Энергетическая установка wr

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам, и может быть использовано в качестве автономного источника электроэнергии, в частности, на зданиях, имеющих достаточную высоту. Установка содержит электрогенератор, соединенный с имеющей вертикальную ось вращающейся турбиной с профилированными лопастями, установленными по окружности турбины. Турбина размещена внутри неподвижного устройства формирования ветрового потока в виде цилиндрической системы с направляющими лопастями, установленными по окружности устройства. Устройство формирования ветрового потока с размещенной в нем турбиной выполнено в виде нескольких установленных друг на друга и механически соединенных между собой ярусов, в каждом из которых турбина снабжена верхним и нижним маховиками, к которым прикреплены лопасти. Устройство формирования ветрового потока снабжено верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти. В центральной части каждого яруса турбины размещена прикрепленная к верхнему и нижнему маховикам полая труба, причем отношение внешнего диаметра турбины к диаметру полой трубы находится в интервале 1,5÷2,5. Лопасти устройства формирования ветрового потока в поперечном сечении представляют собой сегмент кольца, а лопасти турбины в поперечном сечении имеют профиль в виде синусоиды. Конструкция установки обеспечивает повышение КПД, снижение уровня вибрации и надежна в эксплуатации. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам, содержащим многоярусную турбину с вертикальной осью вращения, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии, в частности, на зданиях, имеющих достаточную высоту.

Известна вихревая электростанция (патент РФ №2070661, кл. F03D 3/02 от 25.07.1994), содержащая несколько генераторов вихря с вертикальной осью вращения, в прорези каждого из которых воздушный поток поступает через раструбы устройств формирования ветровых потоков, захватывающих весь воздушный поток по их высоте и ширине со стороны направления ветра.

К недостаткам данного устройства можно отнести замкнутость конструкции электростанции, не обеспечивающую эффективность использования ветрового потока и, как следствие, снижение КПД установки. Кроме того, данную конструкцию трудно отбалансировать, что ведет к повышенному уровню вибрации.

Также известен ветродвигатель (патент РФ №2074980, кл. F03D 3/04 от 08.02.1994), содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью, расположенную внутри системы ветронаправляющих экранов, каждый из которых непосредственно ориентирован на лопасть ветротурбины, причем крайние положения экрана определяют размер лопасти ветротурбины.

Известный ветродвигатель имеет сложную и ненадежную конструкцию из-за необходимости создания вращающихся ветронаправляющих экранов, а также повышенный уровень вибрации.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению является энергетическая установка "ВИНДРОТОР" (патент РФ №52120, кл. F03D 3/02 от 10.11.2006), содержащая многоярусную турбину с вертикальной осью вращения, каждый ярус которой выполнен в виде неподвижного устройства формирования ветрового потока с установленной в нем вращающейся турбиной с лопастями, представляющими собой часть поверхности цилиндра. Лопасти установлены по окружности и в сечении имеют параболическую форму и прикреплены к маховикам. Устройство формирования ветрового потока содержит лопасти, прикрепленные к основаниям и выполненные в виде одного листа, представляющие собой два участка, один из которых имеет форму кольцевого сектора, а второй участок - прямой.

Согласно изобретению соотношение диаметра турбины к диаметру устройства формирования ветрового потока находится в интервале 1,31÷3,00, а турбина и устройство формирования ветрового потока имеют, по меньшей мере, по восемь лопастей.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится то, что в известном устройстве не используется в полной мере энергия ветра и, следовательно, снижается КПД установки, а также отсутствие устройств, защищающих ротор от разрушения при превышении предельной частоты вращения.

Задача, стоящая перед изобретателем, заключалась в разработке ветроэнергетической установки, лишенной вышеизложенных недостатков, обеспечивающей повышение КПД установки, ее надежности и снижение уровня вибрации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной энергетической установке, содержащей электрогенератор, соединенный с имеющей вертикальную ось вращающейся турбиной с профилированными лопастями, установленными по окружности турбины, которая размещена внутри неподвижного устройства формирования ветрового потока, представляющего собой цилиндрическую систему с направляющими лопастями, установленными по окружности устройства, причем устройство формирования ветрового потока с размещенной в нем турбиной выполнено в виде нескольких установленных друг на друга и механически соединенных между собой ярусов, в каждом из которых турбина снабжена верхним и нижним маховиками, к которым прикреплены лопасти турбины, устройство формирования ветрового потока снабжено верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти, в центральной части каждого яруса турбины размещена прикрепленная к верхнему и нижнему маховикам полая труба, причем отношение внешнего диаметра турбины к диаметру полой трубы находится в интервале 1,5÷2,5, при этом лопасти устройства формирования ветрового потока в поперечном сечении представляют собой сегмент кольца, а лопасти турбины в поперечном сечении имеют профиль в виде синусоиды.

В энергетической установке отношения:

- внутреннего радиуса лопасти устройства формирования ветрового потока к ее хорде находится в интервале 0,75÷1,5;

- количества лопастей в турбине к количеству лопастей в устройстве формирования ветрового потока находится в интервале 1,2÷1,9.

В энергетической установке лопасти устройства формирования ветрового потока установлены с углом входа потока ветра 70÷80° на входе и 15÷20° на выходе.

В энергетической установке лопасти турбины установлены с углом входа потока ветра 35÷45° на входе и 175÷185° на выходе.

Благодаря введению в центральную часть энергетической установки полой трубы, конструкция ветротурбины становится более устойчивой, что приводит к уменьшению вибрации и защите ротора от разрушения при шквальных ветрах, кроме того, воздушный поток, попадая на поверхность полой трубы, отражается от нее и формируется в виде кругового потока. При движении воздушного потока по кругу лопастям ротора придается дополнительный вращающий момент, что приводит к более полному использованию энергии ветрового потока и повышению КПД установки.

Выполнение лопастей устройства формирования ветрового потока в поперечном сечении в виде сегмента кольца обеспечивает плавное прохождение воздушного потока с них на лопасти турбины. Таким образом происходит уменьшение потерь энергии ветрового потока, т.е. повышение КПД установки.

Выполнение лопастей турбины, в поперечном сечении имеющих профиль синусоиды, приводит к образованию на выпуклой поверхности зоны разрежения, а на вогнутой стороне - зоны повышенного давления, при этом происходит более полная передача энергии ветрового потока лопастям турбины.

На чертежах представлено: на фиг.1 - общий вид энергетической установки; на фиг.2 - поперечное сечение энергетической установки; на фиг.3 - аксонометрический вид яруса энергетической установки.

Энергетическая установка выполнена сборно-разборной в виде нескольких установленных друг на друга и механически скрепленных между собой ярусов, содержащих каждый вращающуюся турбину 1, установленную внутри неподвижного устройства формирования ветрового потока 13.

Турбина 1 в каждом ярусе 11 содержит лопасти 2, каждая из которых представляет собой в поперечном сечении профиль синусоиды и установлена с углом входа потока ветра 35÷45° на входе и 175÷185° на выходе, по окружности турбины. Данные оптимальные углы определены лабораторными испытаниями, результаты которых приведены в табл.1. Лопасти жестко крепятся к верхнему и нижнему маховикам 3.

В центральной части турбины 1 установлена полая труба 4, прикрепленная к верхнему и нижнему маховикам 3, внутри которой расположена вертикальная ось 5. Отношение внешнего диаметра турбины 1 к диаметру полой трубы 4 находится в интервале 1,5÷2,5. Результаты лабораторных испытаний приведены в табл.2.

Маховики 3 установлены на вертикальную ось 5, которая соединена с валом генератора 6. Оси 5 и полые трубы 4 в ярусах 11 соединены между собой механически, например замковым устройством. На оси 5 установлено тормозное устройство 7. Генератор 6 расположен в машинном зале 8 и электрически связан с аккумуляторной батареей 9 и инвертором 10.

В каждом ярусе 11 лопасти 12 устройства формирования ветрового потока 13 установлены по окружности и жестко крепятся к нижнему и верхнему основаниям 14. Каждая лопасть 12 в поперечном сечении представляет собой сегмент кольца, причем отношение внутреннего радиуса 15 лопасти 12 устройства формирования ветрового потока 13 к хорде 16 находится в интервале 0,75÷1,5, а сама лопасть 12 установлена с углом входа потока ветра 70÷80° на входе и 15÷20° на выходе. Результаты лабораторных испытаний приведены в табл.3.

Установлено, что оптимальное отношение количества лопастей 6 в турбине 1 к количеству лопастей 12 в устройстве формирования ветрового потока 13 находится в интервале 1,2÷1,9. Результаты испытаний приведены в табл.4.

Энергетическая установка работает следующим образом.

Поток ветра, поступая на лопасти 12 устройства формирования воздушного потока 13, ускоряется, завихряется на них и поступает на лопасти 2 турбины 1 и отдает ей свою наибольшую энергию. Сходя с лопасти 2 турбины 1, ветровой поток ударяется в полую трубу 4, отражается от нее и формируется в виде кругового потока. Двигаясь по кругу, ветровой поток воздействует на лопасти турбины и передает ей дополнительную энергию, что приводит к увеличению крутящего момента и повышению КПД установки. Турбина 1 вращает электрогенератор 6, вырабатывающий электрическую энергию. Отработанный воздух уходит вдоль оси установки 5 через верхнее и нижнее основания 14.

Таким образом, комплекс вышеперечисленных конструктивных особенностей обеспечивает повышение КПД энергетической установки, ее надежности и понижение уровня вибрации, что позволяет устанавливать ее, в частности, на жилые здания, имеющие достаточную высоту.

Таблица 1
Зависимость частоты вращения турбины от углов установки лопастей турбины
Углы установки лопастей (вход/выход), град 30/170 40/180 50/190
Частота вращения турбины, об/мин 125 250 90
Таблица 2
Зависимость крутящего момента от отношения диаметра полой трубы к внешнему диаметру турбины
Отношение диаметров 1 2 3
Крутящий момент, H·м 74,1 112,5 90,2

Таблица 3
Зависимость скорости воздушного потока от углов установки лопастей устройства формирования ветрового потока и отношения радиус/хорда
Углы установки лопастей (вход/выход), град. 65/10 75/17 85/25
Отношение радиус/хорда 0,75 1,3 2
Скорость воздушного потока, м/с 5,6 13,4 1,2
Таблица 4
Зависимость крутящего момента от отношения количества лопастей в турбине и устройстве формирования ветрового потока
Отношение количества лопастей 1 1,5 2,5
Крутящий момент (на единицу площади лопастей турбины), Н·м 8,1 110,3 0,1

1. Энергетическая установка, содержащая электрогенератор, соединенный с имеющей вертикальную ось вращающейся турбиной с профилированными лопастями, установленными по окружности турбины, которая размещена внутри неподвижного устройства формирования ветрового потока, представляющего собой цилиндрическую систему с направляющими лопастями, установленными по окружности устройства, причем устройство формирования ветрового потока с размещенной в нем турбиной выполнено в виде нескольких установленных друг на друга и механически соединенных между собой ярусов, в каждом из которых турбина снабжена верхним и нижним маховиками, к которым прикреплены лопасти, устройство формирования ветрового потока снабжено верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти, отличающаяся тем, что в центральной части каждого яруса турбины размещена прикрепленная к верхнему и нижнему маховикам полая труба, причем отношение внешнего диаметра турбины к диаметру полой трубы находится в интервале 1,5÷2,5, при этом лопасти устройства формирования ветрового потока в поперечном сечении представляют собой сегмент кольца, а лопасти турбины в поперечном сечении имеют профиль в виде синусоиды.

2. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что отношение внутреннего радиуса лопасти устройства формирования ветрового потока к ее хорде находится в интервале 0,75÷1,5.

3. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что отношение количества лопастей в турбине к количеству лопастей в устройстве формирования ветрового потока находится в интервале 1,2÷1,9.

4. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что лопасти направляющего аппарата установлены с углом входа потока ветра 70°÷80° на входе и 15°÷20° - на выходе.

5. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что лопасти турбины установлены с углом входа потока ветра 35°÷45° на входе и 175°÷185° на выходе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветроэнергетической установке с вертикальной осью и системе генерирования энергии ветра и, в частности, к ветроэнергетической установке с вертикальной осью, содержащей опорную раму; основной вертикальный вал, установленный с возможностью вращения на опорной раме; крепежный элемент, закрепленный на основном вертикальном валу; опорную консоль, прикрепленную одним концом к крепежному элементу; и проходящую по вертикали лопасть, установленную на другом конце опорной консоли, при этом лопасть имеет наклонную часть, образованную на верхнем и нижнем концах, наклоненную внутрь под углом от 30 до 45 градусов по отношению к вертикальной оси основного вала, причем ширина лопасти составляет от 45 до 55% от радиуса орбиты лопасти, когда лопасть вращается вокруг основного вертикального вала.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии, используя энергию ветра при нормальных погодных условиях и при ураганах.

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

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии или выполнения механической работы. .

Изобретение относится к экологически чистой ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии или выполнения механической работы. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветряным агрегатам для получения сжатого воздуха или выработки электроэнергии. .

Изобретение относится к ветротехнике, а именно к ветродвигателям с вертикальной остью вращения. .

Изобретение относится к энергетике и может использоваться для преобразования энергии океанических, морских и речных течений в электроэнергию

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в другие виды энергии, например в электрическую

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ветроэнергетических или в гидроэнергетических установках, которые превращают энергию атмосферных и водных течений в электрическую

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

Изобретение относится к ветроэнергетике

Изобретение относится к электроэнергетике

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения промышленно значимых мощностей электроэнергии

Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано для создания ветроэнергетических станций

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэлектрогенераторная установка содержит башню, поворотное устройство, несущую конструкцию, вертикальные валы с вращающимися в разные стороны ветроколесами с лопастями, хвостовую плоскость, статорные и роторные элементы. Несущая конструкция выполнена в виде двух соприкасающихся в средней части дуг. К передним концам дуг прикреплены кронштейны крепления обтекателя. К задним концам дуг прикреплены кронштейны крепления хвостовой плоскости. Средняя часть дуг установлена на поворотном устройстве. На самих дугах установлены статорные элементы. Роторные элементы снабжены синхронизирующими зубчатыми венцами. Изобретение направлено на повышение технологичности. 7 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии. Ветроэнергетическая установка содержит ветрогенератор с лопастной ветровой турбиной с вертикальным валом вращения, расположенной внутри неподвижного лопастного воздухонаправляющего аппарата с основанием и крышкой, электрогенератор, блок управления, дополнительный источник электроэнергии. Ветроэнергетическая установка снабжена защитным кожухом, оснащенным подвижно соединенными между собой и относительно кожуха консолью и шарнирным валом, установленным в выполненном в защитном кожухе центральном отверстии. Дополнительный источник электроэнергии по первому варианту выполнен в виде ветровоспринимающего рабочего органа, имеющего форму воздушного купола с прикрепленными к последнему стропами и гибкий вал. Одним концом гибкий вал жестко соединен с подвижной консолью защитного кожуха, другим концом подвижно соединен с незакрепленными на воздушном куполе концами строп, объединенными в одной точке механизмом, обеспечивающим вращение воздушного купола относительно гибкого вала. По второму варианту дополнительный источник электроэнергии также выполнен в виде ветровоспринимающего рабочего органа аналогичной формы. Однако содержит планку, к которой жестко прикреплены незакрепленные на воздушном куполе концы строп. Защитный кожух выполнен куполообразной формой с основанием, установленным на крышке воздухонаправляющего аппарата. В результате использования изобретения повышается эффективность эксплуатации ветроэнергетической установки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх