МОДУЛЬ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.
Известен модуль выработки электроэнергии в составе ветроэнергетического агрегата (ВЭА) и ветроэлектростанции (ВЭС) (Евразийский патент (11) №003784 (13) В1, опубликован 2003.08.28), выполненный в виде цилиндрического блока, содержащего статор с вогнуто-выпуклыми пластинами и ротор с выпукло-вогнутыми лопатками. В зависимости от ветровой обстановки на местности на модуле могут быть установлены дополнительные направляющие пластины, прикрепленные к пластинам статора. В условиях многовекторной розы ветров каждая пластина прикрепляется к каждой пластине статора, а при одно- двух- или трехвекторной розах ветров окружность статора при помощи пластин нагнетателя делится на сектора.
В данном ветроэнергетическом агрегате (ВЭА) один или несколько цилиндрических блоков установлены последовательно по вертикали. Статор и ротор соединены с общим для всех блоков вертикальным валом, нижний конец которого соединен с ротором генератора. Число модулей в агрегате составляет 1-50 в зависимости от высоты одного блока и ветровых условий, а между блоками в ВЭА имеются зазоры, снабженные кольцевыми коническими козырьками. При этом роторы всех модулей содержат одинаковое число лопаток. На ВЭА установлен многополюсный вентильный генератор постоянного тока напряжением 12-1000 В с системой автоматического регулирования возбуждения для обеспечения постоянного напряжения при изменении энергии ветра и возможности использования энергии кратковременных порывов ветра, штормов и ураганов. Помимо этого, ВЭА имеет блок управления режимом работы генератора, включающий регулятор выходной мощности генератора для обеспечения номинальной частоты вращения ротора в диапазоне nном=(3-0,7)nхх, где nхх - частота вращения ротора на холостом ходу при скорости ветра в реальных условиях. Использование вентильного многополюсного генератора постоянного тока с системой автоматического регулирования возбуждения позволяет обеспечить стабильность напряжения при резкой смене ветровой обстановки, а аппаратура управления режимом работы генератора обеспечивает оптимальный режим в зависимости от внешних факторов.
Ввиду того что скорость ветра на разной высоте от поверхности земли имеет разное значение, модули ВЭА, установленные на разной высоте, развивают разную мощность. Модули, расположенные в нижней части агрегата, могут развивать меньшую мощность, а при связи общим валом с верхними могут переходить в режим работы вентилятора, вращаемого верхними блоками, что снижает выдаваемую мощность ВЭА. Этот недостаток невозможно преодолеть изменением только конструкции блоков. При необходимости увеличения мощности ВЭА увеличивается диаметр статора и ротора, что приводит при одинаковой скорости ветра к снижению частоты вращения ротора и применяемые в таких условиях тихоходные электрогенераторы должны иметь большие габариты и вес.
Наиболее близким к предлагаемому является модуль выработки электроэнергии (патент РФ на полезную модель №178822, МПК F03D 3/02, опубл. 19.04.2018, бюл. №11), содержащий центральный стержень, на котором в подшипниках установлена втулка, колесо с лопастями, ротор и статор, согласно изобретению снабжен дополнительным колесом с лопастями и кожухом. Центральный стержень выполнен полым и неподвижным, а колеса с лопастями установлены на противоположных концах центрального стержня. На втулке закреплено одно колесо с лопастями и статор, выполненный с выступами. По обеим сторонам статора на втулке в подшипниках установлены две дополнительные втулки. На одной из дополнительных втулок закреплено второе колесо с лопастями. Ротор выполнен с выступами, входящими с зазором в выступы статора, и закреплен на дополнительных втулках. В кожухе выполнены окна, открывающие верхнюю часть одного колеса с лопастями и нижнюю часть другого колеса с лопастями со стороны входящего потока энергоносителя (например, воздуха или воды), и окно в нижней части кожуха со стороны, противоположной потоку энергоносителя.
Недостатком данного устройства является невозможность его использования в многоблочных ВЭА.
Задача (технический результат) предлагаемой полезной модели - создание модуля выработки электроэнергии, свободного от вышеописанных недостатков.
Поставленная задача решается тем, что модуль выработки электроэнергии включает колесо с лопастями, ротор и статор. Согласно предлагаемой полезной модели он дополнительно снабжен корпусом в виде полой трубы, внутри корпуса перпендикулярно его оси закреплена ось колеса с лопастями, ротор выполнен в виде постоянных магнитов, установленных на лопастях, статор герметично установлен на наружной поверхности корпуса, охватывая ось колеса с лопастями, на внутренней поверхности корпуса со стороны входного торца размещен ветроотбойник, выполненный в виде пластины, закрывающей половину диаметра корпуса и установленной в направлении от входного торца корпуса к оси колеса с лопастями под углом поверхности корпуса, обеспечивающим вращение колеса и уменьшение турбулентности потока воздуха.
Уменьшение турбулентности потока воздуха в корпусе модуля выработки электроэнергии обеспечивает повышение коэффициента использования энергии потока энергоносителя за счет плавного непрерывного вращения лопастей колеса. Размещение самого колеса с лопастями в корпусе в виде полой трубы также обеспечивает наиболее эффективное использование потока воздуха.
Предлагаемая полезная модель поясняется фигурой, на которой представлен предлагаемый модуль выработки электроэнергии в разрезе, вид сбоку.
Модуль выработки электроэнергии включает установленную в корпусе 1 перпендикулярно его продольной оси ось 2 колеса с лопастями 3. На наружной поверхности корпуса 1 герметично установлен статор 4, охватывая ось 2 колеса с лопастями 3. Ротор выполнен в виде постоянных магнитов 5, установленных на лопастях 3. На внутренней поверхности корпуса 1 со стороны входного торца размещен ветроотбойник 6, выполненный в виде пластины, закрывающей половину диаметра корпуса 1 и установленной в направлении от входного торца корпуса 1 к оси колеса с лопастями 3 под углом к поверхности корпуса 1, обеспечивающим вращение колеса и уменьшение турбулентности потока воздуха.
Модуль выработки электроэнергии работает следующим образом.
Определяют направление потока воздуха и устанавливают модуль таким образом, чтобы поток воздуха входил во внутреннюю полость корпуса 1 со стороны входного его торца. Поступающий поток посредством ветроотбойника 6 направляется на нижнюю часть колеса с лопастями 3 и вращает его. Установленные на лопастях 3 постоянные магниты 5 взаимодействуют со статором 4, в обмотках которого возникает электродвижущая сила (ЭДС).
Предлагаемая конструкция позволит использовать для выработки электроэнергии воздушные потоки с различной энергией.
С помощью предлагаемых модулей можно собрать ветроэнергетический агрегат (ВЭА), в котором цилиндрические модули выработки электроэнергии установлены по горизонтали и по вертикали с зазором, например, в шахматном порядке, с возможностью создания крупногабаритных ВЭА, способных отбирать большую мощность, например, тайфунов, смерчей и т.д. Такие ВЭА могут быть использованы для борьбы с тайфунами, используя их энергию для выработки электроэнергии. ВЭА можно снабдить солнечными батареями и устройством, обеспечивающим автоматический поворот навстречу потоку воздуха в зависимости от изменяющейся розы ветров. Выработка электроэнергии в таком ВЭА осуществляется каждым модулем независимо, обеспечивая тем самым эффективное использование потока воздуха на каждом участке. Ремонт ВЭА с использованием предлагаемого модуля прост, поскольку можно изъять отдельный работоспособный модуль из общей панели без прекращения работы ВЭА.