ветроэлектрическая станция

Формула изобретения

Ветроэлектрическая станция, содержащая установленное на башне и закрепленное на горизонтальной оси ветроколесо с ободом, каретку с расположенным на ней электрогенератором, приводной вал которого снабжен роликом, контактирующим с внешней поверхностью обода ветроколеса, отличающаяся тем, что каретка связана с неподвижным основанием шарнирно, с возможностью перемещения относительно обода ветроколеса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветроэлектрических станций, в которых передача мощности на электрогенератор осуществляется от обода ветроколеса.

Известны ветродвигатели, содержащие башню и ветроколесо с горизонтальной осью вращения, в которых увеличение числа оборотов при передаче от ветроколеса на генератор осуществляется через редуктор, встроенный в головку ветроколеса (а.с. №79927, кл. F 03 D 1/00).

Недостаток таких ветродвигателей в том, что наличие в них редуктора, особенно для больших мощностей, существенно их усложняет, утяжеляет и снижает КПД.

Известен ветродвигатель, принятый за прототип, где сложный и многоступенчатый редуктор заменен устройством, содержащим установленное на башне и закрепленное на горизонтальной оси с ободом ветроколесо, каретку с колесами, взаимодействующими с внутренней поверхностью обода, и закрепленный на площадке каретки генератор, на валу которого установлен каток, контактирующий с наружной поверхностью обода ветроколеса. Вокруг башни предусмотрен кольцевой бассейн, а каретка снабжена штангой с поплавком, погруженным в бассейн (а.с. №1307080, кл. F 03 D 1/06, 1987).

Недостаток такой конструкции в том, что ролик электрогенератора прижимается к ободу ветроколеса с постоянным, рассчитанным на максимальную нагрузку, хотя ветроэлектрическая станция работает как при больших, так и при малых нагрузках. В результате этого повышается износ ролика и потери энергии.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности работы ветроэлектрической станции.

Сущность изобретения заключается в том, что каретка связана с неподвижным основанием шарнирно, а пружина обеспечивает лишь касание ролика и обода ветроколеса.

На чертеже схематично изображена ветроэлектрическая станция (стрелкой показано направление вращения ветроколеса).

Примером конкретного выполнения является ветроэлектрическая станция, содержащая установленное на башне 1 и закрепленное на горизонтальной оси ветроколесо 2 с ободом 3, каретку 4 с расположенным на ней электрогенератором 5, приводной вал которого снабжен роликом 6, контактирующим с внешней поверхностью обода 3. Каретка 4 связана пружиной 7 с башней 1 и установлена с возможностью перемещения относительно обода ветроколеса.

Ветроэлектрическая станция работает следующим образом.

Пружина 7 уравновешивает вес каретки 4 с электрогенератором 5 и обеспечивает лишь касание ролика с ободом ветроколеса 2. Поэтому сила F, с которой ролик действует на ветроколесо, направлена по линии O'А и может быть разложена на касательную силу F_c и силу нормального давления Р. Сила F_c определяется моментом сопротивления на валу генератора:

F_c=М_с/r,

где M_с - момент инерции от силы F_с;

r - радиус ролика.

Эта сила передается на обод за счет трения между контактирующими поверхностями ролика и ветроколеса. Для того чтобы сцепление было надежным, сила трения скольжения F _тр=Р·к_тр должна быть больше силы F _с в определенное количество раз, определяемое коэффициентом запаса:

К_з=F_тр/F_c=Р·к _тр/F_c=Р·к_тр/P·tg=к _тр/tg,

где К_з - коэффициент запаса;

к_тр - коэффициент трения.

Откуда видно, что коэффициент запаса, в данном случае, не зависит от момента сопротивления на валу генератора. Поэтому обеспечивается достаточная связь колеса с роликом при больших нагрузках и не создается избыточного давления при малых.

Вместо пружины вес генератора может быть компенсирован противовесом, расположенным на продолжении каретки.

При внедрении изобретения резко повышается, по сравнению с известными ветроэлектрическими станциями, КПД за счет снижения потерь при передаче энергии к валу электрогенератора. Повышается надежность в работе за счет изменения усилия прижатия ролика к ободу ветроколеса, пропорционального изменению момента сопротивления на валу генератора.