Ветроэнергетическая установка
Изобретение относится к области ветроэнергетики и предназначено для получения энергии за счет набегающего воздушного потока - ветра. Ветроэнергетическая установка содержит, по меньшей мере, три принимающих энергию ветра эластичных элемента, закрепленных на гибких бесконечно-замкнутых элементах. Каждый из принимающих энергию ветра эластичных элементов одним краем закреплен непосредственно на гибких бесконечно-замкнутых элементах, а противоположным - с помощью, по меньшей мере, двух растяжек. Установка также содержит электрогенератор, снимающий энергию с движущихся бесконечно-замкнутых гибких элементов. Эластичные элементы выполнены с возможностью раскрытия при наполнении их ветром в режиме рабочего хода с последующим их сложением за счет набегающего ветряного потока в режиме холостого хода. Технический результат заключается в упрощении конструкции, вследствие чего проявляется уменьшение громоздкости, большого веса, потерь на трение и быстрого саморазрушения при повышении надежности с максимально возможным съемом энергии ветра. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области ветроэнергетики и предназначено для получения энергии за счет набегающего воздушного потока - ветра.
Из уровня техники известен преобразователь энергии для преобразования энергии ветра в движение ветряного элемента, содержащий первую опору (11), вторую опору (12) и ветряной элемент (10), установленный между опорами (11, 12) так, что он способен перемещаться между первым местоположением (L1) и вторым местоположением (L2) посредством качания вокруг оси (А), проходящей между опорами (11, 12), когда ветряной элемент (10) подвергается воздействию ветра (W). Ветряной элемент (10) выполнен с возможностью многократного колебания между двумя положениями, так что первая опора (11) периодически перемещается от первого местоположения (L1) во второе положение (L2) и обратно в первое положение (L1), когда ветряной элемент (10) колеблется от первого положения во второе положение (см. ЕР 2343452 А2, опубл. 2011-07-13).
Недостатком аналога является метод преобразования энергии ветра, заключающийся в создании колебаний и вибраций в устройстве, которые, как известно в технике, являются негативными явлениями. При этом у данного устройства пониженный коэффициент полезного действия, поскольку фронтальное, максимально эффективное положение ветрового элемента длится короткий миг, когда лепесток проскакивает среднее положение сектора вращения вокруг оси (А).
Наиболее близким аналогом является устройство для извлечения энергии из движения текучей среды, содержащее основание, по крайней мере, две дорожки, подвижные относительно указанного основания, множество парусов, соединенных с дорожками, паруса могут быть перпендикулярны дорожкам и параллельны им и выполнены с возможностью привода и перемещения дорожек посредством движения текучей среды, когда паруса находятся в перпендикулярном положении, канал, причем канал сформирован между дорожками и основанием, паруса перемещаются в параллельное дорожкам положение после входа в указанный канал и возвращаются в перпендикулярное положение к дорожке при выходе из канала, и электрический генератор, выполненный с возможностью преобразования движения дорожек в электричество (см. СА 2565380 А1, опубл. 2008-04-23).
Недостатком прототипа является сложность конструкции, громоздкость, большой вес, потери на трение, низкий КПД, быстрое саморазрушение за счет ударов и грохота парусов об элемент, образующий канал, а также значительное трение по нему.
Задачей изобретения является разработка ветроэнергетической установки, лишенной таких недостатков.
Технический результат заключается в упрощении конструкции, вследствие чего проявляется уменьшение громоздкости, большого веса, потерь на трение и исключение быстрого саморазрушения при повышении надежности с максимально возможным съемом энергии ветра.
Технический результат обеспечивается тем, что ветроэнергетическая установка содержит, по меньшей мере, три принимающих энергию ветра эластичных элемента, закрепленных на гибких бесконечно-замкнутых элементах, причем каждый из принимающих энергию ветра эластичных элементов одним краем закреплен непосредственно, а противоположным - с помощью, по меньшей мере, двух растяжек, и электрогенератор, снимающий энергию с движущихся бесконечно-замкнутых гибких элементов, при этом эластичные элементы выполнены с возможностью раскрытия при наполнении их ветром в режиме рабочего хода с последующим их сложением за счет набегающего ветряного потока в режиме холостого хода.
Указанное конструктивное выполнение ветроэнергетической установки позволяет использовать минимальное количество конструктивных элементов, тем самым упрощая конструкцию. Использование эластичных элементов, принимающих энергию ветра, с растяжками позволяет принять им горизонтальное положение в режиме холостого хода, расположиться, условно сказать, ребром к потоку ветра и тем самым обеспечить практически нулевое сопротивление.
Выполнение заявленного устройства с эластичными элементами, принимающими энергию ветра и представляющими собой в раскрытом виде форму купола, из ткани позволяет максимально эффективно воспринимать энергию ветра.
Расположение между гибкими бесконечно-замкнутыми элементами по ширине принимающих энергию ветра эластичных элементов разделительного полотна, а также установление со стороны рабочего хода экрана позволяет рационально распределять воздушный поток для полного раскрытия эластичных элементов в режиме рабочего хода и полного их сложения в режиме холостого хода. Разделительное полотно исключает также взаимодействие, контакт встречных эластичных элементов.
Использование гибких бесконечно-замкнутых элементов в виде цепи, или каната, или ремня, или троса, а также растяжек в виде стропы, или троса, или каната направлено на упрощение конструкции заявленного устройства.
Изобретение поясняется фигурами. На фигуре 1 изображена схема ветроэнергетической установки, на фигуре 2 - схема ветроэнергетической установки с разделительным полотном, на фигуре 3 - схема ветроэнергетической установки с разделительным полотном и экраном, на фигуре 4 - элемент, принимающий энергию ветра и его развертка.
Ветроэнергетическая установка содержит, по меньшей мере, три принимающих энергию ветра эластичных элемента (купола, паруса) 1, выполненных из ткани и имеющих в раскрытом виде форму купола, которые закреплены на гибких бесконечно-замкнутых элементах 2, причем каждый из принимающих энергию ветра эластичных элементов одним краем закреплен непосредственно, а противоположным - с помощью, по меньшей мере, двух растяжек 3, и электрогенератор 4, снимающий энергию с движущихся бесконечно-замкнутых гибких элементов, между которыми по ширине принимающих энергию ветра эластичных элементов установлено разделительное полотно 5. Эластичные элементы выполнены с возможностью раскрытия при наполнении их ветром в режиме рабочего хода с последующим их сложением за счет набегающего воздушного потока в режиме холостого хода, при этом со стороны рабочего хода установлен экран 6.
Устройство функционирует следующим образом.
Движение по замкнутой траектории возникает под воздействием ветра на эластичные элементы 1, равномерно распределенные по гибким бесконечно-замкнутым элементам 2, при этом формой и материалами эластичные элементы ветроэнергоустановки сравнимы с куполами парашютов и парусами судов.
Раскрытие и сложение куполов или парусов происходит также под воздействием ветра, без дополнительных механизмов, и обусловлено их геометрией и ориентацией относительно направления ветра.
Эластичные элементы (купола, паруса) 1 и растяжки 3 установлены таким образом, что в положении рабочего хода выполняется обязательное условие работы ветроэнергетической установки - раскрытие эластичных элементов 1, натяжение растяжек 3, прием энергии ветра и передача ее генератору 4 посредством гибких бесконечно-замкнутых элементов 2.
По завершении рабочего хода эластичный элемент (купол, парус) 1 переходит в зону холостого хода, при этом растяжки 3 оказываются за эластичным элементом 1 по ходу его движения - происходит сложение последнего за счет набегающего воздушного потока, наполнение ветром отсутствует, сопротивление движению минимально.
Оригинальным является принцип действия данной ветроэнергоустановки. Он заключается в непрерывном чередовании раскрытия и сложения эластичных рабочих элементов. Раскрытие необходимо для выполнения рабочего хода, а сложение - для холостого. Раскрытие для максимально возможного приема энергии ветра, а сложение - для обеспечения минимально возможного сопротивления ветру при холостом ходе.
Особенность нижнего конструктивного выполнения заключается в том, что под действием сил гравитации и центробежных сил в момент смены направления движения при переходе от холостого хода к рабочему эластичный рабочий элемент (купол, парус) 1 отдаляется от гибких бесконечно-замкнутых элементов 2 в направлении, поперечном воздушному потоку, в результате чего происходит мгновенное натяжение растяжек 3, наполнение и раскрытие эластичного рабочего элемента (купола, паруса) 1.
Особенность верхнего расположения заключается в том, что оно содействует раскрытию за счет центробежной силы и подхвата кромки купола или паруса потоком ветра. Для усиления эффекта подхвата кромки по ней могут быть исполнены так называемые "подхватывающие карманы", приподнимающие кромку волнообразно относительно горизонта.
1. Ветроэнергетическая установка, содержащая, по меньшей мере, три принимающих энергию ветра эластичных элемента, закрепленных на гибких бесконечно-замкнутых элементах, причем каждый из принимающих энергию ветра эластичных элементов одним краем закреплен на них непосредственно, а противоположным - с помощью, по меньшей мере, двух растяжек, и электрогенератор, снимающий энергию с движущихся бесконечно-замкнутых гибких элементов, при этом между гибкими бесконечно-замкнутыми элементами по ширине принимающих энергию ветра эластичных элементов установлено разделительное полотно, а эластичные элементы выполнены с возможностью раскрытия при наполнении их ветром в режиме рабочего хода с последующим их сложением за счет набегающего воздушного потока в режиме холостого хода.
2. Ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый из принимающих энергию ветра эластичных элементов выполнен из ткани.
3. Ветроэнергетическая установка по п. 2, отличающаяся тем, что со стороны рабочего хода установлен экран.
4. Ветроэнергетическая установка по п. 3, отличающаяся тем, что каждый из гибких бесконечно-замкнутых элементов выполнен в виде цепи, или каната, или ремня, или троса.
5. Ветроэнергетическая установка по п. 4, отличающаяся тем, что каждая из растяжек выполнена в виде стропы, или троса, или каната.
