Мобильная ветроэнергетическая установка краснова
Мобильная ветроустановка Краснова состоящая из платформ с двумя парами убирающихся колес, имеющая генератор тока, ручную лебедку для подъема и опускания мачты установки и собственно ветрогенератор преобразующий силу потока ветра в крутящий момент вертикального вала с выходом на генератор тока для получения электричества. Для удобства эксплуатации, в частности для перевода ВЭУ из рабочего положения в транспортное все составляющие установки имеют стыковочные узлы в том числе и ветроколесо: лучи также отстыковываются от основания для перевозки.
Заявленная ВЭУ может быть использована как мобильное средство получения электроэнергии (до 20÷25 кВт) в одно- или трехфазном исполнении.
При использовании стационарных ВЭУ мощность установки может варьировать от 5 до 30 кВт - ВЭУ-10; от 60 до 120 кВт - ВЭУ-100; от 180 до 260 кВт - ВЭУ-250 и 500 кВт - ВЭУ-500. При этом ввиду 100%-ной экологической чистоты ветроустановки, их можно устанавливать даже на крышах жилых домов. Экологическую чистоту обеспечивает ротор ветроустановки имеющий вид 4-х угольной звезды с S-образными лопастями и малыми оборотами всей системы в набегающем потоке воздуха. Нижнее расположение генератора тока исключает радиопомехи в принципе, так как генератор располагается в закрытом и заземленном корпусе ветроустановки.
Заявленная ветроустановка выгодно отличается от аналогов, как в техническом плане, так и в плане экономическом. В плане экологической чистоты превосходит даже широко применяемые классические, пропеллерные ВЭУ с горизонтальной осью вращения ветроколеса.
На фоне удорожания и сокращения добычи углеводородов спрос на возобновляемые источники энергии растет, в том числе и на ВЭУ.
Удовлетворению спроса и предлагается ветроустановка Краснова, которая может найти широкое применение в с/х производстве в сочетании с другими возобновляемыми источниками энергии, имеющими возможности накапливаться. Например - биогаз. Использование ветров с небольшими скоростями потоков от 3 м/сек, преобладающих в континентальной части страны, значительно увеличивает возможности применения ветроэнергетики во всех сферах потребления энергии.
При серийном производстве ВЭУ Краснова окупаемость ветроустановок составит от 3-х до 4-х лет, в том числе, при применении их в ветропарках с единичной мощностью от 250 кВт до 500 кВт каждая.
Заявленное техническое решение относится к области ветроэнергетики.
Из существующего уровня техники известна ветроэнергетическая установка Ковалева, принятая за прототип, (RU 61362 U 1; заявка 2005135555/22, 15.11.205, опубликовано: 27.02.2007 г.) с вертикальной осью вращения ветроколеса (ротора) содержащая: каркасный ротор, включающий три лопасти, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде двух крестовин или треног, жестко соединенных между собой, на которых шарнирно расположены лопасти, кроме того, ротор содержит рычаги, закрепленные на оси лопастей и демпферно-регулирующее устройство, закрепленное одним концом на рычагах, а другим концом к оси ротора, выполненные с возможностью ограничения свободного вращения лопастей вокруг своей оси.
Недостатками данного технического решения являются:
1. Каркасная конструкция ротора значительно увеличивает материалоемкость конструкции на 1 кВт установленной мощности.
2. Нефиксированное (плавающее) положение лопастей относительно набегающего потока воздуха снижает КПД всего устройства.
3. Центробежный регулятор оборотов вала усложняет конструктивно установку и снижает КПД установки.
4. Из-за громоздкости каркасной схемы расположения лопастей не возможно устанавливать устройство в заселенной и лесистой местности без дополнительного строительства основания.
5. При установке предполагаемых 2-х роторов устройства на одной оси увеличение мощности будет незначительным относительно материалоемкости всей ветроустановки.
6. ВЭУ Ковалева вследствие вышеперечисленных недостатков не может быть рентабельной в серийном производстве.
Известно другое устройство (RU 47449 U 1; опубликовано 27.08.2005 г., автор Сидоров А.Г., Филиппова Т.А.).
Оно также не лишено недостатков:
1. Низкий КПД.
2. Каркасный ротор увеличивает материалоемкость на 1 кВт установленной мощности.
3. Верхнее расположение растяжек устойчивости конструкции значительно уменьшает возможности увеличения мощности всей установки.
Вышеперечисленные технические устройства не могут быть широко использованы в ветроэнергетике, т.к. имеют большую материалоемкость на кВт установленной мощности, имеют низкий КПД и поэтому будут нерентабельны в массовом производстве.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое устройство, является максимальное увеличение КПД ветродвигателя, уменьшение себестоимости устройства, за счет минимизации количества узлов и деталей конструкции, чем обеспечивается рентабельность серийного производства, увеличение межремонтного срока работы устройства, обеспечение простоты эксплуатации, мобильности и быстроты развертывания ВЭУ для работы в любой местности, где есть ветер.
Данная задача решается за счет того, что заявленная ветроэнергетическая установка Краснова, характеризующаяся тем, что лопасти специального S-образного профиля крепятся в центральной части одним концом шарнирно на концах лучей ветроколеса в виде 4-х угольной звезды, соединенной с верхней секцией многосекционного вала, заключенного в несущую мачту установки, также секционированную, на которой в верхней рабочей части монтируется шарнирно съемная лопасть флюгера, жестко связанная с направляющей дорожкой механизма управления лопастями посредством тяг, нижняя часть несущей мачты шарнирно крепится между 2-х неподвижных стоек платформы, имеющую убирающиеся шасси из 2-х пар колес и ручную лебедку для подъема несущей мачты в вертикальное положение вместе с подвешенным внизу редуктором-мультипликатором, который кинематически соединяется с генератором тока посредством клиноременного вариатора оборотов.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является максимальное повышение КПД ветроустановки, мобильность, ее эффективность при работе в любой местности, а также простота в изготовлении и удобство при эксплуатации.
Устройство мобильной ветроустановки поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фигуре 1. - общий вид ветроустановки;
- на фигуре 2 - ветроколесо с рабочими лопастями в набегающем потоке воздуха.
Мобильная ветроустановка включает платформу 1 (фиг.1), выполненную из угловой стали, имеющую две стойки 12 (фиг.1) в виде усеченной пирамиды и шасси 8 (фиг.1), шарнирно связанное с боковинами платформы. На платформе установлены: ручная лебедка 7 (фиг.1); генератор тока 9 (фиг.1). Между вершин пирамидальных стоек 12 (фиг.1) шарнирно крепится несущая мачта 2 (фиг.1), в нижней части которой подвешен угловой редуктор-мультипликатор 10 (фиг.1). Несущая мачта 2 (фиг.1) состоит из секций (2-5 секций) в верхней части которой смонтирована рабочая часть установки, включающая флюгер 6 (фиг.1); механизм управления 13 (фиг.1); ветроколесо 4 (фиг.1, фиг.2); на концах которого навешиваются лопасти 3 (фиг.1, фиг.2), управляемые тягами 5 (фиг.1). Для вертикальной устойчивости мачта 2 (фиг.1) ВЭУ укрепляется тросовыми растяжками 11 (фиг.1). Для удержания в равновесии по вертикали ветроколеса 4 (фиг.1) имеются растяжки 14 (фиг.1), выполненные из прутковой стали или трубчатые для более мощных моделей.
Работает устройство следующим образом: платформа 1 (фиг.1) устанавливается основанием на грунт. Мачта 2 (фиг.1) со встроенными валами 15 (фиг.2) в горизонтальном положении собирается посекционно (2-5 секций в зависимости от местности). На верхнюю рабочую секцию мачты монтируется ветроколесо, лопасть флюгера 6 (фиг.1) и рабочие лопасти 3 (фиг.1). При помощи ручной лебедки 7 (фиг.1) мачта поднимается вертикально и укрепляется растяжками 11 (фиг.1). Подвешенный в нижней части мачты угловой редуктор-мультипликатор 10 (фиг.1) соединяется с генератором тока 9 (фиг.1) посредством клиноременной передачи. Установка к работе готова.
Далее: набегающий поток воздуха (см. фиг.2) разворачивает флюгер вместе с механизмом управления лопастями по направлению потока и посредством управляющих тяг рабочие лопасти устанавливаются на оптимальный угол атаки (от 15 град до 90 град) относительно потока воздуха в I, II и, частично, в IV четверти круга вращения ветроколеса, при этом лопасти 3, входящие в зону встречного потока воздуха (III и IV четверти круга) выставляются в нулевой градус относительно траектории движения лопастей. Создавшийся крутящий момент, получаемый в результате разницы давления ветра на лопасти, передается на вертикальный вал 1 (фиг.2), далее на редуктор-мультипликатор 10 (фиг.1), имеющий на выходном валу маховик, через клиноременный вариатор оборотов передается на ротор генератора тока 9 (фиг.1). Получаем электрический ток.
1. Ветроэнергетическая установка, характеризующаяся тем, что лопасти S-образного профиля крепятся в центральной части одним концом шарнирно на концах лучей ветроколеса, имеющего вид 4-угольной звезды, соединенного с верхней секцией многосекционного вала, заключенного в несущую мачту установки, также секционированную, на которой в верхней рабочей части монтируется шарнирно флюгер, жестко связанный с направляющей дорожкой механизма управления лопастями посредством тяг, в нижней части мачта шарнирно крепится между двумя пирамидальными стойками платформы, имеющей убирающиеся шасси из двух пар колес и ручную лебедку для подъема-опускания несущей мачты вместе с подвешенным в нижней части мачты редуктором-мультипликатором из горизонтального положения в вертикальное положение, и наоборот, редуктор-мультипликатор соединен с генератором тока посредством клиноременного вариатора оборотов.
2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что секционированная несущая мачта имеет фланцевые стыковочные узлы со встроенными в них радиальными опорами качения вертикального вала.
3. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на шкиве редуктора-мультипликатора имеется маховик для сглаживания частоты оборотов на валу генератора при порывах ветра или затухании ветра.
4. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что может применяться стационарно в ветропарках с единичной мощностью от 250 кВт до 500 кВт каждая.
