UA136722U - Вітроенергетична установка - Google Patents

Abstract

Вітроенергетична установка містить баштову конструкцію, опорну платформу, пропелерне вітрове колесо з генератором, прискорювач вітрового потоку, жорстко закріплений на опорній платформі. Опорна платформа виконана у вигляді двох площин, одна з яких нерухома і жорстко закріплена на баштовій конструкції, а друга рухома і встановлена на нерухомій площині опорної платформи з можливістю повороту відносно її площинної поверхні. При цьому прискорювач вітрового потоку виконаний з гнучкого міцного матеріалу у вигляді плоского листа, вигнутого по параболі з можливістю зміни кута розкриття, і має при цьому принаймні одне вікно, яке забезпечене регульованою стулкою і механізмом її регулювання, і встановлений прискорювач вітрового потоку на рухомій площині опорної платформи, крім цього на кожному вертикальному торці прискорювача вітрового потоку закріплено принаймні по одному вітровому колесу з генераторами.

Description

Корисна модель належить до вітроенергетики і служить для перетворення кінетичної енергії вітру в електричну. Вітроенергетична установка призначена для використання в промисловості, сільському господарстві та інших галузях для опалення та освітлення будівель і споруд.

Установка може бути використана в безпосередній близькості до будівель і споруд або на даху будинку, працюючи автономно або паралельно з електромережею.

З аеродинаміки відомо, що кінетична енергія повітряного потоку пропорційна кубу його швидкості. Відповідно і обсяг виробленої вітроенергетичною установкою електричної енергії має кубічну залежність від швидкості повітряного потоку (вітру).

Основною проблемою створення ефективних установок, що перетворюють кінетичну енергію рухомого повітряного середовища в різні види корисної енергії, є необхідність враховувати мінливість напрямків переміщення вітрових потоків, швидкість, силу та інші характеристики. При цьому ці змінні характеристики, як правило, погано піддаються розрахункам і моделюванню, хоча на підставі багаторічних спостережень для кожної місцевості можуть бути визначені місцеві "рози вітрів". У будь-якому випадку установки для перетворення кінетичної енергії рухомого повітряного середовища повинні бути влаштовані таким чином, щоб максимально ефективно "вловлювати" ці потоки в кожен момент часу і з максимально широких напрямків.

Відома вітроенергетична установка, що містить стійку, вітроколесо, пристрій для орієнтування вітроколеса на вітер, що складається з хвоста і поворотної платформи, на нижньому боці якої встановлений трубчастий оголівок, забезпечений підшипником, а на лопатях вітроколеса встановлені сегментні роторні елементи, орієнтовані до центру вітроколеса (патент

КИ Мо 2237192, опубл. 27.09.2004).

Недоліком даної установки є не дуже ефективне "уловлювання" вітру, зокрема через відносно малі площі поверхні лопатей, що контактують з вітром.

Спроби підвищити ефективність "уловлювання" вітру за рахунок виконання рухомих площин кожної лопаті вітродвигуна, опорних кілець і вітронаправляючих екранів із плівкових матеріалів з різними фізико-механічними властивостями у вигляді одного або декількох порожніх герметичних обсягів, заповнених газовою сумішшю з різним внутрішнім тиском, які з'єднані між собою і утворюють обсяг необхідної конструкції, не привели до яких-небудь істотних покращень,

Зо а по ряду показників отримали негативний результат. Так, зокрема, при спробі збільшення розміру площі поверхні лопатей, що контактує з вітром, різко знизилась надійність таких установок і знизився їх ККД. При цьому з'явилася необхідність створення більш укріплених, більш масивних і громіздких опор, що пов'язано зі значним збільшенням витрат на будівництво і обслуговування таких вітроенергетичних установок (Патент КО Мо 2292485, опубл. 27.01.2007).

Більш сучасні конструкції установок для перетворення енергії рухомого повітряного середовища забезпечені спеціальними направляючими потік засобами, які призначені для концентрації і "акумулювання" спочатку різноспрямованих природних потоків повітря в зоні лопатей турбінного колеса.

Як приклад такого типу установки можна назвати відомий вітродвигун, який містить вертикальний вал з прикріпленими до нього плоскими лопатями (Патент КО Мо 2237822, опубл. 10.10.2004). Вал через зубчасте колесо і редуктор механічно пов'язаний з електрогенератором.

Навколо лопатей між верхньою і нижньою плитами встановлені вітронаправляючі стіни, одні кінці яких розташовані у колі, яке описують лопаті, а інші їх кінці відведені до периферії. Як перевага такої вітроустановки зазначено підвищення її ефективності за рахунок наявності вітронаправляючих стін.

Однак її ефективність все ще недостатньо висока, перш за все через те, що неможливо "вловлювати" напрямок до турбінного колеса повітряних потоків, що протікають нижче і вище, відповідно, нижньої і верхньої плити.

Відома вітроенергетична установка (патент КИ Мо 2254495, опубліковано 20.06.2005 г., Бюл.

Ме17), що складається з щогли, підстави, що повертається під дією вітру щодо вертикальної осі щогли, вітрила, що сприймає потік вітру, і механізмів повороту вітрила відносно горизонтальної і вертикальної його осей. Кожен з механізмів повороту вітрила відносно горизонтальної і вертикальної осей кінематично шарнірно з'єднаний з основою і один з одним важелями і тягою і пов'язаний з робочим органом установки наприклад тросом. Наявність пристрою повороту вітрила відносно горизонтальної осі забезпечує при повороті (хитанні вітрила відносно горизонтальної осі) зворотно-поступальне переміщення як вітрила, так і пов'язаного з ним важеля, закріпленого над горизонтальною віссю пристрою, і робочого органу - троса і далі поршня насоса.

Дана вітроенергетична установка також досить складна, як у виготовленні, так і в обслуговуванні. До того ж, використання в її кінематиці тросових елементів знижує надійність роботи в несприятливих погодних умовах, особливо - при ожеледі.

Те ж саме можна сказати і про іншу відому вітроелектричну установку, яка містить вітрильні лопаті і пов'язані з ними опорні візки, встановлені на замкнутій колії (ЗО 1275114 опубліковано 07.12.1986). Вітрильні лопаті пов'язані тросами з опорними візками і шківом генератора.

Парусна лопать під дією вітру переміщується у напрямку вітру, а інша переводиться в горизонтальне положення і рухається назустріч вітру.

Відома вітроенергетична установка, що містить два вітрила, що здійснюють коливальні рухи відносно один одного і по черзі змінюють свій опір вітру, причому вітроенергетична установка виконана у вигляді вертикальних щогл з установленими на їх верхніх кінцях вітрилами і шарнірно закріпленими на підставі нижніми кінцями, обладнана пристроєм для перетворення енергії, причому верхні кінці щогл мають можливість гойдатися відносно один одного в протифазі. Крім цього вітроенергетична установка має гідравлічний пристрій, пов'язаний з низом щогли. При цьому щогли виконані у вигляді просторового шарнірного паралелограма (патент КУ Мео2131537, опубл.10. 06. 1999 р).

До недоліків даної установки слід віднести її громіздку конструкцію, це стосується і самих щогл і, особливо, механізму відкриття і закриття паралельних пластин вітрил, а також механізму переводу вітрил в горизонтальне положення.

Найбільш близькою за технічною суттю до корисної моделі є відома вітроенергетична установка, що містить баштову конструкцію, опорну поворотну платформу, пропелерне вітрове колесо з генератором і хвостове оперення. Перед площиною лопатей встановлено кільце- конфузор, що дозволяє збирати додатковий вітровий потік, і закріплено воно жорстко з опорної поворотною платформою, а площа хвостового оперення збільшена для підтримання орієнтації вітроенергетичної установки (Патент КИ Мо: 65579, опубл. 10.08.2007г, бюл. Мо 22).

Недоліком відомого пристрою є низьке значення ККД установки через утворення на вході в конфузор повітряної подушки, тому що вітроколесо створює підпір і частина повітряного потоку, в цьому випадку, обтікає конфузор по його зовнішній поверхні. Все це не дозволяє в повному обсязі корисно перетворювати енергію вітру.

Зо В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності роботи вітроенергетичної установки, спрощення конструкції, розширення технологічних можливостей використання.

Технічний результат, який досягається при вирішенні поставленої задачі, виражається у підвищенні коефіцієнта використання вітрової енергії, а також підвищенні ККД генератора, спрощенні конструкції, зниженні маси вітроенергетичної установки, крім того з'являється можливість використовувати установку як на великих висотах, так і на малих.

Поставлена задача вирішується тим, що в вітроенергетичній установці, що містить баштову конструкцію, опорну платформу, пропелерне вітрове колесо з генератором, прискорювач вітрового потоку, жорстко закріплений на опорній платформі, згідно з корисною моделлю, опорна платформа виконана у вигляді двох площин, одна з яких нерухома і жорстко закріплена на баштовій конструкції а друга рухома і встановлена на нерухомій площині опорної платформи з можливістю повороту відносно її площинної поверхні, при цьому прискорювач вітрового потоку виконаний з гнучкого міцного матеріалу у вигляді плоского листа, вигнутого по параболі з можливістю зміни кута розкриття, і має при цьому принаймні одне вікно, яке забезпечене регульованою стулкою і механізмом її регулювання, встановлений прискорювач вітрового потоку на рухомій площині опорної платформи, крім цього на кожному вертикальному торці прискорювача вітрового потоку закріплено принаймні по одному вітровому колесу з генераторами.

Таке конструктивне виконання прискорювача вітрового потоку з розміщеними на ньому вітровими колесами з генераторами дозволяє за рахунок зміни напрямку руху частинок (молекул повітря) передавати імпульс енергії від частки (молекули), що летить попереду, частці (молекулі), яка вже змінила напрямок свого руху після початку взаємодії з прискорювачем.

Відбувається підсумовування їх імпульсів, а не взаємознищення, і при цьому траєкторія руху частинок набуває форму дуги що, в свою чергу, створює ефект руху по колу з виникненням від відцентрових прискорень. Прискорення, як відомо з елементарних законів фізики, збільшує швидкість руху. У природі цей ефект схожий з ефектом вихору, який і є по суті сконцентрованою енергією вітру, що обертається. Як результат, потік прискорюється і його ефективність для зняття з нього його ж енергії, але у вигляді вже нового придбаного імпульсу, зростає, не перетворюючи види енергій, а використовуючи результат взаємодії часток, перетворюючи бо імпульси руху і змінену форму траєкторії руху, що призводить до прискорення того ж потоку.

Після зіткнення з прискорювачем вітрового потоку, який представляє собою лист полірованого металу або полімерного матеріалу, зігнутого у вигляді параболи, молекули повітря відскакують, змінюючи при цьому свій напрямок руху не на 180 градусів щодо початкового руху, а в іншому напрямку, так як поверхня відштовхування не рівно перпендикулярна площині, а вигнута у формі параболи і має гладку поліровану поверхню. Наступна молекула, що летить за першою, ударяється вже з відскочившою молекулою і, як описувалося вище, їх зіткнення не є абсолютно протилежним за напрямком під кутом 180 градусів, тому між ними не відбувається взаємно нищівного впливу, а відбувається чергове відштовхування і зміна напрямку руху. В результаті виниклої перешкоди встановленого перпендикулярно потоку прискорювача вітрового потоку локально в різних місцях змінюється щільність середовища в потоці повітря. За рахунок того, що не відбувається зіткнення молекул з абсолютно протилежним напрямком руху, енергія потоку не згасає і прискорювач не є перешкодою, що гасить швидкість перенесення, а просто звужує умовний прохід і одночасно ущільнює і прискорює потік повітря так, що масове перенесення не змінюється, а у вузькому місці просто прискорюється. Наявність отвору у вигляді вікна в прискорювачі знімає перешкоджання вільному проходженню вітрового потоку за своїм напрямом при ураганному вітрі і не створює умов для збільшення навантажень на всі механізми вітроенергетичної установки і виключає можливість поломки і зриву прискорювача, що підвищує безпечну експлуатацію вітроенергетичної установки і її ефективність.

Прискорення потоку і його ущільнення вирішує конструктивне виконання прискорювача вітрового потоку.

Суть корисної моделі пояснюється кресленнями.

Фіг. 1 - схематично зображує вітроенергетичну установку, виконану згідно з корисною моделлю, аксонометрія.

Фіг. 2 - вид з боку на фіг. 1.

Фіг. З - вид зверху.

Вітроенергетична установка містить баштову конструкцію 1, що містить опори 2, майданчик технічного обслуговування З з огорожею 4 і сходи 5. У верхній частині баштової конструкції 1 розміщена опорна платформа 6, виконана у вигляді двох площин, одна з яких нерухома 7 і жорстко закріплена на баштовій конструкції 1, а друга 8 виконана рухомою і встановлена на

Зо нерухомій 7, з можливістю повороту щодо її плоскої поверхні. На рухомій площині 8 опорної платформи 6 встановлений і жорстко закріплений прискорювач вітрового потоку 9, виконаний у вигляді плоского листа, вигнутого по параболі, з можливістю зміни кута розкриття. Виконаний він з міцного гнучкого матеріалу. На кожному вертикальному торці 10 ії 11 прискорювача вітрового потоку 9 закріплено принаймні по одному вітровому колесу 12 з генераторами (на кресленні не позначено). На опуклій стороні прискорювача вітрового потоку 9 закріплений флюгер 13, як допоміжний пристрій, який допомагає прискорювачу вітрового потоку 9 позиціонуватися перпендикулярно потоку повітря. Для більш точного і остаточного позиціонування прискорювача 9 встановлений також привід 14 для примусового повороту верхньої рухомої 8 площини опорної платформи 6.

У разі ураганного вітру, швидкість якого перевищує 35 м/с, в прискорювачі вітрового потоку 9 виконано принаймні одне вікно 15, забезпечене стулкою 16, виконаною регульованою, з можливістю зміни площі проходу потоку повітря щодо вікна 15 і механізмом її регулювання 17.

Вітроенергетична установка працює наступним чином.

Потік повітря, що набігає при первинній взаємодії з вітроенергетичною установкою, під дією свого напору розгортає прискорювач вітрового потоку 9 перпендикулярно своєму напрямку прогином прискорювача 9 до себе. Цьому обертанню прискорювача вітрового потоку 9 на поворотній площині 8 платформи 6 сприяє флюгер 13. При малих вітрах в повороті допомагає привід 14. Як результат взаємодії, повітряний потік розділяється на два рівних потоки. Ці два потоки ущільнюються, змінюють свій напрямок на краї 10, 11 прискорювача 9 і прискорюються, отримавши максимальну швидкість на кінцях прискорювача 10, 11. На обох кінцях 10, 11 прискорювача 9 встановлені вітрові колеса 12 в збірці з генераторами, які і перетворюють енергію потоку вітру в електричну. Як результат, ми отримуємо швидкість потоку вітру в зоні, де розміщені вітрові колеса 12 з генераторами, в 2,5 рази вище, ніж первісна швидкість потоку, що набігає до взаємодії з прискорювачем 9. У разі ураганного вітру, швидкість якого перевищує 35 м/с, в прискорювачі вітрового потоку 9 стулкою 16 за допомогою механізму регулювання 17 регулюють розмір відкриття вікна 15. Таким чином знімають перешкоду для вільного проходження вітрового потоку за своїм напрямом. В даному випадку при ураганному вітрі прискорювач 9 не є перешкодою для вітрового потоку і не створює умов для збільшення навантажень на всі механізми вітроенергетичної установки і виключає можливість поломки і 60 зриву прискорювача 9, що гарантує безпечну експлуатацію вітроенергетичної установки.

В результаті вітроенергетична установка підвищує свій ККД на 100 95, так як за принципом своєї роботи швидкість обертання вітрових коліс прямо пропорційна кубу швидкості потоку.

Таким чином установка, що заявляється, може бути використана на малих висотах, де швидкість вітру нижче, а також може бути встановлена і без башти, наприклад на плоских дахах будинків, при цьому вона позбавлена можливості створювати шум частотою 6-7 герц і легко може бути захищена від попадання під лопаті генераторів птахів.

Використання пропонованого пристрою дозволить: - перетворити енергію вітру в електричну енергію при малих швидкостях вітру, що дозволяє використовувати установку цілий рік на великих і малих висотах - це дає значний приріст виробленої електроенергії за рік і розширює функціональні можливості установки; - використовувати більш ефективні багатолопатеві і швидкохідні вітрові колеса, що виключає появу шкідливої вібрації 6-7 Герц; - більш ефективно використовувати енергію вітрового потоку у порівнянні з установками таких же габаритів.

Можливе використання кількох вітроенергетичних установок, об'єднаних у комплекс.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Вітроенергетична установка, що містить баштову конструкцію, опорну платформу, пропелерне 20 вітрове колесо з генератором, прискорювач вітрового потоку, жорстко закріплений на опорній платформі, яка відрізняється тим, що опорна платформа виконана у вигляді двох площин, одна з яких нерухома і жорстко закріплена на баштовій конструкції, а друга рухома і встановлена на нерухомій площині опорної платформи з можливістю повороту відносно її площинної поверхні, при цьому прискорювач вітрового потоку виконаний з гнучкого міцного 25 матеріалу у вигляді плоского листа, вигнутого по параболі з можливістю зміни кута розкриття, і має при цьому принаймні одне вікно, яке забезпечене регульованою стулкою і механізмом її регулювання, і встановлений прискорювач вітрового потоку на рухомій площині опорної платформи, крім цього на кожному вертикальному торці прискорювача вітрового потоку закріплено принаймні по одному вітровому колесу з генераторами. ; т Ж Ко їй Й що і

   -. ж пе ЛЕ а ЕК ре Я же й Еї Я ре жен Где я ше | Й з | сення с ; зання й я Піни ак ШИ ж ши ше 2 пед В от жк КО Жанни й же ши че шк ШІ ШИ З І ех В ЕЗ. о уюижю КЕ ЕЕ бе 8 Ех нн Ше ся Ще бок ша ше НЕ Же Б Вк Ек ТЕ о ща і іі

   Яка.

   Б п кв яю пише пи и ЧИ ик М: но ! і х р Х ї х КУ гі КК ча з Ж в | А Кі лу Ба - Ш-ся ї чо о 7 ра ПІНА ТІНИ - т РЕК пи СИ її -Ї х аа | Де Шан пи ШЕ, Шная і і се Е ї и шк ї й Кк, най и" яке шк ТБ сл о Й Б; Уві й

   Фі. г- 8 пи і яд. ра і ! ! й / я сові. НИ / ї й Б» ОКО Й М Її й / й у ; д Ь ; Ії? | й А | гі

   Я... А У 7 к-т МИ у -- нн ма Щі Ї їх -ї7 8 обіг. Я