Ветроэнергетическая
установка
Изобретение относится к преобразователям кинетической
энергии движущегося потока среды в механическую энергию вращающегося вала и может быть использовано
в ветроэнергетических установках любой мощности.
Известны ветроэнергетические установки – ВЭУ, состоящие из вращающихся вокруг вертикальной
оси ветроприемных лопастей, где крутящий момент образуется за счет разности
давлений ветрового потока на лопасти, движущиеся по кругу за потоком и
против [ 1,2 ].
Известен аэродинамический движитель [ 3 ],
содержащий вертикальный вал вращения, лопасти, симметрично расположенные вокруг
вала вращения и шарнирно установленные на осях, параллельно валу вращения, где
каждая лопасть выполнена в виде двух не равных по площади частей относительно собственной оси
вращения.
На рис.1
показана аналогичная установка
(вид сверху), где вал вращения с
центром – О соединен с осями, на концах
которых, крепятся ветроприемные лопасти, имеющие свои оси вращения –о1. Лопасти
укреплены не симметрично относительно
их осей вращения: большая по площади
часть лопасти расположена ближе
к центру – О в радиусе поворота – w. При прохождении лопастями оставшейся части круга – CDEA происходит разворот
лопастей на 180 градусов вокруг их
собственных осей вращения ( см. точка D на рис.1 ). Крутящий момент
возникает из-за разности поперечного
сечения площадей лопастей при прохождении участка круга – w,
равного 180 гр. и участка СЕА ( 180
гр.). После прохождения точки – С набегающий поток разворачивает лопасть на 180
гр.
( точка – D
). Под действием сил инерции при
повороте лопасти вокруг собственной оси вращения и центробежных сил при
повороте лопасти вокруг оси - О
происходит разворот лопасти на
угол больший, чем 180 гр. и
лопасть оказывает сопротивление набегающему потоку, что при движении лопастей в угле поворота – CEA
приводит к возникновению колебательных
движений , уменьшающих крутящий
момент и возникновению шума вокруг работающей установки.
Целью изобретения является повышение
коэффициента полезного действия устройства и снижение его шумовых
характеристик.
Предлагаемое устройство содержит также вращающийся вал ротора, с центром вращения – О, радиально и
симметрично по углу расположенные и
скрепленные свалом несущие оси, на концах которых шарнирно укреплены лопасти,
с центром вращения – о1 ( см. рис.2 ). Количество лопастей может быть
две и более. На рисунке показан случай применения трех лопастей. Лопасти
крепятся симметрично по отношению их осей вращения-о1 , как показано на рис.4, где площади правой и левой половины лопасти
равны. Необходимый разворот лопастей вокруг центра вращения – о1 при движении по кругу с центром вращения – О (см. рис.3)
производится введенным следящим устройством: командоапаратом, чувствительным к изменениям направления ветра -V
.
Командоапарат состоит из шкива –к
, расположенного в центре вращения ротора - О , связанного гибкой передачей – L со шкивом–к1, который в свою очередь,
жестко связан с осью вращения
лопасти-о1. Центральный шкив жестко связан с датчиком направления ветра – f и может поворачиваться в зависимости от направления ветра.
На рис. 4
показан вид устройства со
стороны набегающего потока, где к1,к3 -
шкивы лопастей , а к2 и к4
- центральные шкивы. Диаметры шкивов к1 и
к3, а также к2 и к4 равны. При выбранном коэффициенте передачи к/к1,
равном 0,5, обеспечивается необходимый
разворот лопастей, как показано на рис.
3. При начальной установке
плоскости каждой лопасти вдоль
оси о2-О-о1 ,
при
прохождению ней точки – о1 выполняется
условие: при движении по окружности с центром –О лопасти ориентируются так, что касательные к их плоскостям
образуют точку схождения – о2.
На
рис.5 приведен вариант возможного
исполнения следящего устройства - командоаппарата на шестеренчатой передаче
через удлинительный вал - 2, где показано : F - флюгер,
1,3,4,7 - шестерни, s - лопасть, 6 – несущая ось, 8 - опорная
мачта.
На рис.
6 приведен вариант исполнения, где вращение передается по валу - 2, пропущенном в трубе - 3,
являющейся несущей осью.
На рис.7а, 7
показан общий вид ветроэнергетической установки.
ВЭУ отличается большим КПД, т.к.
вращающий момент увеличивается
со 180 градусов (рис.1) до 270
градусов (рис.2) - на рисунках обозначен –w. Кроме того, в случае применения
трехлопастного и более устройства, в
оставшемся угле в 90 градусов происходит затенение лопасти на не работающем участке: лопасть- А затеняет лопасть- С
(рис.2).Отсутствуют ударные нагрузки
при поворотах лопастей. Принудительный разворот лопастей обеспечивает уменьшение шума вокруг
работающего устройства.
Введение коррекции в передаточное отношение в
зависимости от угла поворота лопасти
позволяет выполнить устройство,
с наперед заданными характеристиками ( применение элипсных шкивов).
Устройство
может быть применено, как преобразователь движущегося потока воздушной, водной среды в механическую энергию
вращающегося вала в ветро и гидроэнергетических установках, как с
вертикальным, так и горизонтальным
расположением вала. Особый интерес может представлять применение его в качестве судового движителя, как дополнительного, так и
основного. В последнем случае может обеспечиваться движение судна против
ветра.
Формула изобретения: 1. Роторная
ветроэнергетическая установка,
состоящая с вала, соединенных
с ним, симметрично расположенных вокруг него несущими осями, на концах
которых шарнирно укреплены ветроприемные лопасти, отличающаяся тем, что с целью
увеличения коэффициента полезного действия и снижения шума работающего устройства, лопасти укреплены симметрично
относительно их осей вращения, а ориентировка лопастей при их движении вокруг
вала производится следящим устройством – командоаппаратом, чувствительным
к изменениям направлениям
ветра.
2. Ветроэнергетическая установка по
п.1, отличающаяся тем, что изменением
параметров командоаппарата, можно придавать устройству напередзаданные
характеристики.
1. Изобретение №2022161, Мильченко П.С. ,
2. Изобретение №2018029,
Федоренко И.Д. ,
3. Вестник
изобретений №11/94 г. Степанов Л.А.
Класс изобретений: 5F03D3/00-06.
Ветроприемное устройство с горизонтальной осью
вращения
На
рис.1 показано ветроприемное устройство с горизонтальной осью вращения.
Устройство состоит из трубчатой несущей оси – 2. К ней шарнирно – 3 крепятся подпружиненные лопасти – 1 и
отражающие плоскости – 5. Воздушный поток поступает со стороны оси вращения –
4. Вращение устройства происходит в направлении – W. Лопасть –1
под напором набегающего потока воздуха
отклоняется, обеспечивая регулировку частоты вращения. В нижней части
рисунка показан вид сбоку ветроприемного устройства.
На рис.2 показан общий
вид ветроэнергетической установки.
Ветроприемное устройство крепится непосредственно к валу электрогенератора и
расположено за ним по отношению к набегающему потоку. С целью уменьшения
рысканья при изменении направления ветра и повышения частоты оборотов, ветроприемные лопасти можно выполнить с
отклонением от вертикали, на рис.2 показано пунктиром.
Съем мощности с
электрогенератора производится через скользящие контакты – 1, рис.2. Материалы,
применяемые для изготовления устройства,
могут быть сплавы алюминия, пластмассы, композиты.