Ветровая электростанция

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(72) Автор Жингель Юрий Ульянович(73) Патентообладатель Частное торговопроизводственное унитарное предприятие Ульянис(57) Ветровая электростанция, содержащая вал и рабочие лопасти в виде парусов, отличающаяся тем, что концы вала установлены горизонтально в соосных отверстиях двух вертикальных опор, жестко закрепленных на горизонтальном основании, имеющем возможность поворачиваться вокруг вертикальной оси, на одном из концов вала установлен жестко связанный с ним шкив, служащий для передачи крутящего момента на вал генератора, при этом на валу через поворотные устройства закреплены с возможностью вращения вокруг своей продольной оси четыре мачты с жестко закрепленным на каждой мачте парусом, ось каждой из указанных мачт повернута на 90 градусов по периметру вала по сравнению с осью предыдущей мачты. 90312013.02.28 Заявляемая полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована в ветровых электростанциях, в частности, с использованием парусных ветродвигателей. Известна парусная ветровая гирляндно-горизонтальная электростанция, состоящая из нескольких ветродвигателей. На валу каждого ветродвигателя смонтированы по четыре паруса, являющихся рабочими лопастями, а сами ветродвигатели сформированы в гирлянды и вращают тихоходные электрогенераторы. Ветродвигатели смонтированы на трубчатых опорных столбах, а горизонтальные прямолинейные гирлянды исходят веером от здания электростанции. При этом каждая гирлянда содержит трубчатые валы, концы которых жестко связаны между собой зажимами, образуя общие силовые валы 1. Однако эта электростанция имеет чрезвычайно сложную конструкцию и требует высоких материальных затрат на ее эксплуатацию и монтаж. Известен также парусно-щитовой ветродвигатель, содержащий вертикальную ось,установленные радиально на вертикальной оси лопасти, выполненные в виде прямоугольных рам с натянутой на них парусиной. При этом парусина закреплена на рамах на расстоянии от оси, равном одной десятой ширины лопасти, что необходимо для беспрепятственного прохождения потока воздуха, устранения отрицательного избыточного давления на соседнюю лопасть и ее торможения. Вокруг лопастей подвижно установлены два дуговых щита - большой и малый, защищающих часть лопастей от потока воздуха. За счет поворота дуговых щитов обеспечивается регулировка ветродвигателя при изменении направления ветра и регулировка давления на лопасти при изменении скорости ветра 2. При работе указанного парусно-щитового ветродвигателя поток ветра с разной силой,но одновременно воздействует на все лопасти ветродвигателя, создавая не только необходимый момент вращения, но и противоположно направленный момент, вызывающий торможение, следствием чего является низкий КПД ветродвигателя. Кроме того, недостатком является также то, что подвижные дуговые щиты ветродвигателя имеют очень большую площадь и подвергаются мощной ветровой нагрузке, которая через систему роликов передается на два направляющих обода и может привести к их деформации. Наиболее близким аналогом (прототипом) является парусный ветродвигатель, содержащий вертикальную ось, лопасти, установленные радиально на вертикальной оси и выполненные в виде прямоугольных рам с парусиной, верхняя кромка которой прикреплена к подвижной в вертикальном направлении горизонтальной балке, рама состоит из верхней и нижней консолей и двух вертикальных боковых стоек, боковые стойки рамы выполнены в виде направляющих для концов горизонтальной балки и грибков, периодически закрепленных на боковых сторонах парусины, на верхней консоли рамы размещена лебедка для поднятия горизонтальной балки с парусиной, а нижняя консоль рамы оснащена приводным барабаном для опускания парусины 3. Однако указанная конструкция имеет следующие недостатки 1. Так как вертикальный вал закреплен нижним концом в ступице, а верхний остается свободным, то усилия, возникшие в подшипниках, окажутся выше допустимых и вал будет клинить, а при некоторых ситуациях (порывистый ветер) даже деформироваться. 2. В устройстве отсутствует механизм, позволяющий изменять зону подъема и опускания парусины при изменении направления ветра. При изменении направления ветра на 90 градусов ветродвигатель будет иметь минимальную мощность или прекратит свое вращение. При изменении направления ветра более чем на 90 градусов ветродвигатель будет вращаться в обратном направлении, что недопустимо. Вышеперечисленные недостатки конструкции приводят к снижению ее надежности при эксплуатации, а также к снижению ее удельной мощности. Задача заявляемой полезной модели заключается в повышении надежности и увеличении мощности ветровой электростанции. Поставленная задача решается заявляемой ветровой электростанцией, содержащей вал и рабочие лопасти в виде парусов, при этом 2 90312013.02.28 концы вала установлены горизонтально в соосных отверстиях двух вертикальных опор,жестко закрепленных на горизонтальном основании, имеющем возможность поворачиваться вокруг вертикальной оси, на одном из концов вала установлен жестко связанный с ним шкив, служащий для передачи крутящего момента на вал генератора, при этом на валу через поворотные устройства закреплены с возможностью вращения вокруг своей продольной оси четыре мачты с жестко закрепленным на каждой мачте парусом, ось каждой из указанных мачт повернута на 90 градусов по периметру вала по сравнению с осью предыдущей мачты. На фигуре приведена принципиальная схема ветровой электростанции. В горизонтальном основании 1, имеющем возможность поворачиваться вокруг вертикальной оси 2, жестко закреплены две опоры 3, в соосные отверстия которых помещены концы вала 4. На конце этого вала находится жестко связанный с ним шкив 5, служащий для передачи крутящего момента с помощью ремня 6 и шкива 7 на вал генератора 8. На валу 4 через поворотные устройства 9 закреплены с возможностью вращения вокруг своей продольной оси четыре мачты 10. Ось каждой из последующих мачт повернута на 90 градусов по периметру вала по сравнению с осью предыдущей мачты. К мачтам 10 непосредственно жестко прикреплены четыре паруса 11, 12, 13, и 14. Ветровая электростанция работает следующим образом. В положении, показанном на фигуре, парус 11 расположен вертикально таким образом, что плоскость паруса параллельна оси вала 4. При этом плоскость паруса перпендикулярна также направлению ветра (это достигается поворотом основания 1 вокруг вертикальной оси 2). Паруса 12 и 13 повернуты перпендикулярно оси вала 4, а парус 14 - параллельно оси вала 4, но горизонтально. Ветер, воздействуя на парус 11, создаст крутящий момент на валу 4. Крутящие моменты от парусов 12, 13 и 14 будут ничтожно малы, т.к. плечи этих моментов близки к нулю. В результате вал 4 поворачивается. При повороте от нуля до 90 градусов крутящий момент паруса 11 уменьшается от максимального значения до нуля, зато крутящий момент паруса 14 возрастает от нуля до максимального значения. Крутящие же моменты других парусов по-прежнему будут ничтожно малы. При достижении валом 4 угла поворота 90 градусов плоскости парусов 11 и 13 с помощью поворотных устройств 9 разворачиваются на 90 градусов вокруг продольных осей мачт 10, и весь процесс продолжается аналогичным образом, только на этот раз крутящие моменты будут создавать паруса 14 и 13. При следующем повороте вала 4 еще на 90 градусов поворачивают на 90 градусов паруса 12 и 14. Еще при повороте вала 4 на 90 градусов - паруса 11, 13 и т.д. В результате в каждый момент времени будут работать два паруса из четырех, создавая крутящий момент, передаваемый на вал генератора, в котором и происходит преобразование энергии ветра в электрическую энергию. Два других паруса практически не будут создавать крутящих моментов противоположного знака, т.к. их плоскости будут параллельны направлению ветра. При необходимости с помощью одеваемых на вал 4 муфт 15 к секции, изображенной на фигуре, могут быть присоединены дополнительные аналогичные секции, что позволяет повысить мощность парусной электростанции. Таким образом, заявленная полезная модель обладает повышенной надежностью и мощностью до 5-1000 МВт, что сравнимо с мощностью таких гидроэлектростанций, как Саяно-Шушенская ГЭС, на которой мощность одного гидроагрегата 640 МВт Лукомльская ГРЭС, на которой мощность одного энергоблока 300 Мвт Смоленская атомная станция, на которой мощность одного энергоблока 1000 МВт. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3