Ветроэнергетическая установка

Ветроэнергетическая установка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

Известен ветродвигатель с гравитационной стабилизацией вращения ротора (Заявка на изобретение РФ №2004132368, кл. F03D 1/00, 2006), содержащий ветродвигатель барабанного типа с горизонтальной осью вращения, в котором полотна лопастей выполнены таким образом, что ветер действует только на лопасти, проходящие верхнее положение, а лопасти, проходящие нижнее положение, сложены в гармошку. Недостатком такого технического решения является невозможность использования ветродвигателя при ураганных ветрах. Известна ветроэнергетическая установка (Заявка на изобретение РФ №93041300, кл. F03D 1/00, F03D 1/02, F03D 7/02, 1993), принятая за прототип, содержащая установленные на центральной горизонтальной оси с возможностью вращения в противоположных направлениях одно или несколько ветроколес с радиальными лопастями, электрогенератор, конфузорный корпус (ветроловушка). Недостатком такого технического решения является невозможность использования установки в сложных климатических условиях при ураганных ветрах.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, расширение условий использования, а именно возможность использования при ураганных ветрах.

Технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка, содержащая два ветродвигателя с радиальными лопастями, установленные на двух соосных горизонтальных валах с возможностью вращения в противоположных направлениях, генератор электрического тока и ветроловушки, согласно изобретению она снабжена дополнительным промежуточным валом, на одном конце которого закреплен статор генератора, на другом зубчатое колесо системы зубчатых передач, ветродвигатели установлены в котлованах, а их горизонтальные валы расположены на уровне земли, каждая ветроловушка содержит размещенные над ветродвигателями верхнюю неподвижную с вогнутой наружной поверхностью направляющую, нижнюю подвижную направляющую, огибающую лопасти барабана ветродвигателя с возможностью поворота вокруг ветродвигателя и фиксации положения внахлестку относительно верхней направляющей, размещенные у поверхности котлована подвижные поворотные козырьки, направляющие воздушный поток к лопастям ветродвигателей. Лопасти, расположенные на ветродвигателях, выполнены из упругого материала (например, из твердых видов резины), и расположенные в ряду между торцами барабана лопасти смещены по винтовой линии.

Ветроэнергетическая установка поясняется чертежами, где на фиг.1 - общая схема установки, на фиг.2 - положение лопастей на ветродвигателях (вид сверху), на фиг.3 - положение ветроловушки и поворотных козырьков установки при, например, южном направлении ветра (вид сбоку), на фиг.4 - положение ветроловушки и поворотных козырьков установки при, например, северном направлении ветра (вид сбоку).

Установка содержит две ветроловушки, состоящие из верхних неподвижных направляющих 1 с вогнутой наружной поверхностью, размещенных над ветродвигателями 2 и жестко закрепленных на опорах (на фигурах не показаны); из нижних подвижных направляющих 3, огибающих радиальные лопасти 4 барабана ветродвигателя 2 с возможностью поворота вокруг ветродвигателя 2 и фиксации положения внахлестку относительно верхних направляющих 1 и установленных на опорах (на фигурах не показаны) под верхними неподвижными направляющими 1 и над ветродвигателями 2. Барабаны ветродвигателей 2 расположены в котлованах 5, вырытых под неактивные части ветродвигателей 2, расположенные ниже уровня 6 земли, и обеспечивающие беспрепятственное вращение ветродвигателей 2. Два соосных горизонтальных вала 7, 8 ветродвигателей 2 соответственно, расположены на уровне земли 6 с соосными геометрическими осями вращения. У обоих валов 7, 8 на одном конце по ветродвигателю 2, а на другом у первого вала 7 - ротор 9 генератора 10 электрического тока, а у второго вала 8 - зубчатое колесо системы 11 зубчатых передач, которая обеспечивает направление вращения дополнительного вала 12, обратное направлению вращения вала 8 ветродвигателя 2. На одном конце дополнительного вала 12 - зубчатое колесо системы 11 зубчатых передач, а на другом - статор 13 генератора 10 электрического тока. Лопасти 4, радиально установлены на барабанах ветродвигателей 2 так, что каждый ряд лопастей расположен под углом к проекции оси ветродвигателя 2 на поверхность ветродвигателя 2, т.е. расположенные в ряду между торцами барабана ветродвигателя 2 лопасти 4 смещены по винтовой линии. Лопасти 4 выполняются из упругого материала (например, из твердых видов резины). Размещенные у поверхности котлованов 5 подвижные поворотные козырьки 14 расположены перед и за ветродвигателями 2.

Предлагаемая установка работает следующим образом (фиг.3 и 4). При ветре, например южном (фиг.3), воздушные потоки попадают в верхние с вогнутой поверхностью неподвижные направляющие 1 с южной стороны и на подвижные поворотные козырьки 14 с южной стороны. Далее воздушные потоки направляются вдоль вогнутой поверхности верхних неподвижных направляющих 1 до поверхности нижних подвижных направляющих 3, расположенных внахлестку относительно верхних неподвижных направляющих 1. Также воздушные потоки двигаются вдоль подвижных поворотных козырьков 14. Далее воздушные потоки двигаются вдоль поверхности нижних подвижных направляющих 3, в пространстве между ними и ветродвигателями 2, передавая энергию ветра лопастям 4, радиально расположенным на ветродвигателях 4. Под действием силы ветра ветродвигатели 2 вращаются и вращают свои валы 7, 8 соответственно. Вал 7 одного ветродвигателя вращает ротор 9 генератора 10 электрического тока, вал 8 другого ветродвигателя передает крутящий момент через систему 11 зубчатых передач на дополнительный вал 12, вращающий статор 13 генератора 10 электрического тока в направлении, обратном направлению вращения ротора 9. Лопасти 4 расположены радиально на поверхности ветродвигателей 2. Расположенные в ряду между торцами барабана ветродвигателя 2 лопасти 4 смещены по винтовой линии, как показано на фиг.2, для исключения вибрации установки от внезапных порывов ветра при помощи равномерного распределения давления на лопасти 4. Подвижные поворотные козырьки 14 со стороны, откуда нет ветра (с севера), убраны под землю, чтобы обеспечить воздушным потокам беспрепятственный выход из установки.

Если направление ветра меняется на противоположное, например на северное, как показано на фиг.4, то нижние подвижные направляющие 3 меняют свое положение, как показано на фиг.4, перемещаясь вдоль поверхности ветродвигателя 2 из своего крайнего положения до своего второго крайнего положения. Перемещение можно осуществить, например, по опорам на роликах. Таким образом воздушные потоки будут двигаться вдоль вогнутой поверхности верхних неподвижных направляющих с северной стороны, далее вдоль поверхности нижних подвижных направляющих в пространстве между ними и ветродвигателями 2, передавая энергию ветра лопастям 4 и обеспечивая оптимальное функционирование установки; подвижные поворотные козырьки 14 с подветренной стороны установки (с севера) поднимаются из под поверхности 6 земли в своё рабочее положение и обеспечивают необходимое направление воздушных потоков на входе в установку, а подвижные поворотные козырьки 14 с другой стороны установки (с юга) перемещаются под землю, обеспечивая свободный выход воздушным потокам, прошедшим через установку. Лопасти 4 выполняются из упругого материала (например, из твердых видов резины) для того, чтобы при сильных ураганных порывах ветра лопасти 4 под давлением воздушных потоков прижимались к поверхности ветродвигателей 2.

В настоящее время при новых конструкционных материалах, отличающихся особой прочностью и устойчивостью к воздействию различных факторов, используя данную схему ветроэнергетической установки, является возможным использование ее в сложных климатических условиях при ураганных ветрах. При этом энергия ветра используется максимально полно благодаря ветровой ловушке. А использование вращения ротора и статора электрогенератора в разных направлениях в совокупности с максимально полным использованием энергии ураганного ветра намного повышает КПД установки.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая два ветродвигателя с радиальными лопастями, установленные на двух соосных горизонтальных валах с возможностью вращения в противоположных направлениях, генератор электрического тока и ветроловушки, отличающаяся тем, что установка снабжена дополнительным промежуточным валом, на одном конце которого закреплен статор генератора, на другом - зубчатое колесо системы зубчатых передач, ветродвигатели установлены в котлованах, а их горизонтальные валы расположены на уровне земли, каждая ветроловушка содержит размещенные над ветродвигателями верхнюю неподвижную с вогнутой наружной поверхностью направляющую, нижнюю подвижную направляющую, огибающую лопасти барабана ветродвигателя с возможностью поворота вокруг ветродвигателя и фиксации положения внахлестку относительно верхней направляющей, размещенные у поверхности котлована подвижные поворотные козырьки, направляющие воздушный поток к лопастям ветродвигателей.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что радиальные лопасти, расположенные на ветродвигателях, выполнены из упругого материала.

3. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что расположенные в ряду между торцами барабана лопасти смещены по винтовой линии.