ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2010 года по МПК F03D1/04 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно - к ветроэнергетическим установкам.

Известна ветроэнергетическая установка (патент РФ №2.253.037 кл. F03D1/04 - прототип), содержащая ветроколесо с полыми лопастями, компрессор, приводимый во вращение ветроколесом через повышающий редуктор, воздушную турбину, являющуюся приводом электрогенератора, расположенного в основании установки и вырабатывающего полезную мощность, а также пневмомагистраль, соединяющая турбину, компрессор и полые лопатки.

Недостатком этой установки является невысокий коэффициент использования энергии ветра, т.к. крыловые лопасти ветроколеса обладают низким коэффициентом подъемной силы, как правило, не превышающим единицу, а во-вторых, в данной конструкции не может быть использован механизм поворота лопастей, что приводит к срыву потока с поверхности крыловых лопастей при больших углах атаки и вследствие этого к снижению коэффициента использования энергии ветра при нерасчетных режимах работы установки.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение коэффициента использования энергии ветра при всех режимах работы установки. Поставленная цель достигается тем, что полые лопасти ветроколеса выполнены в виде тел вращения, в стенках которых имеются тангенциальные щели, а установка снабжена устройством запуска компрессора.

На фиг.1 схематически представлен общий вид установки, на фиг.2 - сечение АА фиг.1 (в увеличенном масштабе).

Ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо 1 с полыми лопастями 2, выполненными в виде тел вращения, в боковых стенках которых выполнены тангенциальные щели 3. Вал 4 ветроколеса 1 установлен в подшипниковых опорах и связан с валом 5 компрессора 6 через повышающий редуктор 7. Кроме того, вал компрессора через расцепную муфту 8 связан со стартером 9. В компрессоре предусмотрены поворотные направляющие лопатки 10. Компрессор через пневмомагистраль 11, выполненную в башне 12, которая установлена на фундаменте с возможностью вращения, сообщается с воздушной турбиной 13, крепящейся на валу генератора 14. В нижней части башни выполнен воздухозаборник 15. В пневмомагистрали между компрессором 6 и полыми лопатками 2 установлена камера сгорания 16.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. При повороте башни 12 ветроколесо 1 ориентируется по направлению ветра. Стартер 9 раскручивает вал компрессора 6 и связанное с ним ветроколесо 1, после чего расцепная муфта 8 отсоединяет стартер 9 и установка начинает работать в штатном режиме. В пневмомагистрали 11 устанавливается давление воздуха ниже атмосферного, что дает возможность турбине 13, которая приводит во вращение электрогенератор 14, работать за счет использования перепада давления между атмосферным давлением и давлением в пневмомагистрали 11. Воздух из компрессора 6 поступает в полости, выполненные в лопастях 2 ветроколеса, а затем проходит через тангенциальные щели 3, выполненные в боковых стенках лопастей 2. В результате действия так называемого эффекта Коанда высокоскоростные струи, выходящие из тангенциальных щелей, движутся вдоль поверхности лопастей, образуя вокруг лопастей сплошное вихревое кольцо, взаимодействие которого с внешним потоком создает подъемную силу, величина которой зависит от скорости струй и набегающего на лопасть ветра. Механизм создания подъемной силы аналогичен в этом случае созданию подъемной силы вокруг вращающегося цилиндра, причем величина коэффициента подъемной силы может в несколько раз превышать эту характеристику для крыловых профилей (патенты США №4446379 кл 290/55 и №4366386 кл 290/44, патент РФ №2330988 кл. F03 D1/100). Вследствие этого коэффициент использования энергии ветра в данной конструкции значительно выше аналогичной величины для обычных ветроэнергетических установок, что позволяет не только компенсировать потери энергии, связанные с выбросом высокоскоростных струй, но и увеличить мощность электрогенератора. В отличие от крыловых профилей, которые работают без срыва потока только в узком диапазоне углов атаки, круговые профили работают одинаково эффективно при любых углах натекания внешнего потока, что позволяет обеспечить высокий к.п.д. установки в широком диапазоне изменения скорости ветра.

Регулирование режима работы ветроэнергетической установки происходит путем поворота направляющих лопаток 10 компрессора 6.

Для работы установки в условиях отрицательных температур предусмотрена установка за компрессором 6 камеры сгорания 16, которая периодически включается по мере образования на лопастях наледи. При включении камеры сгорания температура в вихревом кольце вокруг лопастей повышается, что позволяет эффективно бороться с их обледенением.

Изобретение относится к ветроэнергетике и используется в горизонтально-осевых ветроустановках с пневматическим способом передачи ветровой мощности к потребителю. Техническим результатом является увеличение коэффициента использования энергии ветра за счет того, что коэффициент подъемной силы щелевых тел вращения с выбросом высокоскоростных струй вдоль внешней поверхности в несколько раз превышает коэффициент подъемной силы для Крыловых профилей, используемых при проектировании лопастей ветроколес. Указанный технический результат достигается в ветроэнергетической установке, содержащей ветроколесо с полыми лопастями, выполненными в виде тел вращения, в стенках которых имеются тангенциальные щели, сообщающиеся с компрессором, снабженным устройством запуска и поворотными лопатками, установленным на башне и связанным с ветроколесом через повышающий редуктор, воздушную турбину, связанную с электрогенератором, и пневмомагистраль, соединяющую турбину, компрессор и полости в лопастях ветроколеса. При вращении ветродвигателя развиваемая им полезная мощность передается к компрессору и расходуется на привод воздушной турбины, установленной на валу электрогенератора, и прокачку воздуха через тангенциальные щели в стенках полых лопастей, выполненных в виде тел вращения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая ветроколесо с полыми лопастями, выполненными в виде тел вращения, в стенках которых имеются тангенциальные щели, сообщающиеся с компрессором, снабжённым устройством запуска и поворотными лопатками, установленным на башне и связанным с ветроколесом через повышающий редуктор, воздушную турбину, связанную с электрогенератором, и пневмомагистраль, соединяющую турбину, компрессор и полости в лопастях ветроколеса.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на участке пневмомагистрали между компрессором и полыми лопастями ветроколеса установлена камера сгорания.