ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА "ВИНДРОТОР"

Полезная модель относится к энергетике, а именно к конструкциям ветроэнергетических установок, содержащих многоярусную турбину, состоящую из несколько роторов с вертикальной осью вращения.
Известна Вихревая электростанция, (патент РФ №2070661, кл. F 03 D 3/02 от 25.07.1994) содержащая несколько генераторов вихря, с вертикальной осью вращения, в прорези каждого из которых воздушный поток поступает через раструбы устройств формирования ветровых потоков, захватывающих весь воздушный поток по их высоте и ширине со стороны направления ветра.
К недостаткам данного устройства можно отнести замкнутость конструкции электростанции, не обеспечивающую эффективность использования ветрового потока и, как следствие, снижение крутящего момента.
Также, известен Ветродвигатель (патент РФ №2074980, кл. F 03 D 3/04 от 08.02.1994), содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью, расположенную внутри системы ветронаправляющих экранов, каждый из которых непосредственно ориентирован на лопасть ветротурбины, причем крайние положения экрана определяют размер лопасти ветротурбины.
Известный ветродвигатель имеет сложную и ненадежную конструкцию из-за необходимости создания вращающихся, ветронаправляющих экранов.
Наиболее близким по технической сущности и функциональному назначению к заявленной полезной модели является ветродвигатель
(патент РФ №2168059, Кл. F 03 D 3/04 от 27.07.1999), который включает в себя цилиндрическую турбину с вертикальной осью вращения, образованную рядом профилированных осесимметричных лопастей, соединенных верхней и нижней крышками, имеющими форму круга и расположенную внутри направляющей системы, образованной несколькими установленными неподвижно направляющими створками, при этом каждая из лопастей турбины представляет собой часть боковой поверхности цилиндра, поперечное сечение каждой из створок имеет профиль в виде синусоиды, а кромки лопастей- ориентированы так, чтобы обеспечить плавное натекание воздуха с направляющих створок на лопасти турбины и свободное перетекание с одной лопасти ветровой турбины на другую.
Согласно изобретению лопасти ветровой турбины дополнительно снабжены горизонтальными силовыми элементами для предотвращения вихреобразования вдоль оси ветровой турбины.
Недостатком данного устройства является то, что воздух, попадая в пространства, ограниченные лопастями турбины и верхней и нижней крышками без отверстий, образует зоны повышенного давления на пути набегающей лопасти, что приводит к уменьшению крутящего момента и гасит скорость потока воздуха. Кроме того, известный ветродвигатель имеет сложную и ненадежную конструкцию из-за большой высоты, которую сложно изготавливать, сложно размещать турбину внутри устройства формирования потока и затем устанавливать с помощью силовых элементов.
Целью полезной модели является устранение указанных недостатков ближайшего аналога, а именно:
- увеличение скорости потока воздуха;
- увеличение скорости вращения турбины и повышение мощной установки;
- улучшение технологичности установки.
Для достижения указанного технического результата энергетическая установка содержит электрогенератор, соединенный с вращающейся турбиной, имеющей вертикальную ось, N-профилированных лопастей, каждая из которых представляет собой часть цилиндра, лопасти установлены по окружности турбины, которая размещена внутри неподвижного устройства формирования ветрового потока, представляющего собой цилиндрическую систему с N-направляющими лопастями, установленными по окружности устройства, устройство формирования ветрового потока с размещенной в нем турбиной выполнено в виде нескольких установленных друг на друга и механически соединенных между собой ярусов, в каждом из которых турбина снабжена верхним и нижним маховиками, к которым прикреплены лопасти, имеющие в сечении параболическую форму, устройство формирования ветрового потока снабжено верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти, выполненные каждая из одного листа в виде двух участков, один из которых имеет вид кольцевого сектора, а второй участок выполнен прямым.
В энергетической установке соотношение диаметра турбины к диаметру устройства формирования ветрового потока находится в интервале 1,31-3,00.
В энергетической установке турбина и устройство формирования ветрового потока имеют, по меньшей мере, по восемь лопастей.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено: на фиг.1 - общий вид установки; на фиг.2 - ее поперечное сечение; на фиг.3 - профиль лопасти устройства формирования
воздушного потока; на фиг.4 - общий вид яруса турбины; на фиг.5 - показан вид установки в аксонометрии.
Энергетическая установка выполнена сборно-разборной в виде нескольких установленных друг на друге и механически скрепленных между собой ярусов, содержащих каждый вращающуюся турбину 1, установленную внутри неподвижного устройства формирования ветрового потока 2.
Турбина 1 в ярусе содержит как показано на фиг.2, 4 профилированные лопасти 11, каждая из которых представляет собой часть цилиндра. В сечении лопасти имеют параболическую форму (фиг.2). Количество лопастей, по меньшей мере, восемь. Лопасти установлены по окружности турбины так, что расстояние между краем лопасти и центром турбины составляет не более 2/3 радиуса турбины. Данное расстояние определено лабораторными испытаниями, результаты которых приведены в Табл.1. Лопасти жестко крепятся снизу и сверху маховиками 16 (фиг.4). Маховики установлены на вертикальную ось 3 яруса, оси в ярусах соединены между собой механически, например, замковым устройством.
В каждом ярусе лопасти 12 устройства формирования ветрового потока 2 (фиг.2) установлены по окружности устройства и жестко крепятся к основаниям 13 и 14 (фиг.1). Каждая лопасть в ярусе выполнена из одного листа в виде двух участков, один из которых имеет вид кольцевого сектора, а вторая часть 12 выполнена прямой (фиг.3). Количество лопастей в устройстве, по меньшей мере, восемь.
Установлено, что оптимальное соотношение диаметра устройства формирования ветрового потока к диаметру турбины находится в интервале 3,00÷1,31.
Все ярусы устройства формирования ветрового потока с установленными в них турбинами, установлены друг на друге,
механически скреплены между собой, в единую конструкцию. Турбина своим общим валом соединена с валом 5 электрогенератора 7 в машинном отделении 6, образуя единую энергетическую установку. На валу 5 установлено также тормозное устройство 15. Электрогенератор 7 электрически связан с распределительным щитом 9. В машинном отделении находится также аккумуляторная батарея 10 и инвертор 8. Наверху энергетической установки размещен молниеотвод 4. Энергетическая установка работает следующим образом. Поток ветра, поступает на лопасти 12 устройства формирования воздушного потока 2 практически перпендикулярно, ускоряется, завихряется на них и поступает на лопасти 11 турбины 1 и отдает ей свою наибольшую энергию. Турбина вращает электрогенератор, вырабатывающий электрическую энергию.
Отработанный поток воздуха уходит вдоль оси установки, через верхнее и нижнее основания 13, 14.
Благодаря выполнению энергетической установки сборно-разборной в виде нескольких ярусов значительно упрощается ее изготовление по сравнению с изготовлением единой высокой установки как в ближайшем аналоге, кроме того в которую сложно внутрь установить турбину. В энергетической установке возможно набрать любое количество ярусов и возможно изготовление конструкции на разные мощности. Благодаря тому, что поток воздух поступает на лопасти устройства формирования перпендикулярно лопастям устройства формирования ветрового потока, он (поток) более интенсивно ускоряется, завихряется на его лопастях, и на турбину поступает более мощный поток, который благодаря параболической форме лопастей отдает турбине большую энергию, а наличие маховиков раскручивает ее с большей скоростью, чем в аналоге.
Благодаря этому увеличивается скорость вращения турбины и соответственно увеличивается мощность энергетической установки.
Таблица 1Результаты испытания экспериментальной установки
L*
Скорость ветра, м/с
1,0
2,0
3,0
4,0
4,5
5,0
1/3
94
113
127
138
157
200
2/3
105
137
160
179
197
246
0
56
75
93
112
130
145
L* - расстояние от края лопасти до центра турбины