ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПРОФЕССОРА МЕРКУЛОВА Российский патент 2010 года по МПК F03D1/00 F03D11/00 

Описание патента на изобретение RU2384730C2

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, в частности, к ветроэнергетике, более конкретно, к ветроэнергетическим установкам и может найти применение в народном хозяйстве для получения электроэнергии.

Известна ветроэнергетическая установка (SU №1645603, F03D 11/00, 30.04.91), в которой предлагается устанавливать ветрогенераторы в ячейках сетки, а сетку с помощью мачт и растяжек крепить на поворотной платформе.

Известна электростатическая емкостная машина для преобразования энергии ветрового потока (РФ №2241300, H02N 1/08, 27.11.04), состоящая из воздушного канала, который улавливает, фокусирует и направляет воздушный поток на подвижные электроды емкостного электромеханического преобразователя. Воздушный поток вызывает поперечные колебания подвижных электродов, благодаря чему происходит преобразование энергии ветра в электрическую энергию.

Недостатком указанных устройств является их большая материалоемкость, низкий коэффициент полезного действия и, как следствие, малая удельная мощность.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая ветрогенераторы, состоящие из лопастей, воспринимающих энергию ветра, и связанных с ними преобразователей, при этом ветрогенераторы размещены в ячейках сетки, причем сетка с помощью мачт и растяжек растянута на рамах, закрепленных на одной мачте в перпендикулярных вертикальных плоскостях, по меньшей мере в один ряд (SU 1793095, F03D 3/00, 07.02.1992).

Недостатком указанного устройства является наличие подшипникового узла в каждом ветрогенераторе, что увеличивает материалоемкость устройства и снижает ее ресурс.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, увеличение ресурса, снижение материалоемкости и, как следствие, снижение стоимости единицы установленной мощности.

При этом в качестве способа работы устройства используется способность лопастей колебаться под действием ветра, для чего сами лопасти закрепляются так, чтобы они имели возможность совершать изгибно-крутильные колебания (флаттер), а инерционные, упругие и геометрические параметры лопастей выбирают из условия максимального коэффициента преобразования энергии ветра в энергию колебания лопастей и связанных с ними электромеханических преобразователей.

Замена вращения на колебание позволяет упростить конструкцию и уменьшить размеры ветрогенераторов, что приводит к снижению материалоемкости устройства и увеличению его ресурса.

Ветрогенераторы размещены в ячейках сетки, укрепленной на неподвижных мачтах с возможность поворота вокруг вертикальной оси на 180° под действием ветра, для чего лопасти ветрогенератора расположены сзади от оси поворота.

Сети с помощью мачт и растяжек вывешены в несколько рядов с некоторым интервалом между ними, причем одна система рядов расположена перпендикулярно другой системе рядов.

Сущность изобретения иллюстрируется Фиг.1-3.

На Фиг.1. изображена схема ветрогенератора в двух проекциях, который состоит из корпуса 1, привода 2, вала-торсиона 3, лопасти 4, оси жесткости 5 и электромеханического преобразователя 6.

На Фиг.2 представлен внешний вид ветрогенератора в двух проекциях.

На Фиг.3 изображена многомачтовая ветроэнергетическая установка.

Установка работает следующим образом.

Воздушный поток, набегающий на лопасть 4, вызывает изгибные поперек потока и крутильные вокруг оси жесткости лопасти 4 колебания (флаттер). Через привод 2 эти колебания передаются на электромеханический преобразователь 6.

Инерционные, упругие и геометрические параметры лопастей выбирают по такому критерию:

mI=(Kh/m-ω2)(Kα/I-ω2)-S2ω4=0,

где: ω - частота колебания лопасти, 1/сек,

m - масса лопасти, кг,

I - момент инерции лопасти относительно собственной оси жесткости, кг·м2,

Кα - крутильная жесткость лопасти относительно этой оси, Н·м,

где: Н=кг·м/сек2

S - статический дисбаланс лопасти относительно этой оси, кг·м,

Kh - жесткость крепления лопасти к валу, Н/м.

Это условие обеспечивает возникновение и поддержание изгибно-крутильных колебаний крыльев ветрогенератора, физически соответствует условию возникновения резонанса между изгибными и крутильными колебаниями, см. монографию Р.Л.Бисплингхофф, X.Эшли и Р.Л.Халфмен. Аэроупругость, ил, М. 1958, 800 с. (стр.465, формулы 9-13а, 9-13в).

В том случае, если геометрические и жесткостные параметры крыльев ветрогенератора не удовлетворяют этому условию, колебания крыльев не возбуждаются.

Кроме того, ширина лопасти В и амплитуда колебания конца лопасти Н должны удовлетворять такому соотношению:

НВ=U2/πω2,

где: U - скорость ветра.

Это условие обеспечивает максимальное теоретически достижимое КПД ветрогенератора, равное 0.5, и получено с использованием формул 5-345 и 5-346 цитированной выше монографии (стр.244).

При нарушении указанной зависимости между частотой, амплитудой и шириной лопасти КПД будет уменьшаться.

Ветрогенераторы размещены в ячейках сетки с возможность поворота вокруг вертикальной оси на 180° под действием ветра, для чего лопасти расположены сзади от оси поворота (Фиг.2).

Длинные сети с помощью мачт и растяжек вывешены в несколько рядов с некоторым интервалом между ними, причем одна система рядов расположена перпендикулярно другой системе рядов (Фиг.3).

Длинную сеть можно растягивают поперек горного ущелья, что позволяет использовать постоянно дующие ветры в горном ущелье.

Использование предлагаемого изобретения дает возможность эффективно использовать энергию поступательного движения ветрового потока.

Похожие патенты RU2384730C2

название год авторы номер документа
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 2009
  • Голушко Сергей Кузьмич
  • Меркулов Владимир Иванович
RU2397361C1
ЕМКОСТНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2006
  • Меркулов Владимир Иванович
  • Голушко Сергей Кузьмич
RU2306662C1
Ветроэлектрический преобразователь энергии (варианты) 2020
  • Николаев Олег Сергеевич
RU2738389C1
ВАНТОВАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 2011
  • Милкин Владимир Иванович
  • Калитенков Николай Васильевич
  • Коробко Александр Николаевич
  • Новожилов Артём Павлович
RU2484295C2
ЕМКОСТНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ТОКА 2007
  • Меркулов Владимир Иванович
  • Голушко Сергей Кузьмич
RU2317631C1
ЕМКОСТНОЙ ГЕНЕРАТОР ТОКА 2007
  • Меркулов Владимир Иванович
  • Голушко Сергей Кузьмич
RU2346380C1
ГИРЛЯНДНАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ 2011
  • Занегин Леонид Александрович
  • Петров Юрий Леонтьевич
  • Бурашников Владимир Ростеславович
  • Марков Иван Львович
RU2466296C1
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 2008
  • Занегин Леонид Александрович
  • Петров Юрий Леонтьевич
  • Шухинкова Екатерина Геннадьевна
RU2387871C1
Турбогенератор "Поток" 2017
  • Актуганов Равиль Биктимирович
RU2663928C1
Висячий мост 1982
  • Кравцов Михаил Матвеевич
  • Фридкин Владимир Мордухович
  • Вдовин Юрий Михайлович
  • Попов Валерий Юрьевич
  • Морозова Светлана Федоровна
  • Муратов Николай Арсеньевич
SU1048024A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 384 730 C2

Реферат патента 2010 года ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПРОФЕССОРА МЕРКУЛОВА

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, в частности, к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка содержит ветрогенератор, состоящий из лопастей, воспринимающих энергию ветра и связанных с ними электромеханических преобразователей, при этом лопасти ветрогенератора закреплены так, что они имеют возможность совершать изгибные - поперек потока и крутильные вдоль собственной оси жесткости колебания (флаттер), ветрогенератор размещен в ячейках сетки с возможностью поворота вокруг вертикальной оси на 180° под действием ветра, для чего лопасти располагаются сзади от оси поворота. Использование изобретения обеспечивает снижение материалоемкости и увеличение КПД и, как следствие, увеличение удельной мощности установки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 384 730 C2

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая ветрогенератор, состоящий из лопастей, воспринимающих энергию ветра и связанных с ними электромеханических преобразователей, отличающаяся тем, что лопасти ветрогенератора закреплены так, что они имеют возможность совершать изгибные поперек потока и крутильные вдоль собственной оси жесткости колебания (флаттер), при этом инерционные, упругие и геометрические параметры лопастей выбирают из условий
mI=(Kh/m-ω2)(Kα/I-ω2)-S2ω4=0,
где ω - частота колебания лопасти, 1/с;
m - масса лопасти, кг;
I - момент инерции лопасти относительно собственной оси жесткости, кг·м2;
Кα - крутильная жесткость лопасти относительно этой оси, Н·м;
S - статический дисбаланс лопасти относительно этой оси, кг·м;
Kh - жесткость крепления лопасти к валу, Н/м,
при этом ветрогенератор(ы) размещен(ы) в ячейках сетки с возможностью поворота вокруг вертикальной оси на 180° под действием ветра, для чего лопасти расположены сзади от оси поворота.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что сети с помощью мачт и растяжек вывешены в несколько рядов с некоторым интервалом между ними, причем одна система рядов расположена перпендикулярно другой системе рядов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2384730C2

Способ двухстадийного перколяционого гидролиза растительного сырья 1988
  • Шаханова Римма Константиновна
  • Попцов Геннадий Васильевич
  • Шаповалов Олег Иванович
  • Краев Лев Николаевич
  • Горбатовская Наталья Васильевна
SU1645303A1
ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 1994
  • Дибров Анатолий Трофимович
  • Дибров Жан Анатольевич
RU2078990C1
RU 2070662 C1, 20.12.1996
Ветроэнергетическая установка 1990
  • Цыганок Александр Иванович
  • Полуянов Евгений Петрович
SU1793095A1
Ветроэлектрический агрегат 1984
  • Волков Виталий Витальевич
  • Рагульскис Казимерас Миколович
  • Римша Гинтарас Эдуардович
SU1231253A1
Ветроэлектрическая силовая установка 1930
  • Миронов И.Н.
SU23260A1
US 4217501 A, 12.08.1980.

RU 2 384 730 C2

Авторы

Меркулов Владимир Иванович

Голушко Сергей Кузьмич

Даты

2010-03-20Публикация

2007-02-08Подача