Вітроелектрогенератор

Винахід відноситься до вітроенергетики, конкретно - до конструкції вітрогенератора з горизонтальним і вертикальним валами обертання, на яких установлені вітроколеса різного типу і електрогенератор з можливістю само запуску і регулювання. Відомий вітродвигун з вертикальною віссю обертання типу ротора Дар'є, описаний в книзі Б. М. Берковського і В. А. Кузьмінова ”Возобновляемые источники энергии на службе человека” (Москва, ”Наука”, 1987, стр.48-49). Вітродвигун виконаний у вигляді ”яйцезбивалки”, лопаті якої зігнуті у вигляді напівокружності, в перерізі мають симетричний криловий профіль і закріплені на вертикальній осі. Вітродвигун працює при любому напрямі вітру. До недоліків вітродвигуна відноситься те, що необхідно мати спеціальний пристрій для попередньої розкрути ротора в початковий момент; за звичай - це ротор Савоніуса, який розміщують в середині загнутих по колу робочих лопатей. Це призводить до різкого затінення головних робочих лопатей, зменшує їх обертальний момент, призводить до росту габаритів і перевитрат матеріалів, що разом знижує ККД і інші технічні показники. Все разом відображається на питомій потужності - вона помітно знижується. Відомий більш близький, прийнятий за прототип вітродвигун, описання якого в а. с. СРСР №1333821 М. Кл. Б. В. №32, 1987р., в якому два вітроколеса установлені у вигляді тандема із зустрічним обертанням, електрогенератор - в голівці, обертання статора і ротора генератора в різних напрямках з приводом від переднього і заднього вітроколеса. До недоліків технічного рішення слід віднести високе розташування генератора в голівці, довгі траверси і, як висновок, велика вібрація і інерція. Це знижує ефективність роботи тандемної установки, так як закручений переднім колесом потік, переходячи через велику відстань між двома колесами, втрачає закрутку і на лопаті заднього вітроколеса попадає практично в особовому напрямку, що не створює додаткового моменту обертання від закрутки потоку. Крім цього, до недоліків цього вітродвигуна відноситься нестійка поведінка головки в потоці, особливо при великих швидкостях вітру, - при більшій швидкохідності вона має більшу швидкість переорієнтації, піддається сильному ”рисканню”, що при незначній похибці в центруванні, внаслідок одно направленого силового впливу потоку вітру, призводить до підвищеної вібрації всієї конструкції. Це, в остаточному підсумку, швидко спрацьовує присмиковочні вузли голівки, що зв'язано з ненадійністю і малим ресурсом роботи таких вітродвигунів. В основу винаходу поставлена задача зменшення вібрацій конструкції і підвищення надійності роботи. Поставлена задача вирішується тим, що в вітроелектрогенераторі, що містить горизонтальний і вертикальний вали, платформу-голівку, розміщену асиметрично відносно вертикального вала, електрогенератор з можливістю обертання у протилежні боки ротора, статора і два вітроколеса, що приєднано до ротора і статора згідно з винаходом вітроколеса розміщені на горизонтальному валу, статор зв'язаний з вітроколесом пропелерного типу, а ротор - з вітроколесом типа Дар'є, лопаті котрого виконані поворотними, причому лопаті шарнірно з'єднані з тягами, що пов'язують їх з валом, на кожній лопаті закріплена пружина, що з'єднана другим своїм кінцем з валом і тягою. На фіг.1-3 зображені варіанти вітроелектрогенератора з пристроєм і засобом регулювання частоти обертання. Вітроелектрогенератор містить в собі платформу-голівку 1 з горизонтальним валом 2, на якій розміщені пропелерне вітроколесо 3 і вітроколесо 4 з лопатями типу Дар'є 5, а на вертикальному валу 6 установлено електрогенератор 7. Вали 2 та 6 з'єднані за допомогою кутової зубчастої передачі 8, у другому варіанті вітроелектрогенератора електрогенератор 7 і зубчаста передача 8 закріплені на горизонтальному валу 2. На вітроколесі 4 установлені аеродинамічні гальмівні пристрої, виконані у вигляді поворотних лопатей 5 і пружин 9 з тягами 10. Весь вітродвигун спирається на стойку12. Вітроколесо-регулятор 4 з поворотними лопатями 5 містить в собі вузли кріплення пружин 9 з тягами 10, за допомогою яких лопаті 5 з'єднано з валом 2. На кінці валів 2 і 6 встановлені механічні гальма (не розкривається). Між поворотними лопатями 5 і тягами 10 встановлено шарнір 11. Кінці пружин 9 прикріплено до валів 2 за допомогою важелів 13, які жорстко зв'язані з останнім. Таким чином, вітроколесо 4 містить у собі відцентровий регулятор, який складається з поворотних лопатей 5, тяг 10, валів 2, пружин 9, шарнірів 10 і важелів 12. Стабілізація частоти обертання лопатей вітроколіс 3, 5 забезпечується вітроколесом-регулятором 4 з поворотними 5. Зі зміною швидкості вітру W відцентровий регулятор автоматично забезпечує режим роботи вітродвигуна (фіг.1-3). З досягненням критичної швидкості вітру до роботи стає аеродинамічне гальмо. Відбувається це наступним чином. Відцентрова сила, яка діє на лопаті 5 розтягує пружину 9 через важелі 12, тяги 10, шарніри 11. За цих умов лопаті 5 повертаються відносно центру ваги, де їх закріплено шарнірно, зі зміною кута установки здійснюється поворот лопатей 5 на 90° відносно поздовжньої осі. Працює вітродвигун таким чином. Вітер зі швидкістю W діє на пропелерні лопаті 3 і лопаті Дар'є 5, які приводяться аеродинамічним моментом в обертання на горизонтальному валу 2 з кутовою швидкістю w1. Поворот лопатей 5 з кутовою швидкістю w2 на максимальний кут від 0 до 90° виконується назустріч потоку вітру W. При цьому здійснюється аеродинамічне гальмування всієї системи вітроколіс 3 і 5, приводячи її в стан безпечної (без руйнування) і надійної роботи вітроагрегату з допустимою частотою обертання. Зі зменшенням обертів знижується відцентрова сила, і гальмівні лопаті 5 силою пружини 9 повертаються в попереднє становище. Потім все автоматично повторюється в тому ж порядку, забезпечуючи приблизно постійну напругу на клемах електрогенератора 7. Поворот вітроколіс 3 на вітер здійснюється за рахунок асиметричного розміщення платформи-голівки 1 відносно валу 6. Описаний вітроелектрогенератор забезпечує виконання поставленої задачі, а саме: забезпечується автоматична установка вітроколіс на вітер і робота з високим ККД при практично постійній частоті обертання.