Ветроэнергетическая установка вертикального типа

Изобретение относится к ветротурбинным установкам вертикального типа. Ветроэнергетическая установка вертикального типа содержит опорную площадку, на которой закреплена несущая конструкция, включающая в себя горизонтально расположенные нижнюю несущую и верхнюю балки, к которым по краям прикреплены два боковых воздухозаборника, между которыми закреплены в подшипниках между верхней и нижней балками несущей конструкции с возможностью противонаправленного вращения друг относительно друга два ротора с лопастями, имеющих параллельные вертикальные оси вращения, два ветроотражателя потока воздуха на лопасти роторов. Опорная площадка из рельса в форме кольца неразъемно прикреплена к основанию. В центре кольца неразъемно прикреплен к основанию металлический диск. Несущая конструкция содержит пространственную раму-каркас, имеющую в поперечном сечении форму равнобедренной трапеции, меньшие по длине параллельные стороны которой являются соответственно двумя задними верхней и нижней балками несущей конструкции, соединенными между собой двумя вертикальными ребрами жесткости, на которых закреплены в подшипниках с возможностью вращения оси роторов, каждый из которых имеет пять вертикальных лопастей прямоугольной формы, нижние стороны которых соединены в каждом роторе между собой с помощью своих зубчатых шестерен с возможностью вхождения последних в зацепление друг с другом. Лопасти роторов смещены друг относительно друга с возможностью их вращения с вхождением друг в друга без зацепления их. Боковые ветрозаборники прямоугольной формы являются боковыми гранями рамы-каркаса. Ветроотражатели в виде двух прямоугольных вертикально расположенных граней соединены между собой по общему вертикальному ребру с образованием между гранями угла в 30-60°, образуя один центральный ветроотражатель, вынесенный за пределы рамы-каркаса к центру опорной площадки и обращенный раскрывом к роторам. К нижней части ребра центрального ветроотражателя со стороны, противоположной расположению лопастей роторов и боковых ветрозаборников, прикреплена контртяга, второй конец которой снабжен противовесом и колесом для перемещения по кольцу опорной площадки и соединен тросами с верхней и средней точками вертикального ребра центрального ветроотражателя, которое неразъемно закреплено в подшипнике на металлическом диске. Полотна лопастей роторов, ветрозаборников и ветроотражателя выполнены из парусной ткани с возможностью ее подъема-опускания, часть полотна лопастей роторов со стороны внутреннего ребра выполнена цельной, а остальная часть до наружного ребра - в виде вертикальных жалюзи. К нижним вершинам боковых ветрозаборников, расположенных над кольцом опорной площадки, прикреплены колеса. Ветроэнергетическая установка снабжена блоком управления и электрогенератором. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности, к ветротурбинным установкам вертикального типа, и может использоваться для производства электроэнергии.

Известна ветроэнергетическая установка (ВЭУ), описанная в п. РФ №2080480 по кл. F03D 3/02, з. 05.09.1994 г., оп. 27.05.1997 г..

Известная установка состоит из двух ветротурбин с параллельными вертикальными осями, ветроотражателя, обтекателя и генератора свободных вихрей, выполненного в виде механизированных крыльев треугольного профиля, расположенных в криволинейном сужающемся канале под действием набегающего потока рабочего тела.

Конструктивно ветроэнергетическая установка содержит ветроотражатель 1, крылья треугольного профиля 2, обечайку 3, два ротора Савониуса 4, обтекатель 5, флюгер 6, опоры 7 роторов в ограничителях, межроторную силовую связь 8, верхний 9 и нижний 12 ограничители, платформу 10, энергоприемник 11, упругий элемент 13, закрылки 14 с тягами перемещения крыльев 15, верхнюю 16 и нижнюю 17 опоры. При этом ветроэнергетическая установка расположена на поворотной платформе 10, а суживающийся криволинейный канал образован ветроотражателем 1, обечайкой 3, верхним 9 и нижним 12 ограничителями потока. Лопасти имеют твердую поверхность.

Недостатками известной конструкции являются ее большая материалоемкость и значительные потери энергии в процессе работы. Большая материалоемкость установки увеличивает ее вес по отношению к массе используемого ветра, что приводит к значительным потерям энергии во время ориентирования установки на ветер. Кроме того, механизированные крылья также отбирают полезную энергию. Двухлопастная конструкция ротора имеет уменьшенную поверхность соприкосновения с ветровым потоком, что уменьшает количество производимой энергии в сравнении с многолопастными роторами. Наличие заднего обтекателя увеличивает сопротивление вращению ротора из-за возникающего трения воздуха в замкнутом объеме ротора об стенки заднего отражателя, что также требует дополнительных затрат энергии. Поскольку оси роторов разведены широко от возможного, то возникает дополнительное сопротивление ветру всей конструкции, что также увеличивает парусность.

Известен ветродвигатель, описанный в п. РФ №2358147 по кл. F03D 3/04, з. 27.09.07, оп. 10.06.09 и выбранный в качестве прототипа (фиг. 1, 2).

Известный ветродвигатель содержит башню, поворотное устройство, несущую конструкцию, установленные на ней воздуховоды (ветрозаборники), вертикальные валы и вращающиеся в разные стороны два ветроколеса с лопастями с вертикальной осью вращения, а также хвостовую балку и хвостовые плоскости и отличается тем, что воздуховоды выполнены боковыми в виде трех участков - приемного, прямого и дугообразного - в виде коробов, последний из которых ориентирован на лопасти ветроколес, при этом периферийные по потоку лопасти ветроколес прикрыты экранами.

Конструктивно ветродвигатель ветроэнергоагрегата включает в себя башню 1, на головке которой на поворотном устройстве 2 закреплена нижняя горизонтальная балка 3, служащая основной несущей конструкцией. На ней закреплены боковые воздуховоды 4, верхние части которых соединены верхней балкой 5. Между балками 3 и 5 установлены два ветроколеса 7 с вертикальной осью вращения, ветроколеса вращаются в разные стороны, например, как показано на фиг. 2, при направлении ветра снизу вверх правое ветроколесо вращается по часовой стрелке, а левое - против. Ветроэнергоагрегат снабжен основным хвостовым элементом 8. На верхней балке 5 закреплены верхние подшипники 9 валов 10 ветроколес, а на нижней балке 3 - нижние подшипники 11, при этом валы снизу соединены с генераторами 12. Хвостовой элемент 8 установлен на стабилизаторе 13, на концах которого укреплены дополнительные вертикальные хвостовые элементы - плоскости 14. Стабилизатор установлен на хвостовой балке 15, соединенной с балкой 16, соединяющей воздуховоды 4. Сами воздуховоды представляют собой короба, состоящие из трех участков: приемный короб 19, прямой короб 18, дугообразный короб 17. При этом приемный короб 19 может иметь раструб для увеличения воздухопотока. Система воздуховодов с коробами может быть двух вариантов: 1) с двумя боковыми воздуховодами (см. фиг. 1, 2, прямой поток расположен посередине); 2) с одним центральным воздуховодом с забором воздуха снизу, участки ветроколес с прямым потоком расположены по бокам воздухопровода (см. фиг. 3, 4). Первый вариант характеризуется пониженным центром массы, а второй имеет большую компактность за счет меньшего протяжения несущих конструкций. В остальном оба варианта идентичны. При этом периферийные лопасти ветроколес прикрыты с обеих сторон относительно центра вращения отражающими ветер к приемному коробу 19 экранами 6 (ветроотражателями).

Недостатками данной ВЭУ заявитель считает следующее. Во-первых, слишком большая конструкция по отношению к площади роторов, что делает ее применение малоэффективным. Во-вторых, применение жестких материалов в изготовлении данной установки значительно увеличивает вес самой конструкции, а также из-за расположения конструкции ВЭУ на башне, которое предполагает изготовление прочной башни. В - третьих, использование ВЭУ в сочетании башни и рабочей части -головки имеет ограничения в разумных размерах. Изготовление данной ВЭУ для достижения промышленно значимых мощностей производимой энергии потребует ее увеличения в размерах, что приведет к такой массе конструкции, которая сведет на нет ее экономическую составляющую. Применение этой ветроэнергетической установки небольших размеров потребует для достижения значимого эффекта в производстве электроэнергии слишком больших скоростей ветра, что бывает очень редко. А это ставит вопрос об использовании данной ВЭУ в разряд нецелесообразных.

Таким образом, известная, ветроэнергетическая установка является не очень эффективной в плане мощности. Кроме того, недостатком известного ветродвигателя являются сложность конструкции, обусловленная наличием хвостовых элементов, сложной формой воздухозаборников, наличием экранов для прикрытия периферийных лопастей. Все вышеперечисленное снижает надежность установки, ухудшает ее ремонтопригодность.

Задачей является повышение эффективности работы ветроэнергетической установки при повышении надежности работы.

Поставленная задача решается тем, что в ветроэнергетической установке вертикального типа, содержащей опорную площадку, на которой закреплена несущая конструкция, включающая в себя горизонтально расположенные нижнюю несущую и верхнюю балки, к которым по краям прикреплены два боковых воздухозаборника, между которыми закреплены в подшипниках между верхней и нижней балками несущей конструкции с возможностью противонаправленного вращения друг относительно друга два ротора с лопастями, имеющие параллельные вертикальные оси вращения, при этом имеются два ветроотражателя потока воздуха на лопасти роторов, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, опорная площадка неразъемно прикреплена к основанию и выполнена из рельса в форме кольца, в центре которого размещен также неразъемно прикрепленный к основанию металлический диск, несущая конструкция включает в себя пространственную раму-каркас имеющую в поперечном сечении форму равнобедренной трапеции, меньшие по длине параллельные стороны которой являются соответственно двумя задними верхней и нижней балками несущей конструкции, соединенными между собой двумя вертикальными ребрами жесткости, которые расположены на одинаковом расстоянии от концов балок и на которых

закреплены в подшипниках с возможностью вращения оси роторов, каждый из которых имеет пять вертикальных лопастей прямоугольной формы, нижние стороны которых соединены в каждом роторе между собой с помощью своих зубчатых шестерен с возможностью вхождения последних в зацепление друг с другом, при этом радиусы шестерен меньше ширины лопастей роторов, лопасти роторов смещены друг относительно друга с возможностью их вращения с вхождением друг в друга без зацепления их, боковые ветрозаборники являются боковыми гранями рамы-каркаса и также имеют прямоугольную форму, ветроотражатели выполнены в виде двух прямоугольных вертикально расположенных граней, соединенных между собой по общему вертикальному ребру с образованием между гранями угла в 30-60°, образуя один центральный ветроотражатель, являющийся дополнительным элементом несущей конструкции, вынесенным за пределы рамы-каркаса к центру опорной площадки, и обращенный раскрывом к роторам, к верхней части его общего ребра прикреплено устройство определения направления и скорости ветра, а верхняя и нижняя вершины его соединены тягами с местами крепления ребер жесткости, соединяющих задние нижнюю и верхнюю балки между собой в местах крепления к балкам осей роторов, к нижней части ребра центрального ветроотражателя со стороны, противоположной расположению лопастей роторов и боковых ветрозаборников, прикреплена контртяга, второй конец которой снабжен противовесом и колесом для перемещения по кольцу опорной площадки и соединен тросами с верхней и средней точками вертикального ребра центрального ветроотражателя, которое неразъемно закреплено в подшипнике на металлическом диске, при этом горизонтальные задние и передние балки рамы-каркаса, соединяющие их вертикальные ребра жесткости, тяги, контртяга и центральное ребро ветроотражателя выполнены в виде жестких стержней, вертикальные ребра лопастей роторов, боковых ветрозаборников и центрального ветротражателя представляют собой тросы, а полотна лопастей роторов, ветрозаборников и ветроотражателя выполнены из парусной ткани с возможностью ее подъема-опускания с помощью механизмов, причем часть полотна лопастей роторов со стороны внутреннего ребра выполнена цельной, а остальная часть до наружного ребра - в виде вертикальных жалюзи, при этом к нижним вершинам боковых ветрозаборников, расположенных над кольцом опорной площадки, прикреплены колеса, часть из которых соединена с электродвигателями с редукторами, ветроэнергетическая установка снабжена блоком управления, соединенным с устройством определения направления и скорости ветра, а выходом - с механизмами подъема-опускания полотен лопастей роторов, ветрозаборников, ветроотражателя и

электродвигателями колес, имеется устройство преобразования механической энергии в электрическую в виде электрогенератора с редукторами.

При этом основанием опорной площадки может служить крыша здания или поверхность земли.

Также при этом упомянутые жесткие стержни могут быть выполнены из композитного материала или из металла.

Кроме того, парусная ткань лопастей роторов, ветрозаборников и ветроотражателя элементов может быть выполнена из базальтового полотна.

Выполнение опорной площадки, неразъемно прикрепленной к основанию, из рельса в форме кольца, в центре которого размещен также неразъемно прикрепленный к ней металлический диск, а несущей конструкции - из пространственной рамы-каркаса, к ребрам которой прикреплены все роторы с лопастями и боковые ветрозаборники, и из центрального ветроотражателя, являющегося дополнительным элементом несущей конструкции, вынесенного за пределы рамы-каркаса к центру опорной площадки с неразъемным креплением его в центре этой площадки в совокупности с возможностью скольжения рамы-каркаса по кольцу опорной площадки и вращения ребра центрального ветроотражателя в центре этого кольца на металлическом диске и вращения в итоге всей конструкции вокруг центра кольца обеспечивает устойчивость и надежность работы ветроэнергетической установки при любом направлении ветра

Выполнение лопастей роторов, боковых ветрозаборников и центрального ветроотражателя однотипными в виде прямоугольных плоскостей с ребрами из тросов и полотнами плоскостей из парусной ткани облегчает их изготовление и ремонт. Смещение лопастей роторов друг относительно друга с возможностью их вращения с вхождением друг в друга без зацепления их уменьшает объем воздуха, который приходиться проворачивать лопастям роторов в нерабочей зоне, а также уменьшает парусное сопротивление всей конструкции ВЭУ, что позволяет уменьшить материалоемкость всей конструкции, а также увеличить рабочую зону скоростей ветра: выполнение лопастей роторов с наружной стороны в виде вертикальных жалюзи, а ближе к опорному ребру - сплошными с возможностью их спускания и подъема с помощью механизмов подъема-опускания в совокупности с выполнением полотен ветрозаборников и ветроотражателя также с возможностью их подъема-опускания при наличии блока управления, связанного входом с устройством определения направления и скорости ветра, а выходом - с механизмами подъема-опускания полотен

лопастей роторов, боковых ветрозаборников, ветроотражателя, с редуктором электрогенератора, электродвигателями колес, обеспечивает более эффективную работу ветроустановки и ее надежность даже во время очень сильного ветра. Технический результат- повышение эффективности при обеспечении надежности работы, снижение веса, повышение ремонтопригодности.

Заявляемая ветроэнергетическая установка обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими признаками как неразъемное крепление опорной площадки к основанию и выполнение ее из рельса в форме кольца, в центре которого размещен также неразъемно прикрепленный к основанию металлический диск, выполнение несущей конструкции из пространственной рамы-каркаса, имеющей в поперечном сечении форму равнобедренной трапеции, меньшие по длине параллельные стороны которой являются соответственно двумя задними верхней и нижней балками несущей конструкции, соединенными между собой двумя вертикальными ребрами жесткости, которые расположены на одинаковом расстоянии от концов балок и на которых закреплены в подшипниках с возможностью вращения оси роторов, выполнение каждого из роторов из пяти вертикальных лопастей прямоугольной формы, нижние стороны которых соединены в каждом роторе между собой с помощью своих зубчатых шестерен с возможностью вхождения последних в зацепление друг с другом, при выполнении радиусов шестерен меньше ширины лопастей роторов, смещение лопастей роторов друг относительно друга с возможностью их вращения с вхождением друг в друга без зацепления их, выполнение боковых ветрозаборников в виде боковых граней рамы-каркаса прямоугольной формы, выполнение ветроотражателей в виде двух прямоугольных вертикально расположенных граней, соединенных между собой по общему вертикальному ребру с образованием между гранями угла в 30-60° с образованием одного центрального ветроотражатель, являющегося дополнительным элементом несущей конструкции, вынесенным за пределы рамы-каркаса к центру опорной площадки, и обращенным раскрывом к роторам, крепление к верхней части его общего ребра устройства определения направления и скорости ветра, соединение его верхней и нижней вершин его тягами с местами крепления ребер жесткости, соединяющих задние нижнюю и верхнюю балки между собой в местах крепления к балкам осей роторов, крепление к нижней части ребра центрального ветроотражателя со стороны, противоположной расположению лопастей, ветрозаборников и ветроотражателя, контртяги, второй конец которой снабжен противовесом и колесом для перемещения

по кольцу опорной площадки и соединен тросами с верхней и средней точками вертикального ребра центрального ветроотражателя, которое неразъемно закреплено в подшипнике на металлическом диске, выполнение горизонтальных задних и передних балок рамы-каркаса, соединяющих их вертикальных ребер жесткости, тяг, контртяги и центрального ребра ветроотражателя в виде жестких стержней, выполнение ребер лопастей роторов, боковых ветрозаборников и центрального ветроотражателя в виде тросов, а полотен лопастей роторов, ветрозаборников и ветроотражателя из парусной ткани с возможностью ее подъема-опускания с помощью механизмов, при выполнении части полотна лопасти роторов со стороны внутреннего ребра цельной, а остальной части до наружного ребра - в виде вертикальных жалюзи, наличие прикрепленных к нижним вершинам боковых ветрозаборников, расположенных над кольцом опорной площадки, колес, часть из которых соединена с электродвигателями с редукторами, наличие в ветроустановке блока управления, соединенного входом с устройством определения направления и скорости ветра, а выходом - с механизмами подъема-опускания полотен ветроиспользующих элементов и электродвигателями колес, а также устройства преобразования механической энергии в электрическую в виде электрогенератора с редуктором, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие существенными признаками, указанными в заявке в качестве отличительных признаков, которые обеспечивали бы в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемая ветроэнергетическая установка соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемая установка может найти широкое применение в ветроэнергетике, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:

- фиг. 1 - общий вид ветроэнергетической установки;

- фиг. 2 - общий пространственный вид с энергооборудованием;

- фиг. 3 - вид роторов снизу;

- фиг. 4 - возможное выполнение лопасти ротора со спускаемым полотном;

- фиг. 5 - вид лопасти с поднятым полотном.

Ветроэнергетическая установка вертикального типа (фиг. 1, 2) содержит несущую конструкцию, включающую в себя пространственную раму-каркас 1, на которой установлены с возможностью встречного движения два ротора 2 и 3 с вертикальными осями вращения и неподвижно закреплены два боковых ветрозаборника 4 и 5 и центральный ветроотражатель 6. Рама-каркас 1 связана с опорной площадкой 7, выполненной из рельса в виде кольца, в центре которого размещен также металлический диск 8. Боковые ветрозаборники 4 и 5 снабжены колесами 9 для возможности скольжения по кольцу 7. При этом центральный ветроотражатель 6, являющийся дополнительным элементом несущей конструкции, вынесен за пределы рамы-каркаса 1, смещен к центру опорной площадки и неразъемно прикреплен к металлическому диску 8 с возможностью вращения относительно его центра, к которому прикреплена контртяга 10. Контртяга 10 снабжена с противоположного конца снизу колесом 9 для скольжения по кольцу 7, а сверху - противовесом 11 и соединена тросами 12 с вертикальным ребром 13 жесткости центрального ветроотражателя 6, установленным неразъемно на диске 8 в подшипнике 14.

Рама-каркас 1 (фиг. 2) выполнена пространственной из вертикальных жестких ребер 13, 15 и 16, также вертикальных ребер 17-22, выполненных в виде троса. При этом к вертикальным жестким ребрам 15, 16 рамы-каркаса 1 прикреплены вертикальные оси 23, 24 вращения роторов 2 и 3, каждый из которых имеет пять (фиг. 3) вертикальных прямоугольных лопастей 231-5 и 241-5. Боковые ветрозаборники 4 и 5 также выполнены в виде прямоугольных пластин, прикрепленных к вертикальным ребрам 17-20 рамы-каркаса. Центральный ветроотражатель 6 выполнен из двух прямоугольных пластин, соединенных между собой по одному из длинных ребер с образованием угла в 30-60° между ними и обращен раскрывом к роторам 2 и 3, прикреплен к вертикальным ребрам 13, 21 и 22, а вершины его общего ребра 13 соединены тягами 25-28 с местами крепления вертикальных ребер 15 и 16 к горизонтальным задним балкам 29 и 30, а также соединены с горизонтальными передними балками 31 и 32 рамы-каркаса 1 в местах их пересечения. Ветроэнергетическая установка снабжена блоком 33 управления, который электрически соединен с устройством 34 определения направления и скорости ветра, с электродвигателями 35 с редуктором 35 для вращения колес 9, редуктором 36 электрогенератора 37, а также с механизмами 38 подьема-опускания парусной ткани.

Оси 23, 24 вращения роторов 2 и 3 прикреплены к вертикальным жестким ребрам 15 и 16 рамы-каркаса 1 подшипниках 39. На малую шестерню 40, соединенную с редуктором 36, передают вращение шестерни 41 и 42 роторов 2 и 3, которые при вращении роторов 2 и 3 входят в зацепление друг с другом.

Кинематическая связь (фиг. 2, 3) роторов 2 и 3 с приемником энергии -электрогенератором 37 - осуществляется посредством зубчатой передачи из двух связанных с лопастями роторов 2 и 3 зубчатых шестерен 41 и 42, шестерни 40 и редуктора 36.

При этом ребра 13, 15, 16, оси роторов 23, 24, тяги 25-28, горизонтальные балки 29-32, контртяга 10 выполнены из композитных материалов или из металла, а полотна лопастей 231-5 и 241-5 роторов 2 и 3, боковых ветрозаборников 4 и 5, и центрального ветроотражателя 6 выполнены из парусной ткани из базальтовых нитей. Устройство 34 представляет собой, в частности, анемометр. Блок 33 управления может быть выполнен, в частности, на микроконтроллере.

Конструктивно оси 23, 24 роторов 2, 3 могут быть выполнены в различных вариантах, например в виде цельной трубы или в виде многогранной конструкции с многочисленными ребрами жесткости, по типу ствола башенного строительного крана либо в виде сетчатого цилиндра. Для вращения используются подшипники 39 или устройства тип подшипников.

Лопасти 231-5 и 241-5 роторов 2 и 3 также могут быть изготовлены в различных вариантах, где определяющим является стремление к уменьшению веса лопасти за счет использования в качестве системы ребер жесткости сильно натянутых тросов. Вертикальные ребра жесткости плоскостей лопастей 231-5, 241-5, плоскостей боковых ветрозаборников 4, 5 и плоскостей центрального ветроотражателя представляют собой тросы, а полотна упомянутых лопастей роторов, ветрозаборников и ветроотражателя выполнены из парусной ткани с возможностью ее подъема-опускания. При этом (фиг. 4 и 5) часть 43 полотна со стороны внутреннего ребра лопастей 231-5 и 241-5 выполнена цельной, а остальная часть до наружного ребра - в виде вертикальных жалюзи 44. Рабочую плоскость - полотно лопастей 231-5, 241-5 - составляет парусная ткань, предпочтительно изготовленная из базальтового волокна, обладающего лучшими характеристиками в прочности и долговечности. Парусная ткань имеет возможность подниматься или опускаться по вертикали, для возможности сохранения целостности ВЭУ при очень сильных ветрах. В этом случае верхняя и нижняя грани парусной ткани имеют ребра 45 жесткости, к которым подсоединены тросики 46. В зависимости от размеров ВЭУ возможно применение нескольких дополнительных горизонтальных ребер 45' жесткости, встроенных в парусную ткань 43, 44 для уменьшения прогиба паруса от ветра. Эти ребра 45 соединены с вертикальными боковыми тросами 47 посредством колец 48 для устранения возможности задержки во время подъема или опускания парусной ткани. В самой парусной ткани также расположены по бокам колечки 49, сцепляющиеся с тросами 47, для обеспечения парусной ткани необходимой для ВЭУ рабочей поверхности. Нижняя и верхняя части парусной ткани 43, 44 лопастей жестко закреплены посредством горизонтальных ребер 50 жесткости, которые жестко закреплены в нижней и верхней частях вертикальных тросов 47. При такой конструкции полотна лопастей подъем парусной ткани осуществляется с помощью механизма подьема-опускания парусной ткани 38, соединенной с парусной тканью при помощи тонкого троса, проходящего через систему 51 блочков, расположенных в раме-каркасе ВЭУ.

Также полотно лопастей 231-5, 241-5 роторов 2 и 3 может быть выполнено в виде вертикальных жалюзи (фиг. 4 и 5) для уменьшения сопротивления воздушной массе при вращении лопасти ротора в нерабочей зоне, то есть когда на лопасть перестает оказывать давление ветер, для увеличения кпд ВЭУ. Принцип работы жалюзи заключается в следующем: когда на них оказывает давление ветер, они закрыты, (напоминает входные двери, они могут открываться только в одну сторону), то есть створки жалюзи составляют одну плоскость лопасти ротора и не пропускают сквозь себя ветер и конструкция не позволяет им поворачиваться по ветру. Но когда давление ветра ослабевает и начинает увеличиваться давление воздуха с обратной стороны лопасти ротора, створки 44 жалюзи начинают поворачиваться (открываться) для уменьшения сопротивления воздуху. Открывание створки жалюзи имеет ограничение в виде тросика 52, связывающего конец ребра 45 с кольцом 48. Створка жалюзи - это вертикально вытянутый прямоугольник, где ребра 47 статичны и являются вертикальными тросами лопасти. Высота прямоугольника створки 44 жалюзи равна высоте лопасти, а ширина створки жалюзи не больше 1/10 общей ширины лопасти. Также ширина створки 44 жалюзи чуть больше расстояния между осями 47 створок жалюзи. Это не позволяет створкам 44 поворачиваться в обратную сторону и производит слипание тканей створок жалюзи, устраняя тем самым нежелательное продувание ветра. Прямоугольная рамка створки жалюзи, в зависимости от размеров ВЭУ, может быть исполнена в различных вариантах, но всегда с соблюдением возможности обеспечения легкости поворачивания вокруг статичного центра, и с невозможностью поворачиваться в сторону вращения лопасти ротора, а также с соблюдением принципа возможности способности подъема или опускания парусной ткани створки жалюзи по вертикали. В верхней части и в нижней части парусной ткани створки 44 жалюзи расположены ребра 45 жесткости. Нижнее ребро 45 имеет возможность поворачиваться относительно троса 47, но не может смещаться по вертикали относительно него, другой край ребра жесткости имеет гибкую связь в виде тросика 52 с кольцом 48 следующего ребра 45 по направлению к центру ротора. Этот тросик 52 и будет представлять ограничение открываемости створки. К кольцу 48 также закреплен трос 46, осуществляющий подъем или опускание парусной ткани. Внешний край парусной ткани 44 имеет соединение с тросом 47 в виде колечек 49, которые могут скользить по нему во время подъема или опускания парусной ткани. Работа по подъему или опусканию парусной ткани 43 и 44 осуществляется, как уже говорилось выше, единым механизмом 38 в виде электродвигателя с лебедкой, соединенного с парусными тканями посредством тросиков 46, протянутых через блочки 51. Механизм 38 расположен в конструкции ротора в нижней его части. Возможно расположение механизма 38 в центре оси ротора, когда это позволяет размер оси ротора Подъем или опускание осуществляется одновременно для всех парусных тканей ротора по команде от выполненного на контроллере блока 33 управления, переданной по проводам, встроенным в конструкции ВЭУ.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

На ветроэнергетическую установку, опорная площадка 7 и диск 8 которой неразъемно прикреплены к основанию 53, которым служит крыша здания или поверхность земли, воздействует воздушный поток - ветер.

В блок 33 управления, выполненный, в частности, на контроллере, непрерывно поступают сигналы от устройства 34, сообщающие о скорости ветра. Сигналы проходят в проводке, вмонтированной в конструкцию ВЭУ. Сигналы от устройства 34, сообщающие о направлении ветра, также передаются по проводам (на чертежах не показаны). На основании полученных данных блок 33 управления принимает решение. Когда скорость ветра находится в рабочей зоне (скорость ветра, при которой работа ВЭУ будет эффективной), блок 33 управления на основании данных о направлении ветра обрабатывает этот сигнал и подает команду на электродвигатели с редуктором 35, осуществляющие вращение ВЭУ, для разворачивания ее по направлению к ветру. Команда в виде электросигнала проходит в проводке, смонтированной в конструкции ВЭУ. Когда работа по установке ВЭУ на ветер будет осуществлена, блок 33 подает электросигналы на механизмы 38, осуществляющие подьем-опускание парусных тканей. Команда на подъем парусной ткани проходит в проводке, вмонтированной в конструкцию ВЭУ. Ветровой поток, попадая на центральный ветроотражатель 6 и боковые ветрозаборники 4 и 5, равномерно распределяется на две равные части, которые попадают на поверхности лопастей 231-5 и 241-5 обоих роторов 2 и 3. Оказывая давление не на все лопасти каждого из роторов 2 и 3, а только на часть из них, ветровой поток производит вращение каждого ротора 2 и 3 вокруг своей оси. Равномерное давление ветра на оба ротора 2 и 3 заставляет их вращаться одновременно. Жесткое шестеренчатое соединение (шестерни 41 и 42) лопастей 231-5 и 241-5 роторов 2 и 3 не только не позволяет им проворачиваться, но и позволяет им осуществлять более равномерное вращение. Ветер, попадая на лопасти 231-5 и 241-5 роторов 2 и 3, заставляет створки 44 жалюзи лопастей схлапываться (закрываться за счет большего давления со стороны ветра). Когда давление ветра ослабевает и начинает увеличиваться давление воздуха с обратной стороны лопасти ротора (за счет вращения), створки 44 жалюзи открываются, уменьшая сопротивление воздуху лопастями 231-5 и 241-5 роторов 2 и 3. Но открывание створок 44 ограниченно тросиками 52 для устранения касания лопастей. Смещение лопастей роторов 2 и 3 друг относительно друга с возможностью их вращения с вхождением друг в друга без зацепления их уменьшает объем воздуха, который приходиться проворачивать лопастям 231-5 и 241-5 роторов 2 и 3 в нерабочей зоне, а также уменьшает парусное сопротивление всей конструкции ВЭУ, что позволяет уменьшить материалоемкость всей конструкции, а также увеличить рабочую зону скоростей ветра. Вращение роторов 2 и 3 не предусматривает сверхскоростного вращения, значение скорости вращения конечной точки лопасти ротора всегда меньше скорости ветра. Это позволяет добиться максимальной эффективности данной конструкции ВЭУ. Шестерни 41 и 42 роторов 2 и 3 всегда больше по размерам шестерни 40 съема энергии, что позволяет увеличивать количество оборотов, передающихся дальше на редуктор 36, который доводит количество оборотов до необходимого для эффективной работы электрогенератора 37. Электрогенератор 37 преобразует вращательный момент в электричество. Полученное электрогенератором 37 электричество передается по проводам потребителю.

В сравнении с прототипом заявляемая ветроэнергетическая установка является более эффективной и надежной в работе, имеет большую ремонтопригодность за счет однотипной конструкции ветроиспользующих элементов.

1. Ветроэнергетическая установка вертикального типа, содержащая опорную площадку, на которой закреплена несущая конструкция, включающая в себя горизонтально расположенные нижнюю несущую и верхнюю балки, к которым по краям прикреплены два боковых воздухозаборника, между которыми закреплены в подшипниках между верхней и нижней балками несущей конструкции с возможностью противонаправленного вращения друг относительно друга два ротора с лопастями, имеющие параллельные вертикальные оси вращения, при этом имеются два ветроотражателя потока воздуха на лопасти роторов, отличающаяся тем, что опорная площадка неразъемно прикреплена к основанию и выполнена из рельса в форме кольца, в центре которого размещен также неразъемно прикрепленный к основанию металлический диск, несущая конструкция включает в себя пространственную раму-каркас, имеющую в поперечном сечении форму равнобедренной трапеции, меньшие по длине параллельные стороны которой являются соответственно двумя задними верхней и нижней балками несущей конструкции, соединенными между собой двумя вертикальными ребрами жесткости, которые расположены на одинаковом расстоянии от концов балок и на которых закреплены в подшипниках с возможностью вращения оси роторов, каждый из которых имеет пять вертикальных лопастей прямоугольной формы, нижние стороны которых соединены в каждом роторе между собой с помощью своих зубчатых шестерен с возможностью вхождения последних в зацепление друг с другом, при этом радиусы шестерен меньше ширины лопастей роторов, лопасти роторов смещены друг относительно друга с возможностью их вращения с вхождением друг в друга без зацепления их, боковые ветрозаборники являются боковыми гранями рамы-каркаса и также имеют прямоугольную форму, ветроотражатели выполнены в виде двух прямоугольных вертикально расположенных граней, соединенных между собой по общему вертикальному ребру с образованием между гранями угла в 30-60°, образуя один центральный ветроотражатель, являющийся дополнительным элементом несущей конструкции, вынесенным за пределы рамы-каркаса к центру опорной площадки, и обращенный раскрывом к роторам, к верхней части его общего ребра прикреплено устройство определения направления и скорости ветра, а верхняя и нижняя вершины его соединены тягами с местами крепления ребер жесткости, соединяющих задние нижнюю и верхнюю балки между собой в местах крепления к балкам осей роторов, к нижней части ребра центрального ветроотражателя со стороны, противоположной расположению лопастей роторов и боковых ветрозаборников, прикреплена контртяга, второй конец которой снабжен противовесом и колесом для перемещения по кольцу опорной площадки и соединен тросами с верхней и средней точками вертикального ребра центрального ветроотражателя, которое неразъемно закреплено в подшипнике на металлическом диске, при этом горизонтальные задние и передние балки рамы-каркаса, соединяющие их вертикальные ребра жесткости, тяги, контртяга и центральное ребро ветроотражателя выполнены в виде жестких стержней, вертикальные ребра лопастей роторов, боковых ветрозаборников и центрального ветротражателя представляют собой тросы, а полотна лопастей роторов, ветрозаборников и ветроотражателя выполнены из парусной ткани с возможностью ее подъема-опускания с помощью механизмов, причем часть полотна лопастей роторов со стороны внутреннего ребра выполнена цельной, а остальная часть до наружного ребра - в виде вертикальных жалюзи, при этом к нижним вершинам боковых ветрозаборников, расположенных над кольцом опорной площадки, прикреплены колеса, часть из которых соединена с электродвигателями с редукторами, ветроэнергетическая установка снабжена блоком управления, соединенным с устройством определения направления и скорости ветра, а выходом - с механизмами подъема-опускания полотен лопастей роторов, ветрозаборников, ветроотражателя и электродвигателями колес, имеется устройство преобразования механической энергии в электрическую в виде электрогенератора с редукторами.

2. Ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что основанием опорной площадки служит крыша здания.

3. Ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что основанием опорной площадки служит поверхность земли.

4. Ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутые жесткие стержни выполнены из композитного материала.

5. Ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутые жесткие стержни выполнены из металла.

6. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что парусная ткань лопастей роторов, ветрозаборников и ветроотражателя выполнена из базальтового полотна.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Вертикальный ветродвигатель содержит вал с установленными на него траверсами подвески осей и лопасти.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающиеся основания с ветроприемниками и валами, установленными на поворотном основании, установленном на башне, снабженном направляющим устройством.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо содержит лопасти и демпферы, расположенные между двумя плоскостями, на которых закреплены лопасти с возможностью поворота вокруг оси.

Изобретение относится к ветроэлектрическим станциям с роторными ветродвигателями с вертикальной осью. Ветродвигатель роторный содержит вращающиеся основания с ветроприемниками и валами, валы установлены на поворотном основании, установленном на башне и снабженном направляющим устройством.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии. Технический результат состоит в уменьшении осевого и диаметрального размеров, минимизации разности частоты номинального и фактического выходного напряжения, уменьшении порогового значения минимально необходимой для генерирования напряжения скорости ветра, снижении потерь энергии, повышении жесткости конструкции.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ротор ветродвигателя содержит вертикальную ось, по меньшей мере одну пару лопастей, размещенных диаметрально противоположно друг другу и включающих в себя верхние и нижние ветроприемные пластины, закрепленные соответственно на верхнем и нижнем горизонтальных валах со смещением их кромок относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей на величину, обеспечивающую перекрытие расстояния между горизонтальными валами ветроприемными пластинами одной лопасти при горизонтальном положении ветроприемных пластин другой лопасти.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Устройство преобразования энергии ветра в механическую или электрическую энергию содержит основание, полую мачту, установленную на основании и расположенную вдоль вертикальной оси, по меньшей мере один модуль, имеющий общую форму тела вращения вокруг оси, расположенный коаксиально вокруг мачты и выполненный с возможностью вращения вокруг этой мачты, при этом указанный модуль содержит по меньшей мере одну лопасть, проходящую между концом, соединенным при помощи поворотной связи, и свободным концом, при этом указанная лопасть выполнена с возможностью перемещения вокруг поворотной связи между убранным положением и развернутым положением, средства перемещения лопасти между ее развернутым и убранным положениями в зависимости от углового положения этой лопасти вокруг мачты, причем указанные средства перемещения выполнены с возможностью отключения, вал, расположенный в полой мачте коаксиально с модулем, связанный во вращении с этим модулем вокруг указанной оси и взаимодействующий с преобразователем механической энергии вращения вала в механическую или электрическую энергию.
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающееся основание, траверсы, приемники энергии и центральную стойку.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор, содержащий воздухоплавательный модуль в составе мягкой газонаполненной аэростатной оболочки положительной плавучести, усиленной меридианными лентами, ниже расположенной рамной подвески с ветросиловым блоком из ветряных роторов и электрогенератора, причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка содержит платформу, выполненную в виде многолучевой звезды с возможностью вращения вокруг собственной оси симметрии, и парусные элементы, установленные на концах лучей указанной звезды, выполненные с возможностью вращения вокруг собственных осей симметрии.

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики. Турбогенератор, устанавливаемый на крыше дома или котельных трубах, состоит из двух турбин, смонтированных на едином вертикальном валу, который закреплен в подшипниках, установленных на перекладинах основания, на внутренней части которого установлена вытяжная труба, в которую помещена турбина, работающая от естественной тяги вертикальным потоком воздуха и имеющая лопасти, установленные под углом 45° относительно оси вала и заключенные в цилиндрический корпус, при этом вертикальный поток воздуха, проходя через турбину, работающую от естественной тяги, входит в турбину, работающую от ветра и представляющую собой цилиндр с закрытым верхом, имеющий боковые окна для выхода воздуха и лопасти, установленные за этими окнами, при этом вертикальный поток воздуха дополнительно надавливает на лопасти турбины, работающей от ветра, причем отбор мощности от вала осуществляется посредством ременной передачи на генератор.

Изобретение относится к ветроэнергетической установке и способу получения электроэнергии с помощью ветроэнергетической установки. Ветроэнергетическая установка, содержащая элементы, направляющие воздушные потоки на лопатки установки, генератор.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающиеся основания с ветроприемниками и валами, установленными на поворотном основании, установленном на башне, снабженном направляющим устройством.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный вертикальный ветродвигатель содержит вращающиеся основания, приемки энергии, поворотное основание.

Изобретение относится к ветроэлектрическим станциям с роторными ветродвигателями с вертикальной осью. Ветродвигатель роторный содержит вращающиеся основания с ветроприемниками и валами, валы установлены на поворотном основании, установленном на башне и снабженном направляющим устройством.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветровая энергетическая станция содержит генератор электрического тока, соединенный посредством вертикального вала с воздушной турбиной, расположенной в воздуховоде, сообщенном с воздухозаборником конфузорного типа, установленным в нижней части станции.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Вихревой концентратор воздушного потока состоит из ветронаправляющих элементов, у которых выходная кромка корневой части одного ветронаправляющего элемента обращена к входной кромке корневой части следующего ветронаправляющего элемента, образуя окруженную ветронаправляющими элементами рабочую зону, при этом закрутка ветронаправляющих элементов от корневых частей к концевым частям разворачивает выходные кромки и наклоняет ветронаправляющие элементы к указанной рабочей зоне вихревого концентратора.

Изобретение относится к башне ветрогенератора (варианты). Башня ветрогенератора включает ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра, где ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии; внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие показатель относительной скорости конца лопасти (TSR) в диапазоне от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин; участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями в центре башни ветрогенератора и делится на четыре равные части относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями с первой по четвертую.

Изобретение относится к вертикально-осевой ветровой и гидравлической турбине с регулированием потока ветра или жидкости. Турбина содержит правильную шестиугольную структуру (7) радиуса R, в форме параллелепипеда, внутри которой ротор (6) с тремя или более лопатками вращается на вертикальной оси.

Изобретение относится к вертикально-осевой ветровой и гидравлической турбине с регулированием потока ветра или жидкости. Турбина содержит правильную шестиугольную структуру (7) радиуса R, в форме параллелепипеда, внутри которой ротор (6) с тремя или более лопатками вращается на вертикальной оси.

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики. Турбогенератор, устанавливаемый на крыше дома или котельных трубах, состоит из двух турбин, смонтированных на едином вертикальном валу, который закреплен в подшипниках, установленных на перекладинах основания, на внутренней части которого установлена вытяжная труба, в которую помещена турбина, работающая от естественной тяги вертикальным потоком воздуха и имеющая лопасти, установленные под углом 45° относительно оси вала и заключенные в цилиндрический корпус, при этом вертикальный поток воздуха, проходя через турбину, работающую от естественной тяги, входит в турбину, работающую от ветра и представляющую собой цилиндр с закрытым верхом, имеющий боковые окна для выхода воздуха и лопасти, установленные за этими окнами, при этом вертикальный поток воздуха дополнительно надавливает на лопасти турбины, работающей от ветра, причем отбор мощности от вала осуществляется посредством ременной передачи на генератор.

Изобретение относится к ветротурбинным установкам вертикального типа. Ветроэнергетическая установка вертикального типа содержит опорную площадку, на которой закреплена несущая конструкция, включающая в себя горизонтально расположенные нижнюю несущую и верхнюю балки, к которым по краям прикреплены два боковых воздухозаборника, между которыми закреплены в подшипниках между верхней и нижней балками несущей конструкции с возможностью противонаправленного вращения друг относительно друга два ротора с лопастями, имеющих параллельные вертикальные оси вращения, два ветроотражателя потока воздуха на лопасти роторов. Опорная площадка из рельса в форме кольца неразъемно прикреплена к основанию. В центре кольца неразъемно прикреплен к основанию металлический диск. Несущая конструкция содержит пространственную раму-каркас, имеющую в поперечном сечении форму равнобедренной трапеции, меньшие по длине параллельные стороны которой являются соответственно двумя задними верхней и нижней балками несущей конструкции, соединенными между собой двумя вертикальными ребрами жесткости, на которых закреплены в подшипниках с возможностью вращения оси роторов, каждый из которых имеет пять вертикальных лопастей прямоугольной формы, нижние стороны которых соединены в каждом роторе между собой с помощью своих зубчатых шестерен с возможностью вхождения последних в зацепление друг с другом. Лопасти роторов смещены друг относительно друга с возможностью их вращения с вхождением друг в друга без зацепления их. Боковые ветрозаборники прямоугольной формы являются боковыми гранями рамы-каркаса. Ветроотражатели в виде двух прямоугольных вертикально расположенных граней соединены между собой по общему вертикальному ребру с образованием между гранями угла в 30-60°, образуя один центральный ветроотражатель, вынесенный за пределы рамы-каркаса к центру опорной площадки и обращенный раскрывом к роторам. К нижней части ребра центрального ветроотражателя со стороны, противоположной расположению лопастей роторов и боковых ветрозаборников, прикреплена контртяга, второй конец которой снабжен противовесом и колесом для перемещения по кольцу опорной площадки и соединен тросами с верхней и средней точками вертикального ребра центрального ветроотражателя, которое неразъемно закреплено в подшипнике на металлическом диске. Полотна лопастей роторов, ветрозаборников и ветроотражателя выполнены из парусной ткани с возможностью ее подъема-опускания, часть полотна лопастей роторов со стороны внутреннего ребра выполнена цельной, а остальная часть до наружного ребра - в виде вертикальных жалюзи. К нижним вершинам боковых ветрозаборников, расположенных над кольцом опорной площадки, прикреплены колеса. Ветроэнергетическая установка снабжена блоком управления и электрогенератором. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх