Роторная ветроэлектрическая установка

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к усовершенствованию роторных ветроэлектрических установок /ВЭУ/. В ВЭУ, снабженной лопастями и электрогенератором, профиль лопасти образован пересечением двух парабол Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2, где К₁≥1; K₂=/0,4÷0,8/K₁, либо одной параболой: Y₁=K₁X^1/2, где K₁≥1, при этом лопасти оборудованы клапанами в виде отверстий, перекрываемых заглушками, удерживаемыми плоскими пружинами, прикрепленными к штырю, управляемому центробежным маятником, обеспечивающим регулировку мощности приоткрыванием отверстий и полным их открытием при сильном ветре, а концы лопастей механически связаны кольцом. Верх лопасти оборудован рецепторами грозозащиты, соединенными через ось вращения и кабель с землей. Использование параболы для формирования профиля лопасти, использование клапанов для снижения лобового сопротивления позволяет повысить эффективность ВЭУ, его ветроотдачу, при сокращении оборудования. Использование центробежного маятника позволяет регулировать мощность и обеспечивает ветрозащиту ВЭУ. Рецепторы на концах лопастей, соединенные через ось вращения и кабель с землей, обеспечивают грозозащиту ВЭУ. Замкнутость концов лопастей механическим кольцом снижает шумы ВЭУ. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к усовершенствованию роторных ветроэлектрических установок /ВЭУ/ посредством применения лопасти параболообразной формы.

Известна роторная ветроэлектрическая установка /1/, где лопасть образована сектором окружности, поэтому требуется дополнительное оборудование, модуль, для корректировки направления ветра. Недостатком данной конструкции является малоэффективность лопасти, громоздкость установки.

Известна лопасть воздушного винта /2/, имеющая профиль лопасти из пресечения двух парабол. Недостатком данной конструкции является малая подъемная сила при ограниченной длине.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности установки, ее мощности при снижении количества оборудования и уменьшении шума. Указанный результат достигается в роторной ветроэлектрической установке /ВЭУ/, снабженной электрогенератором, в которой профиль лопасти образован пересечением двух парабол Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2, где К₁≥1; K₂=/0,4÷0,8/K₁, либо одной параболой: Y₁=K₁X^1/2, K₁≥1, при этом лопасти оборудованы клапанами в виде отверстий, перекрываемых заглушками, удерживаемыми плоскими пружинами, прикрепленными к штырю, управляемому центробежным маятником, обеспечивающим регулировку мощности приоткрыванием отверстий и полным их открытием при сильном ветре, а концы лопастей механически связаны кольцом. Кроме того, верх лопасти оборудован рецепторами грозозащиты, соединенными через ось вращения и кабель с землей.

Плоскости, пересекающиеся под острым углом, закруглены радиусом R≥Ro для увеличения прочности. Лопасть ВЭУ, изготавливаемая из прочного материала, образуется из одной параболы: Y₁=K₁X^1/2, где K₁≥1.

На фиг.1 изображен профиль лопасти, образованный пересечением двух парабол. На фиг.2 изображены проекции двух лопастей вогнутой рабочей 1а и обратной, выпуклой, преодолевающей лобовое сопротивление 1в. Лопасти снабжены клапанами, состоящими из отверстий 4 и заглушек 3, выполненных из х/б прорезиненного материала, легкого искусственного пластика либо из другого материала относительно малой массы, обеспечивающего сохранение формы и работоспособности при сложных метеоусловиях. Заглушки крепятся к штырю 6 с помощью плоских пружин 5, обеспечивающих свободный прижим заглушек при рабочем положении лопасти и легкий отжим при лобовом движении лопасти. Штырь 6 опускается вниз рычагом 8, на конце которого укреплен груз 9, выполняющий роль центробежного маятника, поднимающегося при наборе оборотов, и опускающий штырь 6, который увлекает за собой заглушки 3, обеспечивая регулировку мощности в пределах ±20% и ветрозащиту при урагане, при этом отверстия открываются полностью. 7 - опора, на которой крепится рычаг 8. Отверстия из заглушки могут быть различной формы - прямоугольной, треугольной, овальной, лишь бы обеспечивалась более точная регулировка мощности и ветрозащита.

На фиг.3 изображена ВЭУ в сборе, где 1 - лопасти, 2 - ось вращения, 11-электрогенератор в корпусе - 12, 10 - механическое кольцо, замыкающее концы лопасти для снижения свободных колебаний, 13 - рецепторы грозозащиты, передающие через ось вращения, кабель - 14 ток на землю.

Так как результирующая точка приложения сил вогнутой параболы лежит близко к оси вращения (ее фокус), то ветроотдача лопасти ВЭУ повышена и в связи с уменьшением лобового сопротивления за счет использования клапанов повышается эффективность ВЭУ, которая к тому же не требует модуля для направления ветра на лопасти 1 и использования флюгера. Ветер со скоростью более 3 м/с начинает вращать рабочую лопасть вокруг оси. При этом клапана на рабочей лопасти силой ветра прикрываются, а на лопасти, преодолевающей лобовое сопротивление, клапана открываются. Идет повышенный набор скорости и мощности, которая отдается электрогенератору. При превышении скорости ветра установленной величины срабатывает центробежный маятник, который открывает часть отверстия сдвигом заглушки. При этом частично снижается мощность ВЭУ. При повышенном ветре, шквале отверстия открываются полностью, можно предложить еще электрический тормоз, чтобы не довести ВЭУ до разрушения. Это и есть ветрозащита ВЭУ.

Рецепторы грозозащиты устанавливаются на верхней кромке лопасти и через ось вращения, через кабель передается электрический ток молнии на землю. Это и есть молниезащита ВЭУ.

Проведенные сравнительные испытания на изготовленных макетах показали повышение мощности ВЭУ более чем на 20% при уменьшении оборудования почти вдвое по сравнению с /1/. Механически замкнутые кольцом концы лопастей не менее чем в двух местах /вверху и снизу/ обеспечивают снижение свободных колебаний /шумов/ более 30%.

Источники информации

1. Патент №2215898 от 11.12.2003.

2. Патент №2228882 от 20.05.2004.

1. Роторная ветроэлектрическая установка (ВЭУ), имеющая лопасть, электрогенератор, отличающаяся тем, что профиль лопасти образован пересечением двух парабол Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^l/2, где K₁≥1; K₂=(0,4÷0,8)K₁, либо одной параболой: Y₁=K₁X^1/2, где K₁≥1, при этом лопасти оборудованы клапанами в виде отверстий, перекрываемых заглушками, удерживаемыми плоскими пружинами, прикрепленными к штырю, управляемому центробежным маятником, обеспечивающим регулировку мощности приоткрыванием отверстий и полным их открытием при сильном ветре, а концы лопастей механически связаны кольцом.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что верх лопасти оборудован рецепторами грозозащиты, соединенными через ось вращения и кабель с землей.