ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И ВЕТРОТУРБИНА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2011 года по МПК F03D3/00 

Область техники

Группа изобретений относится к ветроэнергетическим установкам и ветряным двигателям для них с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известна, международная публикация WO 2006/096091 от 14.09.2006, ветроэнергетическая установка, включающая установленную на фундаменте ветротурбину с вертикальной осью вращения рабочего колеса и корпус, выполненный со стабилизатором и элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса. Недостатком этой известной ветроэнергетической установки является необходимость изменения направления ветра внутри установки с горизонтального на вертикальный, что приводит к энергетическим потерям.

Из уровня техники известна, патент США US 6860720 от 01.03.2005, ветротурбина с осью вращения рабочего колеса, перпендикулярной направлению ветра, в частности ветротурбина с вертикальной осью вращения рабочего колеса, включающая корпус, выполненный с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно, по крайней мере, на несколько лопаток рабочего колеса, в частности, выполненный с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса. Эта известная ветротурбина является прототипом для трех заявленных изобретений. Недостатком этой известной ветротурбины являются ограничения в выводе воздушного потока после его воздействия на лопатки рабочего колеса, окно выхода значительно меньше входного окна корпуса ветротурбины.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная группа изобретений, является увеличение коэффициента полезного действия ветротурбины путем увеличения использования мощности ветра на входе как за счет направления воздушного потока одновременно на все или большую часть лопаток рабочего колеса, так и за счет беспрепятственного вывода «отработанного» воздуха из ветротурбины. Вывод потока воздуха предусмотрен через открытый торец рабочего колеса, выполненного с полой центральной частью.

Конструкция ветроэнергетической установки предусматривает раздельную установку на фундаменте корпуса и рабочего колеса с валом, что позволяет обеспечить максимальную, при имеющемся ветре, ветровую нагрузку на рабочее колесо и беспрепятственный вывод потоков воздуха из его полой центральной части.

Конструкция ветротурбины, согласно первому из группы изобретений, предусматривает установку рабочего колеса только на валу, благодаря равномерной ветровой нагрузке на лопатки рабочего колеса.

Конструкция ветротурбины, согласно второму из группы изобретений, предусматривает увеличение оттока воздуха из полой центральной части рабочего колеса за счет использование ветра для эжекции.

Конструкция ветротурбины, согласно третьему из группы изобретений, предусматривает увеличение оттока воздуха из полой центральной части рабочего колеса за счет обтекателя, установленного внутри рабочего колеса.

Указанные технические результаты достигаются в ветротурбине с вертикальной осью вращения рабочего колеса, включающей корпус, выполненный с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса, в которой рабочее колесо выполнено с полой центральной частью и расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности и установлено торцевой частью на валу, а корпус выполнен со стабилизатором для ориентации корпуса по направлению ветра и воздуховодом, расположенным над центральной частью рабочего колеса для вывода наружу вдоль направления ветра потоков воздуха, прошедших в центральную часть рабочего колеса между лопатками.

Указанные технические результаты достигаются в ветротурбине с осью вращения рабочего колеса, перпендикулярной направлению ветра, включающей корпус, выполненный с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно, по крайней мере, на несколько лопаток рабочего колеса, в которой рабочее колесо выполнено с расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности, а корпус выполнен со стабилизатором для ориентации корпуса по направлению ветра и воздуховодом для вывода потоков воздуха из центральной части рабочего колеса наружу вдоль стабилизатора, ссужающегося к воздуховоду и обеспечивающего использование ветра для эжекции воздуха из воздуховода.

Ветротурбина может быть выполнена с вертикальной осью вращения рабочего колеса, установленного торцевой частью на валу, а корпус может быть выполнен с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса.

Указанные технические результаты достигаются в ветротурбине с осью вращения рабочего колеса, перпендикулярной направлению ветра, включающей корпус, выполненный с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно, по крайней мере, на несколько лопаток рабочего колеса, в которой рабочее колесо выполнено с расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности, а для вывода через открытый торец рабочего колеса потоков воздуха, прошедших между лопатками, в центральной части рабочего колеса установлен обтекатель, ссужающийся вдоль оси рабочего колеса.

Обтекатель может быть выполнен с лопатками, спрямляющими потоки воздуха в центральной части рабочего колеса.

При этом ветротурбина может быть выполнена с вертикальной осью вращения рабочего колеса, установленного торцевой частью на валу ротора, а корпус выполнен с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса.

Корпус может быть выполнен с возможностью поворота относительно фундамента, на котором он устанавливается, и снабжен стабилизатором для ориентации по направлению ветра.

Корпус может быть выполнен с воздуховодом, расположенным над центральной частью рабочего колеса для вывода из нее потоков воздуха, прошедших между лопатками, по направлению ветра.

Указанные технические результаты достигаются в ветроэнергетической установке, включающей установленную на фундаменте ветротурбину с вертикальной осью вращения рабочего колеса и корпус, выполненный со стабилизатором и элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса, при этом рабочее колесо выполнено с расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности и установлено торцевой частью на валу, установленном в фундаменте, а корпус снабжен кольцеобразной направляющей для поворота на катках, установленных на фундаменте.

Кольцеобразная направляющая корпуса может быть установлена на опорных катках и контактировать при этом с упорными катками, установленными на фундаменте.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена ветроэнергетическая установка в сечении.

На фиг.2 - схема распределения потоков воздуха на лопатки рабочего колеса ветротурбины.

На фиг.3 - ветротурбина, в которой предусмотрено использование ветра для эжекции воздуха из воздуховода.

Лучшие варианты использования изобретений

Ветроэнергетическая установка представлена на фиг.1 и включает корпус 1 ветротурбины, выполненный с окном для входящего слева потока воздуха, попадающего на лопатки, расположенные на периферии рабочего колеса 2 вдоль образующих цилиндрической поверхности, а затем в его полую центральную часть. Обтекатель 3 направляет потоки воздуха, попавшие в центральную часть рабочего колеса, вверх в воздуховод, являющийся частью корпуса 1, для вывода потоков воздуха из центральной части рабочего колеса 2 наружу вдоль стабилизатора 4. Рабочее колесо 2 своим торцом установлено на валу 5, который через коническую передачу 6 передает мощность на электрогенератор (не показан). Вал 5 установлен в фундаменте в опорно-упорном подшипнике 7. Корпус 1 снабжен кольцевым монорельсом 8, который опирается на опорные катки 9, установленные на фундаменте. Упорные катки 10 также установлены на фундаменте 11 для предотвращения радиальных смещений корпуса 1. В окне корпуса для входящего потока воздуха установлены жалюзи 12, открытые при рабочем режиме установки и закрытые при проведении диагностики, регламентных работах и при ураганном ветре. 13 - поворотная ось жалюзей.

На фиг.2 представлена схема распределения потоков воздуха на лопатки рабочего колеса 2 ветротурбины направляющими элементами 14 корпуса 1.

На фиг.3 изображена ветротурбина, корпус 1 которой выполнен со стабилизатором 15 для ориентации всего корпуса 1 по направлению ветра. При этом корпус 1 выполнен с воздуховодом для вывода потоков воздуха из центральной части рабочего колеса наружу вдоль стабилизатора 15, который ссужается к воздуховоду, точнее к проему воздуховода, из которого выходит воздух. Тем самым обеспечивается использование ветра для эжекции воздуха из воздуховода.

На фиг.1 показана ветротурбина с вертикальной осью вращения рабочего колеса. Однако понятно, что ось вращения рабочего колеса с полой центральной частью и расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности может быть горизонтальной или наклонной, оставаясь при этом перпендикулярной направлению ветра. В этом случае, в дополнение к рассмотренной конструкции, когда рабочее колесо установлено торцевой частью на валу, возможно использование упорных катков, установленных в корпусе, для предотвращения радиальных смещений рабочего колеса.

Группа изобретений относится к ветроэнергетическим установкам с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению потока. Ветроэнергетическая установка включает установленную на фундаменте ветротурбину с вертикальной осью вращения рабочего колеса и корпус, выполненный со стабилизатором и элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса, при этом рабочее колесо выполнено с расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности и установлено торцевой частью на валу, установленном в фундаменте, а корпус снабжен кольцеобразной направляющей для поворота на катках, установленных на фундаменте. Ветротурбина содержит корпус, выполненный с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса, которое выполнено с полой центральной частью и расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности и установлено торцевой частью на валу. Корпус выполнен со стабилизатором для ориентации корпуса по направлению ветра и воздуховодом, расположенным над центральной частью рабочего колеса для вывода наружу вдоль направления ветра потоков воздуха, прошедших в центральную часть рабочего колеса между лопатками. Изобретение обеспечиват повышение КПД путем направления воздушного потока на большое количество лопаток рабочего колеса и беспрепятственного вывода отработанного потока из ветротурбины. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ветротурбина с вертикальной осью вращения рабочего колеса, включающая корпус, выполненный с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса, отличающаяся тем, что рабочее колесо выполнено с полой центральной частью и расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности, и установлено торцевой частью на валу, а корпус выполнен со стабилизатором для ориентации корпуса по направлению ветра и воздуховодом, расположенным над центральной частью рабочего колеса для вывода наружу вдоль направления ветра потоков воздуха, прошедших в центральную часть рабочего колеса между лопатками.

2. Ветротурбина с осью вращения рабочего колеса, перпендикулярной направлению ветра, включающая корпус, выполненный с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно, по крайней мере, на несколько лопаток рабочего колеса, отличающаяся тем, что рабочее колесо выполнено с расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности, а корпус выполнен со стабилизатором и воздуховодом для вывода потоков воздуха из центральной части рабочего колеса наружу вдоль стабилизатора, ссужающегося к воздуховоду и обеспечивающего использование ветра для эжекции воздуха из воздуховода.

3. Ветротурбина по п.2, отличающаяся тем, что выполнена с вертикальной осью вращения рабочего колеса, установленного торцевой частью на валу, а корпус выполнен с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса.

4. Ветротурбина с осью вращения рабочего колеса, перпендикулярной направлению ветра, включающая корпус, выполненный с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно, по крайней мере, на несколько лопаток рабочего колеса, отличающаяся тем, что рабочее колесо выполнено с расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности, а для вывода через торец рабочего колеса потоков воздуха, прошедших между лопатками, в центральной части рабочего колеса установлен обтекатель, ссужающийся вдоль оси рабочего колеса.

5. Ветротурбина по п.4, отличающаяся тем, что обтекатель выполнен с лопатками, спрямляющими потоки воздуха в центральной части рабочего колеса.

6. Ветротурбина по п.4, отличающаяся тем, что выполнена с вертикальной осью вращения рабочего колеса, установленного торцевой частью на валу ротора, а корпус выполнен с элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса.

7. Ветротурбина по п.6, отличающаяся тем, что корпус выполнен с возможностью поворота относительно фундамента, на котором он устанавливается, и снабжен стабилизатором для ориентации по направлению ветра.

8. Ветротурбина по п.7, отличающаяся тем, что корпус выполнен с воздуховодом, расположенным над центральной частью рабочего колеса для вывода из нее потоков воздуха, прошедших между лопатками, по направлению ветра.

9. Ветроэнергетическая установка, включающая установленную на фундаменте ветротурбину с вертикальной осью вращения рабочего колеса и корпус, выполненный со стабилизатором и элементами, направляющими потоки воздуха одновременно на каждую лопатку рабочего колеса, отличающаяся тем, что рабочее колесо выполнено с полой центральной частью, с расположением лопаток на периферии вдоль образующих цилиндрической поверхности и установлено торцевой частью на валу, установленном в фундаменте, а корпус снабжен кольцеобразной направляющей для поворота на катках, установленных на фундаменте.

10. Ветроэнергетическая установка по п.9, отличающаяся тем, что кольцеобразная направляющая корпуса установлена на опорных катках и контактирует с упорными катками.