Двухосный лопастной вертикальный ветрогенератор Российский патент 2022 года по МПК F03D3/04 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к двухосному лопастному вертикальному ветрогенератору с двухсторонним обтекателем и с центральной осью - основной в центре обтекателя, и может быть использовано для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

Все в большей мере увеличивающийся дефицит на источники энергии приводит к разработке и использованию источников энергии, доступных на протяжении длительного времени. Энергия ветра, которую можно вырабатывать в больших объемах, не образует загрязнений и имеет высокий потенциал, тем самым повсеместно привлекая широкое внимание, и многие страны инвестируют крупные средства в исследование и разработку способов использования энергии ветра.

В настоящее время устройства для выработки энергии в основном включают в себя два типа таких устройств: устройство выработки энергии с горизонтальной осью и устройство выработки энергии с вертикальной осью. Устройство выработки энергии с горизонтальной осью имеет широкое применение, поскольку оно может вырабатывать энергию из верхних слоев атмосферы, имеет высокую эффективность преобразования энергии ветра и другие преимущества. Однако лопасти устройства выработки энергии с горизонтальной осью являются относительно длинными и требуют большого пространства для перемещения, должны изготавливаться из высокопрочных материалов и легко повреждаются от воздействия ветра. Существующее устройство выработки энергии с вертикальной осью может эффективно использовать ветер из нижних слоев атмосферы, не имеет никаких систем отклонения от траектории и попутных систем выработки энергии и может воспринимать ветровые нагрузки в любом направлении. При этом устройство выработки энергии этого типа должно не только выдерживать нагрузки против ветра и по ветру, но также должно функционировать в условиях изменения направлений ветра и величины ветровых нагрузок.

Известен ветрогенератор, содержащий вал с лопастями, ось вращения которого расположена горизонтально по направлению встречного потока, направляющий экран, установленный перед валом со стороны встречного потока и закрывающий нижнюю часть вала, и привод, отличающийся тем, что в него введены узлы крепления для разъемного крепления на крыше транспортного средства, при этом лопасти установлены с зазором между лопастью и валом (RU 98489 U1, F03D 3/00, 20.10.2010).

Известно устройство крупногабаритного ветрогенератора, содержащее опоры (16), прикрепленные к земле, и балки (17) для скрепления опор, передаточный вращающийся вал (2), установленный вертикально между верхней балкой (17) и нижней балкой (17) по центру верхней балки и нижней балки (17) с помощью верхней опоры (1) с подшипником и нижней опоры (14) с подшипником, нижний конец вращающегося вала (2) соединен с муфтой (7) генератора через большую шестерню (12), генератор (9) соединен кабелем (10) с камерой (11) преобразования энергии, многоярусный восприимчивый к ветровым нагрузкам механизм (15) ветряного колеса с количеством ярусов от 1 до 10 расположен вокруг вращающегося вала (2), в каждом ярусе дугообразные каркасы (3) в количестве от 1 до 5 расположены симметрично под равными углами относительно вращающегося вала (3), рассматриваемого как ось, каждый дугообразный каркас (3) содержит верхнюю поперечину (20), нижнюю поперечину (22) и вертикальные опоры (21) каркаса, подвижные лопасти (4) в количестве от 1 до 5 установлены в левой секции и правой секции каждого дугообразного каркаса (3) с помощью соответствующих верхних валов (5), нижних валов (6) и втулок (24) лопастей, стопор лопасти (23) и механизм (19) регулирования открытия лопасти расположены в контактном положении между подвижной лопастью (4) и дугообразным каркасом (3), наружные торцевые края дугообразных каркасов (3) соединены крепежными штангами (18), муфта (7) генератора соединена с устройством (8) регулирования выработки энергии (RU 2529966 C2, F03D 3/02, 10.10.2014).

Известно устройство для получения электрической энергии, содержащее установленную вертикально на поверхности земли стелу, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено обтекателем, а стела выполнена в виде круглого цилиндра, при этом обтекатель установлен на круговом рельсовом пути за круговым цилиндром и сверху оборудован консолью, установленной с возможностью скольжения по рельсовому пути, смонтированному на вершине кругового цилиндра, выполнен обтекатель в виде сквозной конструкции с панелями обмоток и магнитов, закрепленных по высоте в его пазах (RU 203925 U1, F03D 5/06, 28.04.2021).

Известен вертикально-осевой ветрогенератор, имеющий средства взаимодействия с воздушным потоком, включающие соединенные с установленными в каркасе с возможностью вращения на подшипниковых опорах, связанные с электрогенератором средствами передачи момента вращения рабочие пластины, изогнутые в вертикальной и горизонтальной плоскости, причем в вертикальной плоскости рабочие пластины изогнуты по спирали, отличающийся тем, что средства взаимодействия с воздушным потоком выполнены в виде дополнительно введенных, соединенных со свободными концами рабочих пластин и разнесенных в осевом направлении, по меньшей мере, четырех парных колец, с образованием по меньшей мере двух секций, таким образом, что каждая из рабочих пластин в секции размещена между двумя кольцами и сориентирована таким образом, что, по меньшей мере, две из секций вращаются встречно, электрогенератор размещен между встречно вращающимися секциями, средства передачи момента вращения выполнены в виде соединяющих ротор и статор электрогенератора с рабочими пластинами встречно вращающихся секций, валов, рабочие пластины изогнуты в горизонтальной плоскости таким образом, что образуют в любом горизонтальном сечении один период синусоиды, угол поворота по спирали каждой из рабочих пластин в вертикальной плоскости составляет не менее 30° (RU 125264 U1, F03D 3/00, 27.02.2013).

Основным недостатком известных технических решений является поток воздуха, который создает сопротивление вращению лопастей.

В основу изобретения поставлена техническая проблема, заключающаяся в устранении указанного недостатка.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение производимой мощности.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что двухосный лопастной вертикальный ветрогенератор содержит опору, выполненную в виде центральной трубы с ограничителем по высоте, установленной в грунт и залитой бетоном, на которую надета другая труба с возможностью вращения и являющаяся центральной осью, на которой закреплен распределитель потоков, выполненный в виде металлического обтекателя треугольной формы, при этом сверху и снизу обтекателя горизонтально установлены овальной формы переходящей в треугольную форму верхняя и нижняя пластины, на свободных концах овальной формы которых установлены подшипники со смазкой, соединенные осями, на которых выполнены барабаны с лопастями, встречно вращающиеся и связанные с электрогенераторами, установленными на нижней пластине с возможностью передачи электроэнергии через графитовый переходник по проводу, установленный в нижней части центральной оси, причем между верхней и нижней пластинами установлена распорные металлические балки для фиксации от проседания барабанов.

Кроме того, обтекатель треугольной формы выполнен из алюминия или железа.

Изобретение поясняется чертежами, где

На фиг. 1 изображен двухосный лопастной вертикальный ветрогенератор.

На фиг. 2 - изображен двухосный лопастной вертикальный ветрогенератор, вид сбоку.

На фиг. 3 - представлен вид сверху двухосного лопастного вертикального ветрогенератора.

На фиг. 4 - представлен увеличенно обтекатель с барабанами с лопастями ветрогенератора.

Двухосный лопастной вертикальный ветрогенератор содержит опору, выполненную в виде центральной нижней трубы (3) с ограничителем по высоте, установленной в грунт и залитой бетоном, как показано на фиг. 1.

На нижнюю трубу (3) надета еще одна труба (4), на которой закреплен каркас, являющийся распределителем потоков, выполненный в виде обтекателя (1) треугольной формы (фиг. 4).

Сверху и снизу обтекателя (1) установлены две горизонтальные овальной формы, переходящей в треугольную форму пластины (8): верхняя и нижняя (фиг. 3).

На свободных концах овальной формы верхних и нижних пластин (8) установлены подшипники (6) со смазкой (по два подшипника сверху и снизу, фиг. 1, фиг. 2), соединенные осями (7), на которых выполнены барабаны (2) с лопастями, встречно вращающиеся и связанные с электрогенераторами.

Электрогенераторы (не показаны) установлены внизу на нижней пластине (8) с возможностью передачи электроэнергии вниз по проводу с использованием графитового переходника, установленного в нижней части центральной оси.

Графитовый переходник (не показан) необходим для того, чтобы провод, идущий от электрогенераторов не наматывался на центральную ось при ее вращении.

Между верхней и нижней пластинами (8) установлены распорные металлические балки (9) для фиксации от проседания барабанов.

Кроме того, для дополнительной фиксации ветрогенератора могут быть использованы четыре троса (5), расположенные по четырем сторонам ветрогенератора, которые посредством карабинов с одной стороны соединены с трубой (4), а с другой стороны - с грунтом.

Материалом, из которого изготовлен распределитель потоков, является алюминий или железо.

При этом ветрогенератор может быть выполнен высотой 2 м, 3 м и более.

Работает ветрогенератор следующим образом.

Ветер дует на ветрогенератор, центральная ось (труба (4)) начинает вращаться по направлению ветра, при этом за счет обтекателя (1) поток ветра раздваивается на два потока, на конце обтекателя (1) поток ветра сжимается, уплотняется и начинает вращать барабаны (2) с лопастями навстречу друг другу (в разные стороны). При этом за счет того, что обтекатель закрывает собой нерабочую зону лопастей и на них не оказывается давление ветра, а наоборот тот поток воздуха, который мог бы давать сопротивление направляется на рабочие лопасти и с удвоенной силой вращает их, тем самым обеспечивается повышение мощности в 2 раза.

Например, если мощность обычного ветрогенератора составляет от 10 до 500 Вт, то использование заявленного ветрогенератора увеличит указанные мощности в 2 раза.

Были изготовлены образцы вертикально-осевого ветрогенератора с центральной осью, на которой закреплены вращающиеся лопасти и заявленного двухосного лопастного вертикального ветрогенератора, при этом проведенный эксперимент показал, что при дуновении ветра на вертикально-осевой ветрогенератор вырабатывается 10 Вт электроэнергии, а при дуновении ветра на двухосный лопастной вертикальный ветрогенератор вырабатывается 20 Вт электрической энергии. Таким образом, заявленный ветрогенератор обеспечивает повышение мощности.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к двухосному лопастному вертикальному ветрогенератору с двухсторонним обтекателем и с центральной осью - основной в центре обтекателя, и может быть использовано для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. Двухосный лопастной вертикальный ветрогенератор содержит опору, выполненную в виде центральной трубы с ограничителем по высоте, установленной в грунт и залитой бетоном, на которую надета другая труба с возможность вращения, являющаяся центральной осью, на которой закреплен распределитель потоков, выполненный в виде металлического обтекателя треугольной формы. Сверху и снизу обтекателя горизонтально установлены овальной формы, переходящей в треугольную форму верхняя и нижняя пластины. На свободных концах овальной формы пластин установлены подшипники со смазкой, соединенные осями, на которых выполнены барабаны с лопастями, встречно вращающиеся и связанные с электрогенераторами, установленными на нижней пластине с возможностью передачи электроэнергии вниз через графитовый переходник по проводу. Между верхней и нижней пластинами установлены распорные металлические балки для фиксации от проседания барабанов. Техническим результатом является повышение производимой мощности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двухосный лопастной вертикальный ветрогенератор, характеризующийся тем, что содержит опору, выполненную в виде центральной трубы с ограничителем по высоте, установленной в грунт и залитой бетоном, на которую надета другая труба с возможностью вращения, являющаяся центральной осью, на которой закреплен распределитель потоков, выполненный в виде металлического обтекателя треугольной формы, при этом сверху и снизу обтекателя горизонтально установлены овальной формы, переходящей в треугольную форму верхняя и нижняя пластины, на свободных концах овальной формы которых установлены подшипники со смазкой, соединенные осями, на которых выполнены барабаны с лопастями, встречно вращающиеся и связанные с электрогенераторами, установленными на нижней пластине с возможностью передачи электроэнергии через графитовый переходник по проводу, установленный в нижней части центральной оси, причем между верхней и нижней пластинами установлены распорные металлические балки для фиксации от проседания барабанов.

2. Ветрогенератор по п.1, характеризующийся тем, что обтекатель треугольной формы выполнен из алюминия или железа.