ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к энергетике, в частности к использованию энергии ветра для выработки электроэнергии.
Известна ветроэнергетическая установка для получения электроэнергии, содержащая статорную часть в виде кольцевого направляющего аппарата с вертикально расположенными профилированными лопатками, образующими друг с другом межлопаточные каналы, равномерно расположенные по окружности, а роторная часть которого выполнена в виде рабочего колеса поперечно-струйной гидротурбины (патент РФ №2213254, опубл. 27.09.2003 г.).
Недостатком установки является трудоемкость изготовления. Канал сжатия потока, локализующий направление потока относительно ротора, не обеспечивает нарастание давления в канале статора с достаточным углом охвата ротора по радиальному направлению.
Наиболее близкой является ветроэлектростанция, содержащая несущую конструкцию, выполненную виде поворотной башни, по периметру которой установлены ветродвигатели с диффузором. Проточная часть выполнена с турбинами активного типа с широкими выгнутыми лопатками. Между турбинами установлены сопловые аппараты. Последняя ступень многоступенчатой турбины выполнена в виде ветроколеса либо цилиндрического сопла, установленного в конце опорного конца ветродвигателя (патент РФ №2132966, опубл. 10.07.1999 г.).
Недостатком данной ветроэлектростанции является недостаточно полное использование ветрового потока, так как проточная часть ветродвигателя, выполненная в виде многоступенчатой турбины с сопловыми межступенчатыми аппаратами, не обеспечивает концентрационное ускорение ветрового потока, поступающего на ротор турбины, а отсутствие возможности ориентации оси ветроколеса по направлению ветра не позволяет максимально эффективно использовать энергию воздушного потока.
Полезная модель направлена на повышение энергоэффективности ветроэлектростанции за счет увеличения полноты использования энергии ветрового потока.
Результат достигается тем, что, ветроэлектростанция, включающая несущую конструкцию в виде поворотной башни, снабженной диффузором ускорения потока воздуха, турбины, редуктор, связанный с электрогенератором, согласно полезной модели выполнена в виде блока из двух симметрично расположенных турбин, роторы которых связаны с общим редуктором, двусторонний статор симметрично расположенный относительно роторов выполнен с сужающимися в направлении вращения ротора каналами спиральной улитковой формы, общий на обе турбины диффузор выполнен в виде сужающегося сопла, роторы выполнены с изогнутыми в сторону встречного потока воздуха лопастями карманной формы, выходная зона выброса воздуха выполнена в виде дефлектора с зонтом, станция имеет флюгерный хвостовой элемент.
Полезная модель поясняется рисунками: на фиг.1 показан продольный разрез башенного узла ветроэлектростанции, на фиг.2 - вид сверху.
Ветроэлектростанция включает несущую конструкцию, выполненную в виде поворотной башни 1, имеющей диффузор 2, выполненный в виде сужающегося сопла, в рабочем состоянии направленный на встречный поток воздуха. На несущей конструкции 1 установлен блок из двух симметрично расположенных турбин, каждая из которых имеет статор 3. Статор 3, выполнен двухсторонним симметрично расположен относительно роторов 4 и имеет сужающиеся в направлении вращения ротора 4 направляющие каналы спиральной улитковой формы с углом охвата до 300°. Диффузор 2, общий для двух турбин, обеспечивает нагнетание ускоренного потока воздуха на обе симметрично расположенные турбины. Ротор 4 выполнен с изогнутыми в сторону встречного потока воздуха лопастями карманной формы. Ветроэлектростанция снабжена хвостовиком - флюгером 5, расположенным в противоположной от диффузора 2 стороне несущей конструкции. Выходная зона выброса воздуха выполнена в виде дефлектора 6 с зонтом. Поворотная башня 1 опирается на мачтовую ферму 7 через поворотные ролики 8. Вал каждого ролика 8 механически связан с общим редуктором, связанным с электрогенератором 9.
Ветроэлектростанция работает следующим образом. Поворотная башня вследствие действия флюгерного хвостовика 5 поворачивается в направлении встречного воздушного потока, попадающего в раскрытый диффузор 2. Поворот башни 1 относительно мачтовой фермы 7 реализуется через роликовые механизмы 8 при движении по круговой опоре. Поток воздуха, поступающий в диффузор 2, подвергается сжатию и ускорению движения кратно соотношению площади воронки на входе диффузора 2 и выходного канала статоров 3. Диффузор 2 общий на две турбины и обеспечивает нагнетание ускоренного потока воздуха на обе турбины. Поступающий в статор 3 воздушный поток в сужающихся каналах подвергается дальнейшему сжатию и ускорению, локально, дозировано подается в лопаточное пространство роторов 4, ускоренное вращение которых через редуктор передается электрогенератору 9, обеспечивая выработку электроэнергии.
сж
2
2
Поступающий через диффузор 2 воздух ускоряется пропорционально коэффициенту сжатия на входе в ротор 4 турбины. При этом кинетическая энергия переходит в энергию давления с нарастанием в квадратичной зависимости от создаваемой скорости. Конструкция ветроэлектростанции предусматривает достижение значения коэффициента сжатия равного K=8-10, следовательно при минимальных скоростях ветра в 2-3 м/с поступление воздуха в канал обеспечивается при скоростях до 20-25 м/с, при этом давление потока воздуха ΔP=V, т.е. порядка 400-500н/м. Воздушный поток в статоре 3 подвергается дальнейшему сжатию и ускорению, поступление воздушного потока на лопасти ротора 4 с повышенным давлением и ускорением вращения ротора позволяет повысить мощность выработки энергии в кубической степени от скорости потока воздуха.
Предлагаемая конструкция ветроэлектростанции обеспечивает возможность выработки электроэнергии при скоростях потока ветра от 2-3 м/с, а также обеспечивает аэродинамическую устойчивость в условиях порывистого действия ветровой нагрузки.