэнергетической установки трансформерного типа основана на преобразовании механической энергии в электрическую путем вращательного движения ротора ВЭУ за счет набегающего потока воздуха в двух режимах: режиме горизонтально-осевой ВЭУ (так называемый режим «Г») и режиме вертикально-осевой ВЭУ (так называемый режим «В»). В режиме горизонтально-осевой ВЭУ лопасти находятся на конце горизонтальной траверсы, через которую проходит их общая ось симметрии. За счет механизма поворота лопасти развернуты на определенный установочный угол для создания горизонтального крутящего момента. Генератор данного режима расположен внутри горизонтальной траверсы, играющей роль гондолы, аналогично конструкции традиционной горизонтально-осевой ВЭУ. В режиме вертикально-осевой ВЭУ лопасти разворачиваются с помощью механизма поворота, устанавливая хорды профилей лопастей в одну вертикальную плоскость для создания вертикального крутящего момента. Генератор данного режима расположен на главной вертикальной оси мачты ВЭУТТ.
Таким образом, поддержание высокой эффективности осуществляется на различных скоростях ветра с различной турбулентностью. Соответственно, в потоке с сильной турбулентностью ветроэнергоустановка трансформерного типа автоматически преобразуется в вертикально-осевой вариант, а в потоке с устойчивым, не меняющим направление потоком в течение определенного времени ветроэнергоустановка также автоматически преобразуется в горизонтально-осевой вариант. Тем самым эффективность выработки электроэнергии поддерживается постоянно на высоком уровне, что в итоге приводит к увеличению объема удельной выработки электрической энергии.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен общий вид заявляемого устройства.
Устройство установлено на фундаменте 1, жестко закрепленной на нем в вертикальном положении мачты 2 с установленной сверху центральной ступицей 3, опирающейся на закрепленный в верхней части мачты 2 под центральной ступицей 3 опорно-поворотный подшипниковый узел 9. Внутри центральной ступицы 3 находится генератор 8 для режима «В». К центральной ступице 3 на общей продольной оси, совпадающей с диаметром центральной ступицы 3 прикреплены две горизонтальные траверсы 4 с встроенными генераторами 6 для режима «Г», представляющие собой балки круглого сечения, играющие роль гондол со ступицами 5, расположенными на концах горизонтальных траверс 4 и оснащенными механизмами для поворота лопастей 10, с лопастями 7.
Ветроэнергетическая установка трансформерного типа (ВЭУТТ) осуществляет работу в двух режимах.
1. Режим «В». Ротор (совокупность центральной ступицы 3 с опорно-поворотным подшипниковым узлом 9 и генератором 8, горизонтальных траверс 4 с встроенными генераторами 6, ступицей 5, механизмами поворота лопастей 10 и лопастями 7) ВЭУТТ является вертикально-осевым, то есть вращается в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, при этом лопасти 7 ориентированы вертикально, зафиксированы и развернуты на определенный установочный угол за счет механизма поворота лопастей 10 для создания горизонтального крутящего момента.
2. Режим «Г». Суть его заключается в том, что ступица 3 зафиксирована в положении ориентации горизонтальных траверс 4 на ветер, а лопасти вращаются в вертикальной плоскости вокруг продольной оси горизонтальных траверс 4, на конце которой и расположены лопасти 7. В данном режиме эти горизонтальные траверсы 4 играют роль гондол двух горизонтально-осевых ВЭУ. При этом лопасти 7 развернуты на определенный установочный угол для создания горизонтального крутящего момента.
Трансформация режима «В» в режим «Г» и наоборот осуществляется при определенных изменениях параметров набегающего воздушного потока и состоит из двух операций трансформации-фиксация или расфиксация ступицы 3 и поворота лопастей 7 с помощью механизма поворота лопастей 10.
Таким образом, ветроэнергетическая установка трансформерного типа способна работать в вертикально-осевом и горизонтально-осевом режимах, установка автоматически адаптируется к периодически изменяющимся параметрам набегающего воздушного потока, πоддерживает высокую эффективность работы во всем диапазоне ветров и дает возможность увеличения объема удельной выработки электрической энергии.