Ветроэнергетическая установка

(51) 03 11/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ ветроколесо 1, размещенное на выходном валу 3 генератора 4, связанного посредством основного шарнира 5, установленного под генератором 4, с поворотной головкой 6, связанной посредством дополнительного шарнира 7 со штангой 8, на которой закреплен флюгер 10, расположенный ниже основного шарнира 5, жестко связанный с генератором 4 рычаг 11 с другим дополнительным шарниром 12, содержащим ограничитель 15 поворота рычага 11, демпфирующее устройство, в виде тяги 13, один конец которой соединен с флюгером 10, а другой шарниром 14 связан с другим концом рычага 11, предлагается установку снабдить амортизатором 16. шарнирно связанным с генератором 4 и кронштейном 17. Кронштейн 17 прикреплен к верхней части головки 6, а штангу связать с флюгером 10 посредством шарнира 9. Ветроколесо 1 выполнить в виде кольца 18 с криволинейными лопастями 19, закрепленного на оси 20, один конец которой соединен с валом 3 генератора 4, а другой с коническим обтекателем 2.(72) Дробинский Александр Васильевич Змазнева Наталья Олеговна Аминов Руслан Ильфатович Самков Антон Юрьевич(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Инновационный Евразийский университет(57) Изобретение относится к ветроэнергетике, и может быть использовано в установках малой и средней мощности с флюгерной ориентацией для электроснабжения потребителей. Техническим результатом является эффективное использование энергии ветра, в широком диапазоне скоростей ветрового потока и относительно высокая надежность работы ветроэнергетической установки. Это достигается за счет того, что в известной ветроэнергетической установке,содержащей Изобретение относится к ветроэнергетике, и может быть использовано в установках малой и средней мощности с флюгерной ориентацией для электроснабжения потребителей. Известен ветрогенератор флюгерный (Патент РФ 2310091, 03 3/04, 7/06, опубл. 10.11.2007),содержащий рабочее колесо с зубчатыми механизмами, флюгер с криволинейным откосом,направленным острым концом навстречу ветру, два ветровых стабилизатора. К клиновому флюгеру под углом к ветру жестко закреплена уравновешивающая пластина с изгибом в сторону рабочего колеса. Флюгер охватывает рабочее колесо в пределах четверти окружности. На верхней,нижней и боковой частях клинового флюгера расположены щелевые отверстия, прикрытые козырьками по направлению ветра, а флюгер,ветровые стабилизаторы и уравновешивающая пластина представляют собой единую жесткую конструкцию с возможностью установки на отдельном подшипниковом узле, закрепленном на неподвижной мачте. Несмотря на то, что ветрогенератор флюгерный позволяет максимально эффективно использовать энергию ветра, сконцентрировав воздушный поток на одну половину рабочего колеса, при высоких скоростях ветра данная конструкция не обеспечивает снижение скорости вращения рабочего колеса по причине отсутствия устройства торможения, что приводит к повышенному износу зубчатых механизмов и снижению надежности работы ветрогенератора. Недостатками также являются сложность конструкции флюгерного ветрогенератора и низкий КПД передачи крутящего момента от рабочего колеса к генератору через зубчатую пару и редуктор вследствие механических потерь. Известна ветроэнергетическая установка(Инновационный патент РК 25132, 03 3/04,опубл. 28.02.2011),содержащая опорную конструкцию, жестко скрепленный с флюгером раструб с уменьшающимся сечением по направлению потока ветра,содержащий криволинейные откосы и клиновой обтекатель,ветроколесо, выполненное в виде двух смещенных относительно оси вращения полуцилиндрических лопастей, обращенных друг к другу вогнутыми сторонами и укрепленных на вертикальном валу между дисками, однозвенный передаточный механизм,обеспечивающий возможность одновременной передачи крутящих моментов по крайне мере двум генераторам. Недостатком ветроэнергетической установки является относительно невысокая надежность из-за больших нагрузок, действующих на мачту и элементы конструкции установки при превышении допустимой скорости ветрового потока. Известно ветроколесо (Инновационный патент РК 25133, 03 7/00, 03 7/04, опубл. 15.12.2011), содержащее криволинейные лопасти,ось, конический обтекатель, кольцо, внутренняя поверхность которого соединена с лопастями,жестко закрепленными на оси, а внешняя 2 поверхность кольца соединена с криволинейными лопастями, при этом ось закреплена в опорноповоротном механизме с возможностью вращения. Недостатком ветроколеса является относительно низкая надежность его работы при высоких скоростях ветрового потока, по причине отсутствия устройства,уменьшающего силу давления ветрового потока на ветроколесо. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и результату является ветроэнергетическая установка(Патент РФ 2000471 03 11/04 опубл. 07.09.1993),содержащая ветроколесо,размещенное на выходном валу генератора, связанного посредством основного шарнира,установленного под генератором, с поворотной головкой, соединенной со штангой, на которой закреплен флюгер,расположенный ниже основного шарнира,связанное с генератором демпфирующее устройство. Головка посредством шарнира связана с мачтой. Установка снабжена рычагом, один конец которого жестко связан с генератором двумя дополнительными шарнирами, первый из которых снабжен ограничителем поворота и размещен в средней части рычага, второй - в месте соединения штанги и поворотной головки, демпфирующее устройство выполнено в виде тяги, один конец которой соединен с флюгером, а другой шарнирно связан с другим концом рычага. Первый дополнительный шарнир снабжен ограничителем рычага. Недостатком ветроэнергетической установки является неэффективное преобразование кинетической энергии ветра в полезную работу при низких скоростях ветрового потока и относительно низкая надежность работы штанги и тяги, жестко прикрепленных к флюгеру, работающих на изгиб, а также повышенный износ шарниров. В связи с этим поставлена задача, разработать ветроэнергетическую установку,эффективно работающую в широком диапазоне скоростей ветрового потока с повышенной надежностью и долговечностью. Техническим результатом является эффективное использование энергии ветра, в широком диапазоне скоростей ветрового потока и относительно высокая надежность работы ветроэнергетической установки. Это достигается за счет того, что в известной ветроэнергетической установке,содержащей ветроколесо, размещенное на выходном валу генератора, связанного посредством основного шарнира, установленного под генератором, с поворотной головкой, связанной посредством дополнительного шарнира со штангой, на которой закреплен флюгер, расположенный ниже основного шарнира, жестко связанный с генератором рычаг с другим дополнительным шарниром, содержащим ограничитель поворота рычага, демпфирующее устройство, в виде тяги, один конец которой соединен с флюгером, а другой шарниром связан с другим концом рычага, предлагается установку снабдить амортизатором, шарнирно связанным с генератором и кронштейном. Кронштейн следует прикрепить к верхней части головки, а штангу связать с флюгером посредством шарнира. Ветроколесо выполнить в виде кольца с криволинейными лопастями, закрепленного на оси,один конец которой соединен с валом генератора, а другой с коническим обтекателем. Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показана ветроэнергетическая установка, в положении, соответствующем слабым и нормальным скоростям ветра (значение скорости ветрового потока не превышает значения 8,5 м/с). На фиг.2 показана ветроэнергетическая установка, в положении, соответствующем сильным ветрам (значение скорости ветрового потока выше 8,5 м/с, но не превышает 17 м/с). На фиг.3 показана ветроэнергетическая установка, в положении, соответствующем очень сильным и штормовым ветрам (значение скорости ветрового потока выше 17 м/с). Ветроэнергетическая установка,содержит ветроколесо 1, снабженное обтекателем 2,размещенное на выходном валу 3 генератора 4,связанного посредством основного шарнира 5,установленного под генератором 4 с поворотной головкой 6, связанной посредством шарнира 7 со штангой 8, которая связана шарниром 9 с флюгером 10 расположенном ниже основного шарнира 5. Установка снабжена рычагом 11, один конец которого связан с генератором 4 шарниром 12,расположенным в средней части рычага 11. Демпфирующее устройство установки выполнено в виде тяги 13, один конец которой жестко соединен с флюгером 10, а другой посредством шарнира 14 связан с другим концом рычага 11. Шарнир 12 снабжен ограничителем 15 поворота рычага 11, при этом ось вращения ограничителя 15 расположена параллельно оси вращения шарнира 14 демпфирующего устройства. Установка снабжена амортизатором 16, шарнирно связанным с генератором 4 и кронштейном 17, прикрепленным к верхней части поворотной головки 6. Ветроколесо 1 выполнено в виде кольца 18 с криволинейными лопастями 19 закрепленного на оси 20, у которой один конец соединен с валом 3 генератора 4, а другой - с коническим обтекателем 2. Установка работает следующим образом. Ветроколесо 1 ориентируется на ветер при помощи флюгера 10. Ветровой поток поступает на обтекатель 2 и криволинейные лопасти ветроколеса 19. Когда скорость ветра не превышает значения 8,5 м/с, ось вращения ветроколеса расположена параллельно ветровому потоку (фиг.1). В таком положении сумма моментов сил от ветрового потока и флюгера 10 противостоит момент от силы тяжести генератора 4 с ветроколесом 1 и обтекателем 2. Когда скорость ветра выше 8,5 м/с,но не превышает 17 м/с, генератор 4 вместе с ветроколесом 1 и обтекателем 2 поворачивается вокруг оси основного шарнира 5 (фиг.2), при этом ограничитель 15 исключает взаимный поворот сочлененных плеч рычага 11 до положения, пока ось шарнира 12 не пересечет линию, соединяющую ось шарнира 5 и точку крепления флюгера 10 к тяге 13. При скорости ветра выше 17 м/с происходит полное опрокидывание генератора 4 (фиг.3). В таком положении вращающий момент относительно оси вращения шарнира 5 от составляющей силы тяжести флюгера 10, действующей вдоль тяги 13,противодействует всем остальным составляющим суммарного момента,заставляющего опрокидываться генератор 4. Дальнейшее движение генератора 4 в первоначальное положение определяется уже моментамисилы тяжести генератора 4 с ветроколесом 1, обтекателем 2 и от силы ветрового потока. Амортизатор 16 гасит колебания генератора 4 при скоростях ветрового потока превышающих 8,5 м/с. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветроэнергетическая установка, содержащая ветроколесо, размещенное на выходном валу генератора, связанного посредством основного шарнира, установленного под генератором, с поворотной головкой, связанной посредством дополнительного шарнира со штангой, на которой закреплен флюгер, расположенный ниже основного шарнира, жестко связанный с генератором рычаг с другим дополнительным шарниром, содержащим ограничитель поворота рычага, демпфирующее устройство, в виде тяги, один конец которой соединен с флюгером, а другой шарниром связан с другим концом рычага отличающаяся тем, что установка снабжена амортизатором, шарнирно связанным с генератором и кронштейном, который прикреплен к головке, штанга связана с флюгером посредством шарнира, а ветроколесо выполнено в виде кольца с криволинейными лопастями,закрепленного на оси один конец которой соединен с валом генератора, а другой с коническим обтекателем. 2. Ветроэнергетическая установка по п.1,отличающаяся тем, что кронштейн прикреплен к верхней части головки.