В Саратовской области обширные территории левобережья являются малонаселенными. Существующие пастбища в летнее время содержат мало растительной массы и не могут позволить стадам длительное время находиться на одном месте. Удаленность сел и деревень друг от друга не позволяет протягивать линии электропередач к каждому уголку территории и, следовательно, чабаны должны брать с собой переносные бензогенераторы, чтобы не чувствовать себя обделенными цивилизацией.
Несмотря на то, что всегда есть возможность прислать машину с топливом, можно рассмотреть альтернативные источники электроэнергии, которые можно было бы брать с собой.
Выбор ограничен гидро- и ветроэнергетикой. При этом реки левобережья обладают малой скоростью течения и передвижные гидростанции будут неэффективны.
Остается использовать энергию ветра. При этом считается, что экономически оправданной является скорость ветра в 5 метров в секунду.
В Саратовской области среднегодовая скорость ветра не превышает 4 метра в секунду. Однако в 30-е годы в СССР создавались колхозные ветростанции как для выработки электоэнергии, так и для подачи воды на фермы с рабочей скоростью ветра 3 м/с.
Подобные сооружения имели мощность от единиц до десятков лошадиных сил и имели большие размеры.
В данной работе рассматривается возможность обеспечивания маломощных потребителей электрической энергией, с пиковой мощностью не более 500 Ватт.
Для этого достаточен ветродвигатель с поперечной потоку ветра площадью 1 квадратный метр. Увеличением площади или количеством ветродвигателей можно обеспечить и большие потребности в электроэнергии.
Выберем вариант конструкции ветродвигателя, не акцентируясь на остальном оборудовании ветроэлектростанции, как преобразователь напряжения и аккумулятор, т. к. для этого можно использовать готовые решения. Можно использовать и готовый ветродвигатель, но тогда исчезает сам смысл творчества.
Наиболее легким по массе будет ветродвигатель с горизонтальным валом, но такие ветродвигатели работают с большой скоростью ветра. Для малых скоростей более пригоден ветродвигатель с вертикальным валом.
Габариты обоих вариантов примерно одинаковы, так как у двигателя с горизонтальным валом длина определяется хвостом.
В транспортном состоянии ветродвигатели занимают много места, что вынуждает при перевозке выполнять разборку и сборку при доставке.
Для ветродвигателей большой мощности это является обязательным условием, однако для маломощной конструкции можно предусмотреть складной вариант.
При этом размер — высота ветродвигателя как в рабочем, так и транспортном положении остается неизменным, а длина и ширина могут существенно отличаться.
Для решения поставленной задачи был осуществлен патентный поиск известных решений.
За основу взят известный малообъемный ветродвигательсодержащий несущий каркас, установленный на центральном вертикальном валу с возможностью вращения относительно его продольной оси, два вертикальных вала, размещенных на несущем каркасе с укрепленными на них лопастями, дефлектор и хвостовую секцию, установленные диаметрально по обе стороны с внешних сторон лопастей, причем вертикальные валы связаны между собой жесткой передачей с отрицательным передаточным отношением и размещены с возможностью расположения лопастей каждого из них в межлопастных промежутках другого при отсутствии соприкосновения лопастей разных вертикальных валов, а дефлектор выполнен в виде двух жестких пластин, соединенных под острым углом друг к другу, и обращен внутренней стороной этого угла к лопастям [1].
Недостатком такого ветродвигателя является громоздкость, затрудняющая транспортировку при частых перемещениях, например в составе группы, работающей в полевых условиях или хранение между использованием в чрезвычайных ситуациях.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании складной конструкции, обеспечивающей уменьшение габаритов при транспортировании ветродвигателя на новое место или при хранении.
Технический результат, достигаемый при этом, состоит в уменьшении длины и ширины ветродвигателя при его складывании.
Для достижения указанного технического результата, при данной решаемой задаче, пластины дефлекторов складываются друг с другом, лопасти роторов складываются друг с другом, несущий каркас складывается вместе с роторами а хвостовая секция исключается из конструкции ветродвигателя. Несущий каркас в плане выполнен в виде трехлучевой звезды и установлен на центральном вертикальном валу с возможностью вращения относительно его продольной оси. Вертикальные валы размещены на несущем каркасе с возможностью вращения относительно своих продольных осей. На вертикальных валах закреплены лопасти.
Предлагаемый ветродвигатель содержит несущий каркас, установленный на центральном вертикальном валу с возможностью вращения относительно его продольной оси. Вертикальные валы размещены на несущем каркасе с возможностью вращения относительно своих продольных осей. На вертикальных валах закреплены неподвижно по одной лопасти и на шарнирах закреплены остальные лопасти.
На несущем каркасе перед лопастями установлен дефлектор, который выполнен в виде двух пластин, соединенных под острым углом друг к другу на шарнире и обращен внутренней стороной этого угла (расширяющейся его частью) к лопастям. Максимальное расстояние между концами расходящихся пластин дефлектора соответствует расстоянию между вертикальными валами.
Ветродвигатель работает следующим образом. При обтекании ветром пластин и дефлектора образуются два воздушных потока, воздействующие на лопасти Вертикальные валы под действием двух воздушных потоков вращаются в противоположных направлениях. Преобразованная энергии снимается с каждого из вертикальных валов ветродвигателя. Благодаря воздействию воздушного потока на лопасти, несущий каркас с установленными на нем вертикальными валами и дефлектором поворачивается относительно продольной оси центрального вала. В результате этого дефлектор (вершиной угла, образованного пластинами) устанавливается по направлению ветра.
Для складывания ветродвигателя в транспортное положение порядок складывания следующий. Поворачиваются пластины дефлектора в шарнире до складывания друг с другом. Поворачиваются лопасти в шарнирах в сторону неподвижно закрепленной на валу лопасти до складывания с ней. Поворачиваются валы так, чтобы сложенные вместе лопасти были обращены к центральному вертикальному валу. Лучи каркаса поворачиваются в шарнирах до складывания с дефлектором.
Раскладывание ветродвигателя в рабочее положение осуществляется в обратном порядке.
Конструкторская проработка показала, что при складывании размеры ветродвигателя (занимаемый им объем) уменьшается в 5 раз, что означает, вместо одного ветродвигателя можно перевозить 5 штук, а это дает суммарную мощность 2,5кВт.
Изготовленный макет на мощность 10 Ватт приводится в транспортное положение (или обратно в рабочее положение) за 30 секунд.
Следует ожидать, что полноразмерная модель мощностью в 500 Ватт будет раскрываться (закрываться) за такой-же промежуток времени.
Следует отметить, что представленная в интернете модель складного ветроэлектрогенератора «Эолика» мощностью 100 Ватт приводится в рабочее положение усилиями 2 — х человек за 20 мин. Однако в это время входит и установка ветродвигателя на мачту высотой 3 метра, что в нашем варианте не проверялось.
Литература:
- Андреев С. А., Судник Ю. А., Вагин А. В.. Малообъемный ветродвигатель. Патент на полезную модель № 135009. Опубл. 27.11.2013 Бюл.№ 33.
- Донцова М. А., Журавлева В. В. Складной ветродвигатель. Заявка на полезную модель № 2015109302 от 17.03.2015.
