RU184844U1

RU184844U1 - Ветроэлектростанция

Info

Publication number: RU184844U1
Application number: RU2018132421U
Authority: RU
Inventors: Денис Валентинович Тяглин
Original assignee: Денис Валентинович Тяглин
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2018-11-12

Abstract

Полезная модель относится к ветроэнергетике и предназначена для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию вращения лопастной системы с последующим ее преобразованием в электрическую энергию. Ветроэлектростанция включает как минимум одну опорную раму, выполненную с возможностью ее крепления между, как минимум, тремя радиально расположенными сооружениями, вал, расположенный на раме, выполненный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и функционально соединенный с электрогенератором, и лопастную систему, закрепленную на валу. Согласно заявляемому техническому решению, по периметру рамы закреплены щиты, расположенные по касательной к окружности лопастной системы. Площадь одной лопасти лопастной системы может быть равна от 5 до 1000 кв. м. Ветроэлектростанция может включать дополнительные лопастные системы, расположенные на валу одна над другой. Технический результат заявляемого технического решения проявляется в повышении эффективности работы ветроэлектростанции.

Description

Техническое решение относится к ветроэнергетике и предназначено для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию вращения лопастной системы с последующим ее преобразованием в электрическую энергию.

Из уровня техники известно техническое решение «Ветроэлектростанция», содержащая корпус и рабочий вал, установленный в корпусе с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси, закрепленное на вале ветроколесо, выполненное в виде усеченного конуса, с лопастями, закрепленными вдоль образующих конуса. Корпус содержит стойку-кронштейн и основание. Патент РФ на полезную модель №155147, МПК F03D 3/06, F03D 11/00, опубликован 20.09.2015.

Общими признаками приведенного решения и заявляемого решения являются:

- наличие рамы;

- наличие вала, закрепленного на раме с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и функционально соединенного с электрогенератором;

- наличие ветроколеса, закрепленного на вале.

Отличительными признаками приведенного решения и заявляемого решения являются:

- выполнение рамы с возможностью закрепления между тремя радиально расположенными сооружениями;

- размещение на раме щитов по касательной к окружности лопастной системы.

Недостатком данного решения является низкая мощность ветроэлектростанции, так как предложенные конструкция корпуса и варианты закрепления вала и ветроколеса не обеспечивают жесткость конструкции и устойчивость ветроэлектростанции, достаточную для использования лопастных систем с большими площадями лопастей. К тому же скорость вращения вала ветроэлектростанции зависит напрямую от переменной составляющей скорости ветра воздушного потока.

Из уровня техники известно техническое решение, выбранное в качестве наиболее близкого аналога, по патенту РФ на полезную модель «Ветроэлектростанция» № 181069, МПК F03D 3/00, F03D 9/00, опубликован 04.07.2018. Известное устройство содержит опорную раму, выполненную с возможностью крепления, как минимум, между тремя радиально расположенными сооружениями. На раме расположен вал, выполненный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и функционально соединенный с электрогенератором. На валу закреплена лопастная система.

- наличие рамы;

- наличие вала, закрепленного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и функционально соединенного с электрогенератором;

- наличие лопастной системы, закрепленной на валу.

Для данного решения характерна недостаточно высокая эффективность работы ветроэлектростанции из-за слабой тяги и направленности потока воздуха к лопастной системе.

Задача заявляемого решения состоит в преодолении недостатков известных решений и в создании ветроэлектростанции, обладающей высокой эффективностью и надежностью.

Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности работы ветроэлектростанции. Заявляемый технический результат достигается тем, что ветроэлектростанция, которая включает, как минимум, одну опорную раму, выполненную с возможностью ее крепления между, как минимум, тремя радиально расположенными сооружениями, вал, расположенный на раме, выполненный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и функционально соединенный с электрогенератором, и лопастную систему, закрепленную на валу, дополнительно содержит щиты, расположенные по касательной к окружности лопастной системы, закрепленные по периметру рамы. Площадь одной лопасти лопастной системы может иметь размеры от 5 до 1000 кв. м. Ветроэлектростанция может включать дополнительные лопастные системы, расположенные на валу одна над другой.

В целях понимания заявляемого решения под щитом следует понимать деталь, например, в виде пластины, обеспечивающую отклонение и направление потока воздуха в заданном направлении. А обтекатель представляет собой элемент конструкции, способствующий приданию ей формы, облегчающей обтекание её потоком воздуха.

За счет щитов, расположенных по касательной к окружности лопастной системы и закрепленных по периметру рамы, осуществляется управление тягой и направленностью воздушного потока, влияющего на эффективность работы устройства. Такое закрепление щитов по периметру рамы вокруг лопастной системы, способствует концентрированию воздушных потоков и направлению их по касательной на лопасти, усиливая их вращения, тем самым повышая мощность ветроэлектростанции.

Вал ветроэлектростанции, закрепленный на опорной раме с возможностью вращения, конструктивно соединен с электрогенератором любым известным из уровня техники способом для передачи вращения, вызванного воздействием кинетической энергии ветра на лопасти лопастной системы, в механическую энергию вращения элементов электрогенератора для преобразования ее в электрическую энергию. При этом сам электрогенератор может быть, как непосредственно связан с вращающимся валом, так и размещен отдельно с использованием известного способа передачи вращения. Вал может быть закреплен на раме любым известным способом, например, в двух точках – в верхней и нижней частях рамы.

Выполнение лопастной системы с вертикальной осью также способствует эффективной работе ветроэлектростанции и ее надежности, так как такое расположение лопастной системы при любых изменениях направления ветра одинаково хорошо воспринимает его кинетическую энергию, опорная рама, на которой такая система закреплена (как и вся конструкция ветроэлектростанции), испытывает меньшие нагрузки от потока ветра.

Размещение опорной рамы между, как минимум, тремя радиально расположенными сооружениями с закреплением вала к опорной раме обеспечивает устойчивость и надежность всей конструкции, что позволяет использовать лопастные системы с большими параметрами, например, с площадью одной лопасти от 5 до 1000 кв.м., что уменьшает колебательные нагрузки на конструкцию ветроэлектростанции, одновременно увеличивая эффективность её работы и повышая мощность.

Закрепление опорной рамы между, как минимум, тремя радиально расположенными обтекаемыми сооружениями способствует эффективной работе ветроэлектростанции, посредством создаваемого воздушного коридора, позволяющего формировать усиленные потоки ветра при любом его направлении.

Более того, включение в конструкцию рамы щитов, закрепленных по периметру рамы, способствует дополнительному сжатию потока воздуха и регулированию его направления по касательной на лопастную систему, обеспечивает эффективное регулирование частоты вращения вала и величины крутящего момента, что повышает эффективность работы ветроэлектростанции, а также придает статичность ее конструкции.

Оптимальная высота зданий от 5 до 800 м, а высота расположения первой лопастной системы – 5-15 м. Лопастные системы могут располагаться на роторе одна над другой.

Суть заявляемого решения поясняется с помощью фигур, на которых представлен один из вариантов конструкции ветроэлектростанции.

На фиг.1 представлен вид сверху.

На фиг.2. представлен вид сбоку

На фигурах 1 и 2 позиции имеют следующее обозначение: 1 – опорная рама, 2 – вал, 3 – лопастная система, 4 – обтекатель,5 – щит.

Осуществление заявляемого технического решения поясняется далее на примере одного из возможных вариантов исполнения.

Возводят любым известным способам три сооружения, в частности, многоэтажных здания, выполненных в такой форме, которая позволяет потокам ветра плавно их обтекать. Дополнительно для улучшения обтекания могут быть выполнены воздушные обтекатели, закрепленные на раме. Сооружения могут быть размещены как на равном расстоянии друг от друга, так и на разных, таким образом, что между ними в центре образуется пространство для расположения ветроэлектростанции. Для дополнительной устойчивости, сооружения могут быть скреплены между собой как на любой промежуточной отметке, так и в верхней части конструкции.

Далее к каркасам сооружений в трех точках жестко крепят опорную раму (1) на заранее рассчитанной высоте, например, для 80 этажного здания высота расположения нижней лопастной системы может быть равна 8 метрам. Затем на данной раме (1) крепят вал (2) с вертикальной осью вращения, функционально соединенный с электрогенератором. На валу (2) размещают лопастную систему (3). Параметры и количество лопастей рассчитывают, исходя из ветровых показателей местности, энергетических потребностей, высоты сооружений и т.д. По периметру рамы (1), вокруг лопастной системы (3) и по касательной к ней закрепляют щиты (5). Образованный тремя сооружениями воздушный коридор позволяет усиливать воздушные потоки любого направления ветра, которые, встречаясь с обтекаемыми частями зданий и обтекателей (4), будут направляться в центральную часть на щиты (5), отклоняющие воздушный поток и создающие его эффективное направление по тангенциальной линии на лопастную систему (3), способную воспринимать кинетическую энергию ветра, которая вращаясь, передает движение на вал (2) и к электрогенератору, где происходит преобразование вращательной энергии в электрическую.

Согласно математическим расчетам, данная ветроэлектростанция, содержащая 7-8 лопастных систем, расположенных одна над другой на валу, закрепленном на раме между 80 этажными зданиями, может обеспечивать потребности в электроэнергии трех 80 этажных зданий, вырабатывая не менее 7,5 МВт с каждой лопастной системы. К электрогенератору могут быть дополнительно подключены накопители электроэнергии.

Представленные фигуры и описание конструкции не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения в объеме заявляемой формулы.

Ветроэлектростанция характеризуется высокой эффективностью работы за счет управления тягой и направленностью воздушного потока с помощью щитов, размещенных на раме, а также за счет концентрирования воздушных потоков на лопасти, усиливающих их вращение.

Claims

1. Ветроэлектростанция, включающая как минимум одну опорную раму, выполненную с возможностью ее крепления между, как минимум, тремя радиально расположенными сооружениями, вал, расположенный на раме, выполненный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и функционально соединенный с электрогенератором, и лопастную систему, закрепленную на валу, отличающаяся тем, что по периметру рамы закреплены щиты, расположенные по касательной к окружности лопастной системы.

2. Ветроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что площадь одной лопасти лопастной системы равна от 5 до 1000 кв. м.

3. Ветроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что включает дополнительные лопастные системы, расположенные на валу одна над другой.