ВЕТРОУСТАНОВКА
WIND-DRIVEN PLANT

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения энергии.
Известен роторный вертикально-осевой ветродвижитель [патент РФ N 2096259, кл. B63H 9/00, 20.11.1997], содержащий вертикальную ось вращения и вертикальные крылообразные лопасти, которые снабжены механизмом их поворота для изменения угла установки, содержащим тяги, связанные с лопастями, при этом ветродвижитель выполнен с нижней и верхней дисковыми шайбами, ось которых совпадает с вертикальной осью вращения ротора, на нижних торцах лопастей установлены фиксаторы их положения с возможностью их взаимодействия с отверстиями, которые выполнены в этих шайбах, а упомянутый механизм поворота лопастей выполнен с установленным на нижней шайбе элементом по форме усеченного конуса, закрепленным на оси ротора, при этом каждая из вышеуказанных тяг подпружинена на одном концевом участке и выполнена со сферическим элементом, касающимся поверхности вышеуказанного конусного элемента, а на другом посредством штанги шарнирно связана с передней кромкой этой лопасти.
Недостатком является сложность конструкции и ненадежность при низкой эффективности.
Известен также роторно-вертикально-осевой ветродвижитель [заявка РФ N 93051920, М.кл. B63H 13/00, 27.03.1997], содержащий несколько крылообразных лопастей на вертикальной оси соединенных дисковыми шайбами, в которых выполнены отверстия для вхождения фиксаторов положения лопастей, имеется механизм поворота лопастей, включающий усеченный конус, закрепленный на оси в нижней части ротора и тяги, скользящие по поверхности конуса на шарах, при этом тяги снабжены пружинами, лопасти могут посредством механизма поворота устанавливаться под разными углами атаки.
Недостатком является невысокий коэффициент полезного действия установки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является ветроустановка [патент РФ N 2168060, М.кл. F03D 03/04, 27.05.2001], содержащая воздухозаборник с регулируемыми вертикальными лопатками, ветроколесо с лопастями, расположенное внутри воздухозаборника, а его лопатки в сечении выполнены в виде полуокружности, концы которых прикреплены к верхнему и нижнему кольцам, нижнее из которых опирается на центрирующие ролики, выполненные с возможностью вращения со скоростью, большей скорости вращения ветрового колеса, и к осям которых подключены преобразователи энергии, а сверху и снизу ветроколеса расположены разрежители.
Недостатком устройства является невысокий коэффициент полезного действия (КПД).
Задача изобретения - повышение эффективности работы устройства и увеличение коэффициента полезного действия.
Поставленная задача решается ветроустановкой, содержащей воздухозаборник с расположенным внутри него ветроколесом с лопастями, прикрепленными к верхнему и нижнему кольцам, опирающимся на центрирующие ролики, установленные на валах роторов преобразователей энергии, расположенные сверху и снизу разрежители потока, в которой согласно изобретению разрежители потока установлены с возможностью вращения относительно воздухозаборника и ветроколеса для передачи вращающего момента на статор преобразователя энергии и на внутренней стороне разрежителей установлены лопатки с аэродинамическим профилем, обеспечивающим встречное вращение разрежителей потока по отношению к ветроколесу.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображена предлагаемая ветроустановка; на фиг.2 - сечение Б-Б.
Ветроустановка состоит из ветроколеса 1, расположенного внутри воздухозаборника 2 с регулируемыми вертикальными плоскостями 3 (фиг.2), верхнего и нижнего разрежителей потока 4, трех роликов 5 и опорных стоек 6. Ветроколесо 1 имеет цилиндрическую форму с вертикальной осью вращения и собрано из лопастей 7. Лопасти могут быть расположены вертикально или с наклоном в направлении, встречном воздушному потоку, под углом к вертикали. Концы лопастей 7 прикреплены к верхнему 8 и нижнему 9 кольцам. Верхняя центральная ось 10 служит для подвески на подшипнике 11 и центровки ветроколеса 1. Верхнее 8 и нижнее 9 кольца установлены с возможностью вращения на трех роликах 5,каждый из которых имеет передачу вращения на ротор преобразователя энергии 12 с передаточным отношением значительно больше единицы(i>>1), то есть, представляет собой съемник энергии. Скорость вращения роликов 5 больше скорости вращения ветрового колеса 1. Ролики 5 установлены на валах преобразователей энергии 12.
Воздухозаборник 2 предназначен для направления потока ветра только на вогнутую сторону лопастей 7, исключая сопротивление потока на лопасти, идущие против потока ветра. Замедление или остановка ротора осуществляется регулированием угла установки регулируемых вертикальных плоскостей 3 воздухозаборника 2.
Разрежители потока 4 расположены с нижнего и верхнего торца ветроколеса 1 и смонтированы на круговой (кольцевой) направляющей 13, закрепленной с возможностью вращения на трех роликах 14 с каждого торца, закрепленных к корпусу преобразователей энергии 12, установленных с возможностью вращения относительно неподвижной кольцевой платформы 15 в шариковых опорах 16.
Наиболее эффективной будет работа установки в случае, когда лопасти ветроколеса будут расположены в направлении, встречном воздушному потоку, под углом к вертикали. На кольцевой платформе закреплены токосъемные устройства 17 преобразователей энергии 12. Электрическим кабелем 18 преобразователи энергии 12 подключены к потребителю энергии. Кольцевые платформы установлены на неподвижных относительно воздухозаборника опорных стойках 6 с верхнего и нижнего торцов ветроколеса и с возможностью передачи вращающего момента на корпус преобразователя энергии в направлении, противоположном роликам 5. Ролики 5 и 14 приводов съемника энергии на вал и корпус преобразователя энергии 12 позволяют исключить использование в ветроустановке мультипликатор.
На внутренней стороне разрежителей установлены лопатки 19 с аэродинамическим профилем, преобразующим энергию воздушного потока проходящим через разрежитель таким образом, что разрежители приходят во вращение в направлении, обратном движению ветроколеса.
Подъемная сила подбирается исходя из необходимой разгрузки опор, обеспечивающей существенное снижение потерь на трение роликов 5 с верхним 8 и нижним 9 кольцами.
Устройство работает следующим образом. Поток воздуха поступает внутрь установки, проходя между плоскостями 3 воздухозаборника 2, и попадает на лопасти 7 ветроколеса 1. В результате взаимодействия лопастей 7 с потоком воздуха возникают аэродинамические силы, действующие на лопасти 7, направленные по касательной к окружности (сила F) ветроколеса 1 и по вертикали вверх (сила Q), компенсируя силу тяжести ветроколеса и уменьшая потери на трение в его опорах. Под действием силы F ветроколесо 1 приводится во вращение, а силы Q разгружается от собственного веса. Посредством нижнего 8 и верхнего 9 колец ветроколеса 1 и роликов 5 роторы всех преобразователей энергии 12 будут вращаться в направлении обратном вращению ветроколеса.
Посредством вращающейся круговой направляющей 13 и роликов 14 корпуса всех преобразователей энергии 12 будут вращаться в направлении, противоположном вращению их роторов. Встречное вращение статора и ротора преобразователя энергии увеличивает его эффективность в 1,59 раз. Поступивший вовнутрь ветроколеса 1 воздушный поток направляется наружу через верхний и нижний разрежители потока 4, воздействуя на лопатки 19 на их внутренних поверхностях, и приводит верхний и нижний разрежители потока во вращение в направлении, обратном движению ветроколеса.
Таким образом кинетическая энергия потока воздуха преобразуется в механическую энергию вращающегося ветроколеса 1 и разрежителей потока 4.
Заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность работы устройства и увеличить коэффициент полезного действия за счет того, что разрежители потока имеют лопасти на внутренней поверхности, аэродинамический профиль которых обеспечивает встречное вращение разрежителей по отношению к ветроколесу, что позволяет разгрузить опоры и соответственно снизить потери на трение, повысив тем самым коэффициент полезного действия установки.