ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветродвигателях с вертикальной осью вращения для обеспечения электроэнергией различных потребителей.

Известен ветроэлектрический агрегат, содержащий опору и установленное на ней ветроколесо с валом и вертикальной осью вращения, причем на валу ветроколеса закреплены горизонтальные консоли (траверсы), на концах которых прикреплены профилированные лопасти [1]
При достижении значительных скоростей ветрового потока на профилированных лопастях возникает подъемная сила, приводящая к вращению ветроколеса. Вал ветроколеса передает вращательное движение ротору генератора, который вырабатывает электроэнергию.

Недостатком такой конструкции является отсутствие устройства для запуска ее в работу при малых скоростях ветра. Если в районе ветроустановки доля годового времени, при котором наблюдаются малые скорости ветра, значительна, то неизбежны большие потери в выработке электроэнергии.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ветроагрегат [2] Он содержит опору, установленный на ней вертикальный вал с консолями (траверсами), вертикальные профилированные лопасти, закрепленные на концах траверс, и пусковой ротор Савониуса.

Этот ветроагрегат частично устраняет недостатки [1] В нем ротор Савониуса включается в работу при малых скоростях и разгоняет ветроколесо до рабочего режима, что обеспечивает увеличение выработки электроэнергии. Особенно это важно при часто изменяющихся малых скоростях ветра.

Недостатком этого технического решения является значительное экранирование ротором Савониуса подветренных профилированных лопастей, что приводит к уменьшению вращающего момента, действующего на эти лопасти, в результате чего уменьшается коэффициент использования ветрового потока и снижается выработка электроэнергии.

Кроме того, в расчетном рабочем режиме лопасти ротора Савониуса проявляют себя как местное сопротивление воздушному потоку. С них срываются вихри, на которые также расходуется часть энергии потока.

Целью изобретения является повышение степени использования кинетической энергии ветрового потока и выработки электроэнергии.

Это достигается тем, что ветроэлектрический агрегат, содержащий опору, вертикальный вал с траверсами, профилированные лопасти и лопасти пускового ротора Савониуса, снабжен вертикальными стержнями, противовесами, тягами, направляющими, упругими элементами и упорами, а лопасти ротора Савониуса выполнены с возможностью перемещения вдоль траверс, причем вертикальные стержни прикреплены к каждому вертикальному ребру каждой лопасти ротора Савониуса, направляющие выполнены в виде углублений на траверсах, а каждый противовес соединен с одной своей стороны тягой с вертикальным стержнем одной из граней лопасти Савониуса, а с другой с упругим элементом и выполнен с возможностью перемещения по направляющим, причем каждый из упругих элементов также перемещается по направляющим и одним своим концом закреплен на траверсе с помощью упора.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в снижении затенения ветрового потока ротором Савониуса подветренных профилированных лопастей быстроходного ветроагрегата за счет автоматического уменьшения ометаемой площади лопастей этого ротора Савониуса при выходе ветроагрегата на расчетный режим, а также в уменьшении турбулентных потерь. Все это позволит повысить коэффициент использования энергии ветрового потока воздуха и выработку электроэнергии.

На фиг.1 изображен ветроэлектрический агрегат, на фиг.2 разрез агрегата горизонтальной плоскостью; на фиг.3 разрез траверсы вертикальной плоскостью.

Ветроэлектрический агрегат содержит опору 1, установленный на ней вертикальный вал 2 с траверсами 3, закрепленные на них профилированные лопасти 4 и лопасти 5 пускового ротора Савониуса. Агрегат снабжен вертикальными стержнями 6, которые прикреплены к каждому вертикальному ребру каждой лопасти 5 пускового ротора. Эти лопасти 5 выполнены с возможностью автоматического перемещения вдоль траверс 3 в зависимости от режима работы ветроагрегата. Для этого вертикальные стержни 6 соединены своими концами с противовесами 7 посредством тяг 8, а в траверсах 3 предусмотрены направляющие 9, выполненные, например, в виде углублений. По этим направляющим 9 перемещаются вдоль траверс 3 концы вертикальных стержней 6, противовесы 7, а также тяги 8. Для возврата лопастей 5 пускового ротора в рабочее положение в этих же направляющих 9 размещены упругие элементы 10, которые одним концом крепятся к противовесам 7, а другим укреплены в упорах 11.

Ветроэлектрический агрегат работает следующим образом. При отсутствии ветра ветроколесо не вращается, лопасти 5 пускового ротора находятся в рабочем положении, удерживаемые упругими элементами 10.

При возникновении малых скоростей на лопастях 5 ротора Савониуса возникает разность давления, что приводит во вращение ветроколесо.

С усилением ветра благодаря ротору Савониуса ветроколесо набирает обороты и входит в расчетный режим. При этом увеличивается действие центробежной силы на противовесы 7, из-за которых эти противовесы 7 отдвинутся в сторону профилированных лопастей 4, преодолевая сопротивления упругих элементов 10 и прижимая их к упорам 11. В результате этого стержни 6 с лопастями 5 ротора Савониуса, влекомые тягой 8 и противовесом 7, передвинутся вдоль траверс 3 по направляющим 9, образуя удобообтекаемую форму, показанную на фиг.2 пунктирной линией, и уменьшая площадь ометаемой поверхности.

В потоке воздуха, обтекающем ротор Савониуса, сложенный в рабочее положение, резко уменьшится количество срывающихся вихрей и энергия, затрачиваемая на них.

При прекращении воздействия ветра на ветроэлектрический агрегат упругие элементы 10 возвратят лопасти 6 ротора Савониуса в рабочее положение, а ветроколесо остановится.

За счет автоматического уменьшения ометаемой площади лопастей ротора Савониуса при выходе ветроагрегата на расчетный режим снижаются затенения ветрового потока ротором Савониуса подветренных профилированных лопастей быстроходного ветроагрегата, а также снижаются турбулентные потери ветрового потока. Все это позволяет повысить коэффициент использования энергии ветрового потока воздуха и выработку электроэнергии.

Использование: в ветроэнергетике и в ветродвигателях с вертикальной осью вращения для обеспечения электроэнергией различных потребителей. Сущность изобретения: ветроэлектрический агрегат содержит профилированные лопасти и лопасти пускового ротора Савиниуса, снабжен вертикальными стержнями, противовесами, тягами, направляющими, упругими элементами и упорами, а лопасти ротора Савониуса выполнены с возможностью перемещения вдоль траверс, причем вертикальные стержни прикреплены к каждому вертикальному ребру каждой лопасти ротора Савониуса, направляющие выполнены в виде углублений на траверсах, а каждый противовес соединен с одной своей стороны тягой с вертикальным стержнем одной из граней лопасти Савониуса, а с другой - с упругим элементом и выполнен с возможностью перемещения по направляющим, причем каждый из упругих элементов также перемещается по направляющим и одним своим концом закреплен на траверсе с помощью упора. 3 ил.

Ветроэлектрический агрегат, содержащий опору, вертикальный вал с траверсами, профилированные лопасти и лопасти пускового ротора Савониуса, отличающийся тем, что он снабжен вертикальными стержнями, противовесами, тягами, направляющими, упругими элементами и упорами, а лопасти ротора Савониуса выполнены с возможностью перемещения вдоль траверс, причем вертикальные стержни прикреплены к каждому вертикальному ребру каждой лопатки ротора Савониуса, направляющие выполнены в виде углублений на траверсах, а каждый противовес соединен с одной своей стороны тягой с вертикальным стержнем одной из граней лопасти Савониуса, а с другой с упругим элементом и выполнен с возможностью перемещения по направляющим, причем каждый из упругих элементов также перемещается по направляющим и одним своим концом закреплен на траверсе с помощью упора.