Ветротурбинная установка



Ветротурбинная установка
Ветротурбинная установка
Ветротурбинная установка

 


Владельцы патента RU 2484297:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветряным двигателям, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии на зданиях, имеющих достаточную высоту. Ветротурбинная установка включает ротор, содержащий вал с вертикальной осью вращения и установленными по окружности вертикально ориентированными лопатками, размещенный с возможностью вращения внутри корпуса, выполненного в виде направляющего аппарата с расположенными вертикально по периметру корпуса направляющими лопатками, установленными тангенциально входным кромкам лопаток ротора. Направляющим лопаткам придано желобчатое сечение с параболоцилиндрическим очертанием. Их вогнутая поверхность покрыта светоотражающим материалом, при этом в фокусе направляющих лопаток корпуса размещены светоприемные элементы, предпочтительно линейные, длиной, соответствующей высоте направляющих лопаток корпуса. Входные кромки направляющих лопаток выполнены с возможностью их отгиба в вертикальной плоскости относительно образующих поверхности лопаток под действием силы ветра. Установка обеспечит повышение КПД и, соответственно, расширение области ее применения, за счет формы выполнения направляющего аппарата и обеспечения возможности использования поверхности направляющих лопаток для приема энергии солнца. 3 ил.

 

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветряным двигателям, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии на зданиях, имеющих достаточную высоту.

В последние десятилетия запасы органического топлива истощаются, и его использование во все возрастающих объемах ведет к загрязнению окружающей среды. Ветротурбинные установки позволяют эффективно и с высокой степенью надежности использовать ветер в качестве экологически чистого неисчерпаемого источника энергии.

Известен ветряной двигатель, содержащий статор с внешними ветровыми проточными каналами и колоннами, образующими направляющий аппарат, который ориентирован по ветру флюгером (см. патент Японии №5-11218, МПК5 F03D 1/0, 1993 г.).

Недостатками известного решения являются большое количество подвижных элементов, что значительно усложняет конструкцию и делает ее громоздкой, сложной в эксплуатации и ремонте, и отсутствие устройств, защищающих ротор от разрушения при превышении предельно допустимой частоты вращения.

В качестве ближайшего аналога выбрана ветротурбинная установка (ВТУ), содержащая ротор, выполненный в виде вала, размещенный вертикально, с возможностью вращения внутри корпуса и установленными по окружности лопатками, при этом корпус ВТУ выполнен в виде направляющего аппарата, содержащего вертикально расположенные направляющие лопатки, установленные тангенциально внешней кромке лопаток ротора и имеющие поворотные входные кромки, соединенные с флюгером (см. патент Российской Федерации №2240442, МПК F03D 3/00, 2004 г.).

К недостаткам ближайшего аналога можно отнести большую материалоемкость, сложность и малую эффективность.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является уменьшение материалоемкости, упрощение устройства и повышение удельной мощности и безопасности ВТУ.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в непосредственном воздействии ветра на входные кромки направляющих лопаток корпуса, а также расширении области применения и повышении КПД ветротурбинной установки за счет возможности использования поверхности направляющих лопаток для приема энергии солнца.

Поставленная задача решается тем, что ветротурбинная установка, включающая ротор, содержащий вал с вертикальной осью вращения, снабженный вертикально ориентированными лопатками, установленными по окружности на одинаковых расстояниях друг от друга, размещенный с возможностью вращения внутри корпуса, выполненного в виде направляющего аппарата, содержащего направляющие лопатки, расположенные вертикально по периметру корпуса на одинаковых расстояниях друг от друга и установленные тангенциально входным кромкам лопаток ротора, отличающаяся тем, что направляющим лопаткам корпуса придано желобчатое сечение с параболоцилиндрическим очертанием, причем их вогнутая поверхность покрыта светоотражающим материалом, при этом в фокусе направляющих лопаток корпуса размещены светоприемные элементы, предпочтительно линейные, длиной, соответствующей высоте направляющих лопаток корпуса, кроме того, входные кромки направляющих лопаток корпуса выполнены с возможностью их отгиба в вертикальной плоскости относительно образующих поверхности лопаток под действием силы ветра.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «…направляющим лопаткам корпуса придано желобчатое сечение с параболоцилиндрическим очертанием, причем их вогнутая поверхность покрыта светоотражающим материалом…» позволяет направляющему аппарату принимать и концентрировать энергию солнца, тем самым повышая КПД и мощность установки, а также расширить область применения.

Признак «…в фокусе направляющих лопаток корпуса размещены светоприемные элементы, предпочтительно линейные, длиной, соответствующей высоте направляющих лопаток корпуса…» позволяет собирать энергию солнца, сконцентрированную параболоцилиндрическими поверхностями направляющих лопаток корпуса и направлять в аккумулятор.

Признак «…входные кромки направляющих лопаток корпуса выполнены с возможностью их отгиба в вертикальной плоскости…» обеспечивает возможность работы ветротурбинной установки при расчетных скоростях ветра, когда входные кромки занимают среднее положение и форма направляющей лопатки корпуса оптимальна, а КПД ветротурбинной установки максимален.

Признак «…входные кромки направляющих лопаток корпуса выполнены с возможностью их отгиба в вертикальной плоскости относительно образующих поверхности лопаток под действием силы ветра…» повышает безопасность ветротурбинной установки при больших скоростях ветра за счет того, что площадь проходного сечения внешних ветровых проточных каналов уменьшается за счет того, что входные кромки направляющих лопаток корпуса под действием давления ветра отгибаются в вертикальной плоскости и перекрывают внешние ветровые проточные каналы, при этом мощность ветра становится меньше, и это сдерживает ротор от слишком большого разгона. Кроме этого, форма направляющих лопаток корпуса становится не оптимальной, что еще больше способствует уменьшению эффективности лопаточного аппарата и ограничению нагрузки на ротор.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показано вертикальное сечение ВТУ, на фиг.2 - фрагмент горизонтального сечения ВТУ и на фиг.3 - горизонтальное сечение лопатки направляющего аппарата с гибкой кромкой.

Установка содержит ротор 1, содержащий вал 2 с вертикальной осью вращения и лопатки 3, установленные по окружности на одинаковых расстояниях друг от друга. Вал 2 размещен с возможностью вращения внутри корпуса 4, выполненного в виде направляющего аппарата, содержащего направляющие лопатки 5, расположенные вертикально по периметру корпуса на одинаковых расстояниях друг от друга и установленные тангенциально входным кромкам лопаток 3 ротора 1. Причем направляющие лопатки 5 корпуса 4 образуют внешние ветровые проточные каналы 6, расположенные по касательной к внутренней окружности ветроэнергетической установки. Кроме того, в фокусе направляющих лопаток 5 корпуса 4 размещены светоприемные элементы 7.

Устройство работает следующим образом.

Поток ветра, проходя через направляющие лопатки 5 корпуса 4, направляется в тангенциальном направлении на лопатки 3 ротора 1. При движении его в зазорах между лопатками 3 ротора 1, энергия ветра благодаря аэродинамическому взаимодействию передается лопаткам 3 ротора 1, что приводит ротор 1 во вращательное движение. Движущийся к центру поток воздуха, отдав энергию, выходит в радиальном и осевом направлениях через внешние ветровые проточные каналы 6, расположенные между направляющими лопатками 5 корпуса 4. Часть воздуха, проходящая в радиальном направлении, проходит центральную часть ротора 1 и вновь попадает в лопатки 3 ротора 1, но в месте, расположенном диаметрально противоположно относительно зоны входа в ротор 1. Воздух захватывается элементами ротора 1 и выбрасывается в атмосферу (это явление называется «вентиляционными потерями на неактивной дуге турбинного двигателя»). На это расходуется определенная мощность, но при этом в центре ротора 1 создается разрежение, что способствует увеличению скорости и расхода воздуха, проходящего через ВТУ, и увеличивает ее мощность. В связи с тем, что мощность, расходуемая на прокачку воздуха, зависит от скорости вращения в третьей степени, то при больших скоростях ветра эта мощность становится значительной и сдерживает ротор 1 от слишком большого разгона. Это аэродинамическое торможение значительно повышает безопасность установки при больших скоростях ветра и позволяет обойтись без специальных тормозных устройств.

Так как направляющим лопаткам 5 корпуса 4 придано желобчатое сечение с параболоцилиндрическим очертанием, то кроме направления потока воздуха на лопатки 3 ротора 1, они благодаря нанесенному на внутреннюю поверхность светоотражающему материалу, направляют лучи солнца в фокус, в котором установлены светоприемные элементы 7. Энергия солнца направляется в аккумулятор (не показан). Это свойство значительно повышает КПД установки и повышает стабильность выработки энергии, особенно при слабых ветрах.

Благодаря тому что входные кромки направляющих лопаток 5 корпуса 4 выполнены с возможностью их отгиба в вертикальной плоскости, то они могут отгибаться в правую В или левую Б стороны от среднего положения А (фиг.3) относительно образующих поверхности лопаток 5 корпуса 4. Это происходит, если давление ветра за счет скорости, превышающей расчетную, превышает упругость материала направляющих лопаток 5 корпуса 4. При этом сечение внешнего ветрового проточного канала 6 уменьшается, форма направляющих лопаток 5 корпуса 4 теряет аэродинамическую эффективность, и мощность ветрового потока, поступающего на лопатки 3 ротора 1, уменьшается, что повышает безопасность и надежность ВТУ.

Таким образом, комплекс вышеперечисленных конструктивных особенностей обеспечивает высокую безопасность установки и позволяет использовать ее в непосредственной близости от мест скопления людей. В частности, ее можно устанавливать на жилые здания, имеющие достаточную высоту. Это исключает необходимость постройки дорогостоящей башни.

Ветротурбинная установка, включающая ротор, содержащий вал с вертикальной осью вращения, снабженный вертикально ориентированными лопатками, установленными по окружности на одинаковых расстояниях друг от друга, размещенный с возможностью вращения внутри корпуса, выполненного в виде направляющего аппарата, содержащего направляющие лопатки, расположенные вертикально по периметру корпуса на одинаковых расстояниях друг от друга и установленные тангенциально входным кромкам лопаток ротора, отличающаяся тем, что направляющим лопаткам корпуса придано желобчатое сечение с параболоцилиндрическим очертанием, причем их вогнутая поверхность покрыта светоотражающим материалом, при этом в фокусе направляющих лопаток корпуса размещены светоприемные элементы, предпочтительно линейные, длиной, соответствующей высоте направляющих лопаток корпуса, кроме того, входные кромки направляющих лопаток корпуса выполнены с возможностью их отгиба в вертикальной плоскости относительно образующих поверхности лопаток под действием силы ветра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэнергетическим установкам с направляющими устройствами, преобразующими энергию воздушного потока, и может быть использовано для получения как механической, так и электрической энергии.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для генерирования электрической энергии путем воздействия воздушных потоков на лопасти рабочего колеса, расположенного на одном валу с электрогенератором.

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для преобразования кинетической энергии потока воздуха (воды) в механическую энергию вращения генератора и/или другого устройства.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии без использования топлива. .

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании установок для получения электрической энергии из энергии ветра, а именно для создания ветроагрегата и ветроэнергетической установки.

Изобретение относится к ветряным двигателям, в частности, к таким, у которых ось вращения ротора перпендикулярна направлению ветра. .

Изобретение относится к ветроволновой энергетике и может быть использовано для получения электрической энергии. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для производства электроэнергии. .

Изобретение относится к энергетике, к автономным ветроэлектрическим станциям как экологически чистым и наиболее дешевым источникам энергии. .

Изобретение относится к ветряным двигателям

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям, предназначенным для преобразования энергии ветра в механическую энергию, а также для выработки электроэнергии. Роторный ветродвигатель содержит корпус, состоящий из двух дисков, параллельно скрепленных с внешней стороны равноотдаленными вертикальными направляющими пластинами, в котором в осевых отверстиях размещен вал с жестко закрепленным на нем пустотелым ротором. Внутри ротора параллельно оси вращения на одинаковом расстоянии друг от друга под определенным углом расположены лопасти. Между валом и ротором дополнительно установлен цилиндр, причем ротор крепится к цилиндру с помощью равноотстоящих аксиальных пластин, образующих аксиальные воздушные каналы. Направляющие пластины расположены тангенциально по отношению к ротору, а между внутренней поверхностью дисков и поверхностью ротора с обеих сторон конструктивно образованы дефлекторные воздушные каналы расчетной величины. Роторный ветродвигатель обладает простотой конструкции, высокой производительностью, универсальностью и высокой надежностью в широком диапазоне скорости ветра. 1 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель карусельного типа с вертикальной осью вращения содержит вертикальный вал. На валу укреплена турбина. Турбина выполнена в виде центрального барабана с идентичными лопастями в количестве не менее четырех. Турбина размещена в неподвижном осесимметричном направляющем аппарате - статоре. Статор снабжен вертикальными неподвижными створками. Створки расположены между верхней и нижней крышками с возможностью обеспечения концентрации и направления ветрового потока с наветренной стороны на рабочую лопасть турбины и отвода вытесняемого этой лопастью воздуха в заветренное пространство. Ветродвигатель дополнительно снабжен воздушным эжектором. С эжектором сообщается одна из торцевых частей турбины. Размер лопасти по линии контакта ее с центральным барабаном превышает ее радиальный размер. Вся рабочая поверхность лопасти или ее отдельные участки выполнены с наклоном, обеспечивающим отклонение ветрового потока в сторону эжектора. Лопасти турбины выполнены выпуклыми. Выпуклость направлена в сторону движения. Изобретение направлено на увеличение момента, развиваемого ветродвигателем при малых частотах вращения турбины, и увеличение коэффициента использования энергии ветрового потока. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ регулирования величины вращающего момента, угловой скорости вращения вертикально-осевой ветротурбины, в котором лопасти ветротурбины при изменении скорости ветра радиально перемещают, меняя расстояние между лопастью и осью вращения ветротурбины. При ураганных ветрах принудительно приближают лопасти к оси вращения ветротурбины. Каждую лопасть ветротурбины дистанционно принудительно перемещают или под воздействием давления воздушного потока она перемещается по горизонтальным направляющим, установленным под углом α, изменяя расстояние между осью вращения ветротурбины и центром поверхности каждой лопасти. Изобретение позволяет повысить эффективность регулирования вращающего момента ветротурбины с одновременным регулированием угловой скорости ее вращения и стабилизацией мощности ветротурбины. 4 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветровая электростанция на постоянном воздушном потоке включает множество ветроэнергетических установок и аэродинамическую трубу. Каждая ветроэнергетическая установка расположена в подземном туннеле, соединенном с вертикальной аэродинамической трубой большой протяженности, подвешенной к аэростату. В результате, за счет значительного перепада атмосферного давления на концах трубы, создается постоянно действующий воздушный поток, а значит и работа электростанции будет без простоев. Подземное расположение ветроэнергетических установок значительно снижает звуковые и вибрационные воздействия на жилые массивы, что дает возможность расположить электростанцию ближе к потребителю и уменьшить расходы на транспортировку электроэнергии. 2 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ регулирования угловой скорости вращения ветротурбины с вертикальной осью, в котором лопасти ветротурбины при изменении скорости ветра радиально перемещают, меняя расстояние между лопастью и осью вращения ветротурбины, а при ураганах принудительно приближают лопасти к оси вращения ветротурбины. В нижнюю часть ветротурбины устанавливают грузы в виде емкостей аэродинамического профиля с общим центром тяжести на оси вращения ветротурбины, которые заполняют жидкостью или опорожняют и синхронно принудительно перемещают по горизонтальным радиально расположенным направляющим, изменяя расстояние между осью вращения ветротурбины и центром тяжести каждого груза. Изобретение позволяет повысить эффективность регулирования угловой скорости вращения ветротурбины с одновременным регулированием и стабилизацией мощности ветротурбины.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэлектрических станциях высокой мощности. Ветроэлектростанция, включающая модуль, содержит смонтированную в подшипниковых опорах, верхней и нижней, вертикальную ось с лопастями, платформу, смонтированную на опорах, на платформе закреплена нижняя подшипниковая опора вертикальной оси, установлен прикрывающий часть лопастей от воздействия ветра дуговой экран с по меньшей мере одним опорным колесом, сообщенным трансмиссией с двигателем, осесимметричную поверхность, взаимодействующую с колесом. Дуговой экран снабжен автоматической системой угловой ориентации по сигналам датчика параметров ветра. Вертикальная ось модуля кинематически связана с валом электрогенератора. На опорах закреплена вторая платформа модуля, на которой смонтирована верхняя подшипниковая опора вертикальной оси, и осесимметричная поверхность, взаимодействующая с по меньшей мере одним опорным колесом экрана, обеспечивающим угловое перемещение дугового экрана от двигателя. На верхней платформе закреплены на опорах ярусами дополнительные модули, при этом верхняя платформа нижерасположенного модуля служит нижней платформой вышерасположенного модуля, а вертикальные оси модулей кинематически соединены. Изобретение обеспечит повышение мощности при работе в автоматическом режиме с высоким коэффициентом использования ветровой энергии. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения воды путем конденсации ее паров из атмосферного воздуха при сохранении функции установки как электростанции в полной мере. Тепловихревой колодец-электростанция содержит камеру поступления атмосферного воздуха, соединенную с вертикальной трубой поясом, имеющим выходные тангенциальные каналы. Корпус камеры поступления воздуха накрыт крышками, а внизу снабжен конденсатором паров и емкостью для сбора конденсата с козырьком для сбора дождевой воды. Вертикальная труба снабжена верхней торцевой крышкой с прорезями, на которой снизу установлен конус, направляющий внутренний холодный слой воздушного потока вниз. На пути поступления атмосферного воздуха в вертикальную трубу могут быть установлены электронагреватели. Изобретение при простоте и технологичности конструкции обеспечит, помимо производства электрической энергии, получение воды из атмосферного воздуха без внешних энергетических источников. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Ветроэнергетическая установка относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам с вертикальной осью вращения ротора, используемым для получения механической и электрической энергии. Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии ветра, а именно в использовании энергии всего ветрового потока, поступающего на лопатки турбины из направляющего аппарата, для создания механической энергии. Достигается технический результат тем, что направляющий аппарат выполнен сложной формы, наружная и внутренняя оболочки направляющего аппарата представляют собой круговые седлообразные поверхности вращения вокруг оси вращения ротора, выходные кромки лопаток ориентированы перпендикулярно оси вращения, лопатки направляющего аппарата закручены от входной кромки, ориентированной по оси вращения ротора, как в осевом, так и окружном, относительно оси вращения ротора, направлениях, причем проходное сечение межлопаточных каналов уменьшается в направлении выхода - входа в турбину, выполненную осевой. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ветросиловой турбине. Горизонтальная ветросиловая турбина содержит раму и средство направления потока воздуха. На раме горизонтально установлен ротор с возможностью вращения на валу ротора. Ротор имеет три или более элементов радиальных лопаток, закрепленных на валу ротора при помощи средства крепления. Элементы радиальных лопаток расположены на равных расстояниях друг от друга. Каждый элемент радиальных лопаток содержит опорные кронштейны и ветровую лопасть, закрепленную на внешнем концевом участке опорных кронштейнов. Ветровая лопасть имеет такую форму, чтобы захватывать поток воздуха, направленный на нее, что вызывает перемещение лопасти и возникновение вращающей силы на валу ротора. В результате чего ротор вращается относительно своей продольной оси. Элементы радиальных лопаток жестко соединены между собой на своих внешних концевых участках при помощи растяжек с регулировкой натяжения. Средство направления потока воздуха предназначено для ускорения и направления потока воздуха в рабочий воздушный канал, чтобы воздействовать на ветровые лопасти, расположенные в рабочем воздушном канале. В результате чего ветровые лопасти смещаются под действием аэродинамического сопротивления. Изобретение направлено на уменьшение веса ветросиловой турбины и обеспечение способности работать при низких скоростях ветра. 14 з.п. ф-лы, 16 ил.
Наверх