Ветровая энергетическая установка

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к установкам, предназначенным для преобразования энергии ветра в механическую, электрическую и прочие виды энергии. Технический результат, заключающийся в повышении кпд установки, обеспечивается за счет того, что в ветровой энергетической установке, содержащей ветротурбину, состоящую из внутреннего и внешнего колец, между которыми находятся лопасти, согласно изобретению между лопастями, внутренним и внешним кольцами образованы воздушные каналы с замкнутым контуром и переменным сечением таким образом, что площадь входного сечения больше площади выходного сечения канала. 4 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к установкам, предназначенным для преобразования энергии ветра в механическую, электрическую и прочие виды энергии.

Известен ветряной двигатель, содержащий лопастное колесо в качестве ротора с каналами внутри лопастей для пропуска воздуха от центра к периферии (см. SU, 55996 A, кл. F 03 D 1/00, 30.11.1939).

Недостатками двигателя являются низкий кпд и невысокая надежность.

Известна ветровая энергетическая установка, содержащая ветротурбину, состоящую из внутреннего и внешнего колец, между которыми находятся лопасти (см. RU, 2078990 C1, кл. F 03 D 1/00, 10.05.1997), по совокупности существенных признаков принятая за ближайший аналог (прототип) изобретения.

Недостатками указанной установки являются низкий кпд за счет потерь при передаче мощности, а также невысокая прочность и надежность ветротурбины.

Технический результат, заключающийся в повышении коэффициента полезного действия установки, обеспечивается за счет того, что в ветровой энергетической установке, содержащей ветротурбину, состоящую из внутреннего и внешнего колец, между которыми находятся лопасти, согласно изобретению между лопастями, внутренним и внешним кольцами образованы воздушные каналы с замкнутым контуром и переменным сечением таким образом, что площадь входного сечения больше площади выходного сечения канала.

На фиг. 1 изображена ветровая турбина (общий вид).

На фиг. 2 изображена ветровая энергетическая установка (общий вид).

На фиг. 3 изображено изменение толщины профиля лопастей ветротурбины по направлению от внешнего к внутреннему кольцу.

На фиг. 4 изображено направление движения потока воздуха в воздушных каналах ветротурбины, образующих замкнутый контур.

Ветровая энергетическая установка содержит ветротурбину, состоящую из внутреннего 1 и внешнего 2 колец, между которыми находятся перекрывающие друг друга лопасти 3, при этом между лопастями 3, внутренним и внешним кольцами 1 и 2 образованы воздушные каналы 4 с замкнутым контуром и переменным сечением так, что площадь входного сечения А-В-С-D больше площади выходного сечения канала 4 E-F-G-H. При этом лопасти 3, в количестве 24 штук, крепятся к кольцам 1 и 2 жестко, и образуют соответственно 24 воздушных канала с замкнутым контуром и переменным сечением. Внутреннее кольцо 1 крепится к центральной втулке (не показана) посредством подшипников 5. Задняя часть внутреннего кольца 1 соединена со звездочкой генератора 6 роликовой цепью 7, а генератор 6 крепится к корпусу 8, который надевается на подшипники мачты (не показана).

Учитывая закон о неразрывности потока - уравнение Бернулли, поток воздуха, входящий в канал 4 с сечением А-В-С-D шириной В_н = В-С (см. фиг. 4) со скоростью V_B должен выйти в конце канала E-F-G-H с шириной В_k = F-G и со скоростью V = V_B х (В_н/В_k). В данной ветротурбине на максимальном диаметре перед внешним кольцом 2 отношение В_н/В_k скорость выходящего потока воздуха будет соответственно в 4 раза больше скорости ветра и направлена по касательной к окружности проекции ветротурбины. Выходное сечение E-F-G-H имеет постоянную ширину B_k по всей длине лопасти, чтобы скорость выхода потока была пропорциональна расстоянию от центра вращения и лопасть 3 была нагружена равномерно.

Для данной ветротурбины с диаметром 1,9 м при скорости ветра V_в = 1,5 м/с, скорость вращения равна при этом при коэффициенте передачи, равном, например, 18, генератор 6 может вращаться со скоростью v = 1100 об/мин (стартовая скорость).

Ветровая энергетическая установка работает следующим образом.

Ветер, попадая в каналы 4 (входное сечение А-В-С-D) между лопастями 3, изменяет свое направление и, увеличивая свою скорость за счет уменьшения сечения канала 4, выходит из него через сечение E-F-G-H.

В результате взаимодействия воздуха с лопастями 3 кинетическая энергия ветра передается ветротурбине, которая начинает вращаться. Посредством цепи 7 энергия вращения колеса передается с внутреннего кольца 1 на звездочку (не показана) гораздо меньшего диаметра генератора 6, сообщая ему необходимые для получения электроэнергии высокие обороты.

Формула изобретения

Ветровая энергетическая установка, содержащая ветротурбину, состоящую из внутреннего и внешнего колец, между которыми находятся лопасти, отличающаяся тем, что между лопастями, внутренним и внешним кольцами образованы воздушные каналы с замкнутым контуром и переменным сечением таким образом, что площадь входного сечения больше площади выходного сечения канала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4