ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ
WIND POWER GENERATING UNIT

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при сооружении ветровых электростанций.
Известен энергетический агрегат, содержащий две соосно установленные ортогональные турбины с лопастями гидродинамического профиля и электрогенератор, при этом валы турбин ориентированы поперек потока среды, лопасти ортогональных турбин ориентированы в противоположном направлении по отношению друг к другу для вращения ортогональных турбин в противоположных неизменных направлениях независимо от направления потока через ортогональные турбины, а трехфазный электрогенератор расположен между ортогональными турбинами (см. патент RU №2245456, кл. F03D 3/06, 20.11.2003).
Однако конструкция данного энергетического генератора предполагает использование колесных опор, фиксирующих вертикальный зазор между элементами линейного генератора, а индукторы линейного генератора объединены силовыми электрическими кабелями, которые по оттяжкам выводятся на центральный пилон, где располагаются токосъемные кольца. Использование последних, колесных опор и других подвижных соединений приводит к снижению надежности работы энергетического агрегата.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ветровой энергетический агрегат, содержащий ортогональную турбину с лопастями гидродинамического профиля, установленными посредством траверс вокруг вала вдоль него, и электрогенератор, вал которого соединен с валом ортогональной турбины, а вал турбины и лопасти ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину (см. патент RU №2362043, кл. F03D 3/06, 20.07.2009).
Однако конструкция данного энергетического генератора предполагает использование вспомогательного энергетического оборудования для выработки электроэнергии в случае отсутствия ветра или его незначительного напора.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение указанных недостатков.
Технический результат заключается в том, что достигается повышение надежности работы ветрового энергетического агрегата.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что ветровой энергетический агрегат содержит ортогональную турбину с лопастями гидродинамического профиля, установленными посредством траверс вокруг вала вдоль него, и электрогенератор, вал которого соединен с валом ортогональной турбины, а вал ортогональной турбины и лопасти ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину, при этом лопасти выполнены полыми и установлены на выполненном полым установленном с возможностью вращения валу посредством полых траверс обтекаемого профиля, перпендикулярных валу, причем полости лопастей, траверс и вала сообщены между собой, а лопасти выполнены с сообщенными со стороны входа с полостью каждой лопасти выходными сопловыми отверстиями для выпуска струй газообразной среды по касательной вдоль поверхности лопасти в направлении ее выходной кромки, при этом выходные сопловые отверстия выведены в зону за точкой максимальной толщины ее профиля, а внутри полого вала коаксиально ему с образованием кольцевого зазора установлен неподвижный полый газораспределительный трубопровод с выполненными в его стенке отверстиями, посредством которых полость газораспределительного трубопровода сообщена с полостями траверс, причем распределительный трубопровод подключен к источнику непрерывной или импульсной подачи газообразной среды под давлением.
Выходные сопловые отверстия, предпочтительно, выполнены с возможностью создания струи соответственно вдоль внешней и/или внутренней относительно вала поверхности каждой лопасти.
Выходные сопловые отверстия, предпочтительно, выполнены щелевидными.
Лопасти могут быть выполнены прямыми или по винтовой линии.
Источник подачи газообразной или газожидкостной среды под давлением выполнен, предпочтительно, в виде источника подачи под давлением топливовоздушной смеси, которую подают в полости лопастей для формирования на выходе из последних потока продуктов сгорания, образовавшихся при сгорании топливовоздушной смеси в полости лопастей.
Лопасти могут быть установлены многоярусно.
В ходе проведенного исследования была выявлена возможность повышения надежности работы ветрового энергетического агрегата за счет обеспечения его работы независимо от того, воздействует на него или нет ветровой напор. Более того, при необходимости представляется возможность регулировать выработку электроэнергии при изменении, например при уменьшении, ветрового напора на лопасти ветрового энергетического агрегата.
Это достигается за счет того, что используется сочетание выполнения ортогональной турбины с лопастями гидродинамического профиля, установленными посредством балок вокруг вала вдоль него, и электрогенератора, вал которого соединен с валом ортогональной турбины, а вал турбины и лопасти ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину, с тем что лопасти выполнены полыми и установлены на выполненном полым установленном с возможностью вращения валу посредством полых траверс обтекаемого профиля, перпендикулярных валу, причем полости лопастей, траверс и вала сообщены между собой, а лопасти выполнены с сообщенными со стороны входа с полостью каждой лопасти выходными сопловыми отверстиями для выпуска струй газообразной среды по касательной вдоль поверхности лопасти в направлении ее выходной кромки, при этом выходные сопловые отверстия выведены в зону за точкой максимальной толщины ее профиля, а внутри полого вала коаксиально ему с образованием кольцевого зазора установлен неподвижный полый газораспределительный трубопровод с выполненными в его стенке отверстиями, посредством которых полость газораспределительного трубопровода сообщена с полостями траверс, причем распределительный трубопровод подключен к источнику непрерывной или импульсной подачи газообразной или газожидкостной среды под давлением.
Таким образом, в зависимости от требуемой производительности представляется возможность регулировать или создавать требуемую скорость вращения ортогональной турбины и, как следствие, обеспечить необходимую выработку электроэнергии независимо от внешних условий и тем самым обеспечить надежное снабжение потребителя выработанной электроэнергией.
На фиг. 1 схематически представлен продольный разрез ортогональной турбины ветрового энергетического агрегата.
На фиг. 2 представлен поперечный разрез лопасти ортогональной турбины ветрового энергетического агрегата с двумя полостями для создания струи вдоль внешней и вдоль внутренней относительно вала поверхности каждой лопасти.
На фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 с сопловыми отверстиями для создания струи вдоль внешней относительно вала поверхности каждой лопасти.
На фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 2 с сопловыми отверстиями для создания струи вдоль внутренней относительно вала поверхности каждой лопасти.
На фиг. 5 представлена фотография ортогональной турбины с выполненными по винтовой линии лопастями.
На фиг. 6 представлено схематически расположение лопастей ортогональной турбины в два яруса - внутренним и внешним.
Ветровой энергетический агрегат содержит ортогональную турбину 1 с лопастями 2 гидродинамического профиля, установленными посредством траверс 3 вокруг вала 4 вдоль него, и электрогенератор (не показан), вал которого соединен с валом 4 ортогональной турбины 1.
Вал 4 ортогональной турбины 1 и лопасти 2 ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину 1.
Лопасти 2 выполнены полыми и установлены на выполненном полым, установленном с возможностью вращения валу 4 посредством полых траверс 3 обтекаемого профиля, перпендикулярных валу 4.
Полости 5, 6 и 7 соответственно лопастей 2, траверс 3 и вала 4 сообщены между собой. Лопасти 2 выполнены с сообщенными со стороны входа с полостью 5 каждой лопасти 2 выходными сопловыми отверстиями 8 для выпуска струй газообразной или газожидкостной среды по касательной вдоль поверхности лопасти 2 в направлении ее выходной кромки 9.
Выходные сопловые отверстия 8 выведены в зону за точкой максимальной толщины ее профиля, а внутри полого вала 4 коаксиально ему с образованием кольцевого зазора установлен неподвижный полый газораспределительный трубопровод 10 с выполненными в его стенке отверстиями 11, посредством которых полость газораспределительного трубопровода 10 сообщена с полостями 6 траверс 3, причем распределительный трубопровод 10 подключен к источнику непрерывной или импульсной подачи газообразной среды под давлением (не показан).
Выходные сопловые отверстия 8 выполнены с возможностью создания струи соответственно вдоль внешней (см. фиг. 3) или внутренней (см. фиг. 4) или вдоль внешней и внутренней сторон (см. фиг. 2) относительно вала 4 поверхности каждой лопасти 2.
Выходные сопловые отверстия 8, предпочтительно, выполнены щелевидными.
Лопасти 2 могут быть выполнены прямыми или по винтовой линии.
Источник подачи газообразной или газожидкостной среды под давлением (не показан) выполнен, предпочтительно, в виде источника подачи под давлением топливовоздушной смеси, которую подают в полости 5 лопастей 2 для формирования на выходе из последних потока продуктов сгорания, образовавшихся при сгорании топливовоздушной смеси в полости 5 или полостях 5 каждой лопасти 2.
Лопасти 2 могут быть установлены многоярусно (см. фиг. 6). Ветровой энергетический агрегат работает следующим образом. Под действием набегающего на ортогональную турбину 1 воздушного потока (ветра) ортогональная турбина 1 начинает вращаться и это вращение передается валу электрогенератора, который вырабатывает электрическую энергию, а последняя по кабелю (не показан) передается потребителю.
В случае снижения мощности ветрового потока в полости 5 лопастей 2 ортогональной турбины 1 подают через распределительный трубопровод 10 и далее через вал 4 и траверсы 3 топливовоздушную смесь, которую в полости 5 лопастей 2 поджигают, например, с помощью свечей зажигания. В результате сжигания топливовоздушной смеси образуются продукты сгорания, которые, истекая через сопловые отверстия 8, образуют реактивную струю, вращающую лопасти 2 ортогональной турбины. Возможна также подача в полости 5 лопастей под давлением сжатого газа, например из газогенератора, приводимого в действие двигателем внутреннего сгорания. В этом случае сжатый газ, истекая через сопловые отверстия 8, будет создавать реактивную силу и приводить во вращение ортогональную турбину 1. В зависимости от устройства газогенератора, в частности компрессора, возможна непрерывная или пульсирующая подача сжатого газа в полости 5 лопастей 2.
Настоящее изобретение может быть использовано для создания автономных ветровых энергетических агрегатов.