СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА В ПОЛЕЗНУЮ ЭНЕРГИЮ
METHOD TO CONVERT WIND ENERGY INTO USEFUL ENERGY

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а точнее, к безлопастным ветряным преобразователям и может быть использовано в автономных источниках, преобразующих энергию ветрового потока в полезную энергию.
Известен способ преобразования ветровой энергии в полезную энергию, в котором ветроприемники вырабатывают электроэнергию за счет колебания упругонатянутых на вертикальных стойках струн, соединенных посредством тяг с подпружиненной подвижной частью линейных электрогенераторов (RU 2391556 C1, 10.06.2010).
Недостаток известного способа преобразования ветровой энергии в полезную энергию заключается в том, что его КПД невысок. Кроме того, его конструкция сложна, а для его работы необходимо учитывать направление ветра.
В качестве прототипа выбран способ преобразования ветровой энергии в полезную энергию, описанный в патенте RU 2244850 C2 (20.01.2005).
В известном способе полезная энергия генерируется за счет колебания струн, расположенных в набегающем потоке воздуха, путем помещения электропроводящих струн в магнитном поле.
Достоинством прототипа является простота конструкции.
Его недостаток заключается в невысоком КПД. Кроме того, для генерации сигнала необходимо учитывать направление ветра, что приводит к усложнению устройства.
Задачей данного изобретения является создание способа, обеспечивающего получение полезной энергии от потока воздуха, позволяющего существенно упростить конструкцию устройств, широко использующих энергию ветра.
Техническим результатом является повышение КПД и надежности устройств преобразования ветровой энергии в полезную энергию, выполненных по данному способу.
Дополнительным техническим результатом является также обеспечение универсальности и упрощение конструкции.
Технический результат достигается за счет того, что в способе преобразования ветровой энергии в полезную энергию путем воздействия на струны набегающего потока воздуха согласно изобретению колебания струн под действием потока воздуха усиливают за счет увеличения их поверхности путем навешивания на них полотнищ, а преобразование энергии колебаний в полезную энергию концентрируют в одном месте между центром струн и точкой поверхности, являющейся проекцией центра струн на указанную поверхность
Струны могут располагать так, что их центры пересекаются в одной центральной точке.
Навешивание на струны полотнищ позволяет обеспечивать колебания струн под действием даже слабого ветра и в то же время позволяет упростить конструкции, выполненные по данному способу.
Преобразование энергии колебаний в полезную энергию в одной центральной точке позволяет создавать компактный преобразователь - генератор полезной энергии.
Способ преобразования энергии ветра в полезную энергию иллюстрируется четырьмя фигурами.
На фиг.1 представлен общий вид ветроприемника с полотнищами, навешанными на струны.
На фиг.2 изображен преобразователь энергии, выполненный в виде линейного электрогенератора.
На фиг.3 начерчена принципиальная электрическая схема преобразователя энергии колебаний.
На фиг.4 показан ветроприемник, струны которого расположены по диаметру окружности обруча так, чтобы они пересекались в его центре, вид сверху.
Ветроприемник, обеспечивающий реализацию предложенного способа преобразования энергии ветра в полезную энергию, выполнен следующим образом. На поверхности 1 (фиг.1) установлены стойки 2. Между стойками 2 натянута струна 3, на которую с целью повышения поверхности воздействия на струны потока воздуха навешаны полотнища 4. В свою очередь верхние кромки полотнищ 4 содержат кулисы (не показаны), в которые вздеваются струны 3. Полотнища 4 навешивают равномерно с таким расчетом, чтобы они делили струну между стойками 2 на равные половины. Полотнища 4 должны быть зафиксированы в своем положении на струнах 3 для предупреждения их возможного смещения вдоль струны. Для того чтобы преобразователь энергии выполнить компактным, место расположения преобразователя концентрируют в одном месте, а именно между центром струн 3 и точкой, являющейся проекцией центра струн на поверхности 1. Преобразователь энергии колебаний выполнен на основе линейного электрического генератора 5.
Если струны 3 располагают в несколько параллельных рядов, то каждая такая струна должна иметь собственный преобразователь энергии колебаний.
В свою очередь линейный электрический генератор 5 установлен так, что его статор 6 (фиг.2) сочленен с поверхностью 1 с помощью шарового шарнира 7, а вторичное тело - бегун 8 прикреплен непосредственно к пружинным растяжкам 9 и 10. Шарнир 7 сочленен с поверхностью в точке, являющейся проекцией центральной точки струны на поверхность. Причем растяжка 9 прикреплена к шарниру 7, а растяжка 10 располагается между центром струны 3 и верхней точкой вторичного тела - бегуна 8.
На принципиальной электрической схеме (фиг.3) выходные зажимы линейного электрогенератора 5 подключены к двухполупериодному мостовому выпрямителю 11. Параллельно цепи постоянного тока выпрямителя подключены конденсатор 12 и аккумулятор 13. На выходе схемы установлен преобразователь 14 постоянного тока в переменный промышленной частоты.
В варианте исполнения струны 3 ветроприемника расположены по диаметру окружности обруча 16 (фиг.4) так, чтобы они пересекались в ее центре, где их скрепляют. При этом требуется только один линейный электрогенератор 5, помещаемый в центре обруча 16, который установлен так же, как это показано на фиг.2. Полотнища также должны быть навешаны равномерно с таким расчетом, чтобы они делили каждую струну между стойками 2 на равные половины.
Устройства, реализующие способ преобразования энергии ветра в полезную энергию, работают следующим образом. При воздействии ветра на конструкцию, показанную на фиг.1, полотнища 4 начинают колыхаться. Их движение передается на струну 3, и последняя приходит в возвратно-поступательное движение. Это движение воспринимается генератором 5. Колебания бегуна 8 относительно статора 6 создает знакопеременное напряжение, которое мостовым выпрямителем 12 преобразуется в постоянный ток.
Особенность данного способа заключается в том, что благодаря полотнищам суммарная поверхность струн возрастает многократно. Такая система имеет сверхвысокую чувствительность к ветру и реагирует на него практически в небольшой зависимости от направления ветрового потока.
Вариант исполнения, в котором струны расположены по диаметру окружности обруча 16 (фиг.4), дает возможность реагировать системе на ветровую нагрузку вне зависимости от направления ветра, и в то же время суммарная реализуемая энергия увеличивается пропорционально количеству струн. При этом отклонение генератора 5 от оси, соединяющей центр окружности обруча 16 и место его соединения с шарниром 7, будет минимальной, что приведет к большей надежности системы и повышению ее срока службы.