Ветроэлектростанция

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Автор Северянин Виталий Степанович(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) Ветроэлектростанция, состоящая из платформы, способной поворачиваться на круговом рельсе с виндрозой, электрогенератора, отличающаяся тем, что на платформе установлена силовая ось с дисками с пазами, в которые имеют возможность входить несколько незакрепленных лопастей, расположенных на опорных катках осей сдвига до упора в зацепы оси возврата с одной стороны силовой оси и до съемников с другой, лопасти снабжены штифтами и ребрами, силовая ось связана с осями сдвига шкивами и с электрогенератором, к оси возврата телескопической подвеской подсоединен груз, опирающийся снизу на дугу, на ней находится аппарель, между ее концом и дугой зазор не менее размера груза. 42582008.02.28 Ветроэлектростанция относится к энергетике и может быть использована в энергосистемах для выдачи в сеть электроэнергии при благоприятном ветре, а также для выработки аккумулируемого вторичного энергоресурса (водород/кислород, напорные газовые и жидкостные системы, электрохимические, гравитационные, механические накопители энергии и т.д.), особенно для стран, ветроэнергетические ресурсы которых невелики. Мощность ветроустановок зависит от скорости ветра и от величины поверхности, воспринимающей динамический напор ветра и вырабатывающей механическую энергию. Поэтому для создания мощных ветростанций для упомянутых регионов основным становится второй фактор. Однако увеличение размеров резко обостряет конструкционные, эксплуатационные, строительно-монтажные, материаловедческие и многие другие проблемы. Это ограничение убедительно проявляется на примере лопастных (пропеллерных или турбинных), являющихся доминирующими в мире ветроустановок. Известны 1 ветроустановки с горизонтальной осью вращения (так называемые барабанные ветродвигатели), состоящие из крыльев (плоскостей), закрепленных параллельно оси вала ветроколеса, движущихся в направлении ветра. Они просты, надежны, однако обратный ход плоскости требует ее экранирования от ветра, что увеличивает габариты,ухудшает аэродинамику устройства. Поэтому большие мощности в них недостижимы. В устройстве 2 лопасти закреплены на вращающемся роторе, который может поворачиваться по ветру. Здесь использованы концентраторы, что усложняет конструкцию. В концентраторах имеются каналы, направляющие потоки воздуха на затененную часть ротора. Недостаток прототипа - наличие криволинейных каналов, дающих недостаточное воздействие на лопасти из-за потерь энергии потока воздуха в них, невозможность существенного увеличения размеров лопастей. Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в том,чтобы реализовать возможность максимального увеличения размеров лопастей - плоскостей, воспринимающих ветровой поток, упростить конструкцию, эксплуатацию и ремонт крупномасштабной ветроустановки, автоматизировать поворот на ветер, скомпоновать лопасти-плоскости и согласовать их перемещение с электрогенератором и управляющими частями станции. Технический результат - ветровая электростанция повышенной мощности по сравнению с обычными лопастями пропеллерными ветроэлектростанциями. Это достигается тем, что ветроэлектростанция, состоящая из способной поворачиваться на круговом рельсе платформы с виндрозой, имеет силовую ось с дисками с пазами и несколько незакрепленных лопастей, способных входить в эти пазы и располагаться на опорных катках осей сдвига до упора в зацепы оси возврата с одной стороны силовой оси и до съемников на другой, лопасти снабжены штифтами и ребрами жесткости, силовая ось связана с осями сдвига шкивами и с электрогенератором, к оси возврата телескопической подвеской подсоединен груз, опирающийся снизу на дугу, на ней находится аппарель,между ее концом и дугой зазор не менее размера груза. На фигуре представлена принципиальная схема ветроэлектростанции, где обозначено платформа - 1, шасси - 2, круговой рельс - 3, виндроза - 4, силовая ось - 5, электрогенератор - 6, диск - 7, лопасть - 8, штифт - 9, ребро - 10, ось сдвига - 11, шкивы - 12, опорные катки - 13, направляющие катки - 14, съемник - 15, ось возврата - 16, зацеп - 17, груз - 18,телескопическая подвеска - 19, аппарель - 20, дуга - 21, лопасти 8 условно прозрачны, широкая стрелка - ветер, простые - движение элементов. Ветроэлектростанция состоит из платформы 1 (плоскость из легкого прочного материала) с многоколесным шасси 2, способным катиться по круговому рельсу 3. Виндроза 4 это вспомогательное многолопастное ветроколесо с механической передачей и редуктором, выходной вал которого опирается на круговой рельс 3.В средней части платформы 1 на стойках с подшипниками смонтирована силовая ось 5 с электрогенератором 6, он имеет повышающий редуктор и маховик, электропровода от него пропущены под платформой 1,2 42582008.02.28 прикреплены к ней снизу, подведены к скользящим контактам, от которых электрокабель выводится в земле к потребителю или к сети (не показаны на фигуре). На силовой оси 5 закреплены диски 7 с радиальными пазами, в которые могут входить своими краями лопасти 8. Они плоские, имеют габариты порядка 10050 м, на половине высоты - штифты 9 на боковых гранях, для жесткости и фиксации перемещения - ребра 10,их может быть несколько. Параллельно силовой оси 5 по обе ее стороны установлены на своих стойках оси сдвига 11, кинематически связанные друг с другом шкивами 12. При этом на силовой оси 5 диаметр шкива в несколько раз больше, чем на осях сдвига 11, т.е. эта система является редуктором. Передача может быть ременной, цепной и т.д. На осях сдвига 11 закреплены опорные катки 13, окружность которых покрыта резиной для лучшего сцепления с поверхностью лопастей 8. Свободные опорные катки, не связанные с осями, расставлены на платформе 1 для коррекции положения лопастей 8. Направляющие катки 14 с вертикальной осью вращения установлены так, чтобы между ними был зазор по толщине ребра 10. Съемники 15 (их два по обе стороны лопасти 8) - это стойки с отогнутыми концами,верхняя часть их расположена под штифтом 9 при наклоне лопасти 8 под углом 1030 к плоскости платформы 1, а нижняя часть отогнутого конца отдалена от силовой оси 5 на расстояние большее, чем расстояние от штифта 9 до силовой оси 5 плюс глубина паза в диске 7. Расстояние между съемниками 15 равно длине лопастей 8. На другой стороне платформы 1 находится ось возврата 16 на стойках с подшипниками. К ней прикреплены зацепы 17, их крюк находится на расстоянии от силовой оси 15, равном ширине лопастей 8. Сбоку к оси возврата 16 подсоединен груз 18 в виде катка, способного вращаться на своей оси, которая расщеплена на две изогнутые ветви, введенные в телескопическую подвеску 19. Последняя - это две жестко закрепленные на оси возврата 16 трубки, внутри которых свободно по оси могут перемещаться эти ветви. Сбоку груза 18 имеется аппарель 20 - это площадка, одним концом лежащая на дуге 21 (радиус этой дуги равен расстоянию внешней части груза 18 до оси возврата 16), а другой конец может поворачиваться на неподвижной оси. Расстояние от этой оси до дуги 21 равно размеру груза 18. Сборка и монтаж станции производится на уровне земли, не требуются высотные, а также землеройные крупные машины и механизмы. Действует ветроэлектростанция следующим образом. Ветер (по фигурах - справа налево), воздействуя на правую лопасть 8, предварительно вставленную в пазы дисков 7,поднимает ее, вращая силовую ось 5 и электрогенератор 6. Левая лопасть 8 ложится на съемники 15, которые штифтами 9 вытягивают лопасть из пазов дисков 7. Лопасть падает на опорные катки 13, которые вращаются на оси сдвига 11 с большой скоростью благодаря шкивам 12. Лопасть (в данный момент левая) сдвигается по горизонтали, фиксируемая направляющими катками 14, под диски 7, не задевая их, и попадает на опорные катки 13 правой стороны (движение идет благодаря лопасти, в это время поворачивающейся сверху). Движущаяся горизонтально направо лопасть упирается в зацепы 17, осью возврата 16 отклоняет против часовой стрелки груз 18. Лопасть при помощи свободных опорных катков немного наклоняется в сторону зацепов 17, перестает контактировать с осью сдвига 11 на правой стороне. Груз 18 по аппарели 20 перемещается до ее оси и падает на дугу 21. При этом увеличивается момент вращения на ось возврата 16 (увеличивается плечо). На правую лопасть 8 через зацепы 17 воздействует вращающий момент, который возвращает лопасть в обратное движение, лопасть входит в пазы дисков 7, и цикл движения повторяется. Груз 18 скатывается назад по дуге 21 под аппарелью 20, приподнимая ее благодаря повороту ее на своей оси, и возвращается таким образом в исходное положение. При смене направления ветра виндроза 4 начинает вращаться, через редуктор вращение передается на колесо, находящееся на круговом рельсе 3, платформа 1 на шасси 2 по 3 42582008.02.28 ворачивается до тех пор, пока плоскость виндрозы 4 не совпадет с направлением ветра,она останавливается, лопасти 2 становятся ориентированными на ветер. Электроэнергия от электрогенератора 6 через скользящие контакты под платформой 1 передается электрокабелями на преобразователи и регуляторы и далее в электросеть. Изготовленный макет подтвердил работоспособность принципиальной схемы полезной модели. Экономический эффект заключается в использовании низкокачественного возобновляющегося ветрового энергоресурса, в надежности и простоте конструкции, изготовления,монтажа, эксплуатации и ремонта оборудования данной электростанции. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4