Ветровая энергоустановка с вертикальной осью вращения ветроколеса

(51) 03 3/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ установкам с вертикальной осью вращения ветроколеса (роторам). Ветровая энергоустановка с вертикальной осью вращения ветроколеса содержащая лопасти ротора, корпус, генератор,отличающаяся тем, что лопасти крепятся на втулки,которые соосно установлены на неподвижную вертикальную ось с возможностью свободного проворота, ось жестко закреплена в корпусе, втулки кинематически связаны с генератором. Применение предлагаемого технического решения позволит значительно упростить технологию изготовления ветроустановок с вертикальной осью вращения и уменьшить стоимость изготовления, повысит их КПД,что несомненно расширит область применения подобных установок.(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ ВЕТРОКОЛЕСА 22192 Изобретение относится к ветровой энергетике, в частности к ветровым энергетическим установкам с вертикальной осью вращения ветроколеса(роторам). Известна ветроустановка с вертикальной осью вращения ветроколеса типа Савониус, содержащая вертикальный вал, установленный в корпусе с возможностью свободного проворота, на валу закреплены две полуциндрические лопасти ротора,вал кинематически связан с генератором (Большая советская энциклопедия, изд.3, 1971, т.4. с.589,статья Ветродвигатель, фиг.1 Б ). Недостатком данной установки является наличие длинного вертикального вала, который должен иметь две опоры, расстояние между которыми достаточно велико. Изготовление длинного вертикального вала представляет сложную технологическую задачу,повышает стоимость изготовления и монтажа. Изготовление опор также сложная технологическая задача, требуется обеспечить соосность опор и их жесткость. Известна ветроустановка с вертикальной осью вращения ветроколеса типа Дарье, принятая автором за прототип, содержащая вертикальный вал, установленный в корпусе с возможностью свободного проворота, на валу диаметрально закреплены две или более лопастей ротора, вал кинематически связан с генератором (Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо, рус. ред. Шефтер Я.И., М. Энергоатомиздат, 1982, с.118,128.). Недостатком данной установки является наличие длинного вертикального вала, который должен иметь две опоры, расстояние между которыми достаточно велико. Изготовление длинного вертикального вала представляет сложную технологическую задачу,которая повышает стоимость изготовления и монтажа. Изготовление опор также сложная технологическая задача, требуется обеспечить соосность опор и их жесткость, что при значительном расстоянии между опорами сложно обеспечить, требует применение дорогостоящего оборудования. Также недостатком конструкции является большая масса вала, которая давит на нижнюю вращательную опору, создает большой момент трения, который уменьшает коэффициент полезного действия установки. Задачей изобретения является упрощение технологии изготовления и монтажа установки и как следствие уменьшение ее стоимости и повышение коэффициента полезного действия (КПД) установки. Технический результат достигается тем, что ветровая энергоустановка с вертикальной осью вращения ветроколеса содержащая лопасти ротора,корпус, генератор, дополнительно лопасти крепятся на втулки, которые соосно установлены на неподвижную вертикальную ось с возможностью свободного проворота, ось жестко закреплена в корпусе, втулки кинематически связаны с генератором. На фиг.показана схема установки. Ветроустановка состоит из следующих частей вертикальной оси 1, которая жестко установлена в корпусе- основании 2, на оси 1 установлены две 2 втулки 3 с возможностью свободного поворота, к втулкам 3 в диаметральном направлении прикреплены распорки 4, к которым прикреплены вертикальные стержни 5. К стержня 5 крепятся лопасти ротора Дарье 6. На нижней втулке соосно и жестко установлено зубчатое колесо 7,кинематически связанное с зубчатым колесом 8,жестко установленным на валу генератора 9,который установлен на корпусе-основании 2. Расстояние между опорами 3 может быть на много меньше, чем высота лопастей ротора Дарье 6,ориентировочно в 2-3 раза. Следовательно высота оси 1 также уменьшена. Ветроустановка работает следующим образом. На лопасти ротора 6 набегает ветер, лопасти начинают вращаться, вращение передается втулкам 3, зубчатому колесу 7, колесу 8, которое вращает вал генератора 9. Применение предлагаемой конструкции ветроустановки позволит упростить технологию изготовления. В старой конструкции необходимо было иметь длинный вращающийся вертикальный вал, который должен быть закреплен в двух местах внизу и сверху. Для ветроустановки мощностью 3 квт необходим вал длиной около 10 м. Длина вала практически равна длине ротора. Сверху вал не мог быть короче ротора, так как необходимо обеспечить крепление верхней опоры вала, обычно это были туго натянутые тросы. Понятно, что изготовить такой вал, с обеспечением соосности и жесткости сложнейшая технологическая задача, необходим специальный токарный станок,способный обрабатывать такие длинные заготовки с необходимой точностью. Такой вал трудно монтировать и обеспечить опору в верхней точке. Достоинством предлагаемой схемы является, что на основание ставится неподвижная жесткая ось, в которой необходимо обеспечить соосность в местах установки втулок. Расстояние между втулками может быть меньше высоты ротора в 2- 3 раза, при высоте ротора 10 м, расстояние между втулками может быть 3,5 м. В новой конструкции вращаются втулки вокруг жесткой относительно короткой оси длиной 3,5 м. Для оси не требуется опоры в верхней точке. Все эти факторы значительно упрощают технологию изготовления ветровой энергоустановки, примерно на 25-30. Следует отметить,что именно проблема длинного вертикального вала является основной, сдерживающей широкое применение роторных ветроустановок на практике. Также масса втулок намного меньше массы длинного вала, следовательно сила их веса будет создавать намного меньший момент трения в нижней вращательной опоре, что несомненно повысит КПД установки. Данное решение может быть применено в любой схеме ветроустановки с вертикальной осью вращения ротора, например схема Савониуса, Дарье, Эванса, Масгрува,карусельная и т.д. Применение предлагаемого технического решения позволит значительно упростить технологию изготовления ветроустановок с вертикальной осью вращения и уменьшить 22192 стоимость изготовления, повысит их КПД, что несомненно расширит область применения подобных установок. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Ветровая энергоустановка с вертикальной осью вращения ветроколеса содержащая лопасти ротора, корпус, генератор, отличающаяся тем, что лопасти крепятся на втулки, которые соосно установлены на неподвижную вертикальную ось с возможностью свободного поворота, ось жестко закреплена в корпусе, втулки кинематически связаны с генератором.