ВЕТРОАГРЕГАТ Российский патент 2001 года по МПК F03D1/04 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветроагрегатам, использующим энергию потока воздуха, а также может быть использован для установок, использующих кинетическую энергию движения потоков (например, течение воды в каналах, реках и океанах).

Известна конструкция ветроагрегата, включающая ветроколесо и концентратор, ускоряющий ветровой поток, состоящий из двух конфузоров (см. авт. свид. СССР N 1268792, кл. F 03 D 3/4, опубл. 07.11.86. Бюл. N 41) [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве конфузоры концентратора неподвижны и эффективная работа возможна только в двух противоположных направлениях, что приводит к понижению эффективности работы всей установки. Кроме того, устройство требует большой материалоемкости для создания конфузоров, что приводит к большой стоимости.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является ветроагрегат, включающий ветроколесо, концентратор, состоящий из двух частей: входной (конфузорной) и выходной (диффузорной), и стойку (см. авт.свид. СССР N 1746051, кл. F 03 D 1/4, опубл. 07.07.92. Бюл. N 25) [2] (прототип).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве необходим механизм, для разворота ветроагрегата по ветру, что снижает эффективность его работы, большая материалоемкость, а следовательно, и стоимость, а также низкая надежность из-за значительного удаления массивных частей (ветроколеса и выходной части концентратора) от стойки. Такое удаление будет вызывать изгиб оси ветроколеса и стойки, а следовательно, и частую поломку.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы ветроагрегатов с концентраторами ветрового потока и увеличение их эффективности. Это позволит более широко применять ветроагрегаты в зонах со средним ветровым потенциалом, где среднегодовые скорости ветра меньше 5-6 метров в секунду, например в центральных регионах страны. Этим обеспечивается решение задачи по вовлечению для энергоснабжения потребителей экологически чистых установок, работающих от возобновляемых источников энергии.

Технический результат - повышение надежности путем приближения массивных частей ветроагрегата к оси стойки, повышение коэффициента использования ветрового потока, уменьшение материалоемкости за счет применения легкого эластичного материала для концентратора ветрового потока.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, включающем ветроколесо с генератором, стойку и концентратор ветрового потока, ветроагрегат снабжен кольцевым шарниром, опорной платформой, опорным кольцом и штангой, а диффузор снабжен каркасом, состоящим из колец жесткости и продольных направляющих. Опорная платформа расположена горизонтально и жестко соединена с кольцевым шарниром, который установлен в верхней части стойки и его ось совпадает с осью стойки, а опорное кольцо установлено вертикально и жестко соединено с опорной платформой, причем на опорной платформе вертикально установлена штанга, на которой размещено ветроколесо с генератором, а конусообразные стенки диффузора выполнены из легкого дешевого материала (типа капрон).

Такое исполнение диффузора позволит обеспечить автоматический разворот опорной платформы вместе с концентратором и ветроколесом под действием ветра по направлению действия ветрового потока.

При исследовании отличительных признаков ветроагрегата не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования известных конструкций ветроагрегатов, использующих поворотную платформу, на которой в едином блоке размещены концентратор и ветроколесо с генератором, и обеспечивающих за счет парусности легкого диффузора автоматический разворот всей платформы по направлению действия ветра.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в том, что конструкция ветроагрегата обеспечивает автоматический разворот ветроколеса по ветру и более эффективно использует концентратор, что существенно повышает коэффициент использования ветрового потока и эффективность всей установки. Кроме этого к оси стойки приближаются массивные части ветроагрегата, что уменьшает момент и изгибающее воздействие на стойку, а следовательно, снижает вероятность поломки ветроагрегата и повышает его надежность работы. Дополнительно к этому использование легкого материала (типа капрона или эластичной пленки) для концентратора ветрового потока обеспечит уменьшение материалоемкости и снижение стоимости ветроагрегата.

На фиг. 1 изображен ветроагрегат, вид сбоку, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, вид опорной платформы сверху, на фиг. 3 - вид диффузорной части концентратора.

Ветроагрегат включает ветроколесо 1 с генератором 2, стойку 3 и концентратор, состоящий из двух частей - входной конфузорной 4 и выходной диффузорной 5. Ветроагрегат снабжен кольцевым шарниром 6, опорной платформой 7, опорным кольцом 8 и штангой 9. Диффузор снабжен каркасом, состоящим из колец жесткости 10 и продольных направляющих 11. Опорная платформа 7 установлена горизонтально и жестко соединена с кольцевым шарниром 6, который установлен в верхней части стойки 3. Опорное кольцо 8 установлено вертикально и жестко соединено с опорной платформой 7. На опорной платформе 7 вертикально установлена штанга 9, на которой размещено ветроколесо 1 с генератором 2. Конусообразные стенки диффузора 5 выполнены из легкого дешевого материала (например, капроновая ткань или полиэтиленовая пленка).

Ветроагрегат работает следующим образом.

Ветровой поток 12 попадает в конфузорную часть 4 концентратора, в которой скорость ветра увеличивается, попадает на ветроколесо 1, затем поступает в диффузорную часть 5 концентратора, проходя которую выходит в атмосферу. Диффузорная часть 5 создает дополнительное разряжение за ветроколесом 1, что дополнительно увеличивает скорость ветра в зоне ветроколеса 1. При изменении направления ветра воздушный поток, воздействуя на диффузорную часть 5 благодаря ее большой парусности, разворачивает концентратор и ветроколесо 1 вместе с опорным кольцом 8 и опорной платформой 7 вокруг оси стойки 3 благодаря кольцевому шарниру 6. Ветроагрегат занимает положение, при котором ось ветроколеса 1 вновь близка к направлению ветра.

Преимущество изобретения состоит в том, что обеспечивается автоматический разворот ветроколеса с концентратором по направлению ветрового потока и повышается эффективность его работы, а также снижение вероятности поломки ветроагрегата и повышение его надежности. Использование легкого дешевого материала для диффузорной части концентратора уменьшит материалоемкость и стоимость ветроагрегата.

Ожидаемый эффект от реализации этой конструкции будет следующим.

При повышении коэффициента использования ветрового потока всего лишь на 10% мощность ветроагрегата с диаметром ветроколеса 8 м и средней скоростью ветра 12 м/с увеличится на
N=0,1 • 1,29 • (3,14 • 8²/4) • 12³/2 = 5600 Вт
При годовой продолжительности 8760 ч выработка составит
Э = 5600 • 8760 = 49047 кВт • ч
При стоимости 1 кВт • ч в размере 24 коп ожидаемый эффект составит
S = 49047 • 0,24 = 11700 р. в год.

Если диффузор выполнить из дешевого материала, то при длине диффузорной части двадцать метров будет сэкономлено более 10 тонн металла.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1268792, кл. F 03 D 3/04, опубликованное 07.11.86. Бюл. N 41 // Ветродвигатель.

2. Авторское свидетельство СССР N 1746051, кл. F 03 D 1/04, опубликованное 07.07.92. Бюл. N 25 // Ветроустановка.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветроагрегатам (ВА), использующим энергию потока воздуха, а также может быть использовано для установок, использующих кинетическую энергию движения потоков (например, течение воды в каналах, реках и океанах). Технический результат - повышение надежности путем приближения массивных частей ВА к оси стойки, повышение коэффициента использования ветрового потока, уменьшение материалоемкости за счет применения легкого эластичного материала для концентратора ветрового потока. Результат достигается тем, что ВА, включающий ветроколесо с генератором, стойку и концентратор, состоящий из двух частей - входной конфузорной и выходной диффузорной, согласно изобретению снабжен кольцевым шарниром, опорной платформой (ОП), опорным кольцом и штангой. Диффузор снабжен каркасом, состоящим из колец жесткости и продольных направляющих. ОП установлена горизонтально и жестко соединена с кольцевым шарниром, который установлен в верхней части стойки. Опорное кольцо установлено вертикально и жестко соединено с ОП. На ОП вертикально установлена штанга, на которой размещено ветроколесо с генератором. Конусообразные стенки диффузора выполнены из легкого дешевого материала (например, капроновая ткань или полиэтиленовая пленка). 3 ил.

Ветроагрегат, включающий ветроколесо с генератором, стойку и концентратор, состоящий из двух частей - входной конфузорной и выходной диффузорной, отличающийся тем, что ветроагрегат снабжен кольцевым шарниром, опорной платформой, опорным кольцом и штангой, а диффузор снабжен каркасом, состоящим из колец жесткости и продольных направляющих, при этом опорная платформа расположена горизонтально и жестко соединена с кольцевым шарниром, который установлен в верхней части стойки и его ось совпадает с осью стойки, а опорное кольцо установлено вертикально и жестко соединено с опорной платформой, причем на опорной платформе вертикально установлена штанга, на которой размещено ветроколесо с генератором, а конусообразные стенки диффузора выполнены из легкого дешевого материала (типа капрон) с возможностью под действием ветра обеспечить разворот опорной платформы вместе с концентратором и ветроколесом по направлению действия ветрового потока.