Способ управления поворотом лопастей ветроустановки вертикального типа

Авторы патента:

Ревенко Михаил Петрович (RU)

Ревенко Данил Михайлович (RU)

Ревенко Петр Михайлович (RU)

F03D7/06 - когда ось вращения ротора перпендикулярна направлению ветра

Владельцы патента RU 2704060:

Ревенко Данил Михайлович (RU)

Изобретение относится к ветроэнергетике. Способ позволяет позиционировать лопасти независимо друг от друга с помощью электроприводов, связанных с осями лопастей. Управление системой происходит с помощью контроллера и системы датчиков, определяющих направление ветра, скорость вращения ветроколеса и текущий угол положения лопастей. Изобретение позволяет управлять скоростью вращения ветроколеса и способно повысить эффективность работы ветроустановок вертикального типа благодаря устранению потерь из-за встречного потока воздуха и перераспределения воздушного потока внутри ветроколеса за счет углов поворота лопастей относительно направления ветра, а также позволяет создать эффективную противоштормовую защиту. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике.

Существует два типа ветроустановок: установки горизонтального типа, у которых ротор расположен параллельно земле, и установки вертикального типа с перпендикулярным земле ротором.

Хотя более широкое распространение получили установки горизонтального типа, такая конструкция имеет ряд недостатков:

- расположение генератора высоко над землей, что затрудняет обслуживание установки и повышает требования к прочности мачты;

- высокая начальная скорость ветра;

- низкочастотное звуковое загрязнение, возникающее из-за высокой линейной скорости вращения лопастей и негативно сказывающееся на окружающей среде и здоровье человека.

Установки вертикального типа лишены этих недостатков, но они имеют меньший КПД, обусловленный тем, что разница действующих на противоположные лопасти моментов сил, благодаря которой происходит вращение короны, достигается только благодаря особой форме самих лопастей. При этом из-за встречного потока воздуха значительно падет эффективность установки (до 40% в зависимости от формы лопастей).

Целью данного изобретения является усовершенствование ветроколеса таким образом, чтобы избежать потерь из-за встречного потока ветра и повысить эффективность за счет перераспределения потока воздуха внутри ветроколеса. Это достигается путем поворота лопастей относительно потока воздуха в каждой из точек траектории вращения ветроколеса. Одно из возможных положений лопастей, позволяющих повысить эффективность ветроустановки, показано на фиг. 1.

Принцип работы системы иллюстрируется на фиг. 2. Направление ветра определяется с помощью датчика 1 (например, с помощью небольшого флюгера с энкодером). Управляющий контроллер (на рисунке не показан) получает информацию о направлении ветра и скорости вращения ветроколеса и, исходя из полученных данных, выбирает углы положения лопастей 3, который устанавливается с помощью электроприводов 4, связанных с осями лопастей. Для компенсации ошибок углов обратная связь по углам поворота на контроллер может поступать от датчиков 2 (например, энкодеров, валы которых связаны с осями вращения лопастей) или лопасти в некоторой позиции могут приводиться в начальное положение раз в несколько оборотов.

Такая система, благодаря возможности независимого управления каждой лопастью, позволит контролировать скорость вращения ветроколеса за счет изменения эффективной площади лопастей и перераспределения потока воздуха внутри ветроколеса. Также благодаря этому возможен переход установки в противоштормовой режим, когда плоскости лопастей располагаются параллельно направлению ветра.

Также использование электромеханических приводов, связанных с центральной осью только проводником, позволяет творчески подходить к дизайну вращающейся части ветроустановки.

Из известных изобретений наиболее близким является патент US 8,858,177 В2, в котором для ориентирования лопастей предлагается использовать механические передачи различного вида или электромеханические приводы. Но при этом для перераспределения потока не предлагается использование самих лопастей, а применяются дополнительные конструкции. Кроме этого не указано, как планируется осуществлять противоштормовую систему.

Также известно изобретение, представленное в патенте РФ №2481497, в котором для вращения лопастей применяется механический привод. Но при таком исполнении возникает проблема масштабирования ветроустановки, так как в определенный момент передачи, приводящие во вращение лопасти начинают значительно увеличивать вес установки и накладывают ограничения на максимальную мощность установки. Кроме того, для изготовления механизмов, передающих вращение на лопасти, требуются достаточно большие затраты. Также этот проект не позволяет компенсировать избыточное давление ветра на лопасти и создать эффективное противоштормовое устройство, которое предохраняло бы конструкцию от разрушения при сильном ветре.

Похожая идея представлена в патенте РФ №2525998. В нем рассматривается использование фиксаторов положения, с помощью которых лопасти, не участвующие в передаче вращающего усилия, становятся параллельно ветровому потоку. Данная концепция не является эффективной, так как не использует всю мощность ветрового потока, в то время как предложенное решение максимально его использует.

Существует еще несколько патентов РФ, например, №2482329 и №2295060, но низкая эффективность и сложность конструкции данных ветроустановок является недопустимыми для серийного производства и использования.

Применение системы поворота лопастей без использования механических передач от центра установки к лопастям позволяет увеличивать ветроустановку до размеров, ограниченных только физической прочностью материалов, из которых она изготовлена, не внося значительных изменений в программу и конструкцию управляющей системы.

1. Способ независимого позиционирования лопастей в каждой из точек траектории вращения ветроколеса вертикального типа с помощью установленных на лопастях электроприводов, управляющего контроллера и системы датчиков, определяющей направление ветра, положение лопастей относительно направления ветра и скорость вращения ветроколеса, так, чтобы устранить потери из-за встречного ветра и перераспределить поток воздуха внутри ветроколеса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плоскости лопастей располагаются параллельно потоку воздуха для обеспечения противоштормовой защиты.

Похожие патенты:

Многороторный ветроагрегат // 2701664

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроагрегат содержит роторные ветропреобразователи с вертикальной осью вращения.

Карусельное ветроколесо // 2690306

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо, содержащее лопасти в виде аэродинамических крыльев и демпферы, расположенные между двумя дисками, на которых закреплены крылья с возможностью поворота вокруг оси, причем крылья и демпферы непосредственно закрепляются в виде комплектов на хордах верхнего и нижнего дисков, причем углы между хордами равны.

Чашечный ветряк антей // 2689504

Изобретение относится к ветроэнергетике. Чашечный ветряк включает корпус, распорки, жестко соединенные с корпусом и закрепленные в земле, чашки, выполненные с возможностью создания через рычаг спиц крутящего момента на вертикальном валу, выполненном с возможностью вращения в подшипниках и передачи вращения через коническую зубчатую передачу на горизонтальный вал редуктора, а затем на вал генератора, и тормоз.

Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения // 2688095

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения содержит направляющий аппарат и вращающийся рабочий аппарат.

Ортогональный энергетический агрегат // 2686816

Изобретение относится к области энергетики. Ортогональный энергетический агрегат содержит ортогональную турбину с лопастями аэродинамического профиля, установленными посредством траверс вокруг вала и вдоль него либо на концевых полувалах, и электрогенератор, вал которого соединен, соответственно, с валом или полувалом ортогональной турбины, при этом, соответственно, ось вала или полувалов ортогональной турбины и лопасти ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину, лопасти выполнены полыми и установлены на выполненных полыми установленными с возможностью вращения, соответственно, валу или полувалах турбины посредством полых траверс обтекаемого профиля, перпендикулярных оси, соответственно вала или полувалов турбины, причем полости лопастей, траверс и соответственно вала или полувалов турбины сообщены между собой, а лопасти выполнены с сообщенными со стороны входа с полостью каждой лопасти выходными сопловыми отверстиями для выпуска струй рабочей среды по касательной вдоль поверхности лопасти в направлении ее выходной кромки, при этом выходные сопловые отверстия выведены в зону за точкой максимальной толщины ее профиля с возможностью создания струи вдоль внешней и/или внутренней относительно оси, соответственно, вала или полувалов турбины поверхности каждой лопасти, а внутри, соответственно, полого вала или полувалов коаксиально ему или им с образованием кольцевого зазора установлен полый газораспределительный трубопровод с выполненными в его стенке и снабженными обратными клапанами отверстиями, посредством которых полость газораспределительного трубопровода сообщена с полостями траверс, распределительный трубопровод подключен к источнику непрерывной или импульсной подачи рабочей среды под давлением, каждая из лопастей снабжена датчиками давления, установленными на противоположных сторонах каждой лопасти перед сопловыми отверстиями по ходу набегающего на них потока рабочей среды и симметрично относительно продольной оси лопасти, в каждой лопасти со стороны входа в каждое сопловое отверстие установлены клапаны с возможностью выборочного перекрытия или открытия каждого соплового отверстия по сигналу расположенного на лопасти датчика давления, датчики давления подключены к приводам клапанов через блок управления с возможностью подачи рабочей среды в то сопло, которое расположено со стороны каждой лопасти с меньшей величиной давления набегающего на каждую из лопастей потока воздуха.

Ветряная электростанция адамянов // 2681731

Изобретение относится к устройствам для выработки электроэнергии от действия ветра. Ветряная электростанция содержит раму, на которой закреплена кольцевая плита с беговой дорожкой в виде кольцевого рельсового пути, на котором установлены на роликах тележки, соединенные с валом привода генератора электрического тока.

Ветродвигатель // 2671078

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, поворотные жесткие лопасти, закрепленные на роторе ассиметрично относительно их осей вращения.

Вертикальный ротор ветроводяного двигателя // 2670854

Изобретение относится к области. Вертикальный ротор ветроводяного двигателя, состоит из: ступицы, включающей в себя узлы крепления спиц из состава упомянутых ниже спицевых наборов, соединительный фрагмент или фрагменты, соединяющие узлы крепления между собой, не менее двух вертикально вытянутых лопастей, не менее двух спицевых наборов, состоящих из двух или более спиц, имеющих крыльевой профиль, соединяющих указанную ступицу с указанными вертикальными лопастями.

Способ преобразования кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение плоской лопасти // 2664639

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики. Способ преобразования кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение лопасти заключается в том, что ветроэнергетическая установка содержит ветроприемное устройство, выполненное в виде ветроколеса, установленного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и снабженного лопастями, установленными на валах, находящихся на оси симметрии лопастей, причем вал каждой лопасти соединен соосно с валом собственного электропривода, в состав которого входит блок управления, осуществляющего разворот соответствующей лопасти, причем при вращательном движении каждой плоской лопасти по круговой орбите положение ее плоскости выставляют с помощью электропривода с датчиком положения вала ведущей лопасти на угол разворота β относительно направления воздушного потока в каждой точке круговой траектории ее вала по команде с ее блока управления, осуществляющего непрерывный аналитический расчет этого угла β=α/2+45° по информации об угле α поворота вертикальной оси относительно вектора воздушного потока, получаемой от датчиков направления воздушного потока и углового положения вертикальной оси ветроэнергетической установки относительно вектора воздушного потока, а для остальных лопастей в соответствующие блоки управления вводятся постоянные поправки угла α 180, 120 или 90 градусов в зависимости от количества лопастей.

Ветроэнергетическая установка вертикального типа // 2664037

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.