ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2013 года по МПК F03D3/04 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэнергетическим установкам с направляющими устройствами, преобразующими энергию воздушного потока, и может быть использовано для получения как механической, так и электрической энергии.

Известна ветроустановка, содержащая неподвижный несущий корпус, являющийся основным направляющим аппаратом, выполненным в виде пространственной лопастной решетки с центральным выходным каналом, в котором соосно с центральной осью на вертикальном валу размещено рабочее колесо. На верхнем элементе корпуса установлен с возможностью свободного вращения относительно центральной оси единый блок из воздухозаборника, сопла и стабилизатора, при этом пространственная лопастная решетка сформирована из двух поверхностей вращения, построенных в виде кругового массива пространственных лопастей между ними, которые формируют рабочие каналы; воздухозаборник полностью охватывает рабочие каналы тыльной зоны направляющего аппарата и соединен воедино с выходным соплом с возможностью свободного вращения относительно центральной оси (Патент RU 2276743, опуб. 20.05.2006).

Данная ветроустановка не обеспечивает максимально возможного коэффициента использования энергии ветра и сложна в изготовлении.

Известен ветродвигатель, содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью вращения, лопасти которой выполнены в виде аэродинамических профилей, где входная закругленная кромка лопасти расположена на большем расстоянии от оси вращения турбины, чем задняя заостренная кромка, при этом наружная грань лопасти образует оптимальный угол атаки с измененным направлением движения воздушного потока, и поворотные щиты, экранирующие лопасти. Профиль лопасти ветротурбины выполнен симметричным и образован двумя плавными кривыми различной степени кривизны одного знака, при этом ось симметрии проходит по середине длины профиля лопасти ветротурбины. Каждая лопасть состоит из двух или нескольких частей, соединенных между собой вертикальными шарнирами с возможностью принудительного поворота любой части лопасти (Патент RU 2267647, опуб. 10.01.2006).

Данная ветроустановка не обеспечивает максимально возможного коэффициента использования энергии ветра, сложна в изготовлении, также недостатком является большая материалоемкость и сложность конструкции лопастей.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа ветроустановка, включающая концентратор, ускоритель потока, ротор с лопастями, концентратор выполнен в виде полого цилиндра с изготовленными в нем вертикальными сквозными щелями, при этом концентратор взаимодействует с размещенным внутри него ускорителем потока, выполненным в виде направляющих элементов, изготовленных в виде плавно изогнутых пластин, соединенных между собой в кольцо, причем концы пластин плавно отогнуты и образуют щели, совпадающие со щелями концентратора, кроме того, кольцо выполнено с возможностью перемещения вокруг вертикальной оси, а внутри кольца выполнен как минимум один ротор с лопастями (Патент RU 2204051, опуб. 10.05.2003).

Недостатком данной ветроустановки является большая материалоемкость. Кроме того, энергия ветра используется не полностью, так как ветроколесо является непроницаемым для ветрового потока, поэтому концентрированный поток воздуха будет отражаться от ветроколеса и вытекать через другие (соседние) щели, следовательно, данная ветроустановка не обеспечивает максимально возможного коэффициента использования энергии ветра.

Задачей данного изобретения является увеличение коэффициента использования энергии ветра и упрощение конструкции.

Для решения поставленной задачи ветроэнергетическая установка включает ускоритель потока, выполненный в виде направляющих элементов, внутри которого на вертикальной оси установлен ротор с лопастями. Направляющие элементы имеют форму четверти полого цилиндра и жестко соединены между собой посредством штанги, насаженной на ось с возможностью свободного вращения вокруг нее, причем направляющие элементы расположены на концах штанги вогнутой поверхностью к оси с возможностью свободного вращения вокруг ротора, а ось вращения делит штангу на две части в отношении 1:2, причем большая часть штанги по середине изогнута под углом 135°. Направляющие элементы имеют стабилизаторы, которые установлены вертикально и параллельно друг другу с каждой стороны направляющего элемента, причем стабилизаторы с одной стороны направлены по касательной к поверхности направляющих элементов, а с другой стороны, перпендикулярно к их поверхности.

Предлагаемое изобретение поясняется фиг.1, где изображено рабочее положение ветроэнергетической установки (вид сверху) с указанием изменения воздушного потока.

Ветроэнергетическая установка включает в себя ротор 1 с лопастями 2, 3, 4, 5, имеющими аэродинамический профиль, установленный на вертикальной оси 6, ускоритель потока 7 выполнен в виде двух противоположно направляющих элементов 8, 9, имеющих форму четверти полого цилиндр. Направляющих элементов 8, 9, закрепленных посредством штанги 10. Ось вращения 6 делит штангу 10 на две части в отношении 1:2, причем большая часть штанги 10 по середине изогнутой под углом 135° для достижения жесткости конструкции и устойчивости к вибрациям. С каждой стороны направляющих элементов 8, 9 установлены вертикально и параллельно друг другу стабилизаторы 11, 12.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом

При появлении ветра стабилизаторы 11, 12 устанавливают направляющие элементы 8, 9 в рабочее положение. Направляющий элемент 8, выполненный в форме четверти полого цилиндра, создает концентрированный воздушный поток, который набегает на лопасть 3, создавая дополнительную полезную силу вращения F₂. Направляющий элемент 9 отворачивает поток от лопасти 4, уничтожая силу F₃, направленную против вращения, увеличивает скорость ветра, благодаря форме четверти полого цилиндра, и концентрирует его поток на лопасть 5, создавая еще одну полезную силу вращения F₄. Так как появляются дополнительные полезные силы F₂ и F₄, и устраняется сила противодействия F₃, то коэффициент использования энергии ветра возрастает (Фиг.1.). Благодаря такой конструкции ветроэнергетической установки, работают три лопасти 2, 3, 5, что позволяет увеличить коэффициент использования энергии ветра. При увеличении количества лопастей выигрыш в силе сохраняется.

Ветроэнергетическая установка относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэнергетическим установкам с направляющими устройствами, преобразующими энергию воздушного потока, и может быть использована для получения как механической, так и электрической энергии. Ветроэнергетическая установка включает в себя ускоритель потока, выполненный в виде направляющих элементов, внутри которого на вертикальной оси установлен ротор с лопастями. Направляющие элементы имеют форму четверти полого цилиндра и жестко соединены между собой посредством штанги, насаженной на ось с возможностью свободного вращения вокруг нее, причем направляющие элементы расположены на концах штанги вогнутой поверхностью к оси с возможностью свободного вращения вокруг ротора. Ось вращения делит штангу на две части в отношении 1:2, при этом большая часть штанги по середине изогнута под углом 135°. Направляющие элементы имеют стабилизаторы, которые установлены параллельно с каждой вертикальной стороны направляющих элементов, причем стабилизаторы с одной стороны направлены по касательной к поверхности направляющих элементов, а с другой стороны перпендикулярно к их поверхности. Изобретение обеспечит увеличение коэффициента использования энергии ветра при упрощении конструкции ветроэнергетической установки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, включающая ускоритель потока, выполненный в виде направляющих элементов, внутри которого на вертикальной оси установлен ротор с лопастями, отличающаяся тем, что направляющие элементы имеют форму четверти полого цилиндра и жестко соединены между собой посредством штанги, насаженной на ось с возможностью свободного вращения вокруг нее, причем направляющие элементы расположены на концах штанги вогнутой поверхностью к оси с возможностью свободного вращения вокруг ротора, а ось вращения делит штангу на две части в отношении 1:2, причем большая часть штанги по середине изогнута под углом 135°, направляющие элементы имеют стабилизаторы.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что стабилизаторы установлены вертикально и параллельно друг другу с каждой стороны направляющего элемента, причем стабилизаторы с одной стороны направлены по касательной к поверхности направляющих элементов, а с другой стороны перпендикулярно к их поверхности.