Ветроустановка

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гродненский государственный аграрный университет(72) Авторы Богданович Петр Францевич Григорьев Дмитрий Алексеевич Пестис Витольд Казимирович Заневский Владислав Викторович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гродненский государственный аграрный университет(57) 1. Ветроустановка, содержащая основание, электрогенератор, вертикальный вал с двумя подшипниками, установленными в стойке основания с ребрами жесткости, закрепленные на валу радиальные траверсы и вертикальные лопасти, отличающаяся тем, что снабжена маховиком, связанным с валом шлицевым соединением, обеспечивающим вертикальное перемещение маховика вдоль вала, тягами, шарнирно связывающими маховик с лопастями, которые шарнирно закреплены на концах траверс с возможностью углового отклонения в вертикальной плоскости относительно вала, противовесами, закрепленными на нижних концах лопастей, и планетарным редуктором, кинематически связывающим электрогенератор с нижним концом вертикального вала. 94332013.08.30 2. Ветроустановка по п. 1, отличающаяся тем, что подшипники вертикального вала выполнены радиально-упорными. 3. Ветроустановка по п. 1, отличающаяся тем, что основание содержит корпус, внутри которого помещены планетарный редуктор и генератор, а стойка основания с ребрами жесткости закреплена на верхней части корпуса.(56) 1. Патент 2024782 1, МПК 503 3/06, 1994. 2. Патент 2031240, МПК 703 3/06, 1995. 3. Патент 2364748 1, МПК 703 3/00, 2009. 4. Патент 2364748 1, МПК 703 11/04, 2000. 5.342 / ////2 Полезная модель относится к ветроэнергетике, в частности к ветроустановкам с вертикальной осью вращения. Отличительной особенностью таких ветроустановок является сравнительно низкое расположение ветроколеса относительно земной поверхности, где ветровые воздушные потоки имеют явно выраженный турбулентный характер. При этом ветер имеет порывистый характер, когда скорость воздушного потока за короткие промежутки времени меняется в очень больших пределах. А так как мощность РВК ветроколеса связана со скоростьюветра зависимостью РВККВ 3, где КВ - постоянный коэффициент, то, очевидно, мощность ветроколеса будет колебаться в широких пределах. В процессе работы нагруженной ветроустановки возможны резкие изменения нагрузки, например электрической мощности получаемой потребителем. При этом будут иметь место резкие колебания скорости вращения ветроколеса и возникают дополнительные динамические нагрузки на ветроколесо и другие элементы ветроустановки, а также ухудшаются условия работы электрогенератора. При стабилизации угловой скоростивращения ветроколеса при непостоянном ветре также невозможно обеспечить постоянство мощности РВК ветроколеса, ибо РВКМ, где М - вращающий момент на валу ветроколеса, который в данном случае будет пропорционален мощности РВК. В этой связи снижение колебаний выходной мощности ветроустановок с вертикальной осью вращения путем стабилизации скоростивращения ветроколеса и вращающего момента М на его валу является актуальной технической задачей. Известно устройство 1, содержащее вертикальный вал, закрепленные на нем радиальные траверсы с шарнирно установленными лопастями, противовесы, позволяющие стабилизировать скорость вращения ветроколеса. Недостатком устройства является зависимость развиваемого на валу ветроколеса вращающего момента от колебаний скорости ветра. Известно устройство 2, содержащее вертикальный вал с двумя подшипниками, вертикальные лопасти, электрогенератор, планетарный редуктор и корпус, выполненный в виде основания. Однако данное устройство не обеспечивает снижение колебаний выходной мощности при порывистом ветре. В 3 описано устройство, содержащее корпус, электрогенератор, траверсы, вертикальные лопасти, позволяющие стабилизировать частоту вращения ветроколеса. Однако данное устройство при порывистом ветре также не обеспечивает стабилизацию выходной мощности ветроколеса. Наиболее близкой к предлагаемой является ветроустановка 4, содержащая основание, электрогенератор, вертикальный вал с двумя подшипниками, установленными в стойке основания с ребрами жесткости, закрепленные на валу радиальные траверсы и вертикальные лопасти. 2 94332013.08.30 Ветроустановка обеспечивает получение электроэнергии за счет ветра в достаточно широком диапазоне изменения его скорости. Недостатком известной ветроустановки является непостоянство выходной мощности ветроколеса и, соответственно, выходной мощности электрогенератора при порывистом ветре. Заявляемая полезная модель направлена на снижение колебаний выходной мощности ветроустановки путем стабилизации скорости вращения ветроколеса и вращающего момента на его валу в условиях, когда ветер имеет порывистый характер. Сущность полезной модели заключается в следующем. Ветроустановка, содержащая основание, электрогенератор, вертикальный вал с двумя подшипниками, установленными в стойке основания с ребрами жесткости, закрепленные на валу радиальные траверсы и вертикальные лопасти, дополнительно содержит маховик, связанный с валом шлицевым соединением, обеспечивающим вертикальное перемещение маховика вдоль вала, тяги,шарнирно связывающие маховик с лопастями, которые шарнирно закреплены на концах траверс с возможностью углового отклонения в вертикальной плоскости относительно вала, противовесы, закрепленные на нижних концах лопастей, и планетарный редуктор, кинематически связывающий электрогенератор с нижним концом вертикального вала. Подшипники вертикального вала выполнены радиально-упорными, основание содержит корпус, внутри которого помещены планетарный редуктор и генератор, а стойка основания с ребрами жесткости закреплена на верхней части корпуса. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов и наличием новых связей между элементами маховика,связанного с валом шлицевым соединением, обеспечивающим вертикальное перемещение маховика вдоль вала, тяг, шарнирно связывающих маховик с лопастями, которые шарнирно закреплены на концах траверс с возможностью углового отклонения в вертикальной плоскости относительно вала, противовесов, закрепленных на нижних концах лопастей, и планетарного редуктора, кинематически связывающего электрогенератор с нижним концом вертикального вала, корпуса основания, на верхней части которого закреплена стойка основания с ребрами жесткости. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1 и 2, на которых приведены соответственно вид ветроустановки сбоку и вид сверху. Ветроустановка (фиг. 1, 2) содержит основание 1, электрогенератор 2, вертикальный вал 3, два радиально-упорных подшипника 4, стойку 5 основания с ребрами 6 жесткости,закрепленные на валу радиальные траверсы 7, шарнирно закрепленные на концах траверс вертикальные лопасти 8, имеющие аэродинамический профиль (например, профиль Э. Ленца 5), маховик 9, шлицевое соединение 10, обеспечивающее вертикальное перемещение маховика вдоль вала, тяги 11, шарнирно связывающие маховик с лопастями, которые имеют возможность углового отклонения в вертикальной плоскости относительно вала 3, противовесы 12, закрепленные на нижних концах лопастей, и планетарный редуктор 13, кинематически связывающий электрогенератор 2 с нижним концом вертикального вала 3. Основание 1 содержит корпус 14, внутри которого помещены планетарный редуктор 13 и электрогенератор 2. Стойка 5 основания закреплена на верхней части корпуса 14. Ветроустановка работает следующим образом. В исходном положении при отсутствии ветра ветроколесо неподвижно, а лопасти 8 расположены вертикально. В диапазоне рабочих скоростей ветра, начиная с некоторого минимального значения скорости ветра, ветроустановка при отсутствии нагрузки у потребителя самозапускается. При этом лопасти 8 начинают под действием ветра двигаться по окружности, постепенно ускоряя свое движение. Возможен также и принудительный запуск. Лопасти 8 через траверсы 7 приводят во вращение вал 3, связанный с ним маховик 9 и электрогенератор 2. При нарастании угловой частотывращения маховика он будет накапливать кинетическую энергию, за счет чего частота вращения указанных элементов будет плавно нарастать до некоторого значе 3 94332013.08.30 ния, соответствующего средней скорости ветра . Быстрые колебания скорости ветра будут сглаживаться в основном за счет инерции маховика 9 и в меньшей степени за счет инерции остальных. Когда частота вращения электрогенератора превысит некоторую минимальную величину, включается потребитель, получающий от него электроэнергию. Так как лопасти 8 участвуют во вращательном движении, то на противовесы 12, закрепленные на нижних концах лопастей, будут действовать центробежные силы, направленные от вала 3 и стремящиеся отклонить лопасти от вертикального положения. Удержание лопастей в вертикальном положении обеспечивается за счет веса маховика, приложенного к ним через тяги 11. Вес маховика и масса противовесов лопастей выбираются так, что если средняя скорость ветра не превышает некоторое расчетное значение , то лопасти 8 находятся в вертикальном положении и ветроустановка работает с максимально возможным для ее конструкции коэффициентом использования энергии ветра. Угловая частота вращения вертикального вала и маховика также будет иметь расчетное значение . Электрогенератор также будет отдавать потребителю расчетную мощность . Если средняя скорость ветра СР будет возрастать и превысит расчетное значение ,то угловая частотавращения вращающихся элементов ветроустановки также будет возрастать и превысит расчетное значение . Под действием центробежных сил противовесов 12 лопасти 8 начнут отклоняться от вертикального положения на некоторый угол. Отклонение лопастей передается через тяги 11 на маховик и вызовет его перемещение вдоль вертикального вала по шлицевому соединению 10 вверх. Отклонение лопастей от вертикального положения вызывает уменьшение коэффициента использования энергии ветра ветроколесом. Мощность ветроколеса снизится, и увеличение угловой частотыпрекратится. Таким путем осуществляется стабилизация частотывращения при изменении средней скорости ветра . Предлагаемая ветроустановка обеспечивает снижение колебаний выходной мощности электрогенератора путем стабилизации скорости вращения ветроколеса и вращающего момента на его валу в условиях, когда ветер имеет порывистый характер. При этом скорость вращения электрогенератора будет стабильной и при быстропеременной нагрузке. Кроме того, за счет уменьшения коэффициента использования энергии ветра ветроколесом при нарастании средней скорости ветра существенно повышается ветроустойчивость всей конструкции ветроустановки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4