ВЕТРЯНАЯ ТУРБИНА С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
(a) Область полезной модели
Настоящая полезная модель относится к ветровой турбине для генерации электроэнергии, в частности к ветровой турбине с вертикальной осью с возможностью простого запуска; обеспечивающей высокие рабочие характеристики и отличающейся простотой изготовления.
(b) Описание уровня техники
Топливо и электричество становятся все более дорогими вследствие нехватки нефтехимической энергии, и люди уделяют больше внимания важности охраны окружающей среды вследствие парникового эффекта Земли, а экономия энергии и сокращение выбросов парниковых газов становятся неотложной и важной задачей связанной отрасли. Чтобы преодолеть проблемы с энергией в будущем, каждая страна энергично развивает замещающие источники энергии, в частности экологические чистые энергии без загрязнений и производство энергий, например производство электроэнергии с помощью энергии воды, ветра, солнца и волн с использованием природных сил.
Поскольку производство энергии с помощью ветра является неисчерпаемым и несет меньше загрязнений, а также согласуется с концепцией защиты окружающей среды, оборудование для производства энергии с помощью ветра для приведения в действие лопастного модуля генератора энергии в основном делится, соответственно, на два типа: ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT) и ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT). Однако длина
лопасти и высота башни обычной ветряной турбины с горизонтальной осью достигают десятков метров, не только обладая недостатками сложной конструкции, высокой стоимости оборудования и жестких условий среды установки, но также создавая шумы и неудобства в окрестностях местности во время производства энергии. HAWT системы для производства энергии постепенно перемещаются с суши в море, поскольку на суше получить место под установку нелегко. В немуссонных или морских климатических областях ветряная турбина с горизонтальной осью не может стать популярной или максимизировать преимущества экологически чистой энергии.
По сравнению с ветряной турбиной с горизонтальной осью ветряная турбина с вертикальной осью обладает преимуществами малого объема, низкой стоимости изготовления, низкой пороговой скорости ветра, малого шума и низкого светового загрязнения, так что VAWT системы для производства энергии имеют более широкую перспективу применения на рынке. В последние годы на рынке появляется много компактного оборудования для производства энергии с помощью ветра на основе VAWT.
Подобно обычной ветряной турбине с вертикальной осью ветряная турбина с вертикальной осью, например, известная из заявки на патент Тайваня №200523469, опубликованной 16.07.2005, содержит вращающееся основание с осью вращения и несколько заслонок, расположенных по периметру основания, для получения эффекта воздушного потока для выработки кинетической энергии приведения в действие и вращения основания, и эффект концентрирования окружающего воздушного потока на заслонках является ключевым фактором влияния на рабочие характеристики ветряной турбины с вертикальной осью. Следовательно, большинство обычных ветряных турбин с вертикальной осью могут улучшать рабочие характеристики путем изменения формы заслонок.
Однако конструкция заслонки в основном имеет большие размеры и характеризуется высокой сложностью, не только увеличивая уровень сложности изготовления заслонок, но также значительно увеличивая вес вращаемой
ветряной турбины с вертикальной осью. В результате увеличивается сложность запуска вращения, а улучшение производительности крайне ограничено.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В свете вышеупомянутых недостатков существующего уровня техники основной целью настоящей полезной модели является предоставление ветряной турбины с вертикальной осью с возможностью простого запуска; обеспечивающей высокие рабочие характеристики и отличающейся простотой изготовления.
Для достижения вышеуказанной цели настоящая полезная модель предоставляет ветряную турбину с вертикальной осью, содержащую: лопастной модуль, модуль направления ветра, модуль магнитного поля и модуль катушки; причем лопастной модуль содержит поворотный диск для поворота в осевом направлении, несколько заслонок, соединенных с верхней частью поворотного диска и расположенных с заданным интервалом друг от друга и вокруг поворотного диска, и центральный вал, расположенный в центральном положении лопастного модуля; модуль направления ветра содержит несколько перегородок, установленных по внешнему периметру заслонок и сохраняющих заданный интервал от заслонок, и блок стойки для установки перегородок, при этом блок стойки содержит верхнюю раму, нижнюю раму, несколько соединительных стержней, присоединенных между верхней рамой и нижней рамой, и несколько ножек, установленных на нижней раме; модуль магнитного поля содержит несколько магнитных элементов, прикрепленных по краю поворотного диска; и модуль катушки электрически соединен с внешним периметром поворотного диска и сохраняет заданный интервал от магнитных элементов.
Ветряная турбина с вертикальной осью с вышеупомянутой конструкцией и характерными признаками согласно настоящей полезной модели может быть установлена в положении для получения воздушного потока при эксплуатации, и модуль катушки электрически соединен с подающим питание объектом, так что когда лопастной модуль вращается под воздействием воздушного потока, модуль магнитного поля приводится во вращение, создавая относительное движение магнитного элемента и катушки, при этом катушка производит электрический ток посредством магнитной индукции магнитного элемента. В частности, генератор энергии с вертикальной осью может направлять и концентрировать поток окружающего воздуха в относительных положениях заслонок на внутреннем кольце посредством действия модуля направления ветра, так что лопастной модуль может легко запускаться для получения лучших эксплуатационных характеристик, и в полезной модели можно отказаться от сложной конструкции заслонок, упрощая производство ветряной турбины с вертикальной осью.
Более конкретно, ветряная турбина с вертикальной осью в соответствии с настоящей полезной моделью может направлять и концентрировать поток окружающего воздуха в относительных положениях заслонок на внутреннем кольце, не только отказываясь от сложной конструкции заслонок для упрощения производства и уменьшения веса лопастного модуля для легкого запуска работы и лучших рабочих характеристик, но также непосредственно встраивая модуль магнитного поля в поворотный диск лопастного модуля, что существенно уменьшает общий объем ветряной турбины с вертикальной осью для преодоления ограничений внешней среды на установку ветряной турбины с вертикальной осью.
Для предоставления полного понимания указанных целей и технологических способов полезной модели, представленной в данном документе, краткое описание графических материалов ниже сопровождается подробным описанием предпочтительных вариантов осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе ветряной турбины с вертикальной осью в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящей полезной модели;
фиг. 2 представляет собой покомпонентное изображение ветряной турбины с вертикальной осью в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящей полезной модели;
фиг. 3 представляет собой изображение сверху ветряной турбины с вертикальной осью в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящей полезной модели;
фиг. 4 представляет собой схематическое изображение, показывающее относительные положения модуля магнитного поля и модуля катушки в соответствии с настоящей полезной моделью;
фиг. 5 представляет собой вид в перспективе лопастного модуля в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления настоящей полезной модели; и
фиг. 6 представляет собой изображение в поперечном сечении ветряной турбины с вертикальной осью в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления настоящей полезной модели.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Вышеупомянутые и другие цели и преимущества настоящей полезной модели станут более понятны в свете приведенного ниже подробного описания показательного варианта осуществления этой полезной модели, описанного со ссылками на графические материалы. Подразумевается, что варианты осуществления и графические материалы, представленные в данном документе, должны считаться иллюстративными, а не ограничительными.
Согласно фиг. 1-3, соответственно, для вида в перспективе, покомпонентного изображения и изображения сверху ветряной турбины с вертикальной осью в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящей полезной модели, ветряная турбина с вертикальной осью содержит лопастной модуль 10, модуль 20 направления ветра, модуль 30 магнитного поля и модуль 40 катушки.
Лопастной модуль 10 содержит поворотный диск 11 для поворота в осевом направлении, несколько заслонок 12, установленных на верхней части поворотного диска 11 и расположенных с заданным интервалом друг от друга вокруг поворотного диска 11, и центральный вал 15, расположенный в центральном положении лопастного модуля 10 для увеличения структурной устойчивости всего лопастного модуля 10. В предпочтительном варианте осуществления, как показано на фиг. 1 и 3, лопастной модуль 10 содержит первый верхний каркасный элемент 13, соединенный с верхней частью всех заслонок 12, и первый нижний каркасный элемент 14 для соединения нижних частей всех заслонок 12, и первый верхний каркасный элемент 13 состоит из внутреннего кольца 131 и внешнего кольца 132, и опорная балка 133 присоединена между внутренним кольцом 131 и внешним кольцом 132 для установки заслонок 12, и первый нижний каркасный элемент 14 состоит из внутреннего кольца 141 и внешнего кольца 142, и опорная балка 143 присоединена между внутренним кольцом 141 и внешним кольцом 142 для установки заслонок 12, при этом первый верхний каркасный элемент 13 и первый нижний каркасный элемент 14 соединены с центральным валом 15.
Модуль 20 направления ветра содержит несколько перегородок 21, установленных по внешнему периметру заслонок 12 и сохраняющих заданный интервал от заслонок 12, и модуль 20 направления ветра содержит блок стойки 24 для крепления перегородок 21, при этом стойка 24 содержит верхнюю раму 241, нижнюю раму 242 и несколько соединительных стержней 243, присоединенных между верхней рамой 241 и нижней рамой 242, причем верхняя рама 241 и нижняя рама 242 имеют восьмиугольную форму, и несколько ножек 244 установлено на нижней раме 242. В предпочтительном варианте осуществления, как показано на фиг. 1 и 2, модуль 20 направления ветра содержит второй верхний каркасный элемент 22 для соединения верхних частей всех перегородок 21 и второй нижний каркасный элемент 23 для соединения нижних частей всех перегородок 21, и второй верхний каркасный элемент 22 состоит из внутреннего кольца 221 и внешнего кольца 222, и опорная балка 223 присоединена между внутренним кольцом 221 и внешним кольцом 222 для установки перегородок 21; второй нижний каркасный элемент 23 состоит из внутреннего кольца 231 и внешнего кольца 232, и опорная балка 233 присоединена между внутренним кольцом 231 и внешним кольцом 232 для установки перегородок 21; а верхняя рама 241 и нижняя рама 242 блока стойки 24 соединены со вторым верхним каркасным элементом 22 и вторым нижним каркасным элементом 23 соответственно.
Модуль 30 магнитного поля содержит несколько магнитных элементов 31, прикрепленных к краю поворотного диска 11, а модули 40 катушки содержат несколько катушек 41, электрически соединенных с внешним периметром поворотного диска 11 и сохраняющих заданный интервал от магнитного элемента 311. В предпочтительном варианте осуществления магнитный элемент 31 модуля 30 магнитного поля представляет собой постоянный магнит.
В одном варианте осуществления ветряной турбины с вертикальной осью в соответствии с настоящей полезной моделью поворотный диск лопастного модуля установлен по оси на основном структурном элементе места установки, а модуль направления ветра прикреплен на внешнем периметре лопастного модуля относительно основного структурного элемента места установки, а модуль магнитного поля и модуль катушки установлены для реализации производства электроэнергии с помощью ветра.
Разумеется, ветряная турбина с вертикальной осью в соответствии с настоящей полезной моделью, как показано на фиг. 1 и 2, может дополнительно содержать установочное кольцо 50, причем поворотный диск 11 лопастного модуля 10 по оси установлен в центральном положении установочного кольца 50 и вращается относительно установочного кольца 50. Установочное кольцо 50 имеет установочное пространство 51 для размещения поворотного диска 11, и катушки 41 модуля 40 катушки могут быть установлены на боковой стенке установочного пространства 51 установочного кольца 50, для существенного уменьшения общего объема ветряной турбины с вертикальной осью, так чтобы преодолеть ограничения среды установки ветряной турбины с вертикальной осью.
При эксплуатации ветряной турбины с вертикальной осью в соответствии с настоящей полезной моделью, ветряную турбину с вертикальной осью устанавливают в положение, позволяющее принимать воздействие воздушного потока, и модуль катушки электрически соединяют с подающим питание объектом, так что когда лопастной модуль 10 вращается под воздействием воздушного потока, модуль 30 магнитного поля может быть приведен во вращение, а магнитный элемент 31 и катушка 41 создают относительные движения (как представлено на фиг. 4), при этом катушки 41 производят электрический ток посредством магнитной индукции магнитного элемента. В частности, генератор энергии с вертикальной осью под воздействием модуля 20 направления ветра направляет и концентрирует поток окружающего воздуха в относительных положениях заслонок 12 на внутреннем кольце, так что лопастной модуль 10 может легко запускаться и работать с получением лучших эксплуатационных характеристик. В дополнение можно отказаться от сложной конструкции заслонок 10 для упрощения производства ветряной турбины с вертикальной осью.
В предпочтительном варианте осуществления ветряной турбины с вертикальной осью в соответствии с настоящей полезной моделью, как представлено на фиг. 5 и 6, лопастной модуль 10 содержит первый верхний каркасный элемент 13 для соединения верхних частей всех заслонок 12 и первый нижний каркасный элемент 14 для соединения нижних частей всех заслонок 12, а также содержит по меньшей мере один соединительный каркасный элемент 16, установленный между первым верхним каркасным элементом 13 и первым нижним каркасным элементом 14 для соединения всех заслонок 12. Аналогично первый верхний каркасный элемент 13 состоит из внутреннего кольца 131 и внешнего кольца 132, а опорная балка 133 установлена между внутренним кольцом 131 и внешним кольцом 132 для установки заслонок 12. Первый нижний каркасный элемент 14 состоит из внутреннего кольца 141 и внешнего кольца 142, а опорная балка 143 присоединена между внутренним кольцом 141 и внешним кольцом 142 для установки заслонок 12. По меньшей мере один соединительный каркасный элемент 16 состоит из внутреннего кольца 161 и внешнего кольца 162, а опорная балка 163 присоединена между внутренним кольцом 161 и внешним кольцом 162 для установки заслонок 12. Аналогично первый верхний каркасный элемент 13, по меньшей мере один соединительный каркасный элемент 16 и первый нижний каркасный элемент 14 соединены с центральным валом 15 для улучшения общей структурной устойчивости лопастного модуля 10.
Разумеется, лопастной модуль 10 ветряной турбины с вертикальной осью в соответствии с настоящей полезной моделью может содержать несколько тросов 17, предоставленных между первым верхним каркасным элементом 13 и первым нижним каркасным элементом 14, независимо от того, содержит ли лопастной модуль 10 по меньшей мере один соединительный каркасный элемент 16, установленный между первым верхним каркасным элементом 13 и первым нижним каркасным элементом 14 для соединения всех заслонок 12. Когда ветряная турбина с вертикальной осью работает, натяжение и выходящий наружу угол всех тросов 17 можно регулировать для достижения эффекта сохранения структурной прочности лопастного модуля 10.
В ветряной турбине с вертикальной осью в соответствии с настоящей полезной моделью, как представлено на фиг. 2 и 6, модуль 20 направления ветра содержит второй верхний каркасный элемент 22 для соединения верхних частей всех перегородок 21 и второй нижний каркасный элемент 23 для соединения нижних частей всех перегородок 21. Второй верхний каркасный элемент 22 состоит из внутреннего кольца 221 и внешнего кольца 222, и опорная балка 223 присоединена между внутренним кольцом 221 и внешним кольцом 222 для установки перегородок 21. Второй нижний каркасный элемент 23 состоит из внутреннего кольца 231 и внешнего кольца 232, и опорная балка 233 присоединена между внутренним кольцом 231 и внешним кольцом 232 для установки перегородок 21. Ветряная турбина с вертикальной осью также содержит блок стойки 24 для крепления модуля 20 направления ветра, и блок стойки 24 содержит верхнюю раму 241, соединенную со вторым верхним каркасным элементом 22, нижнюю раму 242, соединенную со вторым нижним каркасным элементом 23, несколько соединительных стержней 243, присоединенных между верхней рамой 241 и нижней рамой 242, и несколько ножек 244, расположенных на нижней раме 242, так чтобы улучшать общую структурную прочность ветряной турбины с вертикальной осью и гибко упрощать установку.
Следует отметить, что в ветряной турбине с вертикальной осью в соответствии с настоящей полезной моделью модуль 20 направления ветра предназначен для направления и концентрирования потока окружающего воздуха на заслонки 12 на внутреннем кольце, чтобы создавать аэродинамический эффект, существенно упрощая конструктивное исполнение заслонок 12. По существу каждая заслонка 12 представляет собой полученную экструзией алюминиевую полосу заданной длины, и каждая перегородка 21 представляет собой полученную экструзией алюминиевую полосу заданной длины для создания аэродинамического эффекта, не только существенно сокращая затраты на материалы и изготовление, но также способствуя уменьшению общего веса ветряной турбины с вертикальной осью.
В реальных экспериментах каждая заслонка 12 имеет поперечное сечение алюминиевого профиля, полученного экструзией, которое является дугообразным поперечным сечением с заданной кривизной, и каждая перегородка 21 имеет поперечное сечение алюминиевого профиля, полученного экструзией, которое является дугообразным поперечным сечением с заданной кривизной, а модуль 20 направления ветра имеет то же количество заслонок 12, что и количество перегородок 21 для достижения лучшей эффективности и более тихой работы.
По сравнению с обычными конструкциями ветряная турбина с вертикальной осью в соответствии с настоящей полезной моделью может направлять и концентрировать поток окружающего воздуха на заслонках на внутреннем кольце под воздействием модуля направления ветра, не только отказываясь от сложной конструкции заслонок, упрощая производство ветряной турбины с вертикальной осью, но также уменьшая общий вес лопастного модуля, обеспечивая более легкий запуск работы и лучшие эксплуатационные характеристики, а также непосредственно встраивая модуль магнитного поля в поворотный диск лопастного модуля для уменьшения общего объема ветряной турбины с вертикальной осью и преодоления ограничения внешней среды на установку ветряной турбины с вертикальной осью.
Хотя полезная модель была описана посредством характерных вариантов осуществления, в них специалистами в данной области техники могут быть внесены многочисленные модификации и изменения без отхода от объема и сущности полезной модели, сформулированных в пунктах формулы полезной модели.
Разумеется, нужно понимать, что описанные в данном документе варианты осуществления лишь иллюстрируют принципы настоящей полезной модели, и что специалистами в данной области техники в них может быть внесен широкий спектр модификаций без отхода от сущности и объема полезной модели, как изложено в следующих пунктах формулы полезной модели.