ветроэлектрическая установка

Формула изобретения

Ветроэлектрическая установка, содержащая расположенную на башне поворотную площадку с флюгерным стабилизатором, корпус, два ветроколеса с возможностью их вращения в противоположные стороны, ротор и контрротор, жестко связанные каждый со своим ветроколесом, отличающаяся тем, что ветроколеса расположены внутри корпуса, имеющего диффузорное расширение для каждого из ветроколес, а перед входным конфузором корпуса на кронштейнах площадки расположен двукрылый вихреконцентратор с парусными хвостовиками, имеющий возможность вращения во втулках кронштейнов площадки и удерживаемый упругими элементами, закрепленными на кронштейнах площадки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно, к ветроустановкам, имеющим генератор с ротором и контрротором. Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, а также в любой отрасли народного хозяйства или исследовательской деятельности, где доступно использование энергии ветра.

К настоящему времени известно значительное число ветроэлектрогенераторов или ветроэлектрических установок, имеющих два ветровых колеса (ВК) противоположного по отношению друг к другу направления вращения (см. а.с. СССР N 1402706, кл. F 03 D 1/02, 1988 г.).

Недостатками их являются недостаточная компактность, отсутствие какой-либо степени саморегулирования скорости вращения ветроколес, чрезмерно большой момент инерции вращающихся масс (как в приведенном выше примере), тихоходность используемых ветроколес.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство для преобразования энергии ветра, содержащее несущий горизонтальный корпус и размещенный в этом корпусе электрогенератор, имеющий внутренний и наружный роторы, а также два ветровых колеса (ВК), соединенных непосредственно каждое с одним из роторов генератора, и опирающихся на передний и задний концы упомянутого выше корпуса (см. патент США N 4213057, кл. F 03 D 1/02, опублик. 1980 г.).

Недостатками прототипа являются недостаточная его комплектность и неприспособленность к какой-либо степени саморегулирования скорости вращения ВК в зависимости от изменения силы ветра, что приводит к снижению КПД устройства.

Целью предлагаемого изобретения является повышение КПД ветроэлектрической установки (ВЗУ).

Поставленная цель достигается помещением ВК внутрь корпуса диффузорных поясов и использованием вихреконцентратора (ВИК).

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез установки по оси генератора; на фиг.2 вид установки в плане.

Предлагаемая ветроэлектрическая установка содержит башню 1 (см.фиг.1), несущую поворотную площадку 2, имеющую флюгерный стабилизатор 3 и корпус 4, внутри которого размещены ветроколеса 5 и 6, жестко соединенные соответственно с ротором 7 и контрротором 8 электрогенератора, и вращающиеся в подшипниках 9 и 10, которые соединены с корпусом 4 тремя обтекаемыми спицами 11 каждый. Токосъемное приспособление, расположенное на корпусе подшипника 10, не изображено.

Перед конфузором корпуса 4 на кронштейнах 12 расположен вихреконцентратор 13, состоящий из двух плоских равнобедренных треугольников, скрепленных вместе и имеющих возможность вращения во втулках 14, которыми заканчиваются кронштейны 12, причем концентрично втулкам 14 расположены спиральные пружины 15, укрепленные наружными концами на кронштейнах 12, а внутренними концами на цапфах вихреконцентратора 13, вращение которого зависит от напора ветрового потока на сам вихреконцентратор 13 и на жестко скрепленные с ним парусные хвостовики 16.

ВК 5 и ВК 6 являются трехлопастными быстроходными ветроколесами, лопасти которых способны под аварийным напором ветрового потока изменять угол своего положения, снижая тем самым скорость вращения и свой вращающий момент, причем расположение лопастей обеспечивает противоположное направление вращения ВК 5 и ВК 6 друг по отношению к другу.

Предлагаемая ветроэлектрическая установка (ВЭУ) работает следующим образом. При номинальной скорости ветрового потока Вихреконцентратор (ВИК) 13 располагается так, что образуемый им вихрь частично отсекается верхней частью кромки конфузора корпуса 4, а ВК 5 с ротором 7 и ВК 6 с контрротором 8 имеют номинальную скорость вращения.

При уменьшении скорости ветра пружины 15, пересиливая давление ветрового потока на ВИК 13 и его парусные хвостовики 16, заставляют ВИК 13 развернуться так, что, одновременно с увеличением угла атаки ВИК 13, создаваемый им вихрь приблизится к центру входного конфузора корпуса 4, что приведет к компенсации уменьшения скорости ветра и к поддержанию скорости вращения ветроколес и роторов в прежнем режиме.

При усилении ветра, наоборот, под воздействием ветрового потока на ВИК 13 и парусные хвостовики 16 ВИК 13 уменьшает угол атаки, ослабляя тем самым вихрь и его центровку в конфузоре корпуса 4, что способствует сохранению величины скорости вращения ветроколес и роторов. При аварийной силе ветра ВИК 13 достигает флюгерного положения, а создаваемый им вихрь направляется мимо конфузора корпуса 4. И тогда регулирование скорости вращения ВК 5, ВК 6, ротора 7 и концентратора 8 происходит за счет упругого поворота лопастей ВК 5,6.

Вихревой концентратор (ВИК) в 2^oC7 раз повышает мощность ВЭУ (см. "Ветроэнергетика" под ред.Д. де Рензо, М. 1982, стр.146). Применение диффузоров повышает мощность ВЭУ в 1,5^oC2 раза (см.там же, стр.137), а также обеспечивает демпфирование порывов ветра.

В отличие от прототипа предлагаемая ветроэлектрическая установка имеет компактные ветроколеса, расположенные внутри корпуса, имеющего диффузорные пояса в местах расположения ветроколес, а перед входным конфузором корпуса расположен сравнительно компактный крыловой саморегулируемый вихреконцентратор.

Применение данного изобретения позволит значительно увеличить КПД ветроэлектрической установки, так как при тех же диаметрах ветроколес мощность, развиваемая ее роторами увеличится не менее, чем в три раза (по данным испытаний, см."Ветроэнергетика" под ред.Д. де Рензо).