Энергоустановка

Полезная модель относится к ветро-гидро-энергетике для получения, например электроэнергии, или использования в качестве механического привода для конструкций различного назначения. Энергоустановка включает рабочее колесо с лопастями, механизм изменения угла атаки лопастей и генератор, причем рабочее колесо, воспринимающее поток ветра, снабжено по крайней мере, двумя поперечными плоскостями, установленными перпендикулярно оси вращения колеса, и выполнено в виде, по крайней мере, двух лопастей, каждая из которых установлена на дополнительной поворотной оси параллельной оси вращения колеса, а механизм изменения угла атаки лопастей выполнен в виде плоских секторов жестко связанных с каждой лопастью и контактно связанных с поперечными плоскостями, причем в секторах выполнены дугообразные пазы, а в поперечных плоскостях установлены элементы фиксации секторов к плоскостям, например, шпильки. Крайние поперечные плоскости рабочего колеса, для закрепления на них лопастей при выборе угла атаки, выполнены равными диаметру максимального их отвода от оси колеса. Рабочее колесо эффективно воспринимало воздушный поток при испытаниях и вращалось даже при незначительном напоре воздушного потока. Энергоустановка проста по конструкции и надежна в работе.

Полезная модель относится к ветро-гидро-энергетике, в частности к конструкциям ветро-гидро-энергетических установок для получения, например электроэнергии, или использования в качестве механического привода для конструкций различного назначения.

Известен ветродвигатель, содержащий, установленное на вертикальном валу рабочее колесо с верхними и нижними спицами, между которыми, на их концах размещены поворотные балансировочные лопасти, валы которых через муфты связаны цепной передачей с общим флюгером см. а.с. 1483081 от 30.05.89 г. М. кл. F 03 D 3/02. Выполнение лопастей поворотными позволяет оптимально ориентировать их в процессе работы, что обеспечивает оптимальную аэродинамику лопастей при движении по потоку ветра и против.

Однако общий механизм поворота лопастей, представляющий собой цепную передачу, связывающую флюгер с каждой лопастью, сложен, что снижает надежность устройства. Кроме того, цепная передача не может быть достаточно жесткой, что вызывает повышенный уровень автоколебаний, что в свою очередь является причиной неожиданных отказов в работе ветродвигателя и низкая эффективность самозащиты ветродвигателя

от сильных ветров. Все это и является недостатками известного ветродвигателя.

Известен ветроагрегат, содержащий рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на котором установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенного с осью поворота лопасти см. патент РФ 2119094, F 03 D 7/06 от 20.09.98 г. Однако указанная конструкция является достаточно сложной, а связь между флюгером и механизмом поворота лопасти постоянно нагружена, что приводит к ненадежной работе ветроагрегата, что можно отнести к недостаткам известной конструкции.

Известен более совершенный ветроагрегат - прототип - содержащий рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на которой установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически связанный и соединенный с осью поворота лопасти, причем верхний конец каждой лопасти выполнен с возможностью отклонения в плоскости лопасти симметрично относительно вертикальной оси на расстояние не более В/5, 27.

где: В - максимальное значение ширины лопасти.

Каждый флюгер кинематически соединен с осью поворота каждой лопасти посредством механизма разгрузки, выполненного в виде предохранительной муфты. См. патент Российской Федерации № 2193688 М. кл. F 03 D 7/06.

Известная конструкция ветроагрегата - прототипа - является достаточно сложной конструкцией и не предотвращает нежелательных и не регулируемых колебаний лопасти, имеет низкий коэффициент полезного действия и низкие технологические возможности, что и можно отнести к недостаткам известного устройства.

Задачей настоящей полезной модели является устранение недостатков прототипа, упрощение конструкции и повышение надежности работы энергоустановки.

Поставленная полезной моделью задача достигается тем, что рабочее колесо, воспринимающее поток ветра, снабжено по крайней мере, двумя поперечными плоскостями, установленными перпендикулярно оси вращения колеса, и выполнено в виде, по крайней мере, двух лопастей, каждая из которых установлена на дополнительной поворотной оси параллельной оси вращения колеса.

Механизм изменения угла атаки лопастей выполнен в виде плоских секторов жестко связанных с каждой лопастью и контактно связанных с поперечными плоскостями, причем в секторах выполнены дугообразные пазы, а в поперечных плоскостях установлены элементы фиксации секторов к плоскостям, например, шпильки.

Крайние поперечные плоскости рабочего колеса, для закрепления на них лопастей при выборе угла атаки, выполнены равными диаметру максимального их отвода от оси колеса.

Признаки того, что рабочее колесо, воспринимающее поток ветра, снабжено по крайней мере, двумя поперечными плоскостями, установленными перпендикулярно оси вращения колеса, и выполнено в виде, по крайней мере, двух лопастей, каждая из которых установлена на дополнительной поворотной оси параллельной оси вращения колеса и снабжена механизмом изменения угла атаки воздействующего на нее потока - являются признаками существенными, неочевидными и необходимыми для достижения поставленной изобретением задачи. Так, наличие поперечных плоскостей в сочетании с конструктивными элементами механизма изменения угла атаки, обеспечивает высокую жесткость и надежность работы лопастей воспринимающих воздушный поток, чем предотвращается вибрация лопастей.

Признаки того, что механизм изменения угла атаки лопастей выполнен в виде плоских секторов жестко связанных с каждой лопастью и контактно связанных с поперечными плоскостями, причем в секторах выполнены дугообразные пазы, а в поперечных плоскостях установлены элементы фиксации секторов к плоскостям, например, шпильки - являются признаками дополняющими и разъясняющими особенности выполнения механизма с указанием средств, обеспечивающих достижение поставленной полезной моделью задачи. При известной, преимущественно, скорости воздушного или водяного потоков, путем перемещения секторов с лопастями относительно их осей поворота и изменения этим угла атаки лопастей, подбирается наиболее эффективный режим работы энергоустановки.

Признаки выполнения крайних поперечных плоскостей рабочего колеса, для закрепления на них лопастей при выборе угла атаки, равными диаметру максимального их отвода от оси колеса позволяют дополнительно упростить конструкцию механизма изменения угла атаки лопастей и обеспечить тем самым надежность работы всей энергоустановки.

На фиг.1 схематично показана предлагаемая энергоустановка.

На фиг.2 представлена предлагаемая энергоустановка в горизонтальном исполнении.

Энергоустановка может работать как при использовании воздушного потока, так и при использовании водяного потока рек и искусственных сооружений, воспринимая поток с любой стороны. Ориентации рабочего колеса на ветер не требуется. Далее предлагаем описание устройства энергоустановки использующей воздушный поток.

Предлагаемая энергоустановка состоит из мачты 1, удерживаемой в вертикальном положении несколькими боковыми стяжками 2. В верхней части мачты смонтировано рабочее колесо 3, воспринимающее воздушный поток.

Рабочее колесо 3 состоит из лопастей 4 жестко связанных с секторами 5, которые контактируют с поперечными плоскостями 6. На поперечных плоскостях 6 (а их может быть две, три, четыре и т.д. в зависимости от расстояния между крайними плоскостями) закреплены шпильки 7, а в секторах 5 выполнены дугообразные пазы 8 в которых размещены шпильки 7. На нижней поперечной плоскости 9 и на мачте 1 закреплена труба-обойма 10, передающая вращающий момент, например, при помощи шкива 11, зубчатой конической передачи, или ременной передачи 12 - генератору 13. Каждая лопасть 4 закреплена между крайними плоскостями 9 и 14 при помощи вертикальных осей 15 и при помощи секторов 5 с элементами крепления с промежуточной поперечной плоскостью 6.

Перед началом работы проводят настройку угла атаки лопастей 4 энергоустановки. Для этого, после откручивания гаек на шпильках 7, сектора 5 с лопастями 4 перемещают, поворачивая каждую из них относительно вертикальной оси 15 на выбранное расстояние краев лопастей 4 от центра осевой линии мачты 1 и закрепляют их при помощи шпилек и гаек.

В горизонтальном исполнении энергоустановка имеет такие же узлы и детали, как и энергоустановка в вертикальном исполнении.

Предлагаемая энергоустановка работает следующим образом.

Под действием напора ветра лопасти 4, воспринимая воздушный поток, независимо с какой стороны этот ветер дует, начинают вращать вокруг мачты 1 рабочее колесо 3, которое, через закрепленную на нижней плоскости рабочего колеса трубу-обойму 10, шкив 11 и ременную передачу 12 передает вращающий момент генератору 13, который начинает вырабатывать электрическую энергию. Вращение рабочего колеса правое по солнцу.

Рабочее колесо и вся энергоустановка аналогичным образом работает и при установке на водном потоке. При этом рабочее колесо устанавливается в горизонтальное положение.

Действующая модель предлагаемой энергоустановки была изготовлена автором и испытана в домашних условиях. Испытания показали хорошие результаты. Рабочее колесо эффективно воспринимало воздушный поток и вращалось даже при незначительном напоре воздушного потока.

В настоящее время автором проводится работа по изготовлению опытной, более мощной энергоустановки. Предлагаемая энергоустановка, по мнению авторов, найдет широкое применение при выработке электроэнергии и подачи питания электродвигателям насосов при поливе посадок фермерских хозяйств, обществ, занимающихся выращиванием овощей и фруктов, лесопосадок и питомников, а также может быть использована для создания резервуаров воды для орошения лесополос и тушения пожаров в лесах, на стоянках чабанов, у синоптиков, в охотничьих хозяйствах, и т.д.. Особенно предлагаемая энергоустановка окажется полезной в местах, где отсутствует электрическая энергия.

Энергоустановка проста по конструкции и надежна в работе.

1. Энергоустановка включает рабочее колесо с лопастями, механизм изменения угла атаки лопастей и генератор, отличающаяся тем, что рабочее колесо, воспринимающее поток ветра, снабжено по крайней мере, двумя поперечными плоскостями, установленными перпендикулярно оси вращения колеса, и выполнено в виде, по крайней мере, двух лопастей, каждая из которых установлена на дополнительной поворотной оси параллельной оси вращения колеса.

2. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что механизм изменения угла атаки лопастей выполнен в виде плоских секторов жестко связанных с каждой лопастью и контактно связанных с поперечными плоскостями, причем в секторах выполнены дугообразные пазы, а в поперечных плоскостях установлены элементы фиксации секторов к плоскостям, например, шпильки.

3. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что крайние поперечные плоскости рабочего колеса, для закрепления на них лопастей при выборе угла атаки, выполнены равными диаметру максимального их отвода от оси колеса.