ветрогенератор самоуправляемый

Формула изобретения

Ветрогенератор самоуправляемый, включающий вал, генератор, установленный на вращающейся опоре с обмотками на валу, и хвост, отличающийся тем, что перед генератором на валу установлена коническая насадка с лопатками, лопатки установлены на кронштейнах с возможностью их поворота до установки поверхности лопаток параллельно оси вала, кронштейны имеют пружины, один конец которых соединен с кронштейном, а второй - с основанием лопатки, причем пружины подобраны таким образом, что обеспечивают при штормовом ветре поворот лопаток до положения, при котором их поверхности параллельны оси вала.

Описание изобретения к патенту

Заявляемая конструкция относится к технике, в частности к выработке электрической энергии с использованием ветровых потоков в естественных условиях.

«Ветер является наиболее старым из всех имеющихся источников энергии, используемых человеком» - пишет Свен Уделл в своей книге «Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии» // Изд.: «Знание». - М.: 1980, С.72. С XIII в. сохранилось описание из «Фреме Ориентен» ветряной мельницы. В Греции небольшие ветряные мельницы были обычным явлением, а на Родосе они встречаются и по сей день. В Англии в Гройланде с 806 г. до сих пор находится старейшая мельница. В Швеции для перемолки зерна мельницы использовались и ранее.

В Европе передовой стала Дания. Еще в 1890 г. начали проводить первые опыты, а в 1895 г. была пущена ветровая электростанция. К 1918 г. действовало уже 120 ветровых станций мощностью 10-20 кВт.

В США с 1880 по 1930 годы было создано 6 млн ветровых станций для использования их на отдельных фермах. Многие из этих станций действуют до сих пор. В 1941 г. была построена электростанция на ферме около Рутлонда, представляющая собой башню высотой 33 м. Диаметр пропеллера мельницы составляет 53 м, его масса - 160 т, скорость вращения - 29 оборотов в минуту, мощность - 150 кВт. Станция действовала 3 года, но затем в 1945 г. сломался пропеллер - его части разлетелись от неожиданного ураганного ветра. И в настоящее время из-за ураганных ветров ломаются пропеллеры, установленные на больших высотах, что является большим недостатком и усложняет ремонтные работы на высоте.

«Из-за наличия в отдельные моменты безветрия используется аккумулированная, накопленная электроэнергия» - пишет В.М.Усаковский в своей книге «Возобновляющиеся источники энергии» // Изд.: «Россельхозиздат». - М.: 1986, С.66. К ним относятся ветроэлектрические агрегаты мощностью 0,25 кВт для освещения, подъема воды в полевых условиях. Большая часть подобных установок описывается в книге Д.Ж.Твайделл, А.Уэйр «Возобновляемые источники энергии» // Изд. «Энергоатом». - М.: 1990, С.195-239. Ветроэнергетические установки мощностью от нескольких киловатт до мегаватт производятся в странах Европы, США и других странах мира. Большая часть этих установок используется для производства электроэнергии, как в сетевой энергетике, так и в автономном режиме. Обычная скорость ветрового потока равна примерно 12 м/с, снимаемая с 1 м² ометаемой площади мощность порядка 300 Вт при телесном угле 0,35-0,45 ср. Ось вращения устройства параллельна воздушному потоку. При этом диаметр пропеллера достигает от нескольких до десятка метров с установкой на высоких опорах.

Наиболее близкой конструкцией, принятой за прототип, является ветрогенератор типа «АВЭС-0,1», который не имеет в своем составе башни, его ветроколесо (пропеллер) насажено непосредственно на вал электрогенератора, а установка ветроколеса по направлению ветра обеспечивается за счет аэродинамического руля (хвоста). Энергия накапливается в аккумуляторной батарее.

Недостатком перечисленных конструкций является то, что нет достаточно надежного самоуправления при различных штормовых ветровых потоках, особенно больших на достаточно большой высоте. Из-за чего происходят частые поломки пропеллеров и значительная трудность в случаях их ремонта с установкой на место. Кроме того, лопатки по ометаемости ветровой силы различаются тем, что лопатки по своей длине и в верхней части по ширине почти одинаковы, что делает лопатки реактивными по их ометаемой ветром поверхности, но работающие только при определенных ветровых потоках. С этой целью используют лопатки особого вида кривизны и формы с турбулентностью через носовую часть определенной силы.

Целью изобретения является пополнение энергоресурсов России, развитие энергетики страны с установкой «Ветрогенераторов самоуправляемых» (далее - ВГС) на плоских крышах строений с закреплением их оснований с несущими элементами крыши, потолков, стен на прочной основе. Установка ВГС может производиться на крышах только что строящихся сооружений, таких как различные склады, скотопомещения, отдаленные различные объекты, где нет до сих пор электричества или газа, и в других случаях, особенно для села. С этой целью у ВГС, включающего вал, генератор, установленный на вращающейся опоре с обмотками на валу, и хвост, новым является то, что перед генератором на валу установлена коническая насадка с лопатками, лопатки установлены на кронштейнах с возможностью их поворота до установки поверхности лопаток параллельно оси вала, кронштейны имеют пружины, один конец которых соединен с кронштейном, а второй с основанием лопатки, причем пружины подобраны таким образом, что обеспечивают при штормовом ветре поворот лопаток до положения, при котором их поверхности параллельны оси вала. Материалы - пластик и металл.

Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:

- фиг.1 - общий вид ветрогенератора при штормовом ветре;

- фиг.2 - вид на лопатки с торца устройства при штормовом ветре, пружины сжимаются до угла 90 градусов;

- фиг.3 - вид на лопатки с торца устройства при нормальных ветровых потоках 12-15 м/сек, но в зависимости от местных условий эта норма может быть увеличена;

- фиг.4 - вид на специальную часть лопатки на кронштейне;

- фиг.5 - вид на рабочую пружину;

- фиг.6 - положение основания лопатки при рабочем ветре;

- фиг.7 - положение основания лопатки при штормовых ветровых потоках;

- фиг.8 - вид на основные части лопатки и ее соединение с ними.

- фиг.9 - общий вид ветрогенератора при двух насадках лопаток при штормовом ветре.

Цифрами на чертежах обозначены:

1 - основание опоры

2 - поворотный круг

3 - вращающаяся опора

4 - вал на опоре

5 - ветрогенератор на пристройке опоры

6 - Насадки

7 - реактивные ветровые лопатки

8 - место крепления кронштейнов

9 - место крепления пружин

10 - электропроводка от ветрогенератора (электрогенератора) в электросеть

11 - аэродинамический руль (хвост)

12 - вектор направления ветровых потоков

13 - кронштейн

14 - основание лопатки

15 - пружина

16 - место изгиба пружины

17 - ниша кронштейна.

Итак, ветрогенератор самоуправляемый, включающий вал 4, генератор 5, установленный на вращающейся опоре 2 с обмотками на валу, и хвост 11, перед генератором 5 на валу 4 установлена коническая насадка 6 с лопатками 7, лопатки 7 установлены на кронштейнах 13 с возможностью их поворота за счет изгиба пружины 15 по месту 16 до установки поверхности лопаток параллельно оси вала 4, кронштейны 13 имеют пружины 15, один конец которых 16(1) соединен с кронштейном 13 посредством ниши 17, а второй - 15(1) с основанием 14 лопатки, причем пружины 15 подобраны таким образом, что обеспечивают при штормовом ветре поворот лопаток 7 до положения, при котором их поверхности параллельны оси вала 4.

Коническая часть насадки 6 создает турбулентность, усиливая давление возникающими вихревыми потоками ветра на ометаемую поверхность реактивных лопаток 7. Подобное должно проходить и при двух насадках лопаток 7, но с единым валом 4 на подшипниках (не показаны) в торцах насадок 6.

Устройство работает следующим образом. Как показано на фиг.1, набегающий рабочий ветровой поток 12 заставляет с помощью лопаток 7 вращаться вал 4, который является общим для электрогенератора 5 и конусной насадки 6. Вырабатываемая при этом электроэнергия поступает по проводам 10. Ветрогенераторы самоуправляемые могут быть разными. Например, чтоб в аккумуляторах получалась аккумулированная электроэнергия, достаточная для работы тракторов и комбайнов. При этом трактора и комбайны должны быть переведены с дизельных моторов на электромоторы, но, следовательно, нужно подключить в работу достаточно большие ветрогенераторы, увеличить размеры насадок, лопаток на насадках, и тем самым увеличивать и количество ветрогенераторов в том или ином пункте их применения. Наименьшей же мощности ветрогенератор самоуправляемый может быть пущен в работу для освещения, например, скотопомещения, склада, отдаленных построек с плоскими крышами, где нет электричества. При обычной скорости ветра 10-12 м/с, снимаемой с 1 м² ометаемой площади порядка 250-300 Вт при значении угла 0,30-0,45 ср, энергия накапливается в аккумуляторной батарее, откуда она используется для перечисленных выше объектов. Наличие особых пружин 15, способных ставить в рабочее положение при нормальных ветрах и останавливать работу лопаток 7 при штормовых ветрах, а затем вновь ставить лопатки 7 в рабочее положение при прекращении штормов, делает устройство самоуправляемым, а форма лопаток 7, т.е. длина и ширина, усиливает давление на лопатки возникающими вихревыми потоками на сметаемую поверхность реактивных (усиливаемых дополнительно ветром) лопаток.

Ветрогенератор самоуправляемый может быть включен в принятые меры правительством России по дальнейшему развитию энергетики, особенно для сельского хозяйства, в частности с повышенным получением аккумулируемой электрической энергии при самоуправлении работой. Иными словами, особая форма и размеры лопаток по длине и ширине с конусной частью насадки создают турбулентность, усиливая давление возникающими вихревыми потоками ветра на ометаемую поверхность лопаток с получением дополнительной повышенной аккумулируемой электрической энергии при самоуправляемости работы устройства. Технический результат - получение повышенной аккумулированной электрической энергии и самоуправляемость в работе устройства.