ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК F03D1/02 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к силовым установкам.

Известны ветроэнергетические установки (ВЭУ) (см., например, патент РФ N 2018028, МКИ F 03 D /00, авт. св. СССР NN 1682621, 1560781, 1471709, 1242636, кл. F 03 D 1/00), содержащие башню (мачту), одно или несколько самоустанавливающихся ветроколес, генератор, установленный непосредственно у ветроколеса на одной оси с ним, и передающее соединение при использовании генератора, установленного у основания башни.

Недостатком рассмотренных ВЭУ является относительно невысокий КПД.

Известна ветросиловая установка (см. патент Германии N 2932293, кл. F 03 D 1/02 - прототип), содержащая несущую опору (башню), два ветроколеса, самоустанавливающуюся поворотную головку, два генератора, один из которых (верхний) установлен в поворотной головке на одной оси с ветроколесами. Другой (нижний) генератор посредством механической передачи соединен валами с первым (верхним) генератором.

Недостатком рассмотренной ветросиловой установки является также относительно невысокий КПД.

Задачей предлагаемых технических решений является повышение КПД и мощности ветроэнергетической установки за счет создания воздушной турбины с наиболее эффективным использованием ветроэнергии.

Поставленная задача достигается тем, что в ветроэнергетической установке (вариант 1), содержащей полую башню с выходным отверстием в нижней части, с полой самоустанавливающейся головкой наверху, два ветроколеса, первое из которых установлено на оси, закрепленной в головке, и генератор энергии, имеющий выход на потребителя, предлагается головку снабдить направляющим аппаратом, закрепленным во входном отверстии и на общей оси с первым ветроколесом, закрепленным свободно, генератор установить у выходного отверстия полости башни, а второе ветроколесо установить на валу генератора с возможностью аэродинамического взаимодействия с первым ветроколесом, посредством напорной магистрали, образованной полостями головки и башни.

Поставленная задача достигается также тем, что в ветроэнергетической установке (вариант 2), содержащей полую башню с выходным отверстием в нижней части, с полой самоустанавливающейся головкой наверху, два ветроколеса, первое из которых установлено на оси, закрепленной во входном отверстии головки, и генератор энергии, имеющий выход на потребителя, предлагается головку выполнить в виде трубы, при этом на одном ее конце и на одной оси с первым ветроколесом закрепить первый направляющий аппарат, полости которого являются первым входом головки. Полость башни снабдить изогнутой напорной магистралью и верхним концом закрепить ее между первым и вторым направляющими аппаратами, закрепленными концентрично и в одной плоскости на другом конце в полости головки. Причем на оси направляющего аппарата, закрепленного внутри изогнутой напорной магистрали, установить третье ветроколесо с возможностью аэродинамического взаимодействия его лопастей с полостями обоих направляющих аппаратов. Генератор установить у нижнего выходного отверстия напорной магистрали. На его валу установить второе ветроколесо с возможностью аэродинамического взаимодействия с третьим ветроколесом.

Ветроэнергетическая установка для обоих вариантов может быть снабжена дополнительной изогнутой выходной напорной магистралью, установленной концентрично, например, относительно поверхности полости башни и напорной магистрали.

На фиг. 1 представлен первый вариант ВЭУ;
на фиг. 2 - второй вариант ВЭУ.

Ветроэнергетическая установка (вариант 1, фиг. 1) содержит полую башню 1 с выходным отверстием в нижней части. Наверху башни 1 закреплена с возможностью вращения полая (самоустанавливающаяся) поворотная головка 2, во входном отверстии в полость которой на оси 3 направляющего аппарата 4 свободно закреплено ветроколесо 5. Генератор 6 энергии, имеющий выход на потребителя, установлен у выходного отверстия полости башни 1, при этом второе ветроколесо 7 установлено на валу генератора 6 с возможностью аэродинамического взаимодействия с первым ветроколесом 5 посредством напорной магистрали, образованной полостью поворотной головки 2 и полостью башни 1.

Ветроэнергетическая установка (вариант 2, фиг. 2) содержит полую башню 1 с выходным отверстием в нижней части. Наверху башни 1 закреплена с возможностью вращения полая (самоустанавливающаяся) поворотная головка 2. Поворотная головка 2 выполнена в виде трубы. На одном ее конце на общей оси 3 закреплены направляющий аппарат 4 и ветроколесо 5. Генератор 6 энергии, имеющий выход на потребителя, установлен у выходного отверстия башни 1 и снабжен ветроколесом 7. Полость башни 1 снабжена изогнутой напорной магистралью 8. На другом конце поворотной головки 2 в ее полости закреплено ветроколесо 9 на общей оси с направляющим аппаратом 10, закрепленным внутри изогнутой напорной магистрали. Верхний конец напорной магистрали 8 закреплен между корпусами направляющих аппаратов 10 и 11.

Напорная магистраль 8 (для каждого варианта) может быть снабжена дополнительной изогнутой выходной напорной магистралью 12, установленной концентрично, например, относительно поверхности полости башни 1 и напорной магистрали 8.

Кроме того, при необходимости ВЭУ может иметь в своем составе накопитель энергии, например, аккумулятор, установленный около генератора энергии.

Ветроэнергетическая установка (вариант 1, фиг. 1) работает следующим образом.

Под давлением ветра поворотная головка 2 самоустанавливается в направлении максимальной скорости ветра. При достижении ветром достаточной скорости ветроколесо 5 начинает вращаться. Воздух поступает на рабочие лопасти ветроколеса 5, сообщающие ему энергию, и далее в осевом направлении через спрямляющий аппарат 4, представляющий собой неподвижные лопасти, между которыми уменьшается скорость воздуха и увеличивается его давление, поступает в напорную магистраль (полость башни 1) и на второе ветроколесо 7, установленное на валу генератора 6 энергии. Кинетическая энергия вращения ветроколеса 7 преобразуется генератором 6 в электрическую, которую можно сразу передать потребителю, а можно запасать в аккумуляторе с последующим использованием.

Ветроэнергетическая установка (вариант 2, фиг. 2) работает следующим образом.

Под давлением ветра поворотная головка 2, выполненная в виде трубы, самоустанавливается в направлении максимальной скорости ветра. При достижении ветром достаточной скорости ветроколесо 5 начинают вращаться. Воздух поступает на рабочие лопасти ветроколеса, сообщающие ему энергию. Далее воздух перемещается в осевом направлении через спрямляющий аппарат 4, при этом скорость его падает, а давление возрастает. После спрямляющего аппарата 4 воздух уже под давлением через направляющий аппарат 1 ускоряет вращение ветроколеса 9, которое в свою очередь придает давление поступающему динамическому давлению воздуха на его лопасти, повышает скорость его перемещения через спрямляющий аппарат 1, еще более увеличивающий давление воздуха перемещающегося по напорной магистрали 8 на ветроколесо 7 генератора 6 энергии.

Для удобства отбора энергии из напорной магистрали выход ее можно снабдить дополнительной изогнутой выходной магистралью 12.

Отличие данной ВЭУ от предыдущего варианта заключается в увеличении ее мощности за счет предложенных выше конструктивных особенностей.

Ветроэнергетические установки предлагаемой конструкции могут быть представлены типорядом по мощности и размерам в зависимости от энергетической потребности и климатических условий эксплуатации, т.к. не подвергаются обледенению и работают даже от слабых ветров благодаря конструкции установки в целом и заделке ветроколес в воздухоприемнике, в частности.

Область использования: в ветроэнергетике, а именно в силовых установках. Сущность изобретения: ветроэнергетическая установка, содержащая полую башню 1 с выходным отверстием в нижней части, с полой самоустанавливающейся головкой 2 наверху, два ветроколеса, первое из которых установлено на оси, закрепленной в головке 2, и генератор 6 энергии, имеющий выход на потребителя. Головка 2 снабжена направляющим аппаратом 4, закрепленным во входном отверстии и на общей оси с первым ветроколесом 5, закрепленным свободно, генератор установлен у выходного отверстия полости башни, а второе ветроколесо 7 установлено на валу генератора 6 с возможностью аэродинамического взаимодействия с первым ветроколесом 5 посредством напорной магистрали 8, образованной полостями головки 2 и башни 1. Благодаря конструкции в целом и заделке ветроколес в воздухоприемнике установка не подвергается обледенению и работает от слабых ветров. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая полую башню с выходным отверстием в нижней части, с полой самоустанавливающейся головкой наверху, два ветроколеса, первое из которых установлено на оси, закрепленной в головке, и генератор энергии, имеющий выход на потребителя, отличающаяся тем, что головка снабжена направляющим аппаратом, закрепленным во входном отверстии и на общей оси с первым ветроколесом, закрепленным свободно, генератор установлен у выходного отверстия полости башни, а второе ветроколесо установлено на валу генератора с возможностью аэродинамического взаимодействия с первым ветроколесом, посредством напорной магистрали, образованной полостями головки и башни. 2. Ветроэнергетическая установка, содержащая полую башню с выходным отверстием в нижней части, с полой самоустанавливающейся головкой наверху, два ветроколеса, первое из которых установлено на оси, закрепленной во входном отверстии головки, и генератор энергии, имеющий выход на потребителя, отличающаяся тем, что головка выполнена в виде трубы, при этом на одном ее конце и на одной оси с первым ветроколесом закреплен первый направляющий аппарат, полости которого являются первым входом головки, полость башни снабжена изогнутой напорной магистралью, верхним концом закрепленной между первым и вторым направляющими аппаратами, закрепленными концентрично и в одной плоскости на другом конце в полости головки, причем на оси направляющего аппарата, закрепленного внутри изогнутой напорной магистрали, установлено третье ветроколесо с возможностью аэродинамического взаимодействия его лопастей с полостями обоих направляющих аппаратов, генератор установлен у нижнего выходного отверстия напорной магистрали, на его валу установлено второе ветроколесо с возможностью аэродинамического взаимодействия с третьим ветроколесом. 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной изогнутой выходной напорной магистралью, установленной концентрично, например, относительно поверхности полости башни и напорной магистрали.