Ветроэнергетическая установка

жесткая выпуклая диафрагма оснащена вогнутой направляющей для ориентации ветрового потока в клиновой зазор между ветроротором жесткого диафрагменного типа и вертикально-лопастнь 1 м ветроротором. статор электрогенератора соединен соосно с ветророто ром жесткого диафрагменного типа а ротор электрогенератора соосно соединен с вертикально-лопастнь 1 м ветроротором. вращающимся противоположно направлению вращения статора электрогенератора.. Установка по п 1 . отличающаяся тем. что каждая лопасть вертикально-лопастного ветроротора выполнена геликоидной с желобчать 1 м профилем.3 . Установка по п . отличающаяся тем. что каждая геликоидная лопасть выполнена с двухжелобчать 1 м стреловидным профилем4 . Установка по любому из пп. 1 -3 . отличающаяся тем. что содержит спойлер. установленный между каждой вогнутой направляющей и последующей жесткой выпуклой диафрагмой5 . Установка по любому из пп. 1 -4 . отличающаяся тем. что включает периметриче ский воздухозаборник. содержащий расположенные по периметру ветроротора жесткого диафрагменного типа обечайку. ограничивающую его периметр. и створки. установленные под углом к обечайкеИзобретение относится к ветроэнергетике в области конструирования ветроэнергетических установок и может быть использовано в различных областях хозяйственной деятельности.Известна ветроэнергетическая установка 1 1 вертикальной оси вращения с геликоиднь 1 м ветроротором. имеющим желобчатые геликоидные лопасти. электрогенератор с редуктором-мультипликатором и опоруНедостаток этой конструкции связан с наличием следового Шлейфа за ветроротором при больших скоростях ветра что приводит к возникновению аэродинамического Шума при работе ветроэнергетической установки При малых скоростях ветра ветроротор не создает устойчивого вихря. что определяет низкую производительность ветроэнергетической установки.Известна ветроэнергетическая установка 1 - прототип. содержащая ветроротор жесткого диафрагменного типа вертикальной оси вращения. так называемый ветроротор Савониуса с лопастями. содержащими две жесткие выпуклые диафрагмы. центральную междиафрагменную зону перетока ветрового потока. электрогенератор с редуктором-мультипликатором и опору Выпуклые жесткие диафрагмы вогнутостью под воздействием ветрового потока обеспечивают возникновение крутящего момента М 1 на валу электрогенератора. а вь 1 пуклостью - сопротивление М ветровому потоку и снижение крутящего момента М -М . Переток отработавщей части ветрового потока из вогнутости одной диафрагмы в вогну тость другой диафрагмы снижает сопротивление М -МЗ Суммарный крутящий момент М М - М -МЗ) Сопротивление щлейфового следа с подветренной стороны от ветроротора снижает суммарный крутящий момент на величину М 4 М М -М МЗ-М 4 . Инерционность жестких выпуклых диафрагм обеспечивает скорость вращения ветроротора на уровне значительно более низком. чем это требуется для эффективной работы электрогенератора. По этой причине привод ротора электрогенератора от ветроротора осуществляется через редуктор-мультипликатор с довольно высоким передаточным числом. что снижает коэффициент полезного действия ветроэнергетической установкиНедостаток этой конструкции связан со значительными изменениями условий обтекания жесткой выпуклой диафрагмы ветроротора ветровым потоком на каждом обороте с цикличностью. превышающей миллион раз Это приводит к снижению надежности в связи с резким переходом жестких выпуклых диафрагм из зоны набегающего ветрового потока в область турбулентности в следовом за ветроротором шлейфе. что сопровождаетсяявлением одиночных рывков при низких оборотах ветроротора с последующим по мере увеличения оборотов возникновением автоколебаний. приводящим К резонансному разру 1 Цению как элементов ветроротора так и редуктора-мультипликатора опорь 1 и фундамента ветроустановки. что в итоге приводит К снижению долговечности работь 1 и производительности ветроустановки.Поставленная задача решается тем. что в ветроэнергетической установке. содержащей ветроротор жесткого диафрагменного типа с вертикальной осью вращения. имеющий лопасти. содержащие жесткие вь 1 пукль 1 е диафрагмь 1. и Центральную междиафрагменную зону перетока ветрового потока. а также электрогенератор и опору. в Центральной междиафрагменной зоне перетока ветрового потока установлен вертикально-лопастной ветроротор. а каждая жесткая вь 1 пуклая диафрагма оснащена вогнутой направляющей для ориентации ветрового потока в клиновь 1 й зазор между ветроротором жесткого диафрагменного типа и вертикально-лопастным ветроротором. статор электрогенератора соединен соосно с ветроротором жесткого диафрагменного типа. а ротор электрогенератора соосно соединен с вертикально-лопастным ветроротором. вращающимся противоположно направлению вращения статора электрогенератораКаждая геликоидная лопасть вь 1 полнена с двухжелобчать 1 м стреловиднь 1 м профилем.Установка содержит спойлер. установленнь 1 й между каждой вогнутой направляющей и последующей жесткой вь 1 пуклой диафрагмойУстановка включает периметрический воздухозаборник. содержащий расположеннь 1 е по периметру ветроротора жесткого диафрагменного типа обечайку. ограничивающую его периметр. и створки. установленнь 1 е под углом к обечайкеНаличие вертикально-лопастного ветроротора. размещенного в междиафрагменной зоне. приводит к значительному укорочению следового шлейфа за ветроротором жесткого диафрагменного типа что сопровождается снижением аэродинамического шума. отсутствием рь 1 вков и колебаний ветророторов. а следовательно. приводит к увеличению производительности. надежности и долговечности ветроэнергетической установки Взаимное противовращение по направляющим ветроротора жесткого диафрагменного типа и вертикально-лопастного ветроротора и. соответственно. статора и ротора электрогенератора увеличивает частоту вращения электрического поля электрогенератора. освобождая от необходимости использовать редуктор-мультипликатор.При вь 1 полнении вертикально-лопастного ветроротора с геликоиднь 1 ми лопастями желобчатого профиля обеспечивается отсос отработавшего ветрового потока в виде вертикального вихря из следового шлейфа за ветроротором жесткого диафрагменного типа. а также подсос дополнительнь 1 х воздушнь 1 х масс в рабочий ветровой поток. что дополнительно увеличивает производительность ветроэнергетической установкиПри вь 1 полнении вертикально-лопастного ветроротора с геликоиднь 1 ми лопастями двухжелобчатого стреловидного профиля обеспечивается повь 1 шение производительности ветроэнергетической установки в низкоскоростнь 1 х климатических зонах.Наличие спойлера позволяет ориентировать ветровь 1 е струи в клиновом зазоре в геликоиднь 1 е лопасти желобчатого профиля. что также повь 1 шает производительность ветроэнергетической установки в низкоскоростнь 1 х климатических зонах.Оснащение ветророторов ветроэнергетической установки периметрическим воздухозаборником обеспечивает увеличение объема воздуха. набегающего на ветророторь 1. что также увеличивает производительность ветроэнергетической установкиИзобретение поясняется чертежами. где на фиг. 1 представлен общий вид ветроэнер 1гетической установки на фиг. 2 - вид ветроэнергетической установки сверху. на фиг. эпрофили геликоидной лопасти стреловидного сечения на фиг 4 - профили геликоидной лопасти желобчатого сечения на фиг 5 - общий вид ветроэнергетической установки. оснащенной периметрическим воздухозаборником фиг. 4 - вид ветроэнергетической установки сверху с периметрическим воздухозаборником. вариант встречного вращения ветророторов на фиг.4 - вид ветроэнергетической установки сверху с периметрическим воздухозаборником. вариант параллельного вращения ветророторов на фиг. 4 - вид ветроэнергетической установки по фиг 2 . дооснащенной спойлерами. вид сверхуВетроэнергетическая установка состоит из ветроротора 4 жесткого диафрагменного типа вертикальной оси вращения. с лопастями 2 . содержащими жесткие выпуклые диафрагмы 4 и центральную междиафрагменную зону П перетока ветрового потока В. электрогенератор 4 и опору 5 . В центральной междиафрагменной зоне П перетока ветрового потока В установлен вертикально-лопастнь 1 й ветроротор 4 . а каждая жесткая выпуклая диафрагма 4 оснащена вогнутой направляющей 4 ветрового потока В в клиновой зазор К по периметру ветроротора 4 жесткого диафрагменного типа Относительно вертикальнолопастного ветроротора 4 . ветроротор 4 жесткого диафрагменного типа соединен соосно траверсами 4 и щтангами 9 со статором 4 4 электрогенератора 4 . а ротор 4 4 электрогенератора 4 соосно соединен валом 4 2 с вертикально-лопастным ветроротором 4 противоположного направлению вращения статора 4 4 электрогенератора 4 . Вертикально-лопастный ветроротор 4 оснащен геликоидными лопастями 4 4 желобчатого профиля и связан перемычками 4 4 и 4 5 через вал 4 2 и подшипниковый узел 4 4 с ротором 4 4 электрогенератора 4 . Вертикально-лопастный ветроротор 4 содержит геликоидные. расположенные винтообразно. лопасти 4 4 двухжелобчатого 4 стреловидного). по фиг 4 . профиля 4 4 для эксплуатации в климатических зонах со средними и низкими скоростями ветра или одножелобчатого. по фиг 4 . профиля 4 4 для эксплуатации в климатических зонах с высокоскоростными ветровыми режимами. Статор 4 4 электрогенератора 4 . прикрепленный к корпусу 4 9 . и ротор 4 4 связаны через токосъемники 2 4 проводной системой 2 4 с устройством управления 2 2 и преобразователем 4 инвертором 4 2 4 . Корпус 4 9 электрогенератора 4 через подшипниковый узел 2 4 связан с тормозным механизмом 2 5 . установленным на опоре 5 ветроэнергетической установки По фиг 5 опора выполнена в виде платформы 2 4 . на которой закреплен периметрический воздухозаборник 2 4 . содержащий расположенные по периметру ветроротора 4 жесткого диафрагменного типа обечайку 2 4 и створки 2 9 . Створки 2 9 соединены с обечайкой 2 4 . ограничивающей периметр ветроротора 4 жесткого диафрагменного типа под углом 04 к обечайке На верхнем конце вала 4 2 установлен вертлюг 4 4 . связанный с обечайкой тягами 4 4 и талрепам 4 2 . По фиг 4 жесткие выпуклые диафрагмы 4 ветроротора 4 переориентированы на параллельное вращение с ветроротором 4 . а ветроротор 4 оснащен одноступенчатой шестеренчатой передачей 4 4 . По фиг 4 между каждой вогнутой направляющей 4 и последующей жесткой выпуклой диафрагмой 4 ветроротора 4 жесткого диафрагменного типа установлен спойлер 4 4 .Работает ветроэнергетическая установка следующим образом Ветровой поток В. воздействуя на вогнутости жестких выпуклых диафрагм 4 лопастей 2 . создает крутящий момент 44 4 . передаваемый затем через щтанги 9 и корпус 4 9 к статору 4 4 электрогенератора 4 . вращая его вокруг ротора 4 4 по направлению Е. Сопротивление М 2 крутящему моменту 44 4 от выпуклости. противодействующей ветровому потоку лопасти 2 . значительно меньще в силу обтекания ее поверхности струями А и Б При вращении статора 4 4 вокруг ротора 4 4 на их обмотках за счет разницы моментов 44 4 - М 2 МЗ возникает электрический ток Часть ветрового потока В в виде струй Г. скользя вдоль вогнутости диафрагмы 4 и направляющей 4 . объединяются со струями Б в проеме П между лопастями 2 и воздейст 4вуют на геликоидные лопасти 4 4 вертикально-лопастного ветроротора 4 . При этом внутренняя часть выпуклости набегающей диафрагмы 4 концентрирует струи Б и Г в зазоре К.ускоряя вместе с объединенным воздушным потоком Б Г скорость вращения вертикально-лопастного ветроротора 6 . Под воздействием воздушного потока Б Г крутящий момент М 7 . переданный от окружной силы геликоидных лопастей 7 7 через перемычки 7 5 и вертикальный вал 72 на ротор 7 7. увеличивает на противовращении к статору 7 77 силу электрического тока на обмотках ротора 7 7 и статора 7 77 . Причем плотность воздушного потока Б Г сохраняется на протяжении направляющей 7 . поддерживая постоянство скорости вращения вертикально-лопастного ветроротора 6 и крутящего момента М 7 на валу 7 2 . Кроме того. струи Ж воздушного потока Б Г. перемещаясь вдоль геликоидных желобов геликоидных лопастей 7 7 стреловидного 7 двухжелобчатого) 7 7 или желобчатого 7 7профилей. на сходе в пространство над ветроротором 6 выбрасываются вверх в виде геликоидных 7 винтообразных) струй Н. формируя устойчивый воздушный вихрь С. обеспечивая при этом подсасывание из окружающей атмосферы дополнительных порций воздуха в следовый шлейф к ветророторам 7 и 6 с подветренной стороны от ветрового потока В Этим обеспечивается снижение сопротивления следового шлейфа вращения ветроротора 7и. как следствие. увеличение крутящего момента М 7 на статоре 7 77 электрогенератора 7. Следует учитывать. что геликоидные лопасти 7 7 . работающие в позиции против ветрового потока В. прикрыты от потока выпуклостью диафрагмы 7 . Это предотвращает снижение величины крутящего момента М 7 на валу 7 2 и соответственно увеличивает силу электри ческого тока на обмотках ротора 7 7 электрогенератора 7. Кроме того. при исполнении ветроротора 7. оснащенного спойлерами 77. установленными под каждой вогнутой направляющей 7 перед выпуклостью диафрагмы 7 . ветровые струи в клиновом зазоре К более эффективно воздействуют на геликоидные лопасти 7 7 желобчатого профиля в условиях низкоскоростного ветрового потока В. Взаимное противовращение по направляющим диафрагменного ветроротора 7 . вертикально-лопастного ветроротора 6 и. соответственно. статора 7 77 и ротора 7 7 увеличивает частоту вращения электрического поля электрогенератора 7 . освобождая от необходимости использовать редуктор-мультипликатор При этом увеличивается коэффициент полезного действия и эксплуатационная надежность ветроэнергетической установки Кроме вышеуказанного. использование в междиафрагменной зоне перетока П вертикально-лопастного ветроротора 6 позволяет варьировать количество жестких выпуклых диафрагм 7 в зависимости от применения конструкции для различных ветровых условийПрименение периметрического воздухозаборника 2 7 обеспечивает увеличение объема воздуха. набегающего на ветроротор 7 ветрового потока В. Перемещаясь вдоль створок 2 9 . ветровой поток увеличивает скорость вращения ветророторов 7 . 6 и. соответственно. мощность электрогенератора 7 и. как следствие. производительность ветроэнергетической установкиПрименение варианта ветроэнергетической установки. по фиг. 7. с параллельнымвращением ВСТрОрОТОрОВ 7 И 6 ПРВДУСМЗТРИВЗСТ использование ОДНОСТУПСНЧЗТОЙ ШВСТС 7ренчатой передачи 7 7 от вала 7 2 к ротору 7 7 для обеспечения противовращения ротора 7 7 и статора 7 77 электрогенератора 7 .2 . Шибалова А 77 . и др О роли нетрадиционных возобновляемых энергоисточников в развитии энергетики Вып. 7. Ветроэнергетика БелНИИНТИ. обзорная информация. Серия 777797 - Мн Энергоресурсы. 799 7 . - С. 7 7 -7 97