Ветросиловая энергоустановка вращающегося типа

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к устройствам для получения электроэнергии нетрадиционным способом. Технический результат, заключающийся в упрощении конструкции и повышении КПД использования энергии ветра и расширении диапазона мощности, обеспечивается за счет того, что в ветросиловой энергоустановке, имеющей ветротурбину в рабочем канале с конфузором на входе и диффузором на выходе, кинематически связанную вращающимся валом с электрогенератором, согласно изобретению электрогенератор размещен вне установки, ветротурбина выполнена саморегулирующейся с постоянной скоростью вращения независимо от изменения скорости ветра и установлена в рабочем канале в едином блоке с диффузором и конфузором, на боковой поверхности которого имеются автоматические клапаны аварийного сброса лишнего воздуха при сильных порывах ветра, а на ее оси установлен конический рассекатель воздуха с жестко закрепленными на его поверхности направляющими пластинами, придающими ветровому потоку вращение под определенным углом, причем сама энергоустановка размещена на общей поворотной платформе, имеющей хвостовое оперение и узел вращения, предохраняющий вертикальную ось поворотной платформы от перекоса, а также от заклинивания проходящего внутри нее вала ветротурбины, кинематически связанного с электрогенератором. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к устройствам для получения электроэнергии нетрадиционным способом. Для получения электроэнергии данная ветросиловая энергоустановка использует силу ветра.

Заявителю известны ближайшие аналоги (прототипы) заявленного изобретения как наиболее близкие ему по совокупности существенных признаков.

1. Данный аналог представляет собой известную горизонтально-осевую лопастную ветроустановку с полноповоротным вращением вокруг вертикальной оси для улавливания ветра с помощью хвостового оперения, преобразующую поступательное движение ветра во вращательное движение лопастей и выходного вала, направление которого с горизонтального на вертикальное изменяется с помощью конической зубчатой передачи. В силу принципиальных и конструктивных особенностей (использование энергии рассеянного ветрового потока с помощью лопастной установки открытого действия) она имеет следующие недостатки: - рабочая скорость ветра не ниже 12-14 м/с, - большие размеры лопастей и громоздкость конструкции, - высокая стоимость ее строительства, - низкий КПД использования энергии ветра, - сложное решение вопроса стабилизации скорости вращения электрогенератора при изменении скорости ветра.

Положительными качествами являются: - возможность автоматически улавливать ветер без использования сложных регулирующих устройств, - сравнительно простая конструкция, - не требует больших эксплуатационных затрат, - не использует электроэнергию для собственной работы.

2. Заявителю известен другой ближайший аналог (прототип) заявленного изобретения как наиболее близкий ему по совокупности существенных признаков (ветровая энергоустановка - Патент РФ N 1783144).

Главное отличие указанного аналога от лопастной ветроустановки - наличие мощных ветроускорителей, которые представляют собой конфузор, собирающий малоскоростной ветровой поток на большой площади и за счет уменьшения площади поперечного сечения преобразующий его в компактный, высокоскоростной ветровой поток, вращающий ветротурбину.

Недостатки этой ветровой энергоустановки:
- громоздкость и сложность конструкции, высокая стоимость строительства,
- в силу разветвленности и большой длины рабочих каналов большие потери энергии ветрового потока на аэродинамическое сопротивление при больших скоростях,
- конструктивная и эксплуатационная сложность использования электроавтоматики и микропроцессоров для синхронного управления входными воздухозаборными и выходными воздухосбросными устройствами,
- невозможность использования установки такого типа для получения малых мощностей в несколько кВт,
- использует электроэнергию для собственной работы,
- требует постоянного обслуживания.

Положительными качествами являются:
- принцип использования конфузора для получения высокоскоростного и энергоемкого ветрового потока,
- возможность повысить КПД установки за счет использования ветротурбины и диффузора.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка принципа и конструкции ветросиловой энергоустановки, обладающей следующими качествами:
- эффективное использование энергии рассеянного малоскоростного ветрового потока,
- простота конструкции и сравнительно небольшие габариты,
- широкий диапазон мощности вырабатываемой электроэнергии,
- возможность работать на слабом и среднем ветре со скоростью 5-10 м/с,
- возможность использовать эту установку как производствами, так и населением,
- надежность и долговечность узлов и оборудования,
- невысокие капитальные и эксплуатационные затраты,
- низкая себестоимость вырабатываемой электроэнергии,
- высокая степень автоматизации и защита от аварий,
- отсутствие электрических средств управления и регулирования.

Техническим результатом данного изобретения является ветросиловая энергоустановка, обладающая следующими качествами:
- компактной, малогабаритной, полноповоротной вокруг вертикальной оси конструкцией, автоматически улавливающей ветер с любой стороны,
- высоким КПД использования энергии ветра,
- диапазон мощности от нескольких кВт до нескольких тысяч кВт при рабочей скорости ветра 5-10 м/с,
- конструкцией, простой в изготовлении и обслуживании, не имеющей сложных, а значит и ненадежных узлов и устройств,
- рассчитана на изготовление и сборку в мастерских с использованием только двух промышленных изделий - ветротурбины и электрогенератора,
- не требует постоянного обслуживания, так как вся ее работа полностью автоматизирована,
- имеет невысокие капитальные затраты на строительство и низкую себестоимость вырабатываемой электроэнергии,
- оборудована эффективной защитой ее строительной конструкции от разрушающего действия сильного ветра,
- в зависимости от назначения и места использования предлагаемая ветросиловая энергоустановка может быть выполнена:
а) в стационарном варианте - на крыше дома или строительной конструкции, на отдельно стоящих опорах,
б) в мобильном варианте - на опорах, установленных на передвижной платформе, транспортируемой любым способом в место назначения.

Указанная задача достигается тем, что в предлагаемой ветросиловой установке используется принцип преобразования конфузором рассеянного ветрового потока в компактный высокоскоростной и, придав ему вращательное движение, производится подача его сразу на лопатки саморегулирующейся ветротурбины, имеющей устройство для стабилизации скорости вращения независимо от изменения скорости ветра и установленной в рабочем канале в едином блоке с диффузором и конфузором. Таким образом, значительно повышается энергоемкость ветрового потока, снижаются его потери на аэродинамические сопротивления, что повышает КПД. Этому способствует также устройство диффузора на выходе и возможность автоматически улавливать ветер с любой стороны, так как все оборудование компактно размещается на общей поворотной платформе, имеющей хвостовое оперение. Для защиты ее оси вращения от перекоса во время сильного ветра и исключения заклинивания проходящего через нее выходного вала ветротурбины к размещенному вне установки электрогенератору предусмотрено специальное устройство - узел вращения.

На боковой поверхности конфузора установлены автоматические клапаны аварийного сброса лишнего воздуха при сильных порывах ветра и тем самым снижается динамическая нагрузка на ось поворотной платформы, улучшаются условия плавного авторегулирования скорости вращения ветротурбины. По центральной оси конфузора установлен конический рассекатель воздуха, на поверхности которого жестко закреплены направляющие пластины, придающие ветровому потоку вращательное движение под строго определенным углом. Рассекатель воздуха плавно уменьшает площадь поперечного сечения конфузора и закрывает коническую зубчатую пару и торец ветротурбины от лобового динамического напора высокоскоростного ветрового потока, снижая его аэродинамическое сопротивление. Получение технического результата возможно только за счет:
- использования источника энергии - высокоскоростного, энергоемкого ветрового потока, имеющего вращательно-поступательное движение под строго определенным углом,
- малых потерь на аэродинамическое сопротивление,
- использование саморегулирующейся ветротурбины.

На чертеже представлено устройство ветросиловой энергоустановки.

Оно содержит:
1. Конфузор
2. Клапан аварийного сброса воздуха
3. Рассекатель воздуха
4. Направляющие пластины
5. Коническая зубчатая пара
6. Рабочий канал
7. Вал ветротурбины
8. Ветротурбина
9. Устройство авторегулирования скорости вращения ветротурбины.

10. Диффузор
11. Хвостовое оперение
12. Поворотная платформа
13. Узел вращения
14. Неподвижная платформа
15. Ось вращения
16. Опора
17. Подшипник качения
18. Клино-ременная передача
19. Электрогенератор
Ветросиловая энергоустановка работает следующим образом.

Наружный ветер входит в конфузор 1. Если ветер сильный, то открываются клапаны аварийного сброса воздуха 2 и часть воздуха уходит, оставшаяся часть проходит рассекатель воздуха 3, уплотняется и за счет уменьшения поперечного сечения конфузора преобразуется в высокоскоростной поток, который, получив вращательное движение за счет направляющих пластин 4, через рабочий канал 6 попадает на лопатки саморегулирующейся ветротурбины 8, имеющей устройство авторегулирования скорости вращения 9.

С помощью конической зубчатой пары 5 вал 7 изменяет направление с горизонтального на вертикальное. Рабочий канал 6 заканчивается диффузором 10, который не только закрывает устройство авторегулирования скорости вращения ветротурбины 9, но и повышает КПД турбины путем снижения динамического напора ветрового потока на выходе. Все оборудование установлено на поворотной платформе 12, имеющей полую ось вращения 15, сквозь которую проходит вал 7 от ветротурбины 8 к электрогенератору 19. С помощью хвостового оперения 11 и узла вращения 13 поворотная платформа 12 на роликах поворачивается на поверхности неподвижной платформы 14, закрепленной на опоре 16. Соединение выходного вала 7 с валом электрогенератора 19 производится через клиноременную передачу 18, которая позволяет точно подобрать передаточное число под скорость вращения электрогенератора. Неподвижная опора 16 может устанавливаться как на земле или на строительной конструкции - в стационарном варианте, так и на передвижной платформе - в мобильном варианте. Размеры конфузора, ветротурбины и тип электрогенератора подбираются под требуемую выходную мощность.

Формула изобретения

1. Ветровая энергоустановка, имеющая ветротурбину в рабочем канале с конфузором на входе и диффузором на выходе, кинематически связанную вращающимся валом с электрогенератором, отличающаяся тем, что электрогенератор размещен вне установки, ветротурбина выполнена саморегулирующейся с постоянной скоростью вращения независимо от изменения скорости ветра и установлена в рабочем канале в едином блоке с диффузором и конфузором, на боковой поверхности которого имеются автоматические клапаны аварийного сброса лишнего воздуха при сильных порывах ветра, а на его оси установлен конический рассекатель воздуха с жестко закрепленными на его поверхности направляющими пластинами, придающими ветровому потоку вращение под определенным углом, причем сама энергоустановка размещена на общей поворотной платформе, имеющей хвостовое оперение и узел вращения, предохраняющий вертикальную ось поворотной платформы от перекоса, а также от заклинивания проходящего внутри нее вала ветротурбины, кинематически связанного с электрогенератором.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что размещена на передвижной платформе.

РИСУНКИ

Рисунок 1