RU2375603C2 - Вихревая ветроэнергетическая установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электроэнергию. Вихревая ветроэнергетическая установка состоит из, по меньшей мере, одного модуля, имеющего каркас из стоек, связанных поперечинами и регулировочными стяжками. На стойках каркаса модуля установлен направляющий аппарат в виде плоского основания с установленными на его поверхности вертикальными лопатками. Дискообразное основание охватывает ротор с основными и вспомогательными лопастями. Гибкий вал нижним концом соединен кинематически с валом электрогенератора. Каждая вертикальная лопатка выполнена составной из выпуклых передней неподвижной и задней подвижной секций, последняя из которых кинематически связана с механизмом изменения угла атаки направляющего аппарата. Каждая из основных и вспомогательных лопастей ротора выполнена составной из центральной прямолинейной и сопряженной с ней изогнутой в плане в противоположных направлениях передней и задней секций. Ротор каждого модуля выполнен с закрепленными на его поверхности у передней и задней кромки каждой лопасти криволинейными в плане предкрылками и закрылками. Установка обеспечивает увеличение энергетической эффективности и возможность работы от слабых ветров и восходящих тепловых потоков. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается вихревых ветроэнергетических установок, использующих альтернативный источник энергии.

Известна из патента Российской Федерации №2215898, кл.⁷ F03D 3/04, 2003 г., вихревая ветроустановка, содержащая по меньшей мере, один модуль в виде установленного на основание ротора с вертикальной осью вращения, имеющего криволинейные лопасти, изогнутые по форме аэродинамических крыльев, охватывающий ротор направляющий аппарат с лопатками, кривизна которых ориентирована в противоположном окружном направление.

Недостатками вышеуказанного технического решения являются недостаточная мощность, неполное преобразование энергии ветра и невозможность и нестабильность работы при ветрах переменной силы.

Наиболее близкой по своей технической сути к предложенной является известная из патента Российской Федерации №2249722, кл.⁷ F03D 3/04, 2004 г. Вихревая ветроэнергетическая установка, содержащая, по меньшей мере один кинематически связанный с электрогенератором модуль, на вертикальном валу которого закреплен имеющий вертикальные фигурные лопасти дискообразный ротор, охватываемый направляющим аппаратом, образованным горизонтальным плоским дискообразным основанием с установленными на его поверхности концентрично по окружности вертикальными лопатками, вертикальные поперечные сечения которых соответствуют поперечным аэродинамическим сечениям крыльев летательных аппаратов.

Недостатками этого технического решения являются неполное преобразование энергии ветра недостаточная мощность и нестабильность работы при ветрах переменного направления и переменной силы.

Целью изобретения является увеличение энергетической эффективности и обеспечение возможности работы вихревой ветроэнергетической установки от слабого ветра и восходящих тепловых потоков.

Поставленные задачи достигаются тем, что в вихревой ветроэнергетичесой установке, содержащей, по меньшей мере, один кинематически связанный с электрогенератором модуль, на вертикальном валу которого закреплен имеющий вертикальные фигурные лопасти дискообразный ротор, охватываемый направляющим аппаратом, образованным горизонтальным плоским дискообразным основанием с установленными на его поверхности концентрично по окружности вертикальными лопатками, вертикальные поперечные сечения которых соответствуют поперечным аэродинамическим сечениям крыльев летательных аппаратов, модуль снабжен сблокированными попарно и образующими каркас опорными стойками, смежные из которых кинематически связаны друг с другом посредством регулируемых по длине стяжек, направляющий аппарат - механизмом изменения угла атаки лопаток, ротор - вспомогательными вертикальные фигурными лопастями и закрепленными на поверхности ротора у передней и задней кромок криволинейными в плане предкрылком и закрылком, вертикальный вал ротора выполнен гибким, каждая лопатка - составной из выпуклых передней неподвижной и задней подвижной секций, последняя из которых кинематически связана с механизмом изменения угла атаки лопаток, каждая основная и вспомогательная лопасти выполнены составными из центральных прямолинейных и сопряженных с ними изогнутых в плане в противоположных направлениях передних и задних секций, при этом вышеуказанные основные и вспомогательные лопасти сблокированы попарно и образуют основную и вспомогательную осесимметричные пары, последняя из которых развернута относительно основной пары лопастей в плане против часовой стрелки на угол α, равный 5-20°, а расстояние T₁ между лопастями основной пары и расстояние Т₂ между лопастями вспомогательной пары составляют соответственно 0,5-0,7 и 0,9-1,2 радиуса R ротора, причем длина L₁ лопастей основной пары превышает в 1,85-2,1 раза длину лопастей L₂ вспомогательной пары.

Кроме того, вихревая ветроэнергетическая установка может быть снабжена дополнительными модулями и шумопоглащающим покрытием, гибкие валы модулей могут образовывать общий вертикальный вал, а соединенный с последним электрогенератор может быть выполнен многополюсным и низкооборотным.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид вихревой ветроэнергетической установки в разрезе; на фиг.2 - узел А крепления модулей на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б - Б на фиг.1 и на фиг.4 - узел В на фиг.1.

Предлагаемая вихревая ветроэнергетическая установка состоит из по меньшей мере одного модуля 1, установленного на основании посредством каркаса, образованного опорными стойками 2, связывающими их друг с другом поперечинами 3 и регулировочными стяжками 4. На опорных стойках 2 каркаса модуля 1 смонтирован направляющий аппарат в виде горизонтального кольцевого плоского дискообразного основания 5 с установленными на его поверхности концентрично по окружности вертикальными лопатками 6, вертикальные поперечные сечения которых соответствуют поперечным аэродинамическим сечениям крыльев летательных аппаратов. Дискообразное основание 5 охватывает закрепленный на вертикальном гибком вале 7 дискообразный ротор 8, имеющий основные 9 и вспомогательные 10 вертикальные фигурные лопасти. Вертикальный гибкий вал 7 нижним концом соединен кинематически с валом электрогенератора 11, который может быть выполнен многополюсным и низкооборотным и пропущен через охватывающую его втулку 12 ротора 8. Каждая вертикальными лопатка 6, выполнена составной из выпуклых передней неподвижной 13 секции и задней подвижной 14 секции, кинематически связанной с механизмом 15 изменения угла атаки последней. Каждая из основных 9 и вспомогательных 10 лопастей выполнены составными из центральных прямолинейных 16 и сопряженных с ними изогнутых в плане в противоположных направлениях передних 17 и задних 18 секций. Дискообразный ротор 8 выполнен с закрепленными на его поверхности у передней и задней кромки каждой основной 9 и вспомогательной 10 лопасти криволинейными в плане предкрылками 19 и закрылками 20. Основные 9 и вспомогательные 10 лопасти сблокированы попарно и образуют осесимметричные пары, последняя из которых развернута относительно другой пары лопастей в плане против часовой стрелки на угол α, равный 5-20°. Расстояние T₁ между основными 9 лопастями и расстояние Т₂ между вспомогательными 10 лопастями составляют соответственно 0,5-0,7 и 0,9-1,2 радиуса R ротора 8. Длина L₁ основных 9 лопастей превышает в 1,85-2,1 раза длину L₂ вспомогательных 10 лопастей.

Для снижения уровня акустических колебаний, возникающих при работе вихревой ветроэнергетической установки, последняя снабжена шумопоглощающим покрытием (на чертежах условно не показанного).

Работает вихревая ветроэнергетическая установка следующим образом. Набегающий воздушный поток (ветер) поступает между лопатками 6 горизонтального кольцевого плоского дискообразного основания 5. При этом благодаря тому, что расстояния между смежными выпуклыми задними 14 подвижными секциями лопаток 6 сужаются по мере приближения к оси симметрии кольцевого плоского дискообразного основания 5 направляющего аппарата, происходит закрутка отдельных струй воздушного потока и переход набегающих потоков воздуха из ламинарного режима в турбулентный (формирующий вихрь). Вследствие чего его рабочая масса увеличивается (происходит приток воздуха из пограничных с основным потоком областей) и поступает на вертикальные основные 9 и вспомогательные 10 лопасти ротора 8 без изменения направления своего движения. Вертикальные основные 9 и вспомогательные 10 лопасти ротора 8, движущиеся навстречу турбулентному потоку воздуха перекрываются лопатками 6 кольцевого плоского дискообразного основания 5, по поверхности которого скользит поток воздуха, создающий благодаря торможению его указанной поверхностью эффект эжекции. Что вызывает в свою очередь снижение давления в зоне за вихревой ветроэнергетической установкой, обуславливает дополнительное увеличение вырабатываемой энергии за счет более эффективного удаления воздушных масс из межлопаточных пространств кольцевого плоского дискообразного основания 5. Вращение ротора 8 преобразуется в электрическую энергию путем вращения вала электрогенератора 11. В случае использования одновременно кроме модуля 1 независимо дополнительных модулей 21, смонтированных соосно с последним сквозь втулки 12 роторов 8 всех одновременно используемых модулей пропущен гибкий вал 7 передающий момент вращения вала электрогенератора 11, он снабжен сцеплением и тормозом (на чертежах условно не показанных).

В процессе работы вихревой ветроэнергетической установки скорость вращения роторов модулей контролируется датчиком числа оборотов (на чертежах условно не показан). При изменении скорости ветра и, следовательно, изменении числа оборотов ротора генератора - по сигналу, получаемому от соответствующего датчика, осуществляется автоматически.

Изобретение может быть использовано в ветроэнергетике при создании вихревых ветроэнергетических установок, осуществляющих преобразование энергии воздушного потока. Вихревая ветроэнергетическая установка может применяться на местности, где преимущественно скорость ветра не велика и не стационарна во времени.

Claims (4)

1. Вихревая ветроэнергетическая установка, содержащая по меньшей мере один кинематически связанный с электрогенератором модуль, на вертикальном валу которого закреплен имеющий вертикальные фигурные лопасти дискообразный ротор, охватываемый направляющим аппаратом, образованным горизонтальным плоским дискообразным основанием с установленными на его поверхности концентрично по окружности вертикальными лопатками, вертикальные поперечные сечения которых соответствуют поперечным аэродинамическим сечениям крыльев летательных аппаратов, отличающаяся тем, что модуль снабжен сблокированными попарно и образующими каркас опорными стойками, смежные из которых кинематически связаны друг с другом посредством регулируемых по длине стяжек, направляющий аппарат - механизмом изменения угла атаки лопаток, ротор - вспомогательными вертикальными фигурными лопастями и закрепленными на поверхности ротора у передней и задней кромок криволинейными в плане предкрылком и закрылком, вертикальный вал ротора выполнен гибким, каждая лопатка - составной из выпуклых передней неподвижной и задней подвижной секций, последняя из которых кинематически связана с механизмом изменения угла атаки лопаток, каждая основная и вспомогательная лопасти выполнены составными из центральных прямолинейных и сопряженных с ними изогнутых в плане в противоположных направлениях передних и задних секций, при этом вышеуказанные основные и вспомогательные лопасти сблокированы попарно и образуют основную и вспомогательную осесимметричные пары, последняя из которых развернута относительно основной пары лопастей в плане против часовой стрелки на угол α, равный 5-20°, а расстояние T₁ между лопастями основной пары и расстояние Т₂ между лопастями вспомогательной пары составляет, соответственно, 0,5-0,7 и 0,9-1,2 радиуса R ротора, причем длина L₁ лопастей основной пары превышает в 1,85-2,1 раза длину лопастей L₂ вспомогательной пары.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что снабжена дополнительными модулями, гибкие валы которых образуют общий вертикальный вал.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выполнена с шумопоглощающим покрытием.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что электрогенератор выполнен многополюсным низкооборотным.

Images