Ветроэнергетическая система
Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к установкам с вертикальной осью вращения ветроколеса для преобразования энергии ветрового потока в полезную энергию, в частности в электрическую или тепловую. Ветроэнергетическая система содержит первую структуру отклонения потока ветра (ОПВ), выполненную в виде тела вращения, ветроколесо с вертикальной осью вращения, средство фиксации ветроколеса в виде верхних и нижних поперечин, энергетический преобразователь, который соединен с ветроколесом, узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса. Система также содержит вторую структуру ОПВ, которая расположена перед ветроколесом и первой структурой ОПВ таким образом, чтобы направление отклоненного потока ветра внешней поверхностью второй структуры ОПВ совпадало с направлением указанного отклонения потока ветра первой структурой ОПВ. Лопатки ветроколеса расположены в зазоре между первой структурой ОПВ и второй структурой ОПВ, причем верхние и нижние поперечины средства фиксации ветроколеса с одной стороны жестко соединены с лопатками ветроколеса, а с другой - соединены с вертикальным валом вертикальной оси вращения ветроколеса. Вторая структура ОПВ перекрывает спереди часть ветроколеса. Изобретение обеспечивает повышение эффективности использования ветрового потока за счет исключения возможности турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к отрасли ветроэнергетики, в частности к ветроэнергетическим системам с вертикальной осью вращения ветроколеса. Эти системы предназначенные для превращения энергии потока ветра в электрическую энергию или тепловую энергию. В частности эти ветроэнергетические системы также могут быть расположены на башне или на крыше дома.
Известна ветроэнергетическая система по патенту US 7744338 (В2), опубл. 2010.03.29, МПК 7 F03D 7/06, которая содержит структуру отклонения потока ветра (ОПВ), ветроколесо с вертикальной осью вращения, энергетический преобразователь, который соединен с ветроколесом для превращения вращательного движения ветроколеса в полезную энергию, узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса. При этом спереди ветроколеса с одной стороны расположена выпуклая внешне и полая изнутри структура отклонения потока ветра на лопатки ветроколеса. Эта структура перекрывает спереди часть ветроколеса, что в основном встречно вращается к ветровому потоку. А с другой стороны и спереди ветроколеса расположена структура аэродинамического профиля также для отклонения потока ветра на лопатки ветроколеса.
Основным недостатком данной ветроэнергетической системы является отклонение потока ветра на лопатки ветроколеса под разными углами от выпуклой структуры и от структуры аэродинамического профиля для отклонения потока ветра на лопатки ветроколеса. А это приводит к сталкиванию отклоненных потоков ветра и турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса и, как следствие, этого приводит к значительной потере энергии потока на лопатках ветроколеса.
Указанный недостаток также обусловлен выполнением выпуклой структуры отклонения потока ветра в виде полой внешней поверхности, которая открытой частью обращена к лопаткам ветроколеса. А это также приводит к циркуляции потока ветра вокруг ветроколеса и внутри указаной полой выпуклой структуры, в результате чего также имеет место сталкивание потоков ветра и значительная их турбулизация на лопатках ветроколеса. А это только увеличивает указанный выше недостаток.
Наиболее близким к решению, которое заявляется, по технической сути и техническому результату, который достигается, является ветроэнергетическая система по патенту US 7679209 (В2), опубл. 2010.03.16, МПК 7 F03D 9/00, которая содержит первую структуру отклонения потока ветра (ОПВ), ветроколесо с вертикальной осью вращения, средство фиксации ветроколеса вокруг и поблизости к указанной первой структуре ОПВ таким образом, чтобы ветроколесо приводилось к вращению отклоненным потоком ветра, энергетический преобразователь, который соединен с ветроколесом для преобразования вращательного движения ветроколеса в полезную электрическую энергию, узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса. При этом в ветроэнергетической системе первая структура отклонения потока ветра выполнена в виде вертикально расположенного цилиндра, с двух сторон которого расположены на своих вертикальных осях шесть цилиндрических ветроколес - по три на каждой оси. Средство фиксации ветроколес вокруг указанной первой структуры ОПВ (цилиндра) выполнено в виде верхней и нижней поперечин, которые сверху и снизу цилиндра соединяют ось цилиндра и оси ветроколес. Узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса выполнен в виде электромеханического привода поворачивания указанных поперечин перпендикулярно к ветровому потоку.
Преимуществом прототипа по сравнению с аналогом является некоторое повышение эффективности использования ветрового потока за счет отсутствия выпуклой полой структуры отклонения потока ветра и структуры аэродинамического профиля для отклонения потока ветра на лопатки ветроколеса.
Вместе с тем основным недостатком и данной ветроэнергетической системы является также отклонение потока ветра на лопатки ветроколеса под разными углами от первой структуры отклонения потока ветра в виде цилиндра и от цилиндрических ветроколес. А это также приводит к сталкиванию отклоненных потоков ветра и турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколес. И, как следствие, это приводит также к значительной потере энергии потока ветра на лопатках ветроколеса и снижению эффективности использования ветрового потока.
В основу изобретения положена задача повышения эффективности использования ветрового потока путем направления отклоненных потоков ветра в одном направлении.
Поставленная задача решается тем, что ветроэнергетическая система содержит первую структуру отклонения потока ветра (ОПВ), выполненную в виде тела вращения, ветроколесо с вертикальной осью вращения, средство фиксации ветроколеса вокруг и поблизости к указанной первой структуре ОПВ в виде верхних и нижних поперечин, чтобы ветроколесо приводилось к вращению отклоненным потоком ветра первой структуры ОПВ, энергетический преобразователь, который соединен с ветроколесом для преобразования вращательного движения ветроколеса в полезную энергию, узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса. При этом ветроэнергетическая система также содержит вторую структуру ОПВ, которая расположена перед ветроколесом и первой структурой ОПВ таким образом, чтобы направление отклоненного потока ветра внешней поверхностью второй структуры ОПВ совпадало с направлением указанного отклонения потока ветра первой структурой ОПВ, при этом лопатки ветроколеса расположены в зазоре между первой структурой ОПВ и второй структурой ОПВ, причем верхние и нижние поперечины средства фиксации ветроколеса с одной стороны жестко соединены с лопатками ветроколеса, а с другой стороны соединены с вертикальным валом вертикальной оси вращения ветроколеса, вторая структура ОПВ перекрывает спереди часть ветроколеса, что в основном встречно вращается к ветровому потоку. А указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ выполнена гибкой для отклонения сильных потоков ветра от ветроколеса. Кроме того, контур тела вращения первой структуры ОПВ в плоскости вертикальной оси вращения ветроколеса повторяет контур вращения ветроколеса и контур внутренней поверхности второй структуры ОПВ. Указанные лопатки ветроколеса жестко соединены с указанной первой структурой ОПВ для одновременного их вращения вокруг вертикальной оси. Также указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ может быть выполнена выпуклой к ветровому потоку для направления, отклоненного ею ветрового потока на лопатки ветроколеса, а внутренняя поверхность указанной второй структуры ОПВ прилегает с концентрическим зазором к ветроколесу, при этом указанное перекрытие спереди части ветроколеса второй структурой ОПВ преимущественно составляет 120 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока. Также указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ может быть выполнена вогнутой к ветровому потоку для направления, отклоненного ею, ветрового потока на лопатки ветроколеса, а внутренняя поверхность указанной второй структуры ОПВ прилегает с концентрическим зазором к ветроколесу, при этом указанное перекрытие спереди части ветроколеса второй структурой ОПВ преимущественно составляет 90 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока. Указанная вторая структура ОПВ как с выпуклой, так и из вогнутой внешней поверхностью может быть соединена с указанным узлом ориентирования для оптимального направления указанного отклонения потока ветра второй структурой ОПВ на лопатки ветроколеса. Сверху и снизу указанных первой и второй структур ОПВ могут быть расположены крышки, которые соответственно соединены с верхними и нижними частями второй структуры ОПВ и указанного узла ориентирования. Указанные крышки могут быть расположены под углом вдоль потока ветра для соответствующего отклонения ветрового потока вверх и вниз от ветроколеса и первой структуры ОПВ.
Выполнение ветроэнергетической системы со второй структурой ОПВ, которая расположена перед ветроколесом и первой структурой ОПВ таким образом, чтобы направление отклоненного потока ветра внешней поверхностью второй структуры ОПВ совпадало с направлением указанного отклонения потока ветра первой структурой ОПВ, позволяет избежать возможности сталкивания отклоненных потоков ветра от первой и второй структур ОПВ. Кроме того, расположение лопаток ветроколеса в зазоре между первой структурой ОПВ и второй структурой ОПВ позволяет создать в этом зазоре эжекционный воздушный канал. При этом отклоненный второй структурой ОПВ ветровой поток, двигаясь с большой скоростью по касательной к выходному сечению эжекционного воздушного канала, эжектирует из него воздух. А это обеспечивает движение воздуха в этом эжекционном воздушном канале в направлении вращения лопаток ветроколеса. Такое соединение двух различных воздушных потоков путем эжекции одного ветрового потока другим, не приводит к их турбулизации и образования вихрей (потери энергии). А это обеспечивает повышение эффективности использования ветрового потока путем отбора большей его мощности. Для усиления действия приведенного выше на внешней поверхности первой структуры ОПВ могут быть дополнительно выполнены выступы, которые могут быть расположены по образующей этой поверхности или под углом.
Выполнение верхних и нижних поперечин средства фиксации ветроколеса с одной стороны жестко соединенных с лопатками ветроколеса, а с другой стороны соединенных с вертикальным валом вертикальной оси вращения ветроколеса позволяет расположить лопатки ветроколеса по всей высоте первой структуры ОПВ для обеспечения большего использования отклоняемого первой и второй структурами ОПВ ветрового потока. При этом лопатки ветроколеса соединены с вертикальным валом вертикальной оси вращения ветроколеса жестко или через подшипник с обеспечением вращения указанных лопаток ветроколеса вокруг первой структуры ОПВ. При этом такое ветроколесо является разновидностью ветровой турбины Дарье.
Перекрытие же спереди второй структурой ОПВ части ветроколеса, что в основном встречно вращается к ветровому потоку, в соединении с вышеприведенным, также позволяет повысить использование энергии ветрового потока за счет исключения противодействия ветрового потока для вращения ветроколеса.
Указанный зазор между первой структурой ОПВ и второй структурой ОПВ преимущественно выполнен как концентрический зазор. Также этот зазор может быть выполнен с более узким выходным сечением и соответственно более широким входным сечением указанного эжекционного воздушного канала, что может иметь место при смещении в горизонтальной плоскости первой структуры ОПВ.
Также профиль лопаток ветроколеса преимущественно выполнен в виде профиля крыла самолета, расположенного по касательной к окружности вращения ветроколеса. А в другом исполнении профиль лопаток ветроколеса в виде профиля крыла самолета может быть выполнен изогнутым по окружности вращения ветроколеса.
Выполнение указанной внешней поверхности (или ее части) второй структуры ОПВ гибкой позволяет обеспечить отклонение сильных потоков ветра от ветроколеса за счет прогиба этой поверхности.
Выполнение контура тела вращения первой структуры ОПВ в плоскости вертикальной оси вращения ветроколеса такой, что повторяет контур вращения ветроколеса, позволяет выполнить форму первой структуры ОПВ и соответственно форму ветроколеса как в виде цилиндра, так и в виде конусообразной формы, трапецеидальной, бочкообразной и тому подобной. При этом контур внутренней поверхности второй поверхности ОПВ также повторяет контур ветроколеса в вертикальной плоскости его вращения.
Выполнение ветроэнергетической системы такой, что указанные лопатки ветроколеса жестко соединены с указанной первой структурой ОПВ, позволяет выполнить систему с одновременным вращением вокруг вертикальной оси как ветроколеса, так и первой структуры ОПВ.
Выполнение указанной внешней поверхности второй структуры ОПВ выпуклой к ветровому потоку позволяет направить отклоненный ею ветровой поток на лопатки ветроколеса. При этом выполнение внутренней поверхности указанной второй структуры ОПВ такой, которая прилегает с концентрическим зазором к ветроколесу, также позволяет создать в этом зазоре эжекционный воздушный канал для того, чтобы избежать турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса и, как следствие этого, также уменьшить значительную потерю энергии ветрового потока на лопатках ветроколеса. А это также обеспечивает повышение эффективности использования ветрового потока.
Выполнение указанного перекрытия спереди части ветроколеса второй структурой ОПВ выпуклой формы преимущественно в 120 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока позволяет добиться максимального использования отклоненных ветровых потоков первой и второй структурами ОПВ в сочетании со сложением их с эжектирующим воздушным потоком в зазоре между этими указанными структурами. При этом в пределах 90…150 градусов указанного перекрытия этот эффект сохраняется на достаточном рабочем уровне. Если указанное перекрытие будет больше 150 градусов, то этот эффект прогрессивно снижается за счет ухода части потока, отклоненного второй структурой ОПВ выпуклой формы, за пределы лопаток ветроколеса. Если указанное перекрытие будет меньше 90 градусов, этот эффект прогрессирующе снижается за счет отклонения части потока, отклоненного второй структурой ОПВ, в зазор между первой и второй структурами ОПВ, что противодействует эжектированию воздушного потока в этом зазоре.
Указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ также может быть выполнена вогнутой к ветровому потоку, который также позволит направить отклоненный ею ветровой поток на лопатки ветроколеса. При этом выполнение внутренней поверхности указанной второй структуры ОПВ такой, которая прилегает с концентрическим зазором к ветроколесу, также позволяет создать в этом зазоре эжекционный воздушный канал для того, чтобы избежать турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса и, как следствие этого, также уменьшить значительную потерю энергии ветрового потока на лопатках ветроколеса. А это также обеспечивает повышение эффективности использования ветрового потока.
Выполнение указанного перекрытия спереди части ветроколеса второй структурой ОПВ выгнутой формы преимущественно в 90 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока позволяет добиться максимального использования отклоненных ветровых потоков первой и второй структурами ОПВ в сочетании со сложением их с эжектирующим воздушным потоком в зазоре между этими указанными структурами. При этом в пределах 60…120 градусов указанного перекрытия этот эффект сохраняется на достаточном рабочем уровне. Если указанное перекрытие будет больше 120 градусов, то этот эффект прогрессивно снижается за счет ухода части потока, отклоненного второй структурой ОПВ вогнутой формы, за пределы лопаток ветроколеса. Если указанное перекрытие будет меньше 60 градусов, этот эффект прогрессирующе снижается за счет отклонения части потока, отклоненного второй структурой ОПВ, в зазор между первой и второй структурами ОПВ, что противодействует эжектированию воздушного потока в этом зазоре.
Соединение указанной второй структуры ОПВ как с выпуклой, так и из вогнутой внешней поверхностью с указанным узлом ориентирования позволит обеспечить оптимальное (без сталкивания отклоненных потоков ветра от первой и второй структур ОПВ и без турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса) направление указанного отклонения потока ветра второй структурой ОПВ на лопатки ветроколеса.
Расположение сверху и снизу указанной первой структуры ОПВ крышек позволяет также избежать турбулизации ветрового потока сверху и под первой структурой ОПВ за счет отсутствия проникновения ветрового потока сверху и снизу в зону вращения лопаток ветроколеса. При этом за крышками, вдоль ветрового потока, появляется зона пониженного давления, в которую дополнительно подсасывается ветровой поток перед лопатками ветроколеса, что также повышает его скорость.
Расположение указанных крышек под углом вдоль потока ветра позволит также избежать турбулизации ветрового потока сверху и снизу ветроколеса и первой структурой ОПВ за счет направления ветрового потока соответственно вверх и вниз от верхней и нижней поверхностей первой структуры ОПВ и ветроколеса. При этом за крышками, вдоль ветрового потока, также появляется зона пониженного давления, в которую также дополнительно подсасывается ветровой поток перед лопатками ветроколеса, что также повышает его скорость.
Изложенное выше подтверждает наличие причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом.
Данная совокупность существенных признаков по сравнению с прототипом ветроэнергетической системы позволяет повысить эффективность использования ветрового потока путем обращения отклоненных потоков ветра от первой и второй структур ОПВ в одном направлении - на лопатки ветроколеса. При этом исключается возможность сталкивания отклоненных ветровых потоков и исключается возможность турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса.
По мнению автора, заявляемое техническое решение отвечает критериям изобретения ″новизна″ и ″изобретательский уровень″ потому, что совокупность существенных признаков, которые характеризуют ветроэнергетическую систему, является новой и не вытекает явно из известного уровня техники.
Заявленное изобретение поясняется чертежами, на котором одинаковые элементы имеют одинаковые цифровые обозначения и где на: Фиг. 1 изображена ветроэнергетическая система с независимым вращением ветроколеса вокруг вертикальной оси и со снятыми верхней и нижней крышками, аксонометрия; на Фиг. 2 изображена ветроэнергетическая система по Фиг. 1, вид сбоку с вертикальным вырезом; на Фиг. 3 изображена ветроэнергетическая система по Фиг. 2, вид сверху, поперечный разрез по А-А; на Фиг. 4 изображена ветроэнергетическая система с вращением ветроколеса вокруг вертикальной оси, в которой лопатки ветроколеса жестко соединены с первой структурой отклонения потока ветра, и со снятыми верхней и нижней крышками, аксонометрия; на Фиг. 5 - изображена ветроэнергетическая система по Фиг. 4, вид сбоку с вертикальным вырезом; на Фиг. 6 изображена ветроэнергетическая система по Фиг. 5, вид сверху, поперечный разрез по В-В; на Фиг. 7 изображена ветроэнергетическая система с гибкой выпуклой внешней поверхностью второй структуры ОПВ, вид сверху по Фиг. 2 в поперечном разрезе; на Фиг. 8 изображена ветроэнергетическая система с вогнутой внешней поверхностью второй структуры ОПВ, аксонометрия; на Фиг. 9 изображена ветроэнергетическая система по Фиг. 8, вид сверху в поперечном разрезе; на Фиг. 10 - вид сверху на верхнюю крышку; на Фиг. 11 изображен поперечный разрез В-В на Фиг. 5 ветроэнергетической системы с примером механической системы отклонения сильного потока ветра.
Предпочтительный вариант ветроэнергетической системы, в соответствии с Фиг. 1-3, выполнен с независимым вращением ветроколеса вокруг вертикальной оси 1. При этом ветроэнергетическая система может быть расположена на башне или на крыше дома (не показано). Ветроэнергетическая система содержит первую структуру отклонения потока ветра (ОПВ), выполненной в виде вертикального цилиндра 2, вокруг которого вращаются лопатки 3 ветроколеса. Ветроколесо содержит средство фиксации в виде верхних 4 и нижних 5 поперечин, которые с одной стороны жестко соединены с лопатками 3 ветроколеса, а с другой стороны жестко соединены с вертикальным валом 6 с осью 1. Лопатки 3 расположены вокруг и поблизости к вертикальному цилиндру 2 первой структуры ОПВ таким образом, чтобы ветроколесо приводилось во вращение отклоненным поверхностью вертикального цилиндра 2 потоком ветра. Система также содержит вторую структуру ОПВ, которая выполнена в виде вертикальной структуры 7 с выпуклой внешней поверхностью 8 к ветровому потоку для направления, отклоненного ею, ветрового потока также на лопатки 3 ветроколеса, а внутренняя поверхность 9 указанной вертикальной структуры 7 прилегает с концентрическим зазором 10 к лопаткам 3 ветроколеса и к внешней поверхности 11 вертикального цилиндра 2. Вертикальная структура 7 расположена перед лопатками 3 ветроколеса и вертикальным цилиндром 2 таким образом, чтобы направление отклоненного потока ветра выпуклой внешней поверхностью 8 второй структуры ОПВ совпадал с направлением указанного отклонения потока ветра внешней поверхностью 11 вертикального цилиндра 2 первой структуры ОПВ, при этом вертикальная структура 7 второй структуры ОПВ перекрывает спереди по высоте часть лопаток 3 ветроколеса, которые в основном встречно вращаются к ветровому потоку. Указанное перекрытие спереди части ветроколеса преимущественно составляет 120 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока. Вертикальная структура 7 второй структуры ОПВ соединена с узлом 12 ориентирования для оптимального направления отклонения потока ветра на лопатки 3 ветроколеса, а через верхние 13 и нижние 14 поперечины соответственно соединена с верхним 15 и нижним 16 кольцевыми подшипниками, которые закреплены на вертикальном валу 6. Вертикальный цилиндр 2 через верхние 17 и нижние 18 поперечины соответственно соединен с верхним 19 и нижним 20 подшипниками, которые закреплены на вертикальном валу 6. Снизу вал 6 закреплен на подпятнике 21 качения, а через передачу 22 вал 6 соединен с энергетическим преобразователем в виде электрогенератора 23 для преобразования вращательного движения ветроколеса в полезную энергию. В соответствии из Фиг. 2, Фиг. 5 и Фиг. 10 сверху и снизу указанной первой структуры ОПВ расположены крышки 24 и 25, которые соответственно соединены с верхними и нижними частями второй структуры ОПВ в виде вертикальной структуры 7 и указанного узла 12 ориентирования. Указанные крышки 24 и 25 расположены под углом вдоль потока ветра для соответствующего отклонения ветрового потока вверх и вниз от ветроколеса и первой структуры ОПВ. А в нижней крышке 25 выполнено отверстие для вала 6.
Поперечины 4, 5, 26, 27 выполнены обтекаемой формы для уменьшения сопротивления воздуха при вращении лопаток 3 ветроколеса.
Лопатки 3 ветроколеса могут быть соединены с вертикальным валом 6 с осью 1 посредством соответствующих подшипников (не показаны) с обеспечением их вращения вокруг первой структуры ОПВ. При этом вращение ветроколеса через промежуточный полый вал (не показан), который жестко соединен с одним из концов поперечин ветроколеса, передается на передачу 22 энергетического преобразователя.
В одном из вариантов, в соответствии с Фиг. 4-6, ветроэнергетическая система с вращением ветроколеса вокруг вертикальной оси выполнена с лопатками 3 ветроколеса, которые жестко соединены верхними 26 и нижними 27 поперечинами с первой структурой ОПВ в виде вертикального цилиндра 2 и одновременно вращаются вместе с ней вокруг вертикальной оси 1. При этом вертикальный цилиндр 2 может выполнять функцию маховика.
Также в одном из вариантов выполнения, в соответствии с Фиг. 7, ветроэнергетическая система выполнена с гибкой выпуклой внешней поверхностью 28 второй структуры ОПВ для отклонения сильных потоков ветра от ветроколеса.
Также в одном из вариантов выполнения, в соответстви с Фиг. 8, ветроэнергетическая система выполнена с вогнутой к ветровому потоку внешней поверхностью 29 второй структуры ОПВ для направления отклоненного ею ветрового потока на лопатки 3 ветроколеса, а внутренняя поверхность 30 указанной второй структуры ОПВ прилегает с концентрическим зазором 10 к лопаткам 3 ветроколеса и к внешней поверхности 11 вертикального цилиндра 2.
В соответствии с примером, указанным на Фиг. 11, для отклонения сильных потоков ветра от указанной ветроэнергетической системы вторая структура ОПВ может быть выполнена с механической системой этого отклонения в виде упругого смещения датчика 31 силы ветрового потока (смещаемой части внешней поверхности второй структуры ОПВ). Датчик 31 смещает первую зубчатую рейку 32, смещение которой через зубчатое колесо 33 передается второй зубчатой рейке 34 с выдвижной (за внешнюю поверхность второй структуры ОПВ) пластиной 35 для отклонения сильного потока ветра.
Передача 22, которая соединяет вал 6 с энергетическим преобразователем, может быть выполнена шкивною, зубчатой и тому подобной. При этом в качестве энергетического преобразователя вращательного движения вала 6 в полезную энергию также может быть использован преобразователь в тепловую энергию, например в виде известного кавитационного генератора.
В других вариантах выполнения в ветроэнергетической системе первая структура ОПВ выполнена в виде тела вращения, контур которого в плоскости вертикальной оси вращения ветроколеса повторяет контур вращения ветроколеса и контур внутренней поверхности второй структуры ОПВ.
Ветроэнергетическая система с независимым вращением ветроколеса вокруг вертикальной оси работает следующим образом.
Ветровой поток, который обозначен стрелками на Фиг. 2, 3, 5, 6, 7, 9 и 11 со скоростью V1 действует на узел 12 ориентирования, что вынуждает вторую структуру ОПВ в виде вертикальной структуры 7 повернуться своей внешней поверхностью 8 к ветровому потоку. Дальше ветровой поток с ускорением обтекает внешнюю поверхность 8 вертикальной структуры 7. И этот уже ускоренный ветровой поток дальше направляется на внешнюю поверхность 11 вертикального цилиндра 2, обтекает ее с дополнительным ускорением и уже со скоростью V2, которая больше чем скорость V1, действует на лопатки 3 ветроколеса с более мощной силой, чем начальный ветровой поток. Ветроколесо вращает вал 6, который через передачу 22 вращает энергетический преобразователь в виде электрогенератора 23 для вырабатывания им полезной электроэнергии. При этом лопатки 3 ветроколеса вращаются независимо и вся мощность их вращения непосредственно прикладывается к вращению электрогенератора 23.
В варианте выполнения ветроэнергетической системы, в соответствии с Фиг. 4-6, вращение ветроколеса вокруг вертикальной оси 1 осуществляется одновременно с вращением вертикального цилиндра 2, который дополнительно убыстряет ветровой поток и выполняет функцию маховика.
Хотя здесь показаны и описаны варианты, которые признаны лучшими для осуществления нынешнего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что можно осуществлять разнообразные изменения и модификации, и элементы можно заменять на эквивалентные, не выходя при этом за пределы объема притязаний нынешнего изобретения. В частности, такие термины, как ″первый″, ″второй″ приведенные в нынешней заявке по соображениям удобства и не являются терминами, которые ограничивают объем прав по заявке. При этом термин ″соответствующие″ следует понимать как верхний элемент системы связан с другим верхним элементом, нижний - со вторым нижним элементом и тому подобное.
Соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения ″промышленная применимость″ подтверждается указанными примерами выполнения ветроэнергетической системы.
1. Ветроэнергетическая система, содержащая первую структуру отклонения потока ветра (ОПВ), выполненную в виде тела вращения, ветроколесо с вертикальной осью вращения, средство фиксации ветроколеса вокруг и поблизости указанной первой структуры ОПВ в виде верхних и нижних поперечин, чтобы ветроколесо приводилось к вращению отклоненным потоком ветра первой структуры ОПВ, энергетический преобразователь, который соединен с ветроколесом для преобразования вращательного движения ветроколеса в полезную энергию, узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса, отличающаяся тем, что содержит вторую структуру ОПВ, которая расположена перед ветроколесом и первой структурой ОПВ таким образом, что направление отклоненного потока ветра внешней поверхностью второй структуры ОПВ совпадало с направлением указаного отклонения потока ветра первой структурой ОПВ, при этом лопатки ветроколеса расположены в зазоре между первой структурой ОПВ и второй структурой ОПВ, причем верхние и нижние поперечины средства фиксации ветроколеса с одной стороны жестко соединены с лопатками ветроколеса, а с другой стороны соединены с вертикальным валом вертикальной оси вращения ветроколеса, а вторая структура ОПВ перекрывает спереди часть ветроколеса.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ выполнена гибкой для отклонения сильных потоков ветра от ветроколеса.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что контур тела вращения первой структуры ОПВ в плоскости вертикальной оси вращения ветроколеса повторяет контур вращения ветроколеса и контур внутренней поверхности второй структуры ОПВ.
4. Система по п.3, отличающаяся тем, что указанные лопатки ветроколеса жестко соединены с указанной первой структурой ОПВ для одновременного их вращения вокруг вертикальной оси.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ выполнена выпуклой к ветровому потоку для направления, отклоненного ею, ветрового потока на лопатки ветроколеса, а внутренняя поверхность указанной второй структуры ОПВ прилегает с концентрическим зазором к ветроколесу, при этом указанное перекрытие спереди части ветроколеса второй структурой ОПВ преимущественно составляет 120 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанная внешняя поверхность второй структуры ОПВ выполнена вогнутой к ветровому потоку для направления, отклоненного ею, ветрового потока на лопатки ветроколеса, а внутренняя поверхность указанной второй структуры ОПВ прилегает с концентрическим зазором к ветроколесу, при этом указанное перекрытие спереди части ветроколеса второй структурой ОПВ преимущественно составляет 90 градусов в направлении вращения ветроколеса от перпендикуляра к направлению движения ветрового потока.
7. Система по п.5 или 6, отличающаяся тем, что указанная вторая структура ОПВ соединена с указанным узлом ориентирования для оптимального направления указанного отклоненного потока ветра второй структурой ОПВ на лопатки ветроколеса.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что сверху и снизу указанной первой структуры ОПВ расположены крышки, которые соответственно соединены с верхними и нижними частями второй структуры ОПВ и указанного узла ориентирования.
9. Система по п.8, отличающаяся тем, что указанные крышки расположены под углом вдоль потока ветра для соответствующего отклонения ветрового потока вверх и вниз от ветроколеса и первой структуры ОПВ.
