ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ШАШЛОВА Российский патент 1998 года по МПК F03D5/00 

Изобретение относится к ветроэнергетической технике и может быть использовано для обеспечения электроэнергией домов, фермерских хозяйств, производственных цехов и участков, ветроэнергетические установки больших размеров и мощности могут обеспечивать энергией жилые поселки.

Известна ветроэнергетическая установка [1], содержащая основание, устройство крепления ротора, размещенный в ветровом потоке ротор, на котором выполнены приводимые во вращение цилиндры, ротор соединен с системой обора мощности. Данное техническое решение как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату к заявленному принято за прототип.

Недостатками данной ветроэнергетической установки (ВЭУ) являются невысокая удельная мощность вследствие того, что не все цилиндры одновременно участвуют в создании вращающего момента на роторе, а также большие габариты и невысокий КПД.

Изобретение направлено на повышение удельной мощности, уменьшение габаритов и повышение КПД ВЭУ.

Поставленная задача решается тем, что ВЭУ содержит основание, устройство крепления ротора, размещенный в ветровом потоке ротор, на котором выполнены приводимые во вращение цилиндры, ротор соединен с системой отбора мощности, ВЭУ содержит установленный с возможностью приема ветра со всех направлений воздухозаборник подающий воздушный поток в пространство между цилиндры, которые соединены с вращающими их в одну сторону устройствами, цилиндры также выполнены на роторе по образующим его цилиндрической поверхности, ротор выполнен с возможностью ориентации его продольной оси параллельно ветру, торец роторов со стороны ветра открыт, а противоположный торец закрыт, также с открытого торца ротора воздухозаборное устройство выполнено в виде цилиндрической оболочки, один из торцов которой отогнут к центру, также воздухозаборное устройство выполнено в виде концентрических колец, размешенных между цилиндрами, задние части колец выполнены в виде раструбов, цилиндры также соединены с пропеллерами размещенными в воздушном потоке, пропеллеры также выполнены внутри полых цилиндров, цилиндры также выполнены с возможностью замены на цилиндры других диаметров, также снаружи вокруг цилиндров выполнены конусообразные кольцевые поверхности, расширяющиеся части которых направлены по ветру, между кольцевыми поверхностями также выполнены зазоры, также между кольцевыми поверхностями зазоры выполнены с возможностью изменения своей величины, также ориентирующее ротор устройство выполнено в виде поверхности усеченного конуса и закреплено так, что центр давления на ориентируемую часть ВЭУ находится за точкой закрепления ВЭУ с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, ориентирующее устройство также выполнено с возможностью изменения своей длины, также основание выполнено в виде металлической рамы, передняя и задняя часть которой соединены при помощи подшипников с осью или валом цилиндрической поверхности, также верхняя часть основания выполнена в виде металлического полукольца, соединенного при помощи цапф с одной из конусообразных кольцевых поверхностей, нижняя часть выполнена в виде треноги с опорами на концах, также вал цилиндрической поверхности соединен с валом компрессора, который соединен воздухопроводом с ресивером, ресивер соединен с газовой турбиной или с поршневым двигателем.

Установка с возможностью приема ветра со всех направлений воздухозаборников подающих воздушные потоки в пространство между цилиндрами соединенными с вращающими их в одну сторону устройствами обеспечивает участие в создании вращающего момента на роторе всех цилиндров, в результате повышается удельная мощность ВЭУ. Выполнение цилиндров на роторе по образующей его цилиндрической поверхности, ротора с возможностью ориентации его продольной оси параллельно ветру, торца ротора со стороны ветра открытым, а с противоположного торца закрытым позволяет уменьшить габариты и повысить удельную мощность ВЭУ. Выполнение с открытого торца ротора воздухозаборного устройства в виде цилиндрической оболочки, противоположный ветру торец которой отогнут к центру ротора, позволяет концентрировать ветровой поток в пространство между цилиндрами, в результате повышается удельная мощность ВЭУ. Выполнение воздухообразного устройства в виде концентрических колец, размещенных между цилиндрами, и выполнение противоположных ветру частей колец в виде раструбов позволяет направлять ветровой поток перпендикулярно образующим цилиндров, в результате увеличивается вращающий момент, на роторе от каждого цилиндра повышаются КПД и удельная мощность ВЭУ. Соединение цилиндров с пропеллерами, размещенными в воздушном потоке, обеспечивает вращение цилиндров за счет энергии самого воздушного потока, в результате повышается КПД и упрощается ВЭУ.

Выполнение пропеллеров внутри полых цилиндров позволяет уменьшить габариты ВЭУ и повысить эффективность работы пропеллеров, используя эффект винта в кольцевом канале, что увеличивает КПД ВЭУ. Выполнение цилиндров с возможностью замены на цилиндры других диаметров позволяет установить наиболее эффективное отношение диаметров цилиндров к диаметру ротора, что повышает КПД ВЭУ. Выполнение снаружи вокруг цилиндров конусообразных кольцевых поверхностей, расширяющиеся части которых направлены по ветру, обеспечивает эжекцию воздушного потока из внутреннего пространства ротора через цилиндры, в результате повышаются КПД и удельная мощность ВЭУ. Выполнение зазоров между конусообразными кольцевыми поверхностями позволяет улучшить эжектирование воздуха из внутреннего пространства ротора, что повышает КПД ВЭУ. Выполнение зазоров между конусообразными кольцевыми поверхностями позволяет установить их оптимальные величины и соотношения, что повышает КПД ВЭУ. Выполнение ориентирующего ротор устройства в виде поверхности усеченного конуса, закрепленного так, чтобы центр давления воздушного потока на ориентируемую часть ВЭУ был за точкой закрепления ВЭУ с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, позволяет упростить ориентацию, в результате уменьшаются габариты ВЭУ. Выполнение ориентирующего устройства с возможностью изменения своей длины позволяет управлять ориентирующим моментом и уменьшить габариты ВЭУ. Выполнение основания в виде металлической рамы, передняя и задняя части которой соединены при помощи подшипников с осью или валом ротора, позволяет уменьшить габариты и упростить ВЭУ. Выполнение верхней части основания в виде полукольца, соединенного при помощи цапф с одной из конусообразных кольцевых поверхностей, а нижней части в виде треноги с опорами на концах позволяет уменьшить габариты и упростить ВЭУ. Соединение вала ротора с валом компрессора, который соединен воздухопроводом с ресивером и далее с газовой турбиной, поршневым или другим пневмодвигателем, позволяет аккумулировать энергию ветра и уменьшить габариты ВЭУ.

На фиг.1 изображен общий вил ВЭУ; на фиг.2 - полый цилиндр с выполненным внутри него пропеллером; на фиг.3 - общий вид ВЭУ с конусообразными кольцевыми поверхностями; на фиг.4 - вид А (цилиндр с пропеллером и частью воздухозаборного устройства); на фиг.5 - вид ВЭУ спереди.

ВЭУ с конусообразными кольцевыми поверхностями.

ВЭУ содержит поворотное основание 1, выполненное на неподвижном основании 2, устройство для крепления ротора 3, выполненное в виде металлической рамы, ротора 4, передняя часть которого выполнена с кольцеобразным проемом, а задняя часть закрыта для прохождения ветрового потока на роторе 4 в подшипниках 5 закреплены цилиндры 6, с которыми связаны пропеллеры 7, на вал 8 ротора 4 насажен шкив 9, который ремнем 10 соединен со шкивом 11, насаженным на вал компрессора 12, воздухопровод 13 которого соединен с ресивером 14, на котором выполнен газовый редуктор 15, на основании 2 выполнен датчик 16 направления ветра, который соединен с устройством 17 поворота платформы 1. Внутри полого цилиндра 18 размещен пропеллер 19, а с торцов полого цилиндра выполнены оси 20, на поворотном основании 21, выполненном в виде полукольца при помощи втулок 22 и цапф 23, закреплены конусообразные кольцевые поверхности 24, внутри которых закреплены воздухозаборные устройства 25 и 26, цилиндры 27 с пропеллерами 28, цилиндры 27 вращаются в подшипниках 29 и 30, закрепленных в водилах 31 и 32, водила 31 и 32 закреплены в подшипниках 33 и 34 и соединены с редуктором-мультипликатором 35, выходной вал которого соединен с валом генератора 36, электрический ток от которого поступает на преобразователь напряжения 37, редуктор, генератор и преобразователь затраты кожухом 38. За конусообразными кольцевыми поверхностями 24 закреплено ориентирующее устройство 39, выполненное также в виде конусообразного кольца, нижняя часть 40 поворотного основания 21 вставлена во втулку 41 и фиксируется в ней винтом 42, к втулке прикреплена тренога 43, на концах которой выполнены опоры 44 с выдвижными стержнями 45, в цапфах 23 поворотное основание 21 фиксируется винтами 46.

Предлагаемая ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Датчик 16 определяет направление ветра и передает сигнал на устройство 17, которое разворачивает платформу 1 так, что продольная ось ротора 4 устанавливается параллельно направлению ветрового потока V_o, который проходит через кольцеобразный проем в передней части ротора 4 во внутреннюю полость ротора и далее между цилиндрами 6 выходит наружу, где захватывается воздушным потоком, обтекающим ВЭУ, одновременно ветровой поток, набегая на пропеллеры 7, вращает их и связанные с ними цилиндры 6 в одну сторону, в результате взаимодействия воздушных потоков с вращающимися цилиндрами появляются силы (эффект Магнуса), создающие вращающий момент относительно продольной оси ротора 4, который при помощи вала 8 со шкивом 9 и ремня 10, насаженного на шкивы 9 и 11, передается на вал компрессора 12, который подает сжатый воздух через воздухопровод 13 в ресивер 14. В ресивере сжатый воздух накапливается, аккумулируя энергию ветра, и через газовый редуктор 15 подается с необходимым давлением потребителям (газовые турбины, поршневые и другие пневмодвигатели и т.д.). Воздушный поток, проходя внутри полого цилиндра 18, оказывает давление на жестко закрепленный в нем пропеллер 19, вращая его и цилиндр 18. Воздушный поток проходит через воздухозаборные устройства 25 и 26, попадает на вращающиеся в одну сторону пропеллерами 28 цилиндры 27 перпендикулярно поверхности их образующих, проходит между ними и попадает в пространство, образованное кольцевыми поверхностями 14 и ориентирующим устройством 39, откуда воздух эффективно эжектируется наружу. На цилиндрах 27 появляются силы (эффект Магнуса), создающие вращающий момент, который посредством водила 32 передается на редуктор-мультипликатор 33 и далее на генератор 36, с которого электрический ток поступает на преобразователь напряжения 37 и далее подается потребителям. Ветер, обдувая ориентирующее устройство 39 в виде оболочки усеченного конуса, оказывает давление на него (причем центр устройства находится за точкой закрепления ВЭУ с возможностью вращения в горизонтальной плоскости), тем самым ориентируя ВЭУ воздухозаборными устройствами 25 и 26 навстречу ветру.

Изобретение относится к ветроэнергетической технике, может быть использовано для обеспечения электроэнергией домов, фермерских хозяйств, производственных цехов и т.п. и направлено на повышение удельной мощности, умень шение габаритов и повышение КПД ВЭУ ( ветроэнергетической установки). ВЭУ содержит поворотное основание 1 выполненное на неподвижном основании 2, устройство крепления ротора 3, ротор 4, на котором выполнены цилиндры 5, приводимые во вращение пропеллерами 6, ротор 4 ориентируется своей продольной осью в направлении ветра ориентирующим устройством 7, ротор 4 соединен с системой отбора мощности 8. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, ВЭУ, содержащая основание, устройство крепления ротора, размещенный в ветровом потоке ротор, на котором выполнены приводимые во вращение цилиндры, ротор соединен с системой отбора мощности, отличающаяся тем, что установка содержит установленный с возможностью приема ветра со всех направлений воздухозаборник, подающий воздушный поток в пространство между цилиндрами, которые соединены с вращающими их в одну сторону устройствами. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что цилиндры выполнены на роторе по образующим его цилиндрической поверхности, ротор выполнен с возможностью ориентации его продольной оси параллельно ветру, торец ротора со стороны ветра открыт, а противоположный торец закрыт. 3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что с открытого торца ротора воздухозаборник выполнен в виде цилиндрической оболочки, один из торцов которой отогнут к центру. 4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что воздухозаборник выполнен в виде концентрических колец, размещенных между цилиндрами, задние части колец выполнены в виде раструбов. 5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндры соединены с пропеллерами, размещенными в воздушном потоке. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что пропеллеры выполнены внутри полых цилиндров. 7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндры выполнены с возможностью замены на цилиндры других диаметров. 8. Установка по п.2, отличающаяся тем, что снаружи вокруг цилиндров выполнены конусообразные кольцевые поверхности, расширяющиеся части которых направлены по ветру. 9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что между кольцевыми поверхностями выполнены зазоры. 10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что между кольцевыми поверхностями зазоры выполнены с возможностью изменения своей величины. 11. Установка по п.2, отличающаяся тем, что ориентирующее ротор устройство выполнено в виде поверхности усеченного конуса и закреплено так, что центр давления на ориентируемую часть ВЭУ находится за точкой закрепления ВЭУ с возможностью вращения в горизонтальной плоскости. 12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что ориентирующее устройство выполнено с возможностью изменения своей длины. 13. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для крепления ротора выполнено в виде металлической рамы, передняя и задняя части которой соединены при помощи подшипников с осью или валом ротора. 14. Установка по п.2, отличающаяся тем, что верхняя часть устройства для крепления ротора выполнена в виде полукольца, соединенного при помощи цапф с одной из конусообразных кольцевых поверхностей, нижняя часть выполнена в виде треноги с опорами на концах. 15. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вал ротора соединен с валом компрессора, который соединен воздухопроводом с ресивером, ресивер соединен с газовой турбиной, поршневым или другим пневмодвигателем.