Ветроэнергетическая установка

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Воробьев Олег Александрович(72) Автор Воробьев Петр Николаевич(73) Патентообладатель Воробьев Олег Александрович(57) 1. Ветроэнергетическая установка, содержащая опорную башню, редуктор и генератор, вращающееся основание и установленный на нем рабочий вал с закрепленными на расстоянии двумя и более ветроколесами с лопастями, отличающаяся тем, что каждое последующее ветроколесо повернуто по оси вращения относительно предыдущего более чем на 5 в сторону, противоположную вращению ветроколес, при этом верхние кромки лопастей ветроколес каждого ряда соединены с верхними кромками лопастей ветроколес последующего ряда с помощью шнеков, образующих винтовые линии пространственной многозаходной резьбы. 2. Ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что шнек имеет профиль желоба, развернутого выпуклой стороной в сторону вращения ветроколес. 3. Ветроэнергетическая установка по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что удаленный от опорной башни край основания имеет возможность вертикального перемещения с отклонением основания от горизонтали 0-45. 4. Ветроэнергетическая установка по п. 3, отличающаяся тем, что установка имеет узел обратной связи, изменяющий угол наклона основания в зависимости от силы ветра. 56292009.10.30 5. Ветроэнергетическая установка по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что рабочий вал с ветроколесами выполнен в виде последовательно соединенных секций, передающих друг другу вращающий момент вала, при этом шнеки соединяют лопасти только в пределах секции. 6. Ветроэнергетическая установка по п. 5, отличающаяся тем, что крайняя от опорной башни секция оканчивается ветроколесом, не соединенным со шнеками и в 1,5 и более раза превышающим диаметр и геометрическое заполнение остальных ветроколес. 7. Ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что ветроколеса на валу и шнеки на лопастях установлены с возможностью регулировки, при этом произведение хода винтовой линии на расчетную скорость вращения вала равно расчетной скорости ветра.(прототип). Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована в ветроэнергетических установках (ВЭУ) с осью вращения, совпадающей с направлением ветра. Известны ВЭУ классифицирующиеся по двум основным признакам геометрии ветроколеса и его положению относительно направления ветра. Исходя из этого, ВЭУ может быть горизонтально-осевой или вертикально-осевой. Геометрия ветроколеса определяет,какую вращающую силу использует ВЭУ. Если в ВЭУ вращающей силой является сила сопротивления (драг-машина), то линейная скорость вращения концов лопастей, как правило, меньше скорости ветра. Если в ВЭУ вращающей силой является подъемная сила(лифт-машина), то линейная скорость вращения лопастей значительно превосходит скорость ветра 1. Из всех известных конструкций наибольшее распространение получили горизонтально-осевые ВЭУ. Основной вращающей силой у этого типа ВЭУ является подъемная сила. Известен ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал с установленными на нем на расстоянии одно от другого двумя ветроколесами, снабженными лопастями. При этом ветроколеса закреплены на валу жестко, а лопасти первого, по направлению ветра, ветроколеса смещены относительно лопастей второго ветроколеса в окружном направлении в сторону вращения ветроколес 2. Последнее техническое решение является наиболее близким по технической сущности и поэтому принято в качестве прототипа. Недостатками известного ВЭУ является малая единичная мощность, нестабильность работы ветродвигателя из-за непостоянства ветрового потока. Путь действия силы ветра на лопасть ветроколеса ограничен проекцией 2-х лопастей на плоскость оси вращения в направлении ветра. Для увеличения мощности приведенного ветродвигателя приходиться увеличивать диаметр ветроколес, что резко увеличивает стоимость всей ВЭУ (увеличение высоты установки ветродвигателя, увеличение зоны отчуждения вокруг устройства, сложность обслуживания). Также приведенное ВЭУ не устойчиво к разрушительным порывам ветра из-за большой высоты и парусности. Технической задачей полезной модели является облегчение и упрощение конструкции ветродвигателя, повышение его КПД, защита от шквальных и ураганных ветров. Поставленная техническая задача достигается тем, что имеется ветроэнергетическая установка, содержащая опорную башню, редуктор и генератор, вращающееся основание и установленный на нем рабочий вал с закрепленными на расстоянии двумя и более ветро 2 56292009.10.30 колесами. При этом каждое последующее ветроколесо повернуто по оси вращения относительно предыдущего более чем на 5 в сторону, противоположную вращению ветроколес. Верхние кромки лопастей ветроколес каждого ряда соединены с верхними кромками лопастей ветроколес последующего ряда с помощью шнеков, образующих винтовые линии пространственной многозаходной резьбы. Новым, в предлагаемой полезной модели, является то, что каждое последующее ветроколесо повернуто по оси вращения относительно предыдущего более чем на 5 в сторону, противоположную вращению ветроколес, при этом верхние кромки лопастей ветроколес каждого ряда соединены с верхними кромками лопастей ветроколес последующего ряда с помощью шнеков, образующих винтовые линии пространственной многозаходной резьбы. Последовательный поворот ветроколес образует пространственную спираль, которую вращают как осевые, так и направленные под углом к оси вращения потоки воздуха. Приводя в движение ветроколеса, потоки воздуха постепенно теряют скорость и силу, и отбрасываются центростремительным ускорением на шнеки. Шнеки перенаправляют их вдоль оси рабочего вала, увеличивая путь воздействия силы потоков воздуха, позволяя полностью использовать энергию ветрового потока. Возможен вариант полезной модели, в которой шнек имеет профиль желоба, развернутого выпуклой стороной в сторону вращения ветроколес. Описанное увеличивает скорость вращения шнека при боковом потоке воздуха. Также возможен вариант полезной модели, в которой удаленный от опорной башни край основания имеет возможность вертикального перемещения с отклонением основания от горизонтали 0-45. Описанное позволяет увеличить площадь потока воздуха воздействующего на ВЭУ. Также появляется возможность подъема части ветроколес на большую высоту, где преобладают более сильные и постоянные ветровые потоки. Возможен вариант ВЭУ, в котором имеется узел обратной связи, изменяющий угол наклона основания в зависимости от силы ветра. Узел обратной связи при критическом увеличении воздушного потока автоматически уменьшает угол наклона основания с рабочим валом (вплоть до горизонтального положения), снижая давление воздушного потока на всю конструкцию, что защищает ВЭУ от шквальных и ураганных ветров. Также возможен вариант полезной модели, в которой рабочий вал с ветроколесами выполнен в виде последовательно соединенных секций, передающих друг другу вращающий момент рабочего вала, при этом шнеки соединяют лопасти только в пределах секции. Это позволяет унифицировать конструкцию. Также упрощает регулировку мощности ВЭУ добавлением или уменьшением количества секций. Значительно упрощается ремонт и обслуживание. Возможен вариант полезной модели, в которой крайняя от опорной башни секция оканчивается ветроколесом, не соединенным со шнеками, и в 1,5 и более раза превышающим диаметр и геометрическое заполнение остальных ветроколес. Ветроколесо выполняет роль аэродинамического стабилизатора, разворачивающего вал с ветроколесами к ветру, при этом оно также дает дополнительный вращательный момент на рабочий вал. Возможен вариант ВЭУ, в котором ветроколеса на валу и шнеки на лопастях установлены с возможностью регулировки, при этом произведение хода винтовой линии на расчетную скорость вращения вала равно расчетной скорости ветра. Это позволяет настраивать ВЭУ под ветра, характерные для конкретной местности. Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен вид сбоку ВЭУ (секции представлены схематично). На фиг. 2 представлен вид сверху ВЭУ. На фиг. 3 представлены ветроколеса одной секции, два шнека из трех показаны условно. 3 56292009.10.30 Ветроэнергетическая установка (фиг. 1) состоит из поворотного круга 1 с опорной башней 2, основания 3, рабочего вала 4, состоящего из нескольких секций 5, ветроколес 6,установленных на рабочем валу 4, площадки обслуживания 7, электрогенератора 8 и редуктора 9. Поворотный круг 1 представляет собой одно- или многоколейное полотно (например,рельсовое), замкнутое по окружности. Основание 3 выполнено в виде несущей металлоконструкции, опирающейся на рельсовые тележки 10 поворотного круга 1 и шарнирно закрепленной на опорной башне 2. Основание 3 может поворачиваться в горизонтальной плоскости вокруг опорной башни 2 (360) и в вертикальной плоскости от горизонтального положения до наклонного, с углом наклона до 45. Рабочий вал 4 состоит из секций 5, соединенных жесткой зубчатой муфтой 11. Фрагмент рабочего вала 12 (фиг. 3) представляет собой отрезок трубы, в торцах которого имеются цапфы, для установки подшипников и зубчатых полумуфт. Ветроколеса 6 неподвижно устанавливаются на фрагменте рабочего вала 12 в определенной последовательности с помощью крепежных деталей. Так, например, трехлопастные ветроколеса 6 при расчетной скорости ветра 10 м/сек,скорости вращения 2,5 об/сек и относительном смещении по окружности каждого последующего ветроколеса 6 равном 90, должны устанавливаться на рабочем валу 4 с расстоянием в 1 м. При таком расположении лопасти 13 ветроколес 6 будут образовывать по длине рабочего вала 4 винтовые линии трехзаходной резьбы с ходом 4 м. То есть произведение хода винтовой линии на расчетную скорость вращения рабочего вала 4 равно расчетной скорости ветра. Такое равенство должно соблюдаться, исходя из неотрывного перемещения материальной точки в направлении по предлагаемой винтовой линии рабочего вала 4 при заданной расчетной скорости ветра. По периферии лопастей 13 ветроколес 6, по предполагаемым винтовым линиям, с помощью крепежа установлены шнеки 14 с профилем в виде желоба, с выпуклой стороной в направлении вращения рабочего вала 4. Соотношение проекции шнека 14 на ось лопасти к длине лопасти 1/8-1/12. На периферийной цапфе последней от опорной башни 2 секции рабочего вала 12 после опорного подшипника консольно установлено ветроколесо 15 аэродинамической стабилизации. Ветроколесо 15 аэродинамической стабилизации имеет диаметр,превышающий диаметр ветроколеса 6 в 1,8 раз, геометрическое заполнение ветроколеса 15 превышает геометрическое заполнение ветроколеса 6 в 2 раза. Площадка обслуживания 7 расположена на основании 3 над опорной башней 2. На площадке обслуживания 7 установлен электрогенератор 8 и редуктор 9. Редуктор 9 состоит из ведущей звездочки и ведомого цевочного колеса, в котором цевки вращаются в игольчатых подшипниках. На основании 3 установлены опоры подшипников фрагментов рабочего вала 12. Опорная башня 2 делит длину основания 3 в соотношении 1/6. На тележках 10 поворотного круга 1 смонтирована система рычагов 16 и противовесов 17. Изменение угла наклона основания 3 осуществляется автоматически и при скорости ветра в 2-3 раза, превышающей расчетную, основание 3 ложится горизонтально на жесткие опоры 18 тележек 11 поворотного круга 1. В предлагаемой ВЭУ сила ветра воздействует на целый ряд ветроколес и шнеки, закрепленные на них. ВЭУ позволяет увеличивать площадь воздействующего на нее потока воздуха, без увеличения диаметра самих ветроколес, а также улавливать боковые и нестабильные порывы ветра. При этом уменьшено влияние неравномерности скорости ветра на амплитуду вырабатываемой электроэнергии. Также ВЭУ более устойчива к разрушительным порывам ветра и удобна в обслуживании. Полезная модель может быть выполнена на известном промышленном оборудовании. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5