Ветроагрегат

Полезная модель относится к ветроэнергетике, в частности к ветроагрегатам, использующим энергию потока воздуха и применяемым для выработки электроэнергии в промышленных масштабах. Ветроагрегат содержит ротор с вертикальной осью вращения, жестко связанный с ротором каркас, на котором установлены с возможностью вращения вокруг вертикальных осей лопасти, систему слежения за направлением ветра, связанную с лопастями с возможностью их поворота при изменении направления ветра, при этом каждая лопасть жестко связана со своей осью вращения, которая установлена в каркасе ротора и жестко связана с соответствующей конической шестерней, взаимодействующей через соответствующую пару паразитных шестерен с коническим зубчатым колесом, установленным соосно ротору. Технический результат полезной модели заключается в повышении точности настройки ветроагрегата, упрощении пространственного расположения наиболее эффективных углов атаки лопастей на каркасе по отношению к направлению потока ветра, а также повышении надежности всей конструкции в целом.

Полезная модель относится к ветроэнергетике, в частности к ветроагрегатам, использующим энергию потока воздуха и применяемым для выработки электроэнергии в промышленных масштабах.

Известен ветроагрегат, содержащий рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на котором установлены лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота и выполненные с возможностью отклонения (см. патент RU 2193688, опубликовано 27.11.2002).

Недостатками известного устройства являются наличие погрешности угла настройки пространственного расположения лопастей на рабочем колесе, небольшой коэффициент использования энергии потока воздуха на м² .

Технический результат полезной модели заключается в повышении точности настройки ветроагрегата, упрощении пространственного расположения наиболее эффективных углов атаки лопастей на каркасе по отношению к направлению потока ветра, а также повышении надежности всей конструкции в целом.

Технический результат полезной модели достигается благодаря тому, что ветроагрегат содержит ротор с вертикальной осью вращения, жестко связанный с ротором каркас, на котором установлены с возможностью вращения вокруг вертикальных осей лопасти, систему слежения за направлением ветра, связанную с лопастями с возможностью их поворота при изменении направления ветра, при этом каждая лопасть жестко связана со своей осью вращения, которая установлена в каркасе ротора и жестко связана с соответствующей конической шестерней, взаимодействующей через соответствующую пару паразитных шестерен с коническим зубчатым колесом, установленным соосно ротору.

Кроме того, система слежения за направлением ветра может включать привод, связанный посредством червячной передачи с коническим зубчатым

колесом, при этом зубчатое колесо червячной передачи и коническое зубчатое колесо выполнены на валу, установленном соосно ротору.

Кроме того, лопасти установлены на каркасе ротора под заданными углами к радиусам ротора, пересекающим ось вращения соответствующей лопасти.

Кроме того, вокруг ротора может быть установлено ограждение, например, в виде сетки, на котором может быть установлена крыша с размещенной на ней солнечной батареей.

Кроме того, ротор может быть выполнен с возможностью вращения как против часовой стрелки, так и по ней.

Кроме того, передаточное число конического зубчатого колеса к конической шестерне и передаточное число пары паразитных шестерен выбрано таким образом, что лопасти на каркасе ротора вращаются в два раза медленнее самого ротора.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен ветроагрегат, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - кинематика привода лопастей.

Ветроагрегат содержит ротор 1 с вертикальной осью вращения, с которым жестко связан каркас 2, на котором в свою очередь установлены лопасти 3 жестко связанными с ними осями 4 с возможностью вращения вокруг данных осей 4 (фиг.1). Ветроагрегат также содержит систему слежения за направлением ветра, включающую датчик (не показан) фиксации направления ветра и исполнительный механизм в виде реверсивного привода 5, взаимодействующего посредством червячной передачи 6 с коническим зубчатым колесом 7. На одном конце каждой оси 4 лопасти 3 жестко с ней установлена коническая шестерня 8, кинематически связанная с коническим зубчатым колесом 7 системы слежения через соответствующую пару паразитных шестерен 9, установленных на каркасе 2 ротора 1 и включенных в кинематическую связь между шестерней 8 и зубчатым колесом 7 (фиг.1, 3).

Коническое зубчатое колесо 7 и зубчатое колесо 10 червячной передачи 6 выполнены на полом валу 11, в полости которого, соосно валу 11 установлена ось вращения ротора 1 (фиг.3).

В процессе сборки ветроагрегата лопасти 3 устанавливаются на каркасе 2 ротора 1 строго под заданными углами к радиусам ротора 1, пересекающим ось 4 вращения соответствующей лопасти 3 с целью максимально эффективного использования набегающего ветрового потока (фиг.2). При указанном направлении ветра ротор 1 будет вращаться против часовой стрелки, тогда как лопасти 3 непосредственно на самом каркасе 2 ротора 1 - по часовой стрелке благодаря включению в кинематическую связь пары паразитных шестерен 9. Передаточное число конического зубчатого колеса 7 к конической шестерне 8 равно 0,5, а передаточное число пары паразитных шестерен 9 равно 1,0. Таким образом, за один полный оборот ротора 1 на 360° против часовой стрелки обеспечивается поворот лопастей 3 на каркасе 2 ротора 1 на 180° по часовой стрелке, т.е. лопасти 3 на каркасе 2 вращаются в два раза медленнее самого ротора 1.

Такая конструкция ветроагрегата дает возможность результирующей силе всех лопастей 3 активной зоны одновременно быть направленной исключительно в сторону вращения ротора 1, за исключением пассивной зоны одной из лопастей, двигающейся против направления потока воздуха с минимальным аэродинамическим сопротивлением.

Работает устройство следующим образом.

Лопасти 3 устанавливаются на каркасе 2 ротора 1 строго под заданными углами к радиусам ротора 1, пересекающим ось 4 соответствующей лопасти 3 и настраивается сам ветроагрегат на ветровой поток путем совмещения точки «А», находящейся на коническом зубчатом колесе 7 системы слежения с направлением противоположным потоку воздуха. Благодаря силе ветрового потока давление указанное на площадь поверхности лопасти 3 передается через ее ось 4 на раму каркаса 2 ротора 1, заставляя его вращаться. Так как коническая шестерня 7 неподвижна по ней

начинает перекатываться одна из пары паразитных шестерен 9, таким образом, осуществляя пространственную ориентацию каждой лопасти 3 на каркасе 2 за счет передачи вращения от паразитной шестерни 9 шестерне 8, причем в сторону противоположную вращению каркаса 2 ротора 1. В случае отклонения направления потока воздуха включается система слежения за направлением ветра, привод 5 через червячную передачу вращает коническое зубчатое колесо 7 до тех пор, пока точка «А» не совпадет с направлением противоположным потоку воздуха. Предполагается, что привод 5 будет включаться на 0,5-1,0 мин. с периодичностью через каждые 5-30 мин. в зависимости от стабильности направления ветра конкретно в местах эксплуатации ветроагрегата.

Ротор 1 может вращаться как по часовой стрелке, так и против нее, благодаря реверсивному приводу 5, путем переориентации датчика фиксации направления ветра на 180° (точка «А» на коническом зубчатом колесе 7 должна будет находиться по направлению ветрового потока).

Расширенная активная зона набегающего потока воздуха по сравнению с известным ветроагрегатом дает основание считать, что ветроагрегат будет начинать вырабатывать электроэнергию при минимальной скорости ветра 2-3 м/сек.

Ветроагрегат может содержать дополнительно ограждение (не показано), например, в виде сетки, служащей для защиты ветроагрегата от попадания в его рабочий отдел различных, негативно влияющих на его работу объектов. Кроме того, на указанном ограждении может быть установлена куполообразная крыша (не показана), служащая для защиты от атмосферных осадков, на которой может монтироваться солнечная батарея. Ветроагрегат выполнен с возможностью модульного наращивания по вертикали.

Таким образом, благодаря такому выполнению устройства, обеспечивается:

- жесткая кинематическая связь, что позволяет свести погрешность угла настройки пространственного расположения лопастей на каркасе по отношению к направлению потока ветра к минимуму;

- возможность установки ветроагрегата в горах на вершинах хребтов, в морях на понтонах, а также на плоских крышах домов;

- одиночный и каскадный монтаж ветроагрегатов;

- использование ветроагрегата в качестве ветродвигателя, в частности, вместо паруса на суднах с отбором мощности на гребной винт. В этом случае судно будет способно идти против ветра напрямую, а не галсами. Материал полотнища лопастей в случае необходимости должен будет наматываться на ось лопастей для минимизации парусности.

Также благодаря такому пространственному расположению лопастей обеспечивается наибольший КПД за счет увеличения коэффициента использования энергии потока воздуха на м².

1. Ветроагрегат, содержащий ротор с вертикальной осью вращения, жестко связанный с ротором каркас, на котором установлены с возможностью вращения вокруг вертикальных осей лопасти, систему слежения за направлением ветра, связанную с лопастями с возможностью их поворота при изменении направления ветра, отличающийся тем, что каждая лопасть жестко связана со своей осью вращения, которая установлена в каркасе ротора и жестко связана с соответствующей конической шестерней, взаимодействующей через соответствующую пару паразитных шестерен с коническим зубчатым колесом, установленным соосно ротору.

2. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что система слежения за направлением ветра включает датчик фиксации направления ветра, привод, связанный посредством червячной передачи с коническим зубчатым колесом.

3. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что зубчатое колесо червячной передачи и коническое зубчатое колесо выполнены на валу, установленном соосно ротору.

4. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что лопасти установлены на каркасе ротора под заданными углами к радиусам ротора, пересекающим ось вращения соответствующей лопасти.

5. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что вокруг ротора установлено ограждение, например, в виде сетки.

6. Ветроагрегат по п.5, отличающийся тем, что на ограждении установлена крыша.

7. Ветроагрегат по п.6, отличающийся тем, что на крыше размещена солнечная батарея.

8. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что ротор выполнен с возможностью вращения как против часовой стрелки, так и по ней.

9. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что передаточное число конического зубчатого колеса к конической шестерне и передаточное число пары паразитных шестерен выбрано таким образом, что лопасти на каркасе ротора вращаются в два раза медленнее самого ротора.