WO2012074432A1

WO2012074432A1 - Ветрогенератор

Info

Publication number: WO2012074432A1
Application number: PCT/RU2011/000578
Authority: WO
Inventors: Богдан Николаевич ГЛЮЗДИН
Original assignee: Glyuzdin Bogdan Nikolaevich
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2012-06-07

Abstract

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована в лопастных устройствах, преобразующих кинетическую энергию ветра в электрическую или какую-либо другую энергию. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении коэффициента полезного действия (КПД) и совершенствовании конструкции. Это обеспечивается тем, что в ветрогенераторе, содержащем корпус, установленный на мачте и лопастной винт, перед винтом на корпусе установлен направляющий аппарат в виде лопастей. Лопасти направляющего аппарата и лопасти винта состоят из переднего и заднего элементов. Каждый из элементов представляет собой аэродинамический профиль. Расстояние между элементами лопастей направляющего аппарата и элементами лопастей винта подобрано таким образом, что образованная ими щель, выполняет функцию эжектора. Между корпусом ветрогенератора и мачтой установлено демпфирующее устройство.

Description

ΒΕΤΡΟΓΕΗΕΡΑΤΟΡ

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована в лопастных устройствах, преобразующих кинетическую энергию ветра в электрическую или какую-либо другую энергию.

Существующие, в настоящее время, ветрогенераторы, используют фронтальную силу ветра и, соответственно, преобразовывают только малую часть её энергии. Все, без исключения, ветрогенераторы вращаются с невысокой скоростью и на них стараются установить минимальное количество лопастей, а причина одна - желание избежать помпажа (запирания потока воздуха диском, созданным вращающимся винтом). Пришли к компромиссному решению - минимальное количество лопастей и минимальные обороты, но нужны мощности - отсюда, совершенно не оправданные, гигантские размеры современных ветрогенераторов, лопасти которых, в первую очередь тормозят поток и лишь частично используют его для вращения, соответственно и КПД подобной конструкции оставляет желать много лучшего. Увеличение длины лопастей, проблему не решает, а только усугубляет её (заявка РФ е2000130479/6,6.12.2000)

Прототипом предлагаемой полезной модели является ветрогенератор самоуправляемый, включающий вал, генератор, установленный на вращающейся опоре с обмотками на валу, и хвост. Перед генератором на валу установлена коническая насадка с лопатками, лопатки установлены на кронштейнах с возможностью их поворота до установки поверхности лопаток параллельно оси вала, кронштейны имеют пружины, один конец которых соединен с кронштейном, а второй - с основанием лопатки. Пружины подобраны таким образом, что обеспечивают при штормовом ветре поворот лопаток до положения, при котором их поверхности параллельны оси вала (RU, патент JY« 2365781 , МПК 6 F03D 1/00, 2008г.). Недостатками прототипа являются низкий коэффициент полезного действия (КПД), высокая зона рабочих скоростей ветров, а также невысокая надежность устройства.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении КПД и совершенствовании конструкции.

Это обеспечивается тем, что ветрогенератор, содержит корпус, установленный на мачте и лопастной винт. На корпусе перед винтом, установлен направляющий аппарат в виде лопастей. Лопасти направляющего аппарата и лопасти винта состоят из переднего и заднего элементов. Каждый из этих элементов представляет собой аэродинамический профиль. Расстояние между элементами лопастей направляющего аппарата и элементами лопастей винта подобрано таким образом, что образованная ими щель выполняет функцию эжектора. Между корпусом ветрогенератора и мачтой установлено демпфирующее устройство. Кроме того, имеется два механизма разворота лопастей. Один механизм, расположенный в корпусе ветрогенератора, обеспечивает разворот лопастей направляющего аппарата, второй - расположенный во втулке винта, обеспечивает разворот лопастей самого винта. Причём, при развороте лопастей, каждый из четырёх элементов может поворачиваться вокруг своей оси.

Каждый из четырёх элементов (две лопасти направляющего аппарата и две лопасти винта) имеют свой аэродинамический профиль, меняющийся по мере удаления от корневой нервюры. Причём, в большей степени, это касается элементов лопасти винта, поскольку, чем более удалено от оси вращения сечение лопасти, тем выше его линейная скорость, а, соответственно, увеличивается скорость и меняется направление ветрового потока, относительно этого сечения.

Профилированная щель, образованная двумя элементами лопасти, как у направляющего аппарата, так и у винта, выполняет функцию эжектора и направляет воздушный поток вдоль подветренной поверхности лопасти, обеспечивая тем самым её плавное (ламинарное) обтекание, что в данном случае имеет решающее значение. Количество лопастей направляющего аппарата выбирается из условий эффективного разворота потока воздуха по всей площади, образованной винтом.

В заявляемом ветрогенераторе общими признаками для него и его прототипа являются:

- корпус, представляющий собой рамку, выполняющую опорные функции;

- лопастной винт;

- мачта.

Отличительными признаками заявляемой полезной модели и прототипа являются следующие:

- направляющий аппарат;

- направляющий аппарат установленный на корпусе неподвижно;

- направляющий аппарат установлен перед лопастным винтом;

- направляющий аппарат и лопастной винт выполнены в виде лопастей;

- лопасти состоят из переднего и заднего элементов;

- элементы лопастей имеют аэродинамический профиль;

-расстояние между элементами лопастей направляющего аппарата и элементами лопастей винта, подобрано таким образом, что образованная ими щель выполняет функцию эжектора;

-лопасти и элементы лопастей выполнены поворотными;

- поворот лопастей и их элементов осуществляется механизмом разворота;

-механизм разворота направляющего аппарата расположен в корпусе;

- механизм разворота лопастей винта и их элементов расположен во втулке винта;

между корпусом ветрогенератора и мачтой установлено демпфирующее устройство.

з Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели и прототипа позволяет сделать вывод, что заявляемый ветрогенератор не известен из уровня техники и соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Технический результат при осуществлении заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом, заключается в повышении КПД и совершенствовании конструкции.

Совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели имеет причинно- следственную связь с достигаемым техническим результатом. На основании изложенного, можно заключить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию патентоспособности и «промышленная применимость», т.к. пригодна для промышленного применения в области ветроэнергетики в устройствах, преобразующих кинетическую энергию ветра в электрическую или другую энергию.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг. 1 общий вид ветрогенератора;

на фиг. 2 схема рабочего положения лопастей ветрогенератора.

Ветрогенератор содержит корпус 1, втулку винта 2, мачту 3, на корпусе 1 перед втулкой винта 2 расположен направляющий аппарат в виде лопастей, состоящих из переднего 4, заднего 5 элементов и, образованной ими, профилированной щели 8, на втулке винта 2 расположены лопасти винта, также состоящие из переднего 6, заднего 7 элементов и, образованной ими, профилированной щели 9. Между корпусом 1 ветрогенератора и мачтой 3 установлено демпфирующее устройство 10, препятствующее резким разворотам/раскачкам ветрогенератора во время резкой/частой смены направления ветра.

Ветрогенератор работает следующим образом:

При вводе ветрогенератора в работу задаются необходимые параметры системе управления механизма разворота лопастей направляющего аппарата и лопастей винта. Происходит следующее: - передний элемент 4 направляющего аппарата лишь слегка разворачивает поток воздуха, а задний элемент 5 направляющего аппарата, расположенный на незначительном расстоянии, разворачивается таким образом, чтобы довернуть поток на необходимый угол (см. фиг.2). В итоге получаем, развёрнутый на необходимый угол, ламинарный поток за лопастью направляющего аппарата. Расстояние между передним 4 и задним 5 элементами лопасти направляющего аппарата и их взаимное положение подбирается таким образом, чтобы спрофилированная этими элементами щель 8, выполняла функцию эжектора. Благодаря избыточному давлению, воздух, с наветренной стороны лопасти, через профилированную щель 8, выполняющую функцию эжектора, с большой скоростью перетекает на подветренную поверхность заднего элемента 5 лопасти направляющего аппарата и, двигаясь вдоль неё, увлекает за собой поток воздуха. Развернутый на необходимый угол, поток воздуха безударно направляется на передний элемент 6 лопасти винта, благодаря вращению которого, энергия воздуха преобразуется в механическую энергию. Передний 6 и задний 7 элементы лопасти винта занимают такое положение, при котором, заторможенный с наветренной стороны лопасти, поток воздуха, создаёт на ней избыточное давление, результирующая (давящая) сила которого, близка, либо совпадает с направлением вращения лопасти.

На подветренной стороне лопасти винта наблюдается такая же картина обтекания, что и на лопасти направляющего аппарата - на «горбу» переднего элемента 6 лопасти винта скорость потока возрастает, и чтобы, при его дальнейшем обтекании поверхности лопасти, исключить падение скорости потока и его отрыв от её поверхности, спрофилированная передним 6 и задним 7 элементами лопасти щель 9, выполняя функцию эжектора, направляет струю воздуха вдоль наружной поверхности заднего элемента 7 лопасти винта, которая, увлекает за собой поток воздуха, выполняя поставленную задачу. В результате обтекания потоком воздуха, подветренной (наружной) поверхности лопасти, на её поверхности создаётся разряжение, результирующая сила которого, тянет лопасть по направлению, совпадающим или близким с направлением её вращения. В итоге на лопастях развивается максимальный крутящий момент благодаря тому, что обе силы (избыточное давление с наветренной стороны и разряжение с подветренной) действуют в одном направлении, совпадающим с направлением вращения лопастей.

Применение данной полезной модели позволит значительно увеличить КПД ветрогенератора, поскольку, для вращения лопастей винта, максимально используется энергия ветра, а не действие фронтальной силы; исключается (сводится к минимуму) явление помпажа (снижается вибрация); расширяется зона рабочих скоростей ветра; при меньших размерах (размахах лопастей) получаются большие крутящие моменты, а значит - большее количество энергии.

Claims

Формула полезной модели

1. Ветрогенератор, включающий корпус, установленный на мачте и лопастной винт, отличающийся тем, что на корпусе перед винтом установлен направляющий аппарат в виде лопастей, причём лопасти направляющего аппарата и лопасти винта состоят из переднего и заднего элементов, каждый из которых представляет собой аэродинамический профиль, расстояние между элементами лопастей направляющего аппарата и элементами лопастей винта подобрано таким образом, что образованная ими щель выполняет функцию эжектора.

2. Ветрогенератор по п.1 , отличающийся тем, что между корпусом ветрогенератора и мачтой установлено демпфирующее устройство.