ВЕТРОАГРЕГАТ

Полезная модель относится к устройствам для преобразования энергии ветра в полезную механическую энергию и для передачи такой энергии к месту ее использования, в частности к ветряным двигателям с осью вращения ротора, параллельной воздушному потоку, входящему в ротор, особенно с несколькими роторами и с неподвижными ветронаправляющими средствами.
Известен ветроагрегат, содержащий размещенную на башне поворотную головку с редуктором, связанным с валом электрического генератора и горизонтальным валом, на котором на неравных расстояниях от оси вращения поворотной головки установлены два ветроколеса, имеющие закрепленные на осях радиальные лопасти, при этом ветроколесо, установленное на большем расстоянии, кроме силовой функции выполняет также и функцию устройства ориентации на ветер, и устройство стабилизации частоты вращения, согласно изобретению ветроколеса имеют ступицу и перфорированный по окружности обод, связанные между собой спицами, а в ступице и в подпятниках закреплены оси вращения лопастей, пропущенные через втулки, установленные в отверстиях перфорации, при этом устройство стабилизации частоты вращения ветроколес представляет собой систему упругих элементов в виде цилиндрических пружин, одни концы которых закреплены на лопастях, а другие - на ободе, асимметрично относительно оси вращения каждой лопасти, кроме того, на ободе в отверстиях установлены ограничители поворота лопастей в виде штыревых упоров (Патент РФ №2210001, МПК 7 F03D 7/02, Опубликовано: 10.08.2003).
Недостатком указанного ветроагрегата является отсутствие ветронаправляющих средств повышающих эффективность использования энергии ветра.
Известна ветроустановка, содержащая аэродинамический канал, состоящий из конфузора, рабочего канала и диффузора, установленную в рабочем канале ветротурбину и механизм управления вращением аэродинамического канала, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена механизмом управления пограничным слоем, механизмом управления формой сечения аэродинамического канала, механизмом запирания канала, а конфузор - системой шумопонижения, кроме того, ветротурбина снабжена механизмом поворота лопастей (патент РФ №21425, МПК 7 F03D 3/04, опубликовано: 20.01.2002).
Недостатком указанной полезной модели является размещенная в ней однороторная ветротурбина, недоиспользующая часть энергии ветропотока.
Известна ветроустановка с диффузором имеющим два вдува которая содержит ветродвигатель, мультипликатор, электрогенератор, гондолу, опорное устройство с механизмом поворота и атмосферный диффузор в виде кольцевого крыла. На его внутренней стенке имеются две последовательно расположенные независимые щели для кольцевого вдува, при этом первый вдув осуществляется периферийной частью основного потока воздуха, входящего в ветроколесо при помощи воздействия на эту периферийную часть потока концевыми компрессорными участками лопастей, отделенными пластинами от основной турбинной части лопастей и вращающимися в нише корпуса диффузора, с последующей подачей воздуха в кольцевой канал, расположенный под внутренней (патент РФ №2261363, МПК 7 F03D 1/04, опубликовано: 27.09.2005).
Недостатком указанной ветроустановки является наличие только одного ветроколеса-ротора, что приводит к недоиспользованию значительной части энергии ветропотока.
Прототипом предлагаемой полезной модели является ветроагрегат, использующим энергию потока воздуха, включающий ветроколесо с генератором, стойку и концентратор, состоящий из двух частей - входной конфузорной и выходной диффузорной, который снабжен кольцевым шарниром, опорной платформой, опорным кольцом и штангой. Диффузор снабжен каркасом, состоящим из колец жесткости и продольных направляющих. Опорная платформа установлена горизонтально и жестко соединена с кольцевым шарниром, который установлен в верхней части стойки. Опорное кольцо установлено вертикально и жестко соединено с опорной платформой. На опорной платформе вертикально установлена штанга, на которой размещено ветроколесо с генератором. Конусообразные стенки диффузора выполнены из легкого дешевого материала (например, капроновая ткань или полиэтиленовая пленка). (Патент РФ №2167336 МПК F03D 1/04, Опубликовано: 20.05.2001).
Недостатком прототипа является неполное использование энергии воздушного потока на единственном ветроколесе-роторе.
Суть предлагаемой полезной модели состоит в том, что ветроагрегате, имеющем в качестве ветронаправляющих средств конфузор, диффузор и расположенную между ними цилиндрическую рабочую часть, в которой установлено ветроколесо - ротор с электрогенератором, по ходу воздушного потока перед первым ротором установлена направляющую ступень, а вслед за первым ротором установлен второй ротор со своим электрогенератором, вращающийся в противоположном направлении.
Предлагаемая конструкция поясняется рисунком, где на фигуре 1 показан ветроагрегат в сборе, на фигуре 2 профили и направление вращения роторов, а на фигуре 3 показано размещение ветроагрегата на аэростатной ветроэлектростанции.
Ветроагрегат с ветронаправляющими средствами имеет конфузор 1, диффузор 5 и рабочую цилиндрическую часть 3. Преобразующая кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения ветротурбина состоит из тех ступеней: неподвижной направляющей ступени 2, первого ротора прямого вращения 7 и второго ротора обратного вращения 9. Первый ротор 7 установлен на валу первого электрогенератора 6, а второй ротор 9 установлен на валу второго электрогенератора 10. Электрогенератор 6 закреплен по оси направляющей ступени 2, электрогенератор 10 закреплен в центральной части с помощью стоек 4. Центральная часть закреплена на фланце опорной штанги 8, которая может поворачиваться вокруг своей оси, отслеживая направление ветра.
Так как роторы 7 и 9 вращаются в разные стороны, то у ветроагрегата отсутствует осевая скручивающая реакция, что важно для свободно подвешиваемого ветроагрегата, например, при подвеске его на аэростате высотной ветроэлектростанции. На фигуре 3 показан аэростат 11 высотной аэростатной ветроэлектростанции поднятый на высоту 350-500 м с подвешенным к нему новым ветроагрегатом. Выработанная электроэнергия передается на землю по кабель-троссу 12, который кроме того удерживает аэростат с ветроагрегатом на заданной высоте.
Работает ветроагрегат следующим образом. Так как опорная штанга 8 значительно вынесена на вперед, то ветроагрегат за счет флюгерного эффекта создаваемого расширяющимся диффузором сам ориентируется на ветер передним срезом конфузора 1. В собранном виде корпус ветроагрегата имеет конфигурацию сопла Лаваля в котором набегающий на передний срез конфузора поток ветра сжимается, создавая наддув, скорость воздушного потока возрастает, увеличивая отдачу мощности ветротурбины на роторах 7 и 9. В свою очередь наружные потоки воздуха обтекают диффузор 5 и создают на выходном срезе диффузор 5 разряжение, увеличивая тем самым перепад давлений на рабочих роторах турбины 7 и 9. Набегающий поток воздуха, сжатый в конфузоре 1, попадает на лопатки направляющей ступени 2. Направляющая ступень 2 разворачивает воздушный поток под оптимальным углом к лопаткам первого ротора прямого вращения 7. Вектор скорости воздушного потока, срабатываясь на лопатках первого ротора, поворачивается его лопатками на оптимальный угол входа во второй ротор, который получает противоположное направление вращения. Первый ротор прямого вращения снимает около 30% энергии ветропотока, второй ротор обратного вращения снимает до 20% энергии ветропотока, в результате совместный коэффициент использования энергии ветра значительно возрастает, по сравнению с ветроагрегатом с одним ротором.
2
2
Полезный технический эффект предлагаемой полезной модели состоит в том, что повышается коэффициент использования энергии набегающего воздушного потока, за счет дополнительного использования оставшейся энергии воздушного потока, сработанного на перовом роторе ветротурбины, вторым ротором обратного вращения. Заявляемая полезная модель позволят достичь удельной выработки ветроагрегата до 1600-2000 Вт/м площади ометаемой поверхности, что практически недостижимо для ветроагрегатов с других конструкций, имеющих уровень 200-400 Вт/м. Кроме того вращающиеся в разные стороны ротора взаимно компенсируют возникающую при вращении ротора скручивающую осевую реакцию и поэтому ветроагрегат в свободно подвешенном состоянии на требует специального крепления и может свободно подвешиваться к аэростату высотной ветроэлектростанции не нарушая свободного парения аэростата.