РОТОРНАЯ ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2005 года по МПК F03D3/04 

Изобретение относится к энергетике, в частности к конструкциям ветроэлектрических установок, оси вращения роторов которых вертикальны и перпендикулярны направлению потока ветра, и может быть использовано для выработки электроэнергии на ветровых электростанциях с выдачей ее как в частную, так и в общественную энергосистемы.

Известен ветродвигатель, содержащий ротор с криволинейными лопастями, направляющий аппарат, установленный с возможностью поворота относительно ротора и выполненный в виде двух групп лопаток, в каждой из которых длина лопаток увеличивается в направлении вращения ротора, и флюгер, расположенный в плоскости, проходящий между группами лопаток (см. SU 985402 А, МПК F 03 D 3/00, 30.12.1982).

В известном ветродвигателе часть потока ветра непосредственно воздействует на изогнутые поверхности лопастей ротора, а другая часть потока улавливается направляющим аппаратом и посредством его лопаток направляется на лопасти ротора, что обеспечивает более полное использование ветра.

К недостаткам известного устройства следует отнести невозможность его работы без флюгера, наличие которого усложняет конструкцию устройства и повышает инерционность его.

Усложняет конструкцию известного устройства и необходимость установки лопаток различной длины, а натекание потока практически под прямым углом к поверхности лопастей приводит к их ударному воздействию и, как следствие, появлению обратных потоков.

Кроме того, лопасти ротора по всей длине выполнены плоскими, то есть без учета аэродинамики.

Известен ветродвигатель, турбина которого образована рядом профилированных осесимметричных лопастей и расположена внутри направляющей системы, образованной несколькими установленными неподвижно направляющими створками, при этом каждая из лопастей турбины представляет собой часть боковой поверхности цилиндра, поперечное сечение каждой из створок имеет профиль в виде синусоиды, кромки лопастей сориентированы так, чтобы обеспечить плавное обтекание воздуха с направляющих створок на лопасти турбины (см. RU 2168059 С2, МПК F 03 D 3/04, 27.05.2001).

Ветродвигатель может работать без флюгера, что повышает его маневренность и делает его простым в изготовлении.

Однако полнота использования энергии ветра в данном устройстве недостаточна, что является одним из главных недостатков известного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является установка для преобразования ветровой энергии в электрическую, представляющая собой роторную ветроэлектростанцию, состоящую из направляющего аппарата с лопатками, выполненными в форме аэродинамических крыльев, направленных к его периферии, и ротора с лопастями, также имеющими форму аэродинамических крыльев, но направленными в сторону вала ротора и установленными с зазором относительно его. Лопатки и лопасти своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, а сама ветроэлектростанция выполнена по меньшей мере из одного модуля. При этом вал модуля механически связан с валом электрогенератора (см. RU 2215898 С1, МПК F 03 D 3/04, 10.11.2003).

Обеспечиваемая известным устройством схема движения ветрового потока внутри устройства повышает эффективность использования энергии ветра, однако не в полной мере.

К недостаткам известного устройства относится то, что полностью не используется энергия ветрового потока, отходящего вверх вдоль оси модуля. Особенно потери энергии ветрового потока могут возрастать при количестве модулей больше одного.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков ближайшего аналога, а именно повышение полноты использования энергии ветрового потока, упрощение конструкции и эксплуатации.

Указанная задача решена тем, что в роторной ветроэлектростанции, содержащей по меньшей мере один модуль, включающий ротор с вертикальной осью вращения и лопастями, выполненными в форме аэродинамических крыльев и установленными с зазором относительно вала модуля, механически связанного с валом электрогенератора, и соединенный с ротором кольцевой направляющий аппарат с лопатками, выполненными в форме аэродинамических крыльев, при этом лопатки направляющего аппарата и лопасти ротора своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, согласно изобретению модуль дополнительно включает выпускное устройство, ограничивающее ротор и направляющий аппарат сверху и состоящее из обечайки с отверстиями для удаления воздуха и соединенного с ней дна с перепускными отверстиями, а на валу модуля выполнен шнек со спиральными лопастями, расположенными в зазоре, образованном лопастями ротора.

Предпочтительно, чтобы диаметр шнека не превышал 1/5 диаметра ротора.

Также предпочтительно, чтобы лопатки направляющего аппарата были установлены с углом входа потока ветра 30°-80° и под углом 15°-80° на выходе.

Благодаря такому выполнению ветроэлектростанции обеспечивается более полная передача энергии отходящего ветрового потока и транспортирование потока воздуха вверх, где происходит его выброс в атмосферу.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена предлагаемая роторная ветроэлектростанция;

на фиг.2 - поперечное сечение фиг.1 по А-А;

на фиг.3 - поперечное сечение фиг.1 по Б-Б.

Предлагаемая роторная ветроэлектростанция (фиг.1) содержит по меньшей мере один модуль. Модуль включает ротор 1 с вертикальной осью вращения и лопастями 2, соединенный с ротором 1 через подшипниковый узел 3 кольцевой направляющий аппарат 4 с лопатками 5 и выпускное устройство 6, ограничивающее ротор 1 и направляющий аппарат 4 сверху и служащее креплением узла 3.

Лопасти 2 ротора 1 (фиг.2) выполнены в форме аэродинамических крыльев, обращенных в сторону вала 7 модуля, и установлены с зазором относительно вала 7. Лопатки 5 направляющего аппарата 4 выполнены в форме аэродинамических крыльев, обращенных от вала 7, то есть наружу направляющего аппарата 4. При этом лопатки 5 направляющего аппарата 4 и лопасти 2 ротора 1 своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, то есть таким образом, что, например, вогнутые поверхности лопастей 2 ориентированы по часовой стрелке, а лопаток 5 - против часовой стрелки. Предпочтительно, чтобы лопатки 5 направляющего аппарата 4 были установлены с углом входа потока ветра 30°-80° и под углом 15°-80° на выходе.

Выпускное устройство 6 (фиг.3) состоит из обечайки 8 с отверстиями 9 для удаления воздуха и соединенного с ней дна 10 с перепускными отверстиями 11. Кроме того, на валу 7 модуля выполнен шнек 12 со спиральными лопастями 13, расположенными в зазоре, образованном лопастями 2 ротора 1.

Предпочтительно, чтобы наружный диаметр направляющего аппарата 4 составлял не менее 1,3 диаметра ротора 1.

Предпочтительно также, чтобы диаметр шнека 12 не превышал 1/5 диаметра ротора 1.

В генераторном отделении 14 на валу 15, механически связанном с валом 7 модуля, установлены группы электрогенераторов 16 (одно, двух или многоярусные электрогенераторы). Выход нагрузки электрогенераторов 16 производится через преобразователь (не показан) и регулятор 17, электрически связанные с распределительным щитом 18 (соединения между ними условно не показаны). Кроме того, электрогенераторы 16 связаны с аккумуляторной батареей 19 и токоведущими шинами 20.

На верхнем конце вала 7 установлен тахогенератор 21, вверху ветроэлектростанции закреплен молниеотвод 22.

Установка последующих модулей производится один на другой с помощью кольца 23, которое закреплено на обечайке 8. При этом валы 7 каждого модуля образуют общий вал.

Работа ветроэлектростанции осуществляется следующим образом.

Поток ветра поступает на лопатки 5 направляющего аппарата 4 каждого модуля, ускоряется на них и перетекает на лопасти 2 ротора 1. Как известно, при обтекании геометрических тел потоком ветра всегда возникают вихри, а при образовании вихревого воздушного потока его скорость увеличивается в несколько раз по сравнению со скоростью ветра на входе в ветроэлектростанцию, причем наибольшая скорость его наблюдается на лопастях 2 ротора 1, где воздушный поток отдает часть своей кинетической энергии и откуда с большой скоростью поступает на спиральные лопасти 13 шнека 12. Отдавая часть своей кинетической энергии спиральным лопастям 13 шнека 12, воздушный поток, закручиваясь по шнеку 12, поднимается вверх и через перепускные отверстия 11 поступает в выпускное устройство 6, откуда через отверстия 9 удаляется в атмосферу с каждого модуля, что увеличивает эффективность использования ветра.

Таким образом, использование выпускного устройства и шнека со спиральными лопастями, выполненного на валу модуля, позволит повысить полноту использования энергии ветрового потока, упростить конструкцию и эксплуатацию.

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к конструкциям ветроэлектрических установок с вертикальной осью вращения ротора. Технический результат заключается в повышении полноты использования энергии ветрового потока, обеспечении удаления отработанного ветрового потока с каждого модуля, упрощении конструкции ветроэлектростанции и ее эксплуатации и обеспечивается за счет того, что роторная ветроэлектростанция содержит по меньшей мере один модуль, включающий ротор с вертикальной осью вращения и лопастями, выполненными в форме аэродинамических крыльев и установленными с зазором относительно вала модуля, механически связанного с валом электрогенератора, и соединенный с ротором кольцевой направляющий аппарат с лопатками, выполненными в форме аэродинамических крыльев. Лопатки направляющего аппарата и лопасти ротора своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях. Модуль дополнительно включает выпускное устройство, ограничивающее ротор и направляющий аппарат сверху и состоящее из обечайки с отверстиями для удаления воздуха, и соединенного с ней дна с перепускными отверстиями. А на валу модуля выполнен шнек со спиральными лопастями, расположенными в зазоре, образованном лопастями ротора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Роторная ветроэлектростанция, содержащая, по меньшей мере, один модуль, включающий ротор с вертикальной осью вращения и лопастями, выполненными в форме аэродинамических крыльев и установленными с зазором относительно вала модуля, механически связанного с валом электрогенератора, и соединенный с ротором кольцевой направляющий аппарат с лопатками, выполненными в форме аэродинамических крыльев, при этом лопатки направляющего аппарата и лопасти ротора своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, отличающаяся тем, что модуль дополнительно включает выпускное устройство, ограничивающее ротор и направляющий аппарат сверху и состоящее из обечайки с отверстиями для удаления воздуха и соединенного с ней дна с перепускными отверстиями, а на валу модуля выполнен шнек со спиральными лопастями, расположенными в зазоре, образованном лопастями ротора.2. Роторная ветроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что диаметр шнека не превышает 1/5 диаметра ротора.3. Роторная ветроэлектростанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что лопатки направляющего аппарата установлены с углом входа потока ветра 30-80° и под углом 15-80° на выходе.