ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ГОРИЗОНТАЛЬНО-ОСЕВОГО ТИПА

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а точнее к устройствам ориентации ветроэнергетической установки (ВЭУ) на ветер. При этом основной областью применения являются ветроэнергетические установки с горизонтальной осью вращения, в которых ветроколесо по ветру расположено за гондолой.
Данные ветроэнергетические установки, например ВЭУ горизонтально-осевого типа по патенту РФ №2075641 содержат неподвижную часть, выполненную в виде башни, и соединенную с ней посредством опорно-поворотного узла подвижную часть, содержащую гондолу и расположенное за ней по ветру ветроколесо. Все данные существенные признаки есть и в предлагаемом техническом решении.
Функцию ориентации данной ВЭУ (гондолы с ветроколесом) играет ветроколесо с конически расположенными лопастями. Это связано с невозможностью размещения традиционного хвоста на гондоле. При этом данная конструкция обладает недостаточной парусностью для установки на ветер при малых ветрах. Кроме того, при смене направления ветра через штиль на направление близкое к противоположному, ветроколесо может не установиться на ветер.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является улучшение ориентации на ветер во всем диапазоне скоростей ветра.
Для решения названной технической задачи ветроэнергетическая установка горизонтально-осевого типа, имеющая башню и соединенную с ней посредством опорно-поворотного узла подвижную часть, включающую гондолу и расположенное за ней по ветру ветроколесо, дополнительно
содержит жестко соединенную с подвижной частью установки аэродинамическую поверхность, расположенную в плоскости, образованной осью башни и осью вращения ветроколеса, при этом аэродинамическая поверхность расположена за пределами ветроколеса и сориентирована также как ветроколесо относительно гондолы. При этом данная поверхность может быть расположена как выше ветроколеса (как флаг), так и ниже (как руль). В последнем случае она может закрепляться на относящейся к подвижной части установки части опорно-поворотного устройства. Наиболее рациональным является расположение аэродинамической поверхности ниже ветроколеса, при этом для увеличения жесткости конструкции она может быть дополнительно соединена посредством шарнирного соединения с башней. Кроме того, дополнительно, для снижения влияния турбулентности воздушного потока на ветроколесо и аэродинамическую поверхность, последняя может быть закреплена непосредственно на удлиненной для этого за пределы шарнирного узла подвижной части опорно-поворотного узла, которая располагается снаружи башни и имеет со стороны ветроколеса и аэродинамической поверхности форму, стабилизирующую воздушный поток.
Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного являются следующие - установка дополнительно содержит жестко соединенную с подвижной частью установки аэродинамическую поверхность, расположенную в плоскости, образованной осью башни и осью вращения ветроколеса, расположенную за его пределами и сориентированную также как ветроколесо относительно гондолы. При этом при расположении данной поверхности ниже ветроколеса она может быть дополнительно соединена посредством шарнирного соединения с башней. Кроме того, дополнительно, аэродинамическая поверхность может быть закреплена непосредственно на удлиненной для этого за пределы шарнирного узла подвижной части опорно-поворотного узла, которая располагается снаружи башни и имеет со стороны ветроколеса и аэродинамической поверхности форму, стабилизирующую воздушный поток.
Благодаря существенным признакам предлагаемого технического решения достигается следующий технический результат - данная конструкция обладает достаточной парусностью для установки на ветер при малых ветрах. Кроме того, при смене направления ветра через штиль на направление близкое к противоположному, ветроколесо надежно устанавливается на ветер, т.е. улучшается ориентация на ветер во всем диапазоне ветровых нагрузок.
Предложенное техническое решение может найти применение в конструкции ветроэнергетических установок преимущественно горизонтально-осевого типа с расположением ветроколеса по ветру за гондолой.
Конструкция предлагаемой ВЭУ поясняется чертежами фиг.1-3.
На фиг.1 изображена конструкция ВЭУ с аэродинамической поверхностью, расположенной выше ветроколеса.
На фиг.2 изображена конструкция ВЭУ с аэродинамической поверхностью, расположенной ниже ветроколеса и закрепленной шарнирно на башне.
На фиг.3 изображена конструкция ВЭУ с аэродинамической поверхностью, расположенной ниже ветроколеса и закрепленной на удлинении подвижной части опорно-поворотного устройства, выполненной в виде крыла.
Изображенная на фиг.1 ветроэнергетическая установка горизонтально-осевого типа, имеющая башню 1 и соединенную с ней посредством опорно-поворотного узла 6 подвижную часть, включающую гондолу 2 и расположенное за ней по ветру ветроколесо 3, дополнительно содержит жестко соединенную посредством тяги 4 с подвижной частью установки - гондолой 2 аэродинамическую поверхность 5, расположенную в плоскости, образованной осью башни 1 и осью вращения ветроколеса 3, при этом аэродинамическая поверхность 5 расположена за пределами ветроколеса 3 и сориентирована также как ветроколесо 3 относительно
гондолы 2. При этом данная аэродинамическая поверхность 5 может быть расположена выше ветроколеса 3 (как флаг).
Изображенная на фиг.2 ВЭУ, содержит аэродинамическую поверхность 5, расположенную ниже гондолы 2 с ветроколесом 3 (как руль). В данном случае аэродинамическая поверхность 5 закреплена посредством тяги 4 на относящейся к подвижной части установки части 7 (т.е. части, которая жестко соединена с гондолой 2 и вращается вместе с ней относительно башни 1) опорно-поворотного узла 6. При этом для увеличения жесткости конструкции аэродинамическая поверхность 5 дополнительно соединена посредством шарнирного соединения 8 с башней 1.
В изображенной на фиг.3 ВЭУ, аэродинамическая поверхность 5, расположена ниже гондолы 2 с ветроколесом 3 и закреплена непосредственно (без тяги 4) на удлиненной для этого за пределы шарнирного узла подвижной части опорно-поворотного узла 6, т.е. часть 7 жестко закрепленная на гондоле 2 выполнена в виде пустотелой оболочки, которая удлинена до места расположения аэродинамической поверхности 5. При этом для исключения влияния на ветроколесо 3 и поверхность 5 данная оболочка располагается снаружи башни и имеет со стороны ветроколеса и аэродинамической поверхности форму (в поперечном сечении) стабилизирующую воздушный поток, например, форму симметричного аэродинамического профиля, что позволяет иметь ламинарный обтекающий поток.
Выше описанная ВЭУ работает аналогично известным, но благодаря дополнительной аэродинамической поверхности 5 при смене направления ветра гондола 2 с ветроколесом 3 четко отслеживают эти изменения. Важность этого нового узла особенно значительно прослеживается при смене направления ветра на близкое к противоположному, когда ветроколесо 3 с гондолой 2 оказываются повернутыми к ветру практически по традиционной схеме, когда ветроколесо 3 находится перед гондолой 2 и только
аэродинамическая поверхность 5 организует парусность и разворачивает их в рабочее положение.
При этом не столь существенно, где располагается аэродинамическая поверхность 5 - над гондолой 2 или под ней, главное, чтобы она была за пределами ветроколеса 3 и была также расположена по ветру. При этом данным конструкциям свойственны свои достоинства и свои недостатки - верхнее расположение более эффективно с точки зрения отсутствия затенения, но конструкция недостаточно жестка, а нижнее расположение проще и жестче (за счет шарнирного соединения 8 - фиг.2), но поверхность 5 частично «затеняется» от ветра башней 1 (возникают зоны турбулентности). Однако данный недостаток уменьшается за счет выполнения части 7 в направлении поверхности 5 в форме поверхности стабилизирующей воздушный поток.