ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Предлагаемая полезная модель относится к альтернативной энергетике, использующей воздушную среду для вращения ветроколеса, установленного в ветроэнергетической установке для производства электроэнергии при различных, даже самых неблагоприятных погодных условиях (дождь со снегом, град, ураган).
Известна ветроэнергетическая установка, выбранная в качестве аналога заявленной полезной модели, по патенту RU 2644000 С1, опубликованному 06.02.2018, в которой корпус ветроустановки выполнен в форме шара. С целью повышения скорости воздушного потока от нижней части ветроустановки в область пониженного давления на верхней части обтекателя, направляющие ребра выполнены с наклоном, что облегчает движение воздуха и его поворот от горизонтального направления к вертикальному для прохождения через плоскость вращения ветроколеса. Неблагоприятные погодные условия ветер, снег с дождем, посторонние предметы, поднимаемые в воздух сильным ветром и т.д., снижают производительность ветроэнергетической установки из-за возможности попадания метеорологических осадков в плоскость вращения ветроколеса.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленной полезной модели по совокупности признаков и достигаемому результату является ветроэнергетическая установка по патенту ЕА 023719 В1, опубликованному 29.07.2016. Корпус известной ветроэнергетической установки выполнен сужающимся от нижней части к верхней части. Обтекатель имеет полусферическую форму, и в верхней части которого от действия ветрового потока создается разряжение, аналогично, как и на выпуклой стороне крыла самолета. Воздушные массы перемещаются от нижней части корпуса, где давление более высокое от кинетической энергии ветра, через плоскость ветроколеса, закрепленного с электрогенератором, вращая его, в верхнюю часть к обтекателю, где давление понижено. Неблагоприятные погодные условия, разнонаправленный ветер, снег с дождем, посторонние предметы, поднимаемые в воздух сильными ветрами и т.д. затрудняют эксплуатацию ветроэнергетической установки. Для обеспечения нормальных условий работы и устранения попадания метеорологических осадков в плоскость вращения ветроколеса, обтекатель перемещают по телескопическим стойкам вниз вплотную к кольцевому обтекателю, тем самым перекрывая доступ осадков и посторонних предметов. Недостатком известного технического решения является слабый перепад давлений между обтекателем и корпусом, что не обеспечивает движение воздуха с высокой скоростью через плоскость ветроколеса, а это ограничивает производительность ветроэнергетической установки.
Техническая задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель заключается в повышении эффективности ветроэнергетической установки.
Технический результат заключается в увеличении скорости движения воздушного потока, проходящего через плоскость вращения ветроколеса, с одновременной защитой от попадания метеорологических осадков и посторонних предметов в плоскость вращения ветроколеса.
Для увеличения скорости движения воздушного потока, проходящего через плоскость вращения ветроколеса, повышения производительности ветроколеса, с одновременной защитой от попадания метеорологических осадков и посторонних предметов в плоскость вращения ветроколеса, создают дополнительное разряжение в верхней части заявляемой ветроэнергетической установки. Для этого к нижней части обтекателя полусферической формы крепят аэродинамический щиток в форме кольца, который создает дополнительное разряжение при обтекании его воздушными потоками и перекрывает боковое пространство между верхним обтекателем полусферической формы и кольцевым обтекателем с выпуклой наружной поверхностью ветроэнергетической установки. Аэродинамический щиток обтекателя полусферической формы создает дополнительную область разряжения выше плоскости вращения ветроколеса, что позволяет увеличить скорость воздуха, проходящего через плоскость вращения ветроколеса из зоны повышенного давления и полностью перекрывает боковое пространство между обтекателем полусферической формы и кольцевым обтекателем для предотвращения попадания метеорологических осадков и посторонних предметов в плоскость вращения ветроколеса, при этом обтекатель не нуждается в перемещении вниз.
Полезная модель более подробно описывается на примере и сопровождается соответствующими чертежами, на которых:
фиг. 1 - общий вид сбоку ветроэнергетической установки;
фиг. 2 - вид сбоку в разрезе на ветроэнергетическую установку и принципиальная конструкция аэродинамического щитка кольцевой формы;
фиг. 3 - принципиальная схема движения воздушных масс относительно работающей ветроэнергетической установки;
фиг. 4 - принципиальная схема работы ветроэнергетической установки при неблагоприятных погодных условиях
Ветроэнергетическая установка (Фиг. 1) состоит из корпуса 1, сужающегося от нижней части к верхней, установленного на амортизирующем основании 2. На корпусе 1 вертикально закреплены боковые поверхности-ребра 3, которые совместно с сужающимся корпусом 1 выполняют роль открытой проточной части для набегающего воздушного потока. Боковые ребра 3 в верхней части корпуса 1 упираются в кольцевой обтекатель 4 с выпуклой наружной поверхностью, на стойках 5 которого закреплен обтекатель полусферической формы 6, в верхней выпуклой части которого при воздействии ветра создается разряжение, имеющий в своей нижней части аэродинамический щиток 7 кольцевой формы. При этом диаметр обтекателя полусферической формы 6 с аэродинамическим щитком 7 превышает диаметр кольцевого обтекателя 4 с выпуклой наружной поверхностью. С внутренней стороны кольцевого обтекателя 4 с выпуклой наружной поверхностью на основании 1 жестко закреплен неподвижный направляющий аппарат 8, над которым в непосредственной близости крепится многолопастное ветроколесо 9, жестко установленное на вертикальном валу электрогенератора 10, имеющего электрическую связь с аккумуляторной батареей 11. На ветроколесе 9 закреплен сферический обтекатель 12, который вращается совместно с ветроколесом 9.
Ветроустановка работает следующим образом. При наличии ветра, вне зависимости от его направления, воздушные массы, имея избыточное давление от кинетической энергии ветра, перемещаются в область пониженного давления на обтекателе полусферической формы 6 и на аэродинамическом щитке 7 кольцевой формы по сужающемуся симметричному корпусу 1 вдоль вертикальных ребер 3 до неподвижных лопаток 8 направляющего аппарата. В направляющих лопатках 8 воздушный поток отклоняется на оптимальный угол, который находится в диапазоне от 15 до 20° и под этим углом проходит через лопатки многолопастного ветроколеса 9, создавая аэродинамические силы, направленные в сторону вращения ветроколеса 9.
Ветроколесо 9 жестко закреплено на валу электрогенератора 10, который при своем вращении вырабатывает электроэнергию, накапливая ее в аккумуляторной батарее 11 для дальнейшей передачи потребителям. Пройдя плоскость вращения ветроколеса 9, воздушные массы продолжают перемещаться в область пониженного давления, которое образуется от ветра на верхней части обтекателя полусферической формы 6 и на внешней боковой поверхности аэродинамического щитка 7 кольцевой формы (Фиг. 3).
Внешние поверхности обтекателя полусферической формы 6, кольцевого обтекателя 4 с выпуклой наружной поверхностью, корпуса 1 покрыты солнцепоглощающими элементами, которые позволяют обеспечить выработку электроэнергии от солнечного излучения вне зависимости от скорости ветра или при его отсутствии.
Обтекатель полусферической формы 6 с аэродинамическим щитком 7, кольцевой обтекатель 4 с выпуклой наружной поверхностью, боковые ребра и сужающийся корпус, обеспечивают увеличение скорости движения воздушного потока, проходящего через плоскость ветроколеса ветроэнергетической установки, даже при чрезвычайных ситуациях: в случае урагана, штормовых ветрах, т.е. когда скорость ветра превышает 30 м/с, и наличии посторонних предметов в воздухе (Фиг. 4).