Хвост-регулятор

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно к крыльчатым ветроэнергетическим установкам (далее ВЭУ) с горизонтальной осью вращения, использующим конструкцию хвоста для установки ВЭУ на ветер. Цель полезной модели состоит в том, чтобы создать устройство, которое совмещает две функции: установку ВЭУ на ветре и вывод ее из-под ветра при скорости ветра, превышающей расчетную. Поставленная цель достигается конструкцией хвоста-регулятора, содержащей вертикальную подвижную пластину аэродинамической формы, обеспечивающей силу для поворота пластины при скорости ветра больше расчетной, тем самым осуществляется вывод ВЭУ из-под ветра, а при скорости ветра меньше расчетной, вертикальная подвижная пластина аэродинамической формы не поворачивается и находится в плоскости вектора скорости ветра, чем обеспечивается надежная установка ВЭУ на ветер. Конструкция хвоста-регулятора состоит из шарнирного рычага, подвижной пластины аэродинамической формы, упора, полого поршня, пружины, корпуса пружины цилиндрической формы, калиброванного отверстия цилиндра штанги, цилиндрического шарнира и ветроколеса.

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно к крыльчатым ветроэнергетическим установкам (далее ВЭУ) с горизонтальной осью вращения, использующим конструкцию хвоста для установки ВЭУ на ветер.

Известны ВЭУ крыльчатого типа, которые устанавливаются на ветер с помощью хвоста, выполненного в виде вертикальной пластины жестко закрепленной на штанге, проходящей через ось вращения ВЭУ (Авторское свидетельство СССР1560782 А1, КЛ. F03D 5/02).

Недостатком данного технического решения является выполнение только одной функции: установка ВЭУ на ветер и невозможность вывода ее из-под ветра при скорости ветра больше расчетной.

Известны устройства для вывода из-под ветра ВЭУ при скорости ветра, превышающей расчетную (Шефтер Я.И., Рождественский И.В., «Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановок», М; Изд. Минсельхоза СССР, 1957). К ним относятся: центробежные регуляторы; боковая лопата; устройство использующее эксцентриситет между вертикальной и горизонтальной осями вращения ВЭУ; виндрозы; воздушные тормоза и установка ветроколеса за осью мачты (башни) по ветру.

Недостатками этих устройств является выполнение только одной функции: вывод ВЭУ из-под ветра при скорости ветра больше расчетной; установка на ветер; дополнительные нагрузки возникают на мачту и ось вращения ВЭУ при установке ветроколеса за осью мачты (башни).

Наиболее близкими техническими решениями являются: А.С. СССР 1560782 А1, КЛ. F03D 5/02 и устройства описанные в (Шефтер Я.И., Рождественский И.В., «Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановок», М; Изд. Минсельхоза СССР, 1957). Недостатком этих технических решений является выполнение только одной функции: вывод из-под ветра или только установка на ветер.

Цель полезной модели состоит в том, чтобы создать устройство, которое совмещает две функции: установку ВЭУ на ветре и вывод ее из-под ветра при скорости ветра, превышающей расчетную.

Поставленная цель достигается конструкцией хвоста-регулятора, содержащей вертикальную подвижную пластину аэродинамической формы, обеспечивающей силу для поворота пластины при скорости ветра больше расчетной, тем самым осуществляется вывод ВЭУ из-под ветра, а при скорости ветра меньше расчетной, вертикальная подвижная пластина аэродинамической формы не поворачивается и находится в плоскости вектора скорости ветра, чем обеспечивается надежная установка ВЭУ на ветер.

Таким образом, конструкция хвоста-регулятора выполняет функции установки ВЭУ на ветер и вывода его из-под ветра.

На фиг.1 показано положение хвоста-регулятора при установке на ветер (а) - вид сверху; б) - вид сбоку). На фиг.2 показано положение хвоста-регулятора при частичном выводе ВЭУ из-под ветра (вид а) и при полном выводе из-под ветра (вид б) при скорости ветра больше 25 м/с.

Конструкция хвоста-регулятора состоит из шарнирного рычага 1; подвижной пластины аэродинамической формы 2; упора 3; полого поршня 4; пружины 5; корпуса пружины цилиндрической формы 6; калиброванного отверстия 7; цилиндра штанги 8; цилиндрического шарнира 9; ветроколеса 10.

Устройство работает следующим образом: при скорости ветра меньше расчетной пружина 5 находится внутри полого поршня и удерживает пластину аэродинамической формы 2 прижатой к упору 3, действуя через полый поршень 4 и шарнирный рычаг 1. ВЭУ удерживается на ветру, в этом случае, момент, удерживающий М_уд больше момента регулирования М_рег, т.е.

М _уд=F*1>М_рег=R*L, где

F - сила пружины;

l - плечо силы F;

R - равнодействующая аэродинамических сил Y и X;

L - плечо силы.

ВЭУ выдает максимальную расчетную мощность (фиг.1,а, б) при скорости ветра больше расчетной, но меньше критической .

Подвижная пластина 2 под действием равнодействующей силы R поворачивается вокруг цилиндрического шарнира 9 и через шарнирный рычаг 1, действуя на поршень 4, сжимает пружину 5, в этом случае выполняется условие:

М_уд =F*1>М_рег=R*L

Поворот подвижной пластины аэродинамической формы 2 прекращается при условии

М_уд=F*1>М_рег=R*L

Ветроколесо 9 устанавливается под углом к вектору скорости ветра , т.е. на тот угол, на который повернется подвижная пластина аэродинамической формы 2 под действием равнодействующей аэродинамических сил R (фиг.2а). Выработка электроэнергии ВЭУ продолжается.

При скорости ветра больше критической , где V_кр принимается равным 25 м/с, в этом случае подвижная пластина аэродинамической формы 2 устанавливается под углом 90° к штанге 8, а ветроколесо плоскостью вращения располагается вдоль вектора скорости ветра.

ВЭУ выведена из-под ветра (фиг.2б). Выработка электроэнергии ВЭУ прекращается.

При резких колебаниях скорости ветра (порывах) калиброванное отверстие 7 не позволяет подвижной пластине аэродинамической формы 2 также производить резкие повороты, за счет обеспечения медленного заполнения (или выталкивания) воздуха из запоршневого пространства, тем самым снижаются динамические нагрузки на всю конструкцию ВЭУ.

Используемая литература:

1. Авторское свидетельство СССР1560782 А1, КЛ. F03D 5/02.

2. Шефтер Я.И., Рождественский И.В., «Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановок», М; Изд. Минсельхоза СССР, 1957.

1. Хвост-регулятор, содержащий вертикальную подвижную пластину аэродинамической формы, штангу, полый поршень и пружину, отличающийся тем, что полый поршень имеет калиброванное отверстие, препятствующее быстрому входу и выходу воздуха из поршневого пространства, и расчетную длину, обеспечивающую установку ветроколеса вдоль вектора скорости при скорости ветра, большей расчетной, при этом нижняя часть полого поршня упирается в дно цилиндра штанги.

2. Хвост-регулятор по п.1, отличающийся тем, что вертикальная подвижная пластина аэродинамической формы соединена с полым поршнем при помощи шарнирного рычага, который под действием аэродинамических сил, сжимает пружину, обеспечивая установку ВЭУ под углом к вектору скорости ветра.

3. Хвост-регулятор по п.1, отличающийся тем, что на цилиндре штанги имеется упор, позволяющий подвижной пластине надежно удерживаться по ветру при скорости ветра меньше расчетной.