Ветроагрегат с защитой от ураганных ветров

(51) 03 1/00 (2006.01) 03 7/02 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ повышении устойчивости против опрокидывания при ураганных ветрах. Ветроколеса при ураганных ветрах, в положении установа ветроагрегата на ветер, поворачиваются из вертикального положения в горизонтальное. Верхние части ветроколес поворачиваются по направлению воздушного потока, а нижние части наоборот. Ветроагрегат содержит два ветроколеса,выполненные аналогично друг другу и расположенные симметрично относительно поворотной головки. Они установлены в ступицах,жестко закрепленных на концах поперечных им консольных балках, другие концы этих балок закреплены на поворотной головке противоположно друг другу с возможностью поворота вокруг своей оси. К головке, перпендикулярно поперечным консольным балкам, закреплена ферма с хвостом. Ветряная лопата закреплена на консольных балках параллельно плоскости вращения ветроколес и перпендикулярно направлению воздушного потока с возможностью отклонения из фронтальной в горизонтальную плоскость и наоборот. Она выполнена в форме прямоугольника с продольными щелями и имеет также гибкую связь с уравновешивающим механизмом, состоящим из блоков, троса, груза и демпфера.(72) Сеитбеков Лесбек Сеитбекович Нестеров Евгений Борисович Абдикаиров Абдигали Сарбасов Дастан Джурмаханбетович Нурлыбаев Куат Копжасарович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Казахский научноисследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства(54) ВЕТРОАГРЕГАТ С ЗАЩИТОЙ ОТ УРАГАННЫХ ВЕТРОВ(57) Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроэнергетических и ветроводоподъемных установках. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения,заключается в повышении устойчивости против опрокидывания при ураганных ветрах, в упрощении конструкции, в снижении металлоемкости ветроагрегата с защитой от ураганных ветров, а также в снижении динамических нагрузок на конструкцию, в 18840 Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроэнергетических и ветроводоподъемных установках. Известен способ перевода ветроустановки в положение останова (Патент Германии 19717059 С 1, кл. 03 7/02, от 23.04.97). Способ предназначен для ветроустановки с поворотной головкой, которая установлена на башне с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. С наветренной стороны на поворотной головке установлено ветроколесо. Лопасти ветроколеса имеют возможность поворачиваться в положение останова при больших скоростях ветра. Поворот лопастей осуществляется на угол 90 к плоскости вращения ветроколеса. В заключение поворотная головка поворачивается с помощью двигателя на 180 на подветренную сторону башни. Недостатком способа является его многоступенчатость, что предопределяет сложность конструкции устройства для его осуществления. В итоге снижается надежность работы и повышается металлоемкость установки. Известно устройство для защиты ветродвигателя(Патент Германии 4344434 А 1, кл. 03 7/00, от 24.12.93). Устройство служит для защиты ветродвигателя, подсоединенного к сети, при бурях. Ветродвигатель имеет штангу хвоста, которая установлена с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси и в своем рабочем положении удерживается на корпусе ветроколеса храповым механизмом параллельно оси ветроколеса. При буре храповой механизм освобождается с помощью центробежного или вибрационного переключателя. Хвост под действием собственной массы или усилия пружины поворачивается на 90 к оси ветроколеса,одновременно, останавливая или снижая частоту его вращения. При ослаблении ветра генератор кратковременно работает в качестве двигателя и отводит штангу хвоста с помощью канатной тяги в стопорное положение. Недостатком устройства является его сложность требуется работа генератора в двух режимах собственно генератора и двигателя сложный механизм освобождения штанги хвоста и останова ветроколеса. Известно ветроколесо(патент Германии 4403400 А 1, кл. 03 7/00, от 04.02.94), которое имеет ротор, установленный на переднем конце двуплечего рычага с возможностью вращения вокруг его продольной оси. Двуплечий рычаг установлен на башне с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. А на заднем конце указанного рычага установлен хвостовой план,поворотный вокруг продольной оси рычага. Для исключения применения дополнительной буревой защиты предусмотрена установка хвостового плана с возможностью поворота на его верхней кромке на плече рычага. При этом хвостовой план служит как для установа ветроколеса на ветер, так и для буревой защиты при превышении критической скорости ветра для вывода ветроколеса из-под ветра. 2 Такая буревая защита эффективна только для двухлопастных и трехлопастных ветроколес или ветродвигателей. Для многолопастных ветродвигателей такая буревая защита непригодна. Известен ветродвигатель(Предпатент Республики Казахстан 2310, кл. 03 1/00, от 02.12.94) с осью вращения ветроколеса,совпадающей с направлением ветра. Ветродвигатель содержит мачту, головку с приводом, ветроколесо,установленное за мачтой, и жестко соединенное с головкой боковую лопату, установленную под тупым углом равным 110130 относительно горизонтальной оси ветроколеса. Боковая лопата выполнена с отверстиями, отношение суммарной поверхности которых к общей поверхности лопаты лежит в пределах 0,40,7. При скоростях ветра больших рабочей скорости давление на боковую лопату увеличивается, что создает дополнительный момент, который поворачивает ветроколесо с боковой лопатой относительно вертикальной оси мачты тем самым, уводя его из-под ветра. Однако,как показывает практика,и свидетельствуют данные метеостанции, частота изменения направления ветра в горизонтальной плоскости довольно высокая, а буревая защита работает с некоторым запозданием, поэтому эффективность его работы, особенно при ураганных ветрах, значительно снижается. Известно, что скорость воздушного потока с увеличением расстояния от поверхности земли увеличивается. Особенно сильные изменения скорости воздушного потока с изменением высоты наблюдается при больших, т.е. при ураганных ветрах. Следовательно, в ветроагрегатах с большим диаметром ветроколес на последние воздействуют существенные опрокидывающие моменты. Это обстоятельство в описанных выше и других известных конструкциях не учитывается, что отрицательно сказывается как на надежности работы бурезащитных устройств в частности, так и ветроаграгатов в целом. Задача изобретения - создание ветроагрегата с защитой от ураганных ветров, где принцип работы устройство для защиты ветроагрегата от ураганных ветров основывался бы на использовании действующего на ветроколесо опрокидывающего момента, появляемого за счет разности в скоростях воздушного потока в верхней и нижней частях ветроколеса. Решение ее позволило бы упростить конструкцию ветроагрегата, уменьшить ударные нагрузки при изменении направления ветра и переходе ветроагрегата из рабочего положения в положение буревой защиты и наоборот, сделать устойчивой конструкцию против опрокидывания при ураганных ветрах. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения,заключается в упрощении конструкции ветроагрегата с защитой от ураганных ветров в снижении его металлоемкости,а также снижения динамических нагрузок на конструкцию в повышении устойчивости против опрокидывания при ураганных ветрах,следовательно, также в повышении надежности, 18840 срока службы и эффективности работы ветроагрегата. Задача изобретения решается следующим образом ветроколеса, установленные с наветренной стороны мачты, уводятся при ураганных ветрах изпод ветра не в бок, а поворачиваются, в положении установа ветроагрегата на ветер, из вертикального положения в горизонтальное. При этом верхние части ветроколес поворачиваются по направлению воздушного потока, а нижние части - наоборот,поворачиваются против направления воздушного потока. Таким образом, ветроколеса, в положении буревой защиты,занимают положение практически параллельное поверхности земли. Технически это осуществлено следующим образом. Ветроагрегат содержит два ветроколеса,выполненные аналогично друг другу и расположенные симметрично относительно поворотной головки и установленные в ступицах,жестко закрепленных параллельно друг другу на концах поперечных им консольных балках, другие концы этих балок закреплены на поворотной головке противоположно друг другу с возможностью поворота вокруг своей оси, а с подветренной стороны мачты,к головке,перпендикулярно поперечным консольным балкам,закреплена ферма с хвостом. Ветряная лопата закреплена на консольных балках параллельно плоскости вращения ветроколес и перпендикулярно направлению воздушного потока с возможностью отклонения из фронтальной в горизонтальную плоскость и наоборот. Она связана жестко со ступицами ветроколес через поперечные консольные балки и выполнена в форме прямоугольника с продольными щелями. Одновременно с этим ветряная лопата имеет также гибкую связь с уравновешивающим механизмом,состоящим из блоков, троса, груза и демпфера. На фиг. 1 - изображена профильная проекция двухмодульного ветроагрегата с защитой от ураганных ветров в рабочем положении (вид сбоку) на фиг. 2 - то же в положении буревой защиты на фиг. 3 - двухмодульный ветроагрегат с защитой от ураганных ветров в рабочем положении в аксонометрическом изображении на фиг.4 - то же в положении буревой защиты. Ветроагрегат с защитой от ураганных ветров(фиг. 1 - фиг.4) состоит из мачты 1, головки 2,модулей, фермы с хвостом 4, буревой защиты, щита управления с преобразователем напряжения, блока аккумуляторов и комплекта соединительных проводов (на чертеже не показаны). Модули состоят из ветроколес 3, поперечных консольных балок 5,ступиц 6, ферм 7, генераторов, приводов от ветроколес к генераторам (на чертеже не показаны) и буревой защиты. Буревая защита состоит из ветряной лопаты 10 и уравновешивающего механизма, состоящего из блока 11, троса 12, груза 13 и демпфера 14. Головка 2 установлена в верхней части мачты 1 на вертикальную ось с возможностью вращения вокруг оси. Одни концы поперечных консольных балок 5 крепятся к головке 2 противоположно друг другу с возможностью поворота вокруг своих осей. В других концах поперечных консольных балок 5 в ступицах 6, жестко закрепленных на консольных балках 5 и установленных параллельно друг другу и симметрично относительно поворотной головки 2 устанавливаются ветроколеса 3 с возможностью вращения вокруг своей оси. К головке 2 перпендикулярно к креплению модулей крепится ферма с хвостом 4 для установки модулей на ветер. Ветряная лопата 10 установлена на консольных балках 5 параллельно плоскости вращения ветроколес 3 и перпендикулярно направлению воздушного потока и выполнена с возможностью отклонения из фронтальной в горизонтальную плоскость и наоборот. К ветряной лопате 10 закреплен конец троса 12 уравновешивающего механизма. К другому концу троса 12 перекинутому через блок 11, который закреплен на ферме с хвостом 4, подвешен груз 13. Демпфер 14 установлен в верхней части поворотной головки 2. Мачта 1 выполнена в виде сборно-разборной конструкции, состоящей из труб и уголков. Колеса ветровые 3 выполнены также сборным состоят из ступицы, спиц, кронштейна внутреннего и наружного, стяжек и лопастей 8. Привод состоит из вала в сборе и натяжного устройства. Передача крутящего момента от вала 9 ветроколеса к валу генератора осуществляется через клиноременные передачи (на чертеже не показаны). При наличии ветра воздушный поток одновременно воздействует на ветроколеса 3 и ветряную лопату 10. Вращаясь, ветроколеса 3, через клиноременные передачи, приводят во вращение генераторы. В диапазоне рабочих скоростей ветра,давление, создаваемое на ветряную лопату 10,уравновешивается моментом, создаваемым силами тяжести ветроколес 3. При скорости ветра,превышающей рабочую скорость, давление,создаваемое на ветряную лопату 10, увеличивается,и оно преодолевает момент сопротивления,создаваемое ветроколесами 3. Ветроколеса 3 начинают отклоняться из фронтальной в горизонтальную плоскость и, при скорости ветра,значительно превышающей рабочую скорость,занимают практически горизонтальное положение. При таком расположении ветроколес изменения направления ветра в горизонтальной плоскости практически не влияют на работу ветроагрегата уменьшаются динамические нагрузки воздушного потока на конструкцию, а ее устойчивость против опрокидывания увеличивается. Исключить ударные нагрузки на конструкцию при возврате ветроколеса в рабочее положение позволяет уравновешивающий механизм. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. троагрегат с защитой от ураганных ветров,состоящий из мачты, ветроколеса, выполненным с возможностью вращения вокруг своей оси и установленным на поворотной головке с наветренной стороны,ветряной лопаты,отличающийся тем, что он дополнительно содержит второе ветроколесо,выполненное 3 18840 аналогично первому ветроколесу и расположенное ему симметрично относительно поворотной головки, ветроколеса установлены в ступицах,жестко закрепленных параллельно друг другу на концах поперечных им консольных балках, другие концы этих балок закреплены на поворотной головке противоположно друг другу с возможностью поворота вокруг своей оси, а с подветренной стороны мачты к головке перпендикулярно поперечным консольным балкам закреплена ферма с хвостом. 2. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что ветряная лопата выполнена с возможностью отклонения из фронтальной в горизонтальную плоскость и наоборот, установлена на консольных балках параллельно плоскости вращения ветроколес и перпендикулярно направлению воздушного потока. 3. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что ветряная лопата выполнена в форме прямоугольника с продольными щелями. 4. Ветроагрегат по п. 1, отличающийся тем,что он содержит уравновешивающий механизм,состоящий из блоков, троса, груза, демпфера и соединенный гибкой связью с ветряной лопатой.