ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области ветроэлектроэнергетики, а именно к ветроагрегатам, предназначенным для трансформации энергии ветра в механическое вращение электрогенератора. Задачей настоящей полезной модели является повышение коэффициента использования энергии падающего ветрового потока.
Рассматриваются конструкции с горизонтальной осью вращения, содержащие ротор, непосредственно воспринимающий энергию ветра, закрепленный на валу, связанном с валом генератора,
Известна роторная ветроэлектростанция по патенту UA 69486 от 15.09.2004 г. - прототип, представляющая собой ветродвигатель, содержащий многолопастное ветровое колесо с горизонтальной осью вращения, генератор и флюгер для самонаведения на ветер, отличающийся тем, что корпус, в котором размещен генератор, расположенный на опоре со смещенной осью вращения, а ветровое колесо выполнено в виде конической поверхности, на которой закреплено под углом к конической поверхности спиралевидные лопасти, площадь которых увеличивается к основанию конуса.
Анализируя работу агрегата по данному патенту, можно отметить его неустранимые недостатки в технологических и эксплуатационных показателях. Основным недостатком является наличие ветрового колеса в виде неперфорированной конической оболочки, что делает невозможным перенастройку конструкции по критерию количества стенок, в зависимости от сезонного изменения скорости набегающих ветровых потоков.
Этих недостатков лишена предлагаемая полезная модель, представляющая собой ветроагрегат с горизонтальной осью вращения, содержащий ротор, состоящий из основания в виде конуса с закрепленными на нем серповидными в плане стенками, установленного на оси, связанной с электрогенератором, при этом основание представляет собой коническую оболочку, перфорированную системой калибровочных отверстий, позволяющих регулярно менять количество стенок в соответствии со среднесезонной скоростью падающего воздушного потока.
Данная конструкция может эксплуатироваться, как в описанном виде, так и может являться промежуточной конструкцией для завершения оптимизации, позволяющей получить максимальный КПД.
Данная конструкция является многопараметрической системой, повышение КПД которой возможна в основном только экспериментальными методами. Для повышения КПД или оптимизации таких больших систем, как известно, применяется овражный метод, согласно которому проводится оптимизация по какому-то одному параметру при «замораживании» всех остальных параметров.
Очевидно, что наличие в конструкции основания в виде перфорированного конуса позволяет расширить область применения овражного метода.
2
Например, по патенту RU199034 от 13.03.2020 г. весь воздух протекает вдоль каналов между стенками и истекает из них на периферии основания с минимальным торможением и турбулентностью при движении. Для этого высота Н поверхности стенки в ее центре над контуром основания должна быть не меньше, а такой, чтобы весь воздух, падающий на основание с контуром радиуса R, площадью πR, мог выходить через кольцевую поверхность той же площади на контуре основания 2πRH, откуда высота Н=0,5 R. Однако при любых отклонениях в протекании потоков воздуха по каналам высоту следует увеличить, достаточно если указанный коэффициент будет лежать в пределах 0,5R-R. Такой же должна быть и максимальная высота стенок над контуром основания. С помощью испытаний моделей можно определить высоту стенок, их оптимальное количество и углы их выхода к касательной к основанию на его контуре. Необходимая толщина основания и стенок из условий прочности и жесткости лежит в пределах 0,2-0,5% диаметра основания.
Для эффективной эксплуатации устройства в холодное время года его поверхности, воспринимающие падающий поток воздуха, желательно покрывать несмачиваемой пленкой, например, тонкой пленкой фторопласта, которая помогает уменьшить толщину пограничного слоя потока при обмерзании.
Ориентация по потоку воздуха может быть любая известная, например, с помощью флюгера, закрепленного на корпусе электрогенератора (на фигурах не показан).
Предлагаемая конструкция ветроагрегата содержит основание 1 с установленными на нем стенками 2, узлом 3 места крепления основания 1 к оси электрогенератора 4, закрепленного на вертикальной опоре 5.
На фиг. 1 представлена конструкция ветроагрегата, вид по направлению потока, параллельному оси основания.
На фиг. 2 приведено сечение по А-А.
На фиг. 3 представленное улучшенное основание в виде конуса для монтажа четырех или восьми стенок, стенки не показаны.
На фиг. 4 тоже самое для пяти или десяти стенок.
На фиг. 5 тоже самое для шести или двенадцати стенок.
Применение ветроагрегата осуществляется следующим образом. Он устанавливается на опору нужной высоты с автоматическим или механическим ориентированием по потоку воздуха. Высота опоры должна быть максимальной, так как при удалении от земли скорость потока существенно возрастает пропорционально корню пятой степени из высоты, отнесенной к 10 метрам. Весь поток, падающий на площадь ротора, плавно входит в каналы между стенками и двигается к периферии основания.
Использование предлагаемой конструкции позволяет максимизировать КПД агрегата в зависимости от погодных условий. Благодаря компактности и жесткости конструкции, предлагаемое устройство не создает в окружающем пространстве опасные для живых организмов низкочастотные колебания.