ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F03D9/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая лопастную часть, механически связанный с лопастной частью электрогенератор, направляющий аппарат.

Целью изобретения является повышение эффективности установки и повышение прочности конструкции.

Указанная цель достигается тем, что ветроэнергетическая установка состоит из лопастной части, механически связанной с ней электрической части генератором, несущей конструкции, устройств для преобразования и аккумулирования энергии ветра, дополнительно содержит смонтированные на фундаменте вихреобразующие концентрационно-направляющие элементы, а ось ветроагрегата устанавливается вертикально и совпадает с центральной осью вихревого восходящего потока.

Концентрационно-направляющие элементы представляют собой цилиндрическое кольцо с шестью равномерно расположенными вертикальными прорезями (воздушными щелями) и шестью вертикально примыкающими к кольцу в зоне прорезей плоских аэродинамических экранов-щитов, причем щиты монтируются в плоскости, совпадающей с касательной к окружности кольца, а прорезь располагается в вершине фигуры (угла), образованной щитом и кольцом.

Лопастная часть смонтирована в подшипниковом узле, закрепленном на вертикальной несущей конструкции (мачте), снабжена концентрирующим поток конфузорным элементом, а с генератором, установленным внизу на поверхности, соединена протяженным в вертикальном направлении силовым валом.

Лопастная часть выполнена по типу соосно-многороторной с переменным диаметром каждого последующего ротора конгруэнтно профилю диффузорного элемента.

На фиг.1 показана ветроэнергетическая установка, вид сбоку; на фиг.2 то же, вид сверху.

Ветроэнергетическая установка состоит из наземной 1 и надземной 2 части. Наземная часть 1 содержит спиральное кольцо 3 с шестью прорезями-щелями 4 для прохода воздушного потока. К кольцу 3 в районе прорезей примыкают шесть аэродинамических экранов 5. Экран 5 выполнен как тонкостенный плоский щит в форме протяженного параллелограмма. Каждый экран 5 ориентируется по касательной к окружности кольца 3 таким образом, что прорезь 4 располагается в вершине фигуры угла, образованной горизонтальной осью экрана и образующей кольца. Верхняя кромка каждого экрана 5 снабжена козырьком 6, установленным под углом 90^о (или несколько меньшим) к экрану. Козырек ориентирован к образующим кольца. Экран фиксируется в вертикальном положении откосами и растяжками 7. Цилиндрическое кольцо 3 монтируется из нескольких (в данном случае шести или кратным шести) элементов. Каждый элемент описан частью окружности, крепление всех элементов обеспечено верхним 8 и нижним 9 металлическими бандажами.

Надземная часть 2 включает мачту-треножник 10, к верхней части которой прикреплен конфузорный элемент 11. Внутри конфузорного элемента 11, вдоль его вертикальной оси, устанавливается с эксплуатационным зазором многороторный лопастной агрегат (лопастная часть) 12. Ось лопастной части вертикальна. Силовой вал 13 соединяет лопастную часть 12 с установленным на фундаменте 14 электрической частью генератором 15. Фундаментные плиты 14, заложенные под кольцо 3, имеют не плоскую конфигурацию, а спрофилированы (уложены) таким образом, что образуют слабовыраженную коническую поверхность. Вершина конуса возвышается над периферией образующей кольца 3. Угол конусности 120-160^о. Генератор 15 монтируется на вершине конуса (конус усечен) и закрывается кожухом 16, также имеющим коническую форму. Исполнение генератора 15 типовое. Мачта-треножник 10 смонтирована из трех ферм, каждая "нога" которой укрепляется на фундаментной плите вне кольца, или при достаточной жесткости (см. фиг.1, 2) укрепляется непосредственно на верхнем бандаже 8 кольца 3. Во всех исполнениях мачта 10 стабилизируется тросовыми растяжками. Щели в кольце 3 в отдельных случаях (особо крупные установки) могут оборудоваться управляемыми (закрыто-открыто) шторками-жалюзями (не показаны).

Электрическая часть генератор 15 связана с устройством 17 ветроводородного аккумулирования.

Ветроэнергетическая установка функционирует следующим образом. Ветровой поток попадает в фрагменты плоскости, образуемые экранами 5. При дальнейшем движении воздушные массы частично изменив свое направление движения, устремляются к кольцу 3, увеличивая по пути концентрацию энергии потока, скорость потока нарастает. При этом эффективно работает половина экранов, т.е. три фрагмента. Козырек 6 экрана 5 уменьшает перетечки потока в вертикальном направлении, оптимизирует поток. Сконцентрированный поток затем через щель-прорезь 4 поступает с большой скоростью внутрь кольца 3. Вектор скорости ориентирован экраном 5 по касательной к окружности, поэтому внутри кольца линейный характер движения потока меняется на вращательный. Благодаря конически спрофилированной поверхности фундамента 14, часть (нижняя) потока вовлекается в восходящее движение вверх по вертикали. Стимулируется эффект воздушного вихря. Дополнительный эффект дает улиткообразный (спиралеобразный) профиль кольца, благоприятствующий максимальной концентрации энергии вихря в центре кольца. Из центральной части вверх вдоль вертикальной оси поднимается искусственный вихрь, далее в конфузорном элементе 11 он стабилизируется, достигается еще более высокой степени концентрации и направляется в лопастную часть 12. В интервале между верхом кольца 3 и нижней кромкой диффузорного элемента 11 в динамическую структуру искусственного вихря интенсивно вовлекаются близлежащие слои воздуха и повышают его энергетический потенциал. Энергия вращения лопастной части 12 далее силовым валом передается генератору 15, по классической схеме трансформируется и передается потребителю и на ветроводородное аккумулирующее устройство 17.

Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ветроэнергетическая установка содержит лопастную часть 12, смонтированную в подшипниковом узле, закрепленную на вертикальной несущей конструкции, электрогенератор 15, механически связанный с лопастной частью 12 посредством силового вала 13, концентрационно-направляющие элементы, установленные на фундаменте. Лопастная часть снабжена конфузором 11. Концентрационно-направляющие элементы представляют собой спиральное кольцо с равномерно расположенными вертикальными прорезями. К кольцу в зоне прорезей вертикально примыкают плоские экраны щиты, которые монтируются в плоскости, совпадающей с касательной к окружности кольца и удерживаются с помощью откосов и растяжек. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая лопастную часть, смонтированную в подшипниковом узле и укрепленную на вертикальной несущей конструкции, механически связанный с лопастной частью посредством протяженного в вертикальном направлении силового вала электрогенератор, концентрационно-направляющие элементы, установленные на фундаменте, причем ось установки расположена вертикально и совпадает с центральной осью вихревого восходящего потока, отличающаяся тем, что лопастная часть снабжена конфузором, концентрационно-направляющие элементы представляют собой спиральное кольцо с равномерно расположенными вертикальными прорезями, к кольцу в зоне прорезей вертикально примыкают плоские аэродинамические экраны-щиты, при этом лопастная часть установлена над концентрационно направляющими элементами, а экраны-щиты монтируются в плоскости, совпадающей с касательной к окружности кольца. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что лопастная часть выполнена соосно-многороторной с переменным диаметром каждого последующего ротора. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что экраны-щиты удерживаются в устойчивом положении с помощью откосов и растяжек.