Предлагаемое изобретение относится к ветроэнергетике, а именно, к ветроэнергетической установке с вертикальной осью вращения ротора, предназначенной для работы в условиях не только сильных, но и слабых, и умеренных ветров с возможностью преобразования энергии таких ветров в электрическую энергию.

Наиболее близкой к предлагаемой по количеству существенных признаков является ветроэнергетическая установка, которая содержит размещенный на мачте ветродвигатель с ротором, аккумулятор энергии и генератор электрического тока [Патент РФ J s 2176030, МПК 7 F03D9/00; Опубликовано: 20.1 1.2001].

Упомянутая установка оказывается недостаточно эффективной при ее использовании в условиях слабых и умеренных ветров (при скоростях 2 - 4 метра в секунду), поскольку процесс производства электрической энергии при таких ветрах прекращается. Кроме сказанного, указанная установка - сложная конструкция, в которой применены, в частности, пневмогидравлические аккумуляторы, мотор- генератор, гидронасос и гидромотор, между которыми последовательно расположены обратный и пропорциональный клапаны, напорная гидролиния, гидрозамок, вход которого подключен к напорной гидролинии и гидромультипликатор. Наличие сложных и дорогих элементов в установке существенно усложняет конструкцию, а потому и повышает ее себестоимость.

Поэтому в основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания такой ветроэнергетической установки, которая была бы эффективной не только при сильных, но и при слабых и умеренных ветрах и при этом имела бы меньшую себестоимость.

Поставленная задача решается в предлагаемой установке за счет создания условий для накопления энергии ветра в ресивере установки и последующего использования накопленной механической энергии для производства генератором установки электрической энергии с заданными значениями напряжения и частоты.

Предлагаемая, как и известная ветроэнергетическая установка, содержит размещенный на мачте ветродвигатель с ротором, аккумулятор энергии и генератор электрического тока, а, согласно изобретению, аккумулятор энергии выполнен в виде ресивера, размещенного в полости мачты, и состоящего из, по меньшей мере, двух закрепленных неподвижно и симметрично на мачте первого и второго пневмоцилиндров одно- или двухстороннего действия с упругими мембранами и третьего пневмоцилиндра двухстороннего действия с упругой мембраной, вход которого соединен с ресивером, мембрана третьего пневмоцилиндра кинематически соединена с ротором генератора электрического тока, а ветродвигатель, установленный в верхней части мачты, имеет вертикальную ось вращения, которая изготовлена в виде кривошипного механизма с вращающимся участком, с которым кинематически соединены одни концы толкателей, другие концы которых соединены с мембранами, соответственно, первого и второго пневмоцилиндров с возможностью их одновременного перемещения в противоположных направлениях, а в первом и втором пневмоцилиндрах имеется клапан, предназначенный для соединения каждого из указанных пневмоцилиндров с полостью ресивера, и клапан холостого хода для изменения уровня нагрузки на ветродвигатель, а установка снабжена системой управления, предназначенной для открывания и закрывания клапанов холостого хода пневмоцилиндров, для согласования тормозящего момента ротора ветродвигателя с производительностью пневмонасосов, с возможностью непрерывного подкачивания воздуха в ресивер и изменения амплитуды и частоты колебаний мембраны третьего пневмоцилиндра для поддержания заданного значения электрического напряжения на выходе генератора электрического тока во время вращения ротора ветродвигателя при изменении скорости ветра.

Предлагаемая ветроэнергетическая установка позволяет преобразовывать энергию не только сильных, но и слабых и умеренных ветров в электрическую энергию. Так, при недостаточной для производства электрической энергии скорости ветра в традиционной ветроэнергетической установке, предлагаемая установка позволяет накапливать в течении некоторого времени энергию в аккумуляторе- ресивере, а потом импульсно передавать ее на генератор электрического тока, который преобразует накопленную в аккумуляторе-ресивере энергию сжатого воздуха в электрическую энергию.

Во время проведения патентно-информационных исследований при подготовке настоящей заявки авторами не обнаружены ветроэнергетические установки предлагаемой конструкции с указанной выше совокупностью существенных признаков, 0121

3 что доказывает соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "новизна".

Технический результат, полученный в результате осуществления предлагаемого изобретения, состоит в создании условий для накопления энергии не только сильных, но и слабых, и умеренных ветров в ресивере установки и ее передачи в импульсном режиме в генератор для последующего производства электрической энергии с заданными значениями напряжения и частоты.

Указанный технический результат в известных технических решениях, которые вошли в уровень техники, авторами не выявлен, поэтому предлагаемая ветроэнергетическая установка может быть признана соответствующей критерию изобретения "изобретательский уровень".

Предлагаемая ветроэнергетическая установка состоит из конструктивных элементов, для изготовления которых используют известные на сегодняшний день технологические приемы, устройства и материалы. Ветроэнергетическая установка может быть использована в различных отраслях промышленности, в том числе в энергоснабжении небольших удаленных объектов сельского хозяйства и обороны, поэтому можно сделать вывод о том, что предлагаемое решение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».

Сущность предлагаемой конструкции объясняется схематическим чертежом, представленным на фиг.1

Ветроэнергетическая установка содержит размещенный на мачте 1 ветродвигатель 2 с вертикально расположенным ротором, аккумулятор энергии и генератор электрического тока 3. При этом аккумулятор энергии выполнен в виде ресивера 4, размещенного в полости мачты 1 , по меньшей мере, двух закрепленных неподвижно и симметрично на мачте 1 первого 5 и второго 6 пневмоцилиндров (пневмонагнетателей) одно- или двухстороннего действия с упругими мембранами и третьего пневмоцилиндра 7 двухстороннего действия с упругой мембраной. Вход третьего пневмоцилиндра 7 соединен с ресивером 4. Мембрана третьего пневмоцилиндра 7 кинематически соединена с ротором генератора электрического тока 3. Ветродвигатель 2 с ротором установлен в верхней части мачты 1. Ротор ветродвигателя 2 соединен с вертикальной осью 8. Часть оси 8 изготовлена в виде кривошипного механизма с вращающимся участком 9. С участком 9 оси 8 кинематически соединены одни концы толкателей 10, другие концы которых соединены с мембранами, соответственно, первого 5 и второго 6 пневмоцилиндров с возможностью их одновременного перемещения в противоположных направлениях во время вращения ротора ветродвигателя 2 с осью 8. В первом 5 и втором 6 пневмоцилиндрах имеются клапаны, предназначенные для соединения каждого из упомянутых пневмоцилиндров с полостью ресивера 4 /не показано/, и клапаны холостого хода 1 1 , предназначенные для изменения уровня нагрузки на ветродвигатель 2. Установка снабжена системой управления, предназначенной для открывания и закрывания клапанов 1 1 холостого хода пневмоцилиндров с возможностью обеспечения непрерывного подкачивания воздуха в ресивер 4 и изменения амплитуды и частоты колебаний мембраны третьего пневмоцилиндра 7 для поддержания заданного значения электрического напряжения и частоты тока на выходе генератора электрического тока 3 во время вращения ротора ветродвигателя 2 при изменении скорости ветра. Система управления включает блок 12, регулятор 13 и датчик давления воздуха в ресивере 4 /не показано/. Блок 12 предназначен для поддержания в ресивере 4 определенного давления воздуха путем генерирования электрических сигналов с одной стороны на открывание-закрывание клапанов холостого хода 1 1 пневмоцилиндров 5 и 6, а с другой - регулятору 13, предназначенному для задания определенной амплитуды и частоты колебаний мембраны третьего пневмоцилиндра 7 и, таким образом, получения на выходе с генератора 3 электрического тока с заданными параметрами напряжения и частоты.

Предлагаемая ветроэнергетическая установка работает так.

При номинальной скорости ветра ротор ветродвигателя 2 вращает ось 8 с участком 9, что приводит к перемещениям в противоположных направлениях в вертикальной плоскости толкателей 10, и к колебаниям мембран пневмоцилиндров 5 и 6, и к закачиванию воздуха в ресивер 4. Блок 12 при помощи регулятора 13 принуждает шток пневмоцилиндра 7 выполнять колебательные движения с амплитудой и частотой, необходимой для поддержания заданного электрического напряжения и частоты электрического тока на выходе генератора 3.

При слабых и умеренных ветрах (со скоростью около 2 метров в секунду) ротор ветродвигателя 2 вращается, но его скорость и вращательный момент являются недостаточными для создания рабочего давления пневмоцилиндрами 5 и 6, необходимого для поддержания непрерывного номинального значения электрического напряжения с генератора 3. В этом случае блок 12 системы управления открывает клапан холостого хода 11 в пневмоцилиндре 5 или 6, что приводит к его выключению, уменьшает нагрузку на ротор ветродвигателя 2 и обеспечивает постоянное 13 000121

5 подкачивание воздуха в ресивер 4 до создания в нем необходимого давления, регулируя производительность установки в целом.

При достижении заданного значения давления воздуха в ресивере 4 блок 12 при помощи регулятора 13 приводит в движение шток третьего пневмоцилиндра 7, который, совершая колебательные движения с заданной амплитудой и частотой, позволяет получить на выходе генератора 3 электрический ток. При уменьшении значения давления в ресивере 4, генератор 3 переходит в режим ожидания.

Таким образом, в предлагаемой ветроэнергетической установке созданы условия для преобразования энергии не только сильных, но и слабых и умеренных ветров в электрическую энергию путем накапливания энергии ветра в ресивере 4 и ее последующего использования для производства электрической энергии генератором 3 электрического тока с напряжением требуемого значения.

Количество пневмоцилиндров 5 и 6 не ограничивается только двумя, а зависит от максимальной мощности ветроэнергетической установки.