ветроэнергетическая установка

Формула изобретения

Ветроэнергетическая установка, содержащая две идентичные лопасти, соединенные с горизонтальным валом ротора генератора через передний и задний подшипниковые узлы, расположенные на опорной дуге, опирающейся на ее подшипниковый узел, позволяющий установке вращаться вокруг своей оси, отличающаяся тем, что срединные линии лопастей имеют вид линии, полученной в результате пересечения двух поверхностей второго порядка - сферы и седловой, поперечное сечение лопастей имеет форму аэродинамического профиля крыла, к середине лопастей с внешней стороны закреплен концентратор потока, срединная поверхность которого выполнена в виде усеченного конуса с сечением аэродинамической обтекаемой формы, при этом меньший диаметр концентратора направлен навстречу набегающему ветровому потоку, с внешней и внутренней стороны переднего подшипникового узла крепления лопастей дополнительно установлены соответственно конфузор и диффузор, а сам передний подшипниковый узел выполнен с полостью, обеспечивающей возможность прохождения ветрового потока внутрь ометаемого лопастями объема, при этом передний и задний подшипниковые узлы крепления лопастей соединены дополнительным валом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ветроэнергетики и касается двигателей с осью вращения, совпадающей с направлением ветра.

Известен реактивный ветродвигатель с вертикальной осью, содержащий установленный на опоре ротор с вертикальными S-образными лопастями, жестко закрепленными между торцевыми дисками, при этом ротор имеет, по меньшей мере, две установленные параллельно S-образные лопасти. Он снабжен двумя роторами, установленными поярусно, причем лопасти одного ротора расположены под углом 90° относительно лопастей другого (пат. РФ 2006664, F03D 3/00).

К недостаткам данного устройства можно отнести следующее:

- при данном расположении лопастей будет работать только 50% лопасти;

- устройство требует дополнительного устройства для приведения роторов по ветру;

- в этом случае, если один из роторов приведен по ветру, то другой вне зоны воздействия ветра, следовательно, низкий коэффициент полезного действия (кпд);

- установка металлоемка и не работает на ветрах малых скоростей.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является ветроэнергетическая установка, содержащая ветровоспринимающие рабочие органы, установленные на горизонтально расположенном валу, являющемся и валом генератора, и установленные на несущем элементе, отличающаяся тем, что ветровоспринимающие рабочие органы состоят из двух симметрично расположенных идентичных лопастей, средние линии которых имеют вид синусоиды, горизонтальные оси последних совпадают с центральной горизонтальной осью установки, вертикальное сечение лопастей имеет каплевидную форму, с тупыми концами, направленными в сторону формирователя потока, а развертка лопасти выполнена в виде прямоугольника, длинные стороны которого заменены на вогнутые дуги с одинаковыми радиусами из центров, расположенных на центральной оси прямоугольника, при этом площадки, на которых установлены основания лопастей, повернуты на 90° относительно друг друга, а оси оснований лопастей, установленных с противоположных сторон одной площадки, образуют между собой острый угол, при этом площадки через подшипниковые узлы установлены на опорной дуге, которая опирается на другой подшипниковый узел, ось которого проходит через центр тяжести ветроэнергетической установки (пат. РФ 2218476, F03D 1/00).

Недостатками данного изобретения является следующее.

Данная установка работает с кпд использования энергии ветра порядка 16%, наблюдаются деформация устройства при высоких скоростях ветра и неспособность работать на низких скоростях ветра менее 3,5 м/с в соответствии с экспериментальными данными.

Техническая задача изобретения - повышение кпд ветроэнергетической установки с возможностью работы ее на слабых ветрах от 2 м/с, работы на высоких скоростях ветра без деформации ротора и, как следствие, расширение диапазона использования.

Поставленная задача решается за счет того, что ветроэнергетическая установка содержит две идентичные лопасти, соединенные с горизонтальным валом ротора генератора через передний и задний подшипниковые узлы, расположенные на опорной дуге, опирающейся на ее подшипниковый узел, позволяющий установке вращаться вокруг своей оси, срединные линии лопастей имеют вид линии, полученной в результате пересечения двух поверхностей второго порядка - сферы и седловой, поперечное сечение лопастей имеет форму аэродинамического профиля крыла, к середине лопастей с внешней стороны закреплен концентратор потока, срединная поверхность которого выполнена в виде усеченного конуса с сечением аэродинамической обтекаемой формы, при этом меньший диаметр концентратора направлен навстречу набегающему ветровому потоку, с внешней и внутренней стороны переднего подшипникового узла крепления лопастей дополнительно установлены соответственно конфузор и диффузор, а сам передний подшипниковый узел выполнен с полостью, обеспечивающей возможность прохождения ветрового потока внутрь сметаемого лопастями объема, при этом передний и задний подшипниковые узлы крепления лопастей соединены дополнительным валом.

Таким образом, повышение кпд использования ветра и работа на малых скоростях ветра достигаются использованием концентратора потока, аэродинамических профилей в элементах конструкции (концентратор, лопасти), а также наличием конфузора и диффузора. Работа без деформации ротора - использованием дополнительного вала между передним и задним подшипниковыми узлами.

Установка работает с кпд от 40 до 65%, что достигается эффективным использованием энергии ветра.

Графический материал представлен на чертеже.

Ветроэнергетическая установка состоит из двух лопастей 1, 2, срединные линии которых имеют вид линии, полученной в результате пересечения двух поверхностей второго порядка - сферы и седловой. Лопасти 1, 2 через подшипниковые узлы 3, 4 крепятся к опорной дуге 5, которая опирается на подшипниковый узел 6. Генератор 7 установлен на валу, соединенном с подшипниковым узлом 4. Подшипниковые узлы 3, 4 соединены дополнительным валом 8. Подшипниковый узел 3 соединен с конфузором 9 и диффузором 10. К внешней стороне лопастей 1 и 2 прикреплен концентратор 11, срединная поверхность которого имеет форму усеченного конуса, а в сечении - аэродинамическую обтекаемую форму, и меньший диаметр которого направлен навстречу набегающему ветровому потоку.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

Ветровой поток, набегая на ветроэнергетическую установку, попадает на передние части лопастей 1 и 2 и конффузор 9 с диффузором 10, которые направляет его внутрь сметаемого лопастями 1 и 2 объема. При обтекании воздушным потоком лопастей 1 и 2, поперечное сечение которых имеет форму аэродинамического профиля крыла, создаются зоны повышенного и пониженного давлений, следствием чего является возникновение вращающего момента, приводящего ротор во вращение. Концентратор потока 11, находящийся на самих лопастях, формирует энергоэффективные условия для ветрового потока, покидающего установку. Полученное вращательное движение преобразуется в электрическую энергию в генераторе 7. При изменении направления ветрового потока ветроэнергетическая установка без дополнительных приспособлений самоориентируется по ветровому потоку, вращаясь на подшипниковом узле 6.

Таким образом, повышение кпд использования ветра и работа на малых скоростях ветра достигаются использованием концентратора потока, аэродинамических профилей в элементах конструкции (концентратор, лопасти), а также наличием конфузора и диффузора. Работа без деформации ротора - использованием дополнительного вала между передним и задним подшипниковыми узлами.