Вітрова електростанція “крилаті вітрила”

Ветровая электростанция принадлежит к экологически чистым источникам энергии и должна использоваться в энергетике. Она состоит из ветряка (ветродвигателя) с крылатыми парусами и генератора. В качестве генератора могут быть использованы электрические машины различного типа. Основным элементом предложенной электростанции является ветродвигатель с вертикальной осью вращения. Ветродвигатели с вертикальной осью вращения содержат: вертикальную мачту на которой жестко закреплены как правило прямоугольные рамки, а на них установлены подвижные пластины в вертикальном или горизонтальном положении изготовленные из легкого и прочного материала (в дальнейшем именуемые крылья). При воздействии ветра на диаметрально противоположные рамки на одной из них крылья принимают параллельное положение по отношению к направлению ветра, а на второй - перпендикулярное. Таким образом, на одной из рамок крылья окажутся отогнутыми воздушным потоком и их сопротивление по отношению к ветру будет минимальное, а на диаметрально противоположной рамке крылья окажутся плотно прижатыми друг к другу и закроют собой всю площадь рамки. Поэтому их сопротивление по отношению к ветру будет максимальное и под воздействием воздушного потока, рамка начнет перемещаться вокруг вертикальной оси уходя из-под воздействия ветра, а на ее место подойдет соседняя рамка и т.д. Наиболее совершенным среди известных и ближайших к предложенному устройству по техническому существу является "Карусельный ветродвигатель" [1]. Данный ветродвигатель содержит вертикальную мачту с возможностью совершать вращение на которой расположены рамки с подвижными осями, а на них жестко закреплены крылья в горизонтальном положении так, что под действием силы тяжести провисают и накладываются друг на друга закрывая всю площадь рамки. При воздействии ветра на одной из рамок крылья отгибаются ветром и располагаются параллельно по отношению к направлению воздушного потока, а на диаметрально противоположной рамке они принимают перпендикулярное положение к воздушному потоку. В результате на обоих диаметрально противоположных рамках создается различное сопротивление к ветру и рамка с большим сопротивлением уходит из-под воздействия воздушного потока, а на ее место приходит соседняя рамка и т.д. Таким образом, ветродвигатель начинает вращаться. В момент вращения ветродвигателя поочередно на каждой из рамок, крылья под действием ветра меняют свое расположение по отношению к направлению воздушного потока с параллельного на перпендикулярное. При этом все крылья совершают резкий рывок и тем самым увеличивают вращающий момент ветродвигателя. В этом преимущество данного образца перед его аналогами которые были описаны выше. Однако, в результате резкого рывка происходит резкое усиление нагрузки на конструкцию рамки, поэтому рамка должна быть прочной, а значит и более массивной. В данном ветродвигателе все рамки укреплены на одной мачте, для удержания большого веса мачта должна быть массивной и прочной,, все это увеличивает вес и габариты ветродвигателя. К тому же в данной конструкции не предусмотрена защита от ураганного ветра и во время бури ветродвигатель может получить серьезные повреждения, а также отсутствует регулировка частоты вращения ветродвигателя. Вращение происходит с изменяющейся частотой в зависимости от скорости ветра. В основу изобретения положена задача усовершенствования ветродвигателя с вертикальной осью вращения, путем изменения конструкции рамок, изменения их места расположения, применения доступных и недорогостоящих материалов, а также применения дополнительных автоматических устройств регулирующи х частоту вра щения и обеспечивающих защиту о т ураганного ветра. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известном ветродвигателе, содержащем вертикальную мачту, установленную с возможностью совершать вращение с закрепленными вокруг нее рамками снабженных крыльями на подвижных осях с возможностью крыльев совершать колебательные движения под действием ветра, предложено на вертикальной оси жестко закрепить винт, снабдить его подвижными эксцентриками, с целью регулировки частоты вращения и обеспечения защиты от ураганного ветра, к винту прикрепить рамки. с крыльями из прочного и гибкого материала, каждое крыло соединить при помощи каната и поводка с эксцентриками. Техническим результатом решения задачи является - увеличение мощности ветродвигателя, повышение его прочности, обеспечение регулирования частоты вращения, торможения и защиты. Общими с прототипом признаками изобретения следует счита ть: - ветродвигатель с вертикальной осью вращения; - ветродвигатель содержит рамки с подвижными осями; - на осях закреплены крылья. К новым признакам изобретения следует отнести: - вертикальная ось вращения с закрепленным на ней винтом: - под каждой рамкой установлен подвижный эксцентрик; - эксцентрик соединен с канатом и поводками, а также с крыльями; - каждый эксцентрик имеет направляющий прут; - на каждой рамке установлен ролик для изгиба каната; - каждая рамка имеет небольшую мачту. При этом целесообразно каждую рамку соединить с мачтой и упором для увеличения прочности ветродвигателя. В результате предложенных усовершенствований ветродвигатель представляет собой три треугольные рамки аналогичной конструкции с подвижными осями и крыльями из прочного и гибкого материала. Каждая рамка жестко соединена с винтом при помощи мачты и упора. Таким образом, конструкция ветродвигателя будет достаточно прочной. Благодаря применению механизма для регулировки частоты вращения и защиты от ураганного ветра, ветродвигатель предохраняется от преждевременной поломки и обеспечивает постоянную частоту вращения. Существо изобретения иллюстрируется чертежами. На фиг.1 изображена ветровая электростанция с одним генератором, вид сбоку; на фиг.2 изображено парусное крыло в двух проекциях: (а) вид спереди и (б) вид сбоку; на фиг.3 - ветровая электростанция, вид сверху; на фиг.4 - то же, с применением одного ветродвигателя для вращения не-. скольких генераторов одновременно при помощи шестеренчатого привода, вид сбоку; на фиг.5 - то же, с применением одного ветродвигателя для вращения нескольких генераторов одновременно при помощи шестеренчатого привода, вид сверху; на фиг.6 - 10 - в качестве примера генератора и основные его детали, из которых он состоит (в данной электростанции могут использоваться и другие генераторы). Ветровая электростанция, которая изображена на фиг.1, состоит из ветродвигателя 1 с крылатыми парусами A, B, C и генератора 2. Для повышения частоты вращения генератора 2 используется редуктор 3. Крылатые паруса A, B, C имеют треугольную форму и идентичны друг др угу. Каждый парус A, B, C состоит из рамки 4 она внутри пустотелая и имеет четырехугольную форму. На рамке 4 укреплены крылья 5. Форма крыла изображена на фиг.2. Каждое крыло 5 крепится на ось 6 и имеет возможность совершать колебания под действием ветра. Ось 6 с крылом 5 крепится к рамке 4. Каждое крыло 5 соединено с поводком 7. К каждому поводку 7 присоединен более прочный канат 8. На рамке 4 укреплен ролик 9 при помощи которого канат 8 изгибается и имеет возможность легко двигаться. На второй конец каната 8 крепится эксцентрик 10. Эксцентрик 10 легко скользит по направляющему пруту 11. Каждый парус A, B, C крепится при помощи мачты 12 и упора 13 к винту 14. Винт 14 крепится на первичный вал 15 редуктора 3, который установлен на трех лапах 16. Ветровая электростанция работает следующим образом. Предположим, что на паруса A, B, C не действует ветер. В этом случае ветродвигатель не вращается и крылья 5 на всех парусах A, B, C будут опущены вертикально вниз под действием силы тяжести. Стоит только подуть ветру, как сразу крылья 5 на парусах A, B, C начинают двигаться. Это очень хорошо видно на фиг.3, где изображен вид сверху ве тровой электростанции и указано направление ветра. Под действием ветра крылья 5 на парусе C плотно прижимаются друг к другу и на всю площадь паруса C будет действовать сила ветра. На парус B ветер действует сбоку и практически никакого влияния не оказывает, на крылья 5 действует только встречный поток воздуха. А на парусе A под действием ветра крылья 5 приподнимаются и между ними образуется свободное пространство, через которое проходит ветер. Это очень хорошо видно на фиг.1. Очевидно, что на парус C ветер действует сильнее чем на парус A и B, так как площадь паруса C в данный момент гораздо больше площади парусов A и B. В результате того, что на парус C ветер действует с большей силой, ветродвигатель начинает вращаться. Скорость вращения ветродвигателя постепенно увеличивается и достигает определенной величины. Но скорость ветра не всегда постоянна. Предположим, что на ветродвигатель действует порывистый ветер. При увеличении силы ветра ветродвигатель должен увеличить частоту вращения, но одновременно с увеличением частоты вращения увеличивается центробежная сила, которая действует на эксцентрики 10. Они смещаются под действием центробежной силы от оси вращения и натягиваютканат 8, при помощи которого крылья 5 на парусах A, B, C начинают открываться. В результате полезная площадь этих парусов A, B, C уменьшается, одновременно уменьшается их сопротивление к ветру и ветродвигатель уменьшает частоту вра щения. Чем больше ускорение получает ветродвигатель, тем дальше смещаются эксцентрики 10 и сильнее открываются крылья 5. Так как на парусах этот процесс происходит довольно быстро, то изменение частоты вращения почти не ощутимо и ветродвигатель вращается практически с постоянной скоростью. Изменение направления ветра на вращение ветродвигателя не влияет потому, что паруса расположены вокруг оси вращения под углом 120° по отношению друг к другу. Защита ве тродвигателя от ураганного ветра обеспечивается следующим образом. При увеличении скорости вращения ветродвигателя, под действием центробежной силы, эксцентрики 10 перемещаются по направляющему пруту 11 от оси вращения до упора 13. В результате крылья 5 на всех парусах A, B, C полностью открываются и ветродвигатель постепенно останавливается. Когда скорость ветра достигает 20 - 25м/с, эксцентрики 10 смещенные до упора 13 от оси вращения, фиксируются и остаются неподвижными. Соответственно с этим крылья 5 при помощи каната 8 и поводков 7 фиксируются в горизонтальном положении и оказывают минимальное сопротивление по отношению к ветру. В результате ветер почти беспрепятственно проходит сквозь паруса A, B, C так обеспечивается защита ветродвигателя от ураганного ветра. Для того, чтобы ветродвигатель опять начал работать, необходимо расфиксировать эксцентрики 10.