ВЕТРОУСТАНОВКА ВЕРА Российский патент 2001 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к экологически чистым ветроэлектростанциям с замкнутым циклом воздушного потока.

Известна ветроустановка, содержащая установленный на основании башни ротор, выполненный в виде валов, размещенных один в другом, и двух ярусов лопаток, генератор, причем в верхней части башни установка снабжена двумя конусами, установленными соосно с двух торцов ярусов лопаток и обращенными вершинами один к другому, раструб-концентратор, перегородку между ярусами и неподвижный наружный венец направляющих лопаток (см. RU 2028504 C1, F 03 D 3/02, 09.02.1995).

К недостаткам установки относится небольшая эффективность использования энергии ветра, сложность конструкции при наличии высокой башни, увеличивающей капитальные затраты при техническом обслуживании установки.

Известна ветроэлектрическая установка, содержащая лопасти, закрепленные на бесконечной ленте, охватывающей шкивы, установленные на валах и связанные с поворотной рамой, ветрозащитную камеру, генератор, эжектор с трубопроводом и ветроулавливающими раструбами (см. SU 1523710 A, кл. F 03 D 5/02, 23.11.1989).

К недостаткам установки относится сложность высотной конструкции, невысокая надежность при повышенных значениях скорости ветра, подверженность опрокидыванию.

Известна ветроустановка, содержащая башню, ветряной двигатель с вертикальной осью вращения, генератор и эжекторные системы, состоящие из направляющих воронок, подключенных к внутренней полости башни и направленных на лопасти ветряного двигателя (см. RU 2105189 C1, кл. F 03 D 3/00, 20.02.1998), по совокупности существенных признаков изобретения принятая за прототип.

К недостаткам установки относится открытый вариант исполнения, наличие электромоторов для принудительной эжекции воздушного потока, контрроторный привод вращения, нерациональное использование дефицитных пахотных земель.

Технический результат, заключающийся в повышении надежности ветроустановки и увеличении коэффициента использования силы ветра, достигается за счет того, что в ветроустановке, содержащей башню, ветряной двигатель с вертикальной осью вращения, генератор и эжекторные системы, состоящие из направляющих воронок, подключенных к внутренней полости башни и направленных на лопасти ветряного двигателя, согласно изобретению ветряной двигатель выполнен одноярусным, вращающимся от двух ветровых потоков, первый поступает через конусы в верхней части башни, а второй - через эжекторы, выполненные вертикальными, при этом ветроустановка содержит наружный и внутренний воздушные аккумуляторы, второй и третий генераторы, машинный зал и шахту, причем первый и второй генераторы размещены в башне и подключены к ветряному двигателю с помощью скоростного электромагнитного редуктора, а третий генератор соединен с приводом через электромагнитную муфту сцепления, запуск первого и второго генераторов происходит через редуктор, а третьего - через электромагнитную муфту сцепления.

Ветродвигатель надет на статор генератора с зазором, привод генераторов размещен внутри, а эжекторы и воздушный аккумулятор - снаружи башни.

Указанная совокупность существенных признаков изобретения позволяет построить конструкцию качественно нового ветряка - лесного, который можно установить, например, вдоль линии железной дороги, на расстоянии не более 200 м друг от друга. Для строительства таких ветряков необходимо возвести искусственные курганы, высота которых может быть от 100 до 300 м, с выдержкой на уплотнение до двух лет.

На фиг. 1 представлен общий вид ветроустановки;
на фиг. 2 - нижняя часть башни с эжекторной системой распределения потоков воздуха без машинного зала (лесной вариант);
на фиг. 3 - нижняя часть башни с эжекторной системой и с машинным залом.

Ветроустановка содержит башню 1 конусообразной формы, ветряной двигатель 2 с вертикальной осью вращения, первый генератор 3 и эжекторные системы 4, состоящие из направляющих воронок 5, подключенных к внутренней полости 6 башни 1 и направленных на лопасти 7 ветряного двигателя 2, причем ветряной двигатель 2 выполнен одноярусным и воспринимающим два потока, первый поступает через конусы 8 и 9, установленные соосно в верхней части 10 башни 1, а второй - через эжекторные системы 4, выполненные вертикальными, при этом установка содержит наружный (не показан) и внутренний 11 воздушные аккумуляторы, второй и третий генераторы 12, 13, машинный зал 14, в котором расположен третий генератор 13, и шахту 15, причем первый генератор 3 и второй генератор 12 размещены в башне 1 и подключены к ветряному двигателю 2 с помощью скоростного электромагнитного редуктора 16 (трехскоростного), а третий генератор 13 соединен с приводом через электромагнитную муфту сцепления 17, запуск первого и второго генераторов 3, 12 происходит через редуктор 16, а третьего генератора 13 - через электромагнитную муфту сцепления 17 на малых оборотах.

Ветродвигатель 2 в нижней части надет на неподвижный статор генератора 3 с зазорами и опирается на кольцевую рельсовую дорогу с тележками 18, а в верхней части свободно посажен на вал 19. Генераторы 3 и 12 также имеют роторы 20 и 21, связанные вертикальным валом 19 друг с другом через механическую соединительную муфту 22.

С наружной стороны башни 1 установлены вертикальные эжекторные системы 4, которых может быть не менее шести штук с каждой стороны.

Между конусами 8 и 9 закреплены по окружности неподвижные лопатки - направляющие 23, развернутые для подачи потока воздуха на определенный угол по отношению к ветродвигателю 2, а также концентраторы 24 потока воздуха (в количестве от 6 до 8 штук).

Здание машинного зала 14 служит фундаментом 25 установки, а крыша машинного зала 14 имеет вид конуса и представляет собой экран для эжекторных систем 4 (см. фиг. 3).

Эжекторные системы 4 создают избыточное давление в верхнем зауженном месте башни 1 и отражателе 26, поэтому воздушный поток через отводы 27 (фиг. 2) попадает в нижнюю часть шахты 15, где растекается по двум нижним воронкам 5 каждого эжектора в системе 4 с заходом в раструб 28, сообщаемый с шахтой 15. Два потока - один наружный, другой внутренний - разделяются перегородкой 29, а затем в верхней части перегородки 29 соединяются вновь.

Воронки 5 эжекторных систем 4 врезаны в стенку шахты 15 (фиг. 2 и 3) под углом. Вал 30 и электромагнитная муфта 17 разгоняет третий генератор 13. Шахта 15 второго генератора 12 - полугерметичная, а шахта 31 (фиг. 2) - для третьего генератора 13. Башня 1 в средней части имеет соединение 32 на случай перевозки к месту установки или ремонта, а концентраторы 24 имеют окна 33 для строп.

Установка работает следующим образом. При силе ветра больше, чем 3 м/с, воздушный поток через конусы 8 и 9 и неподвижные лопатки - направляющие 23 попадает на лопасти 7 ветряного двигателя 2 и приводит их во вращение. Ветряной двигатель 2 связан через скоростной электромагнитный редуктор 16 с генераторами 3 и 12, где осуществляется преобразование механической энергии воздушного потока в электрическую, затем плавно до четвертой рабочей скорости запускается третий генератор 13, связанный с первыми двумя через электромагнитную муфту сцепления 17, с последующим отводом энергии через исполнительные устройства потребителю. Через эжекторные вертикальные системы 4 воздушный поток также может попасть на лопасти 7 ветряного двигателя 2, привести их во вращение и запустить в действие привод, состоящий из трех генераторов 3, 12, 13, редуктора 16 и муфты сцепления 17, при этом из-за избыточного давления в верхнем зауженном месте башни 1 воздушный поток попадает через отводы 27 в нижнюю часть шахты 15, где растекается по двум нижним воронкам 5 эжекторных систем 4 с заходом в раструб 28. Потоки воздуха, разделенные перегородкой 29 в верхней части эжекторной системы 4, соединяются вновь.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к экологически чистым ветроэлектростанциям с замкнутым циклом воздушного потока. Технический результат, заключающийся в повышении надежности ветроустановки и увеличении коэффициента использования силы ветра, достигается за счет того, что в ветроустановке, содержащей башню, ветряной двигатель с вертикальной осью вращения, генератор и эжекторные системы, состоящие из направляющих воронок, подключенных к внутренней полости башни и направленных на лопасти ветряного двигателя, согласно изобретению ветряной двигатель выполнен одноярусным, вращающимся от двух ветровых потоков, первый поступает через конусы в верхней части башни, а второй - через эжекторы, выполненные вертикальными, при этом ветроустановка содержит наружный и внутренний воздушные аккуляторы, второй и третий генераторы, машинный зал и шахту, причем первый и второй генераторы размещены в башне и подключены к ветряному двигателю с помощью скоростного электромагнитного редуктора, а третий генератор соединен с приводом через электромагнитную муфту сцепления, запуск первого и второго генераторов происходит через редуктор, а третьего - через электромагнитную муфту сцепления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ветроустановка, содержащая башню, ветряной двигатель с вертикальной осью вращения, генератор и эжекторные системы, состоящие из направляющих воронок, подключенных к внутренней полости башни и направленных на лопасти ветряного двигателя, отличающаяся тем, что ветряной двигатель выполнен одноярусным, вращающимся от двух ветровых потоков, первый поступает через конусы в верхней части башни, а второй - через эжекторы, выполненные вертикальными, при этом ветроустановка содержит наружный и внутренний воздушные аккумуляторы, второй и третий генераторы, машинный зал и шахту, причем первый и второй генераторы размещены в башне и подключены к ветряному двигателю с помощью скоростного электромагнитного редуктора, а третий генератор соединен с приводом через электромагнитную муфту сцепления, запуск первого и второго генераторов происходит через редуктор, а третьего - через электромагнитную муфту сцепления. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что ветродвигатель надет на статор генератора с зазором. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что привод генераторов размещен внутри, а эжекторы и воздушный аккумулятор - снаружи башни.