ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1994 года по МПК F03D5/00 F03D9/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветроэнергетических установок.

Известны ветроэнергетические установки, содержащие расположенные горизонтальными ярусами ветродвигатели [1] .

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является ветроэнергетическая установка, содержащая две рамы, соединенные между собой под углом, и ветроколеса, установленные на рамах [2] .

Однако в известной ветроэнергетической установке имеется ряд недостатков, главным из которых является тот, что рамы с ветроколесами (ветродвигателями) соединены между собой жестко под фиксированным углом. Это, очевидно, не позволяет изменять и регулировать ветропринимаемую (эффективную) площадь ветроэнергетической установки в зависимости от скорости ветра и уровня потребления энергии, что уменьшает КПД установки в рабочем диапазоне скоростей ветра, а также снижает надежность ее в работе в экстремальных ветровых условиях.

Целью изобретения является увеличение коэффициента использования энергии ветра, обеспечение устойчивости ориентации и расширение функциональных возможностей ветроэнергетической установки.

Указанная цель достигается тем, что в ветроэнергетической установке, содержащей две опорные рамы с ветродвигателями, рамы с расположенными в них ярусами ветродвигателями прикреплены к башне шарнирно с возможностью изменения ориентации плоскости рам относительно направления ветра, а башня установлена на вращающейся платформе со смещением от центра вращения платформы. Ветродвигатели снабжены воздушными турбинами крыльчатого или барабанного типа, а башня снабжена обтекателями, выполненными в виде предкрылка с двояковыпуклым симметричным профилем в поперечном сечении.

На фиг. 1 представлена ветроэнергетическая установка, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - вид сверху ветроэнергетической установки со сложенными ветроприемными рамами; на фиг. 4-6 - вид спереди, сбоку и сверху ветроэнергетической установки с ветротурбинами и аэродинамической башней; на фиг. 7 и 8 - схемы использования ветроэнергетической установки в качестве энергетической и движительной установки судна при различных курсах относительно ветра (фиг. 7 - брейдевинд и фиг. 8 - бакштаг).

Ветроэнергетическая установка содержит платформу 1, вращающуюся на тележках 2, на платформе установлена башня 3 со смещением от центра вращения платформы 4, на ребрах задней плоской грани башни на шарнирах 7 прикреплены две рамы 5, в которых в несколько ярусов установлены ветродвигатели 6 (фиг. 1 и 2) или ветротурбины с обтекателями 10 (фиг. 4-6), гидроцилиндр 8 через шток и рычаги соединен с рамами 5. Оси ветротурбин 13 кинематически связаны с валом 14, который передает вращение на генератор 12.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

Втягивая шток гидроцилиндра 8, рамы 5 максимально складываются и устанавливаются параллельно, под действием ветра платформа поворачивается до тех пор, пока не займет устойчивое положение относительно ветра, как показано на фиг. 3. Затем в зависимости от уровня потребления энергия задается давление в гидроцилиндре 8, под действием которого через шток и рычаги ветроприемные рамы раскрываются на ветер до тех пор, пока давление ветра на рамы не уравновесит давление в гидроцилиндре 8. За счет смещения башни 3 или 11 от центра вращения платформы 4 ориентация ветроэнергетической установки на ветер будет устойчивой даже при максимальном раскрытии рам. Для ветроэнергетических установок большой мощности, а также для получения возможности использования ветроэнергетической установки в качестве движительной установки (паруса) на судне платформа снабжается одним из известных устройств поворота платформы, например, поставив на одну из тележек 2 электродвигатель и подавая на него напряжение по заданной программе, заложенной в микропроцессорном устройстве управления. При движении судна на полных курсах от фордевинда до галфинда установка используется как парус и одновременно как энергетическая установка. Обтекатели 10, занимая более 50% площади ветроприемных рам, создают достаточную силу тяги, при этом скорость вымпельного ветра может обеспечить вращение ветротурбин 9. Для попутного курса скорость вымпельного ветра судна меньше скорости истинного ветра на величину скорости ветра, поэтому одновременное получение электроэнергии возможно только при достаточно сильном ветре. На курсах бейдевинд (фиг. 7) вымпельный ветер мало отличается (по скорости) от истинного, поэтому использование предлагаемой ветроэнергетической установки особенно эффективно.

При движении против ветра, например галсами на курсах бакштаг, (фиг. 8) рамы 5 складываются и вместе с башней 11, имеющей в сечении профиль передней части крыла, образуют парус-крыло, позволяющий судну двигаться достаточно круто к ветру.

При усилении ветра давление на рамы 5 увеличивается и они все более складываются, при скорости ветра больше критической, втягивая шток гидроцилиндра 8, рамы складываются полностью (как показано на фиг. 3). В сочетании с флюгерным положением установки это приводит к существенному снижению ветровых нагрузок и увеличивает надежность ветроэнергетической установки.

Использование изобретения позволяет повысить КПД и надежность ветроэнергетической установки прежде всего за счет возможности в широких пределах изменить эффективную площадь ветроэнергетической установки и оптимизировать ее работу в рабочем диапазоне скоростей ветра, а также свести к минимуму ветровую нагрузку в экстремальных условиях.

Увеличивая количество ветродвигателей или ветротурбин в ветроприемных рамах, можно создать ветроэнергетические установки различной мощности, при этом стоимость как проектирования, так и изготовления уменьшается. Так как основной элемент ветроэнергетической установки - ветроэнергетический модуль (ВЭМ) в виде ветродвигателя или ветротурбины, его можно изготовить достаточно большой партией (до 100 и более экземпляров), кроме того, в качестве ВЭМ могут быть использованы ветродвигатели или ветротурбины, выпускаемые промышленностью серийно.

Предлагаемая ветроэнергетическая установка может служить основой для развития прибрежной, морской и океанской ветроэнергетики, открывает новые возможности в создании грузовых, пассажирских и круизных судов с экологически чистыми энергетическими и движительными установками. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1451334, кл. F 03 D 11/04, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР N 1409774, кл. F 03 D 5/04, 1988.

Использование: ветроэнергетика. Сущность изобретения: две опорные рамы с установленными на них ветродвигателями 6 с горизонтальными осями вращения шарнирно соединены с башней 3, смонтированной на вращающейся платформе. Ветродвигатели 6 размещены в рамах 5 ярусами. Рамы 5 соединены с башней 3 с возможностью поворота их в горизонтальной плоскости и изменения угла между ними. Предусмотрена установка башни 3 со смещением от центра вращения платформы и снабжение ее обтекателем. 4 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая две опорные рамы с установленными на них ветродвигателями с горизонтальными осями вращения, отличающаяся тем, что, с целью увеличения коэффициента использования энергии ветра, установка снабжена башней, установленной на вращающейся платформе, ветродвигатели размещены в рамах ярусами, а рамы шарнирно соединены с башней с возможностью поворота их в горизонтальной плоскости и изменения угла между ними. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что башня установлена со смещением от центра вращения платформы. 3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что каждый ветродвигатель снабжен воздушной турбиной крыльчатого типа. 4. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что каждый ветродвигатель снабжен воздушной турбиной барабанного типа. 5. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что башня снабжена обтекателем, выполненным в виде предкрылка с двояковыпуклым симметричным профилем в поперечном сечении.