ВЕТРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА
WIND TURBINE PLANT

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветряным двигателям, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии на зданиях, имеющих достаточную высоту.
В последние десятилетия запасы органического топлива истощаются, и его использование во все возрастающих объемах ведет к загрязнению окружающей среды. Ветротурбинные установки позволяют эффективно и с высокой степенью надежности использовать ветер в качестве экологически чистого неисчерпаемого источника энергии.
Известна конструкция ветроэнергетической установки, содержащая ротор, выполненный в виде оси, размещенной вертикально, с возможностью вращения, снабженной рабочими лопатками (см. патент РФ №2330989, МПК F03D 3/06, F03D 9/00, дата публикации 10.08.2008).
Недостатками данного технического решения является его низкая эффективность и ограниченная область применения из-за необходимости больших скоростей ветра, а также высокая материалоемкость конструкции.
В качестве ближайшего аналога принята ветротурбинная установка, содержащая ротор, выполненный в виде оси, размещенной вертикально, с возможностью вращения, снабженной рабочими лопатками (см. патент РФ №2240442, МПК F03D 3/00, дата публикации 20.11.2004).
К недостаткам ближайшего аналога можно отнести большую материалоемкость, сложность и малую эффективность.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является уменьшение материалоемкости, упрощение устройства и повышение удельной мощности и надежности эксплуатации ветротурбинной установки.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в следующем:
- повышение КПД ветротурбинной установки за счет возможности изменения формы лопаток от обтекаемой до необтекаемой за один оборот ротора благодаря форме поперечного сечения лопаток, возможности поворота поворотных лопаток в полости рабочих лопаток, а также использованию флюгирующих плоскостей;
- расширение области применения за счет возможности эффективного использования при различных направлениях ветра;
- снижение материалоемкости, упрощение устройства;
- повышение надежности эксплуатации ветротурбинной установки.
Поставленная задача решается тем, что ветротурбинная установка, содержащая ротор с вертикальной осью вращения, снабженный рабочими лопатками, отличается тем, что рабочие лопатки выполнены в виде вертикально ориентированных желобов, поперечное сечение которых соответствует цилиндру, разрезанному в диаметральной плоскости, причем в полостях рабочих лопаток размещены поворотные лопатки, выполненные конгруэнтными рабочим, при этом каждая поворотная лопатка выполнена с возможностью поворота на валу относительно неподвижной соответствующей рабочей лопатки, кроме того, относительно оси вращения ротора в жестко скрепленных с ним верхней и нижней консолях установлены с возможностью вращения валы упомянутых лопаток, жестко скрепленные с флюгирующими плоскостями, расположенными над верхними консолями.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «рабочие лопатки выполнены в виде вертикально ориентированных желобов, поперечное сечение которых соответствует цилиндру, разрезанному в диаметральной плоскости, причем в полости рабочих лопаток размещены поворотные лопатки, выполненные конгруэнтными рабочим» позволяют уменьшить материалоемкость конструкции и обеспечивают возможность изменения формы лопаток от обтекаемой до необтекаемой за счет формы их поперечного сечения, которая обеспечивает постоянный зазор между рабочими и поворотными лопатками при вращении ротора.
Признаки «каждая поворотная лопатка выполнена с возможностью поворота на валу относительно неподвижной соответствующей рабочей лопатки, кроме того, относительно оси вращения ротора в жестко скрепленных с ним верхней и нижней консолях установлены с возможностью вращения валы упомянутых лопаток, жестко скрепленные с флюгирующими плоскостями, расположенными над верхними консолями» обеспечивают возможность изменения формы лопаток за счет поворота поворотных лопаток в полости рабочих лопаток, а также позволяют максимально эффективно использовать энергию ветра благодаря дополнительным флюгирующим плоскостям.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен вид в плане ветротурбинной установки.
На фиг.2 изображен вид спереди ветротурбинной установки.
Установка содержит ротор 1 с вертикальной осью вращения 2, рабочие лопатки 3, поворотные лопатки 4, валы 5, верхние 6 и нижние 7 консоли, флюгирующие плоскости 8.
Рабочие лопатки 3 и поворотные лопатки 4 выполнены в виде вертикально ориентированных желобов, поперечное сечение которых соответствует цилиндру, разрезанному в диаметральной плоскости.
Поворотные лопатки 4 размещены в полостях рабочих лопаток 3 с возможностью поворота на валу 5 относительно неподвижной соответствующей рабочей лопатки 3.
Верхние 6 и нижние 7 консоли жестко скреплены с ротором 1 относительно его оси вращения 2.
Валы 5 установлены в верхних 6 и нижних 7 консолях с возможностью вращения и жестко скреплены с флюгирующими плоскостями 8.
Устройство работает следующим образом.
Поток ветра, поступающий на рабочие лопатки 3, приводит в действие ротор 1.
При вращении рабочих лопаток 3 по направлению ветра вращение поворотных лопаток 4 на валах 5 обеспечивает повышение коэффициента лобового сопротивления, а флюгирующие плоскости 8 удерживают поворотные лопатки 4 в направлении ветра, при этом поворотные лопатки 4 расположены в полостях рабочих лопаток 3 и направлены вдоль движения ветра (фиг.1, а).
При вращении рабочих лопаток 3 против движения ветра вращение поворотных лопаток 4 на валах 5 обеспечивает снижение коэффициента лобового сопротивления за счет придания более обтекаемой цилиндрической формы, при этом поворотные лопатки 4 расположены за пределами полостей рабочих лопаток 3 и их выпуклые части направлены против ветра (фиг.1, б).
Таким образом, комплекс вышеперечисленных конструктивных особенностей обеспечивает повышение КПД ветротурбинной установки, позволяет снизить материалоемкость, а также упростить конструкцию устройства.