Каркасные ветростанции

   На сегодняшний день стоит вопрос о применении ветростанций, для получения электрической энергии, в условиях городской застройки. Соответственно к станциям предъявляются не только энергетические требования, но и эстетические. при этом нельзя сбрасывать со счета и требования техники безопасности при эксплуатации ветроустановок в местах нахождения людей.  Уже много лет профессор Лятхер В.М.  г. Москва, работает в направлении изучения процессов работы подобных роторов. В своих трудах он показал, что пульсация таких роторов сглажена и приближена к характеристикам работы ротора Горлова. Преимущество сбалансированного ротора заключается в его относительной простоте изготовления и сборки в местах монтажа станции. Профессор Лятхер В.М. предложил уйти от крыльев большого размера, на крыло маленького размера, разбить вал на равномерные участки и расположить лопасти по всей длине под равным углом. В своих трудах Лятхер В.М. приводит расчеты на аэродинамическом профиле лопасти GAW. Подобные роторы могут работать на меньших диаметрах с большей скоростью вращения. Соответственно, энергетическая составляющая такого ротора выше. Для простоты конструкции, автор разработки предлагает  закрепить вал ротора на ступице и соответственно ступицу к мачте ветроустановки. Станция получилась не дорогой, конструкция станции работоспособная, подтверждена аэродинамическими расчетами и испытаниями, проведенными в ЦАГИ. И вроде бы все хорошо, и можно было бы ставить точку на этой разработке и запускать в серийное производство, к стати так оно и случилось. Данная разработка заслуживает того. У нее есть отдельное место в мире ветроэнергетики...

   И все было бы так, если бы разработкой Лятхер В.М. не заинтересовался молодой ученый, ныне генеральный директор ООО "Центр строительных технологий" г.Ижевск Дементьев И.А. Он посмотрел на будущее станции Лятхер В.М. с иного ракурса и предложил заключить сбалансированный ротор не на ступицу, которая расположена в нижней части вала, а весь вал сделать ступицей, разнести крепежные узлы по концам сбалансированного ротора.  

  Что это дает?

 Повышается надежность крепления вала ротора. Уменьшаются биения вала. Уменьшаем диаметр вала примерно в 2,5 раза. Соответственно уменьшаем момент на валу ротора, что приводит к более раннему старту ротора ветростанции.

 Молодым ученым был взят курс на разработку станции безопасной. Ведь ротор, который был разработан Лятхер В.М. может развивать скорость в 5-7 раз превышающий скорость ветра. Станция мощностью 1 кВт может разгоняться до 700 об/мин. и по свомим параметрам не уступает , а зачастую превосходит станции горизонтального типа, пропеллерные станции.

 С целью обеспечения безопасности станции, молодой ученый предложил разместить вал ротора между двумя опорными подшипниками, как описывалось выше и ротор полностью заключил в каркас. 

Что это дало?

 Каркас станции позволил уйти от традиционных мачт. Станция получила возможность работать в любом положении, на любой плоскости. Каркас является ограждением вращающихся частей и служит защитой от разбрасывания лопасти в случае разрушения станции. Было проведено ряд разрушений станции. Станция отпускалась в разнос на обороты свыше рабочих в 2,3 раза, при этом лопасть прогибалась сверх допустимых пределов и разрушалась об каркас станции. В последствии анализировались разрушения станции. Вся информация о работе станции в  момент разрушения записывалась на черные ящики контроллеров. Все разрушения на себя взяли крылья и траверсы. Причем основное разрушение всей своей тяжестью ложится на среднее звено ротора. Которое демонстрирует полное разрушение лопасти. Последующий удар на себя принимают траверсы, которые рассчитаны таким образом, что не позволяют повредить основной вал ротора.

 Анализировались повреждения полученные каркасом. Они минимальны. Всю тяжесть удара принимает на себя первая по ходу вращения укосина каркаса. Каркас остается в работоспособном состоянии. 

 Все разрушения показали, что станция при превышении критических порогов получит разрушение минимальное, при этом радиус распространения обломков, в случае  применения металлического крыла, равен нулю.Собственно то, чего добивался молодой ученый - достиг. Станция безопасна. При разрушении не может причинить повреждения всему окружающему.

 Для того, чтобы станция не уходила на закритические обороты, было предложено 2 вида торможения ротора:

- торможение контроллером, удерживая ротор на постоянных рабочих оборотах

- торможение генератором минуя контроллер на случай выхода из строя контроллера.

  Для остановки ротора в критический момент, предложен и исполняется ручной механический тормоз.

 Впоследствии Лятхер В.М предложил использовать страховочные саморазрушающиеся втулки, которые в критический момент разрушаться и изменят угол атаки лопасти на закритический, что приведет к остановке ротора.

  Еще одним достоинством станции молодого разработчика стал то факт, что станции с каркасом стало просто и дешевле монтировать. При такой конструктивной особенности, станции не нуждаются в установке на фундаменты. Достаточно их просто крепить к основанию пригрузами. 

 Проводились испытания на ветре до 10 м/сек. Станции устанавливались без какого либо крепления к основанию. Итог: на ветре до 10 м/сек. станции, при номинальном вращении ротора  устойчиво стояли на основаниях. При этом вес станции составлял порядка 180 кг. 

  Для каркасных станций пришлось разрабатывать коллективом ООО "Деалан Энерго" развязанный тихоходный генератор.  Сегодня станция создана и работает. Налажено ее мелкосерийное производство.

  Илья Александрович, применил в своей станции профиль крыла, который был  разработан в ООО "Деалан Энерго" и  опробован в ранее производимых серийных моделях  ветростанций, которые на протяжении  многих лет демонстрировали отличные аэродинамические показатели.

 В новую станцию Илья Александрович внедрил все самое передовое, что есть в Российской и мировой ветроэнергетике. Нельзя не упомянуть о разработках очень сильного автора Вахабиева М. Который для станции полностью разработал контроллер. Возможности контроллера безграничны. Контроллер не просто управляет работой станции, но и регистрирует работу на всем промежутке ее эксплуатации, посредством черных ящиков. Именно по ним Илья Александрович и анализирует процессы испытаний станции.

 Получилась отличная, безопасная, эффективная ветростанция. Она полностью разборная, хорошо транспортируемая, мобильная, способная работать в разных средах (вода, ветер). Станция защищена авторскими правами. Ротор сбалансированный запатенован профессором Лятхер В.М. , В настоящее время  идет стадия получения патента на изобретение "Каркасная станция с сбалансированным ротором" в ФИПС. 

Можно с уверенностью сказать, что В 2015 г. коллективом разработчиков ООО "Деалан Энерго", "Центр строительных технологий" г. Ижевск,  основываясь на разработки профессора Лятхер В.М., в области создания сбалансированного ротора, была создана  ветроустановка каркасного типа с сбалансированным ротором.

А.А.Дементьев

Примечание: В статье, я опираюсь на изобретения автора Лятхер В.М и заявки на изобретение Дементьева И.А.

1.Dam-Free Hydro-Power Plant,  US 8177477 B2, May 15, 2012

2.Counterbalanced Orthogonal Hydropower System, US 8047785 B2, Nov. 1, 2011

3. Orthogonal Power Unit, US 8007235 B1, Aug.30, 2011

4. Non-vibrating units for conversion of fluid stream energy, US 7741729 B2 , Jun. 22, 2010

5.Wave-flow power installation, US 7652388 B2, Jan.26,  2010

6.Power Unit, US  7586209 B1, Sep. 8, 2009

7.Wave power installation, US 7578126 B2, Aug. 25, 2009

8.Power installation for conversion of energy of water and air streams, US 7566983 B1, Jul.28, 2009

9.Power generating system, US 8461712 B1, Jun.4, 2012

И.А Дементьев в соавторстве:

10. Заявка на изобретение - Ветростанции каркасного типа.

11. Ноу-Хау  ООО "Деалан Энерго"

С Уважением.