РОТОРНАЯ ВЕТРОУСТАНОВКА Российский патент 2010 года по МПК F03D3/04 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к конструкциям ветроэлектрических установок, оси вращения роторов которых вертикальны и перпендикулярны направлению потока ветра, и может быть использовано для автономного электроснабжения.

Известен ветродвигатель, турбина которого образована из N профилированных осесимметричных лопастей, соединенных верхней и нижней крышками, имеющими форму круга, и расположена внутри направляющей системы, образованной из K неподвижных осесимметричных направляющих створок закрепленных верхней и нижними крышками, причем каждая из лопастей ветровой турбины представляет собой часть боковой поверхности цилиндра с образующей, параллельной оси вращения ветровой турбины, поперечное сечение каждой из направляющих створок имеет профиль в виде синусоиды, при этом внешние и внутренние кромки лопастей ветровой турбины в сечении соответственно установлены по окружностям и ориентированы так, чтобы обеспечить плавное перетекание воздуха с направляющих створок на лопасти ветровой турбины, а направляющие створки расположены равномерно по окружности и своими осями установлены под углом к линиям ее радиусов так, чтобы обеспечить перетекание воздушного потока с одной лопасти на другую (см. RU 2168059 С2, кл. F03D 3/04, 25.05.2001).

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

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является роторная ветроэлектростанция, включающая направляющий аппарат с изогнутыми лопатками и ротор с изогнутыми лопастями, вал которого механически связан с валом электрогенератора, при этом лопасти ротора выполнены в форме аэродинамических крыльев, установленных с зазором относительно вала ротора, а лопатки направляющего аппарата также выполнены в форме аэродинамических крыльев, при этом лопатки и лопасти своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, а станция выполнена из по меньшей мере одного модуля, каждый из которых состоит из ротора и направляющего аппарата, при чем его лопатки установлены с углом входа потока ветра 40-60° и под углом 30-80° на выходе (см. RU 2215898 С1, кл. F03D 3/04, 11.12.2003).

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

Однако в известном устройстве отсутствует механизм, обеспечивающий плавный прием ветровой нагрузки, либо ее ступенчатое регулирование, что отрицательно сказывается на моменте трогания и главном обеспечении гибкости выдачи мощности потребителю.

Задачей настоящего изобретения является повышение коэффициента использования энергии ветра, обеспечение гибкого управления приемом ветровой нагрузки и выдачи электроэнергии потребителю.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается коэффициент использования энергии ветра и обеспечивается гибкое управление процессом преобразования ветровой энергии в электрическую.

В роторной ветроустановке, включающей направляющий аппарат с изогнутыми лопатками и ротор с изогнутыми, установленными с зазором относительно вала ротора лопастями, вал которого механически связан с валом электрогенератора, указанный технический результат достигается тем, что ветроустановка выполнена, по меньшей мере, из двух модулей, в каждом модуле лопасти ротора расположены в трех секциях по 4-8 штук в каждой, со сдвигом относительно друг друга в 30°, при этом лопатки и лопасти своими вогнутыми поверхностями ориентированы в одинаковых окружных направлениях, а лопатки и лопасти в смежных модулях ориентированы для вращения модулей в противоположных направлениях и модули попарно объединены мультипликатором с двухсторонним силовым приводом с n (где n=1,2,3,4) электрическими генераторами, установленными симметрично вокруг мультипликатора и присоединенными к общей системе управления.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3,

где на фиг.1 показан общий вид ветроустановки в изометрической проекции;

на фиг.2 представлен разрез секции верхнего модуля ветроустановки;

на фиг.3 показан мультипликатор с двумя электрическими генераторами, соединенными с одной системой управления.

Ветроустановка содержит направляющий аппарат с изогнутыми лопатками 1, изогнутые лопасти 2, вертикальные стержни 7, образующие с подшипниковым узлом каркас ветроустановки, ротор, образованный дисками 3 и лопастями 2, закрепленными на валу 4, мультипликатор 5 для передачи момента вращения на электрогенераторы 6. Электрогенераторы 6 соединены с общей системой управления 8.

Ветроустановка работает следующим образом.

Поток ветра попадает на изогнутые лопатки 1, закрепленные на вертикальных стержнях 7, которые обеспечивают эффективный угол встречи с изогнутыми лопастями 2, закрепленными между дисками 3, где отдает свою кинетическую энергию и покидает объем ротора. Вращение ротора передается электрогенератору 6 посредством мультипликатора 5, диски которого жестко связаны с валами 4 верхнего и нижнего модулей. Система управления 8 управляет током возбуждения электрогенераторов 6, обеспечивая тем самым гибкое управление приемом ветровой нагрузки и выдачу электроэнергии потребителю.

Лопасти двух секций модуля разнесены относительно друг друга на 30°, что обеспечивает оптимальное распределение ветрового потока, увеличивая при этом проницаемость ротора, что позволяет повысить эффективность использования ветра и снизить момент трогания.

Вращение модулей в противоположных окружных направлениях позволяет использовать мультипликатор с двухсторонним силовым приводом, подключить несколько электрических генераторов с независимым возбуждением и регулируемой мощностью и использовать максимальную мощность ветрового потока, с регулированием мощности генераторов в зависимости от нагрузки, тем самым обеспечивая гибкое управление процессом. При этом могут быть использованы генераторы со скоростью вращения 750-1500 об/мин.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к конструкциям ветроэлектрических установок, и может быть использовано для автономного электроснабжения. Роторная ветроустановка содержит направляющий аппарат с изогнутыми лопатками и ротор с изогнутыми лопастями, вал которого механически связан с валом электрогенератора, установленными с зазором относительно вала ротора. Ветроустановка выполнена, по меньшей мере, из двух модулей, в каждом модуле лопасти ротора расположены в трех секциях по 4-8 штук в каждой, со сдвигом относительно друг друга в 30°. Лопатки и лопасти своими вогнутыми поверхностями ориентированы в одинаковых окружных направлениях, а лопатки и лопасти в смежных модулях ориентированы для вращения модулей в противоположных направлениях. Модули попарно объединены мультипликатором с двухсторонним силовым приводом с n (где n=1, 2, 3, 4) электрическими генераторами, установленными симметрично вокруг мультипликатора и присоединенными к общей системе управления. Использование ветроустановки обеспечит повышение коэффициента использования энергии ветра, гибкое управление приемом ветровой нагрузки и выдачи электроэнергии потребителю. 3 ил.

Роторная ветроустановка, включающая направляющий аппарат с изогнутыми лопатками и ротор с изогнутыми лопастями, вал которого механически связан с валом электрогенератора, установленными с зазором относительно вала ротора, отличающаяся тем, что ветроустановка выполнена, по меньшей мере, из двух модулей, в каждом модуле лопасти ротора расположены в трех секциях по 4-8 штук в каждой со сдвигом относительно друг друга в 30°, при этом лопатки и лопасти своими вогнутыми поверхностями ориентированы в одинаковых окружных направлениях, а лопатки и лопасти в смежных модулях ориентированы для вращения модулей в противоположных направлениях и модули попарно объединены мультипликатором с двухсторонним силовым приводом с n (где n=1, 2, 3, 4) электрическими генераторами, установленными симметрично вокруг мультипликатора и присоединенными к общей системе управления.