Роторный ветроэлектрический преобразователь энергии (варианты)
ROTOR WIND ELECTRIC POWER CONVERTER (EMBODIMENTS)

Группа изобретений относится к ветроэнергетике, а именно к преобразованию энергии движения встречного воздуха в электрическую, и могут быть использованы в качестве источника электроснабжения в сельской местности.
Известен ветрогенератор, содержащий станину с неподвижной и подвижной частями, генератор с лопастями, обтекатель генератора, кожухи лопастей, флюгер. На выступающих концах вала генератора вдоль оси вала генератора установлены по группе лопастей с количеством от трех и более, по окружности вала установлено нечетное количество лопастей. Одна группа лопастей на валу сдвинута от другой группы по окружности вала на половину расстояния между лопастями другой группы. (Патент RU 2584054 С2. Ветрогенератор. - МПК: F03D 3/00, F03D 5/00. - 20.05.2016).
Известен двухсторонний ветрогенератор, включающий электрогенератор, оснащенный с двух сторон шкивами с прямыми или чашеобразными лопастями, расположенными на валу, установленный на крыше электромобиля, содержащего аккумуляторные батареи. Лопасти соседних шкивов зафиксированы с угловым смещением, меньшим размера угла между лопастями относительно друг друга, а лопасти снизу на две трети высоты лопасти закрыты защитным экраном, расположенным перпендикулярно потоку встречного воздуха. (Патент RU 2700802 С1. Двухсторонний ветрогенератор. - МПК: F03D 3/02, F03D 3/04. - 23.09.2019).
Известен ветровой преобразователь, содержащий лопасти, механически связанные с генератором электрической энергии. Вал генератора механически связан с лопастями, а корпус генератора механически связан с лопастями противоположного исполнения по сравнению с лопастями, механически связанными с валом генератора. Корпус генератора установлен в ветровом преобразователе с возможностью вращения и снабжен управляющим крылом флюгера. Выход генератора электрически связан с его нагрузкой через коллектор, механически связанный с ним. (Патент RU 2280192 С2. Ветровой преобразователь. - МПК: F03D 9/00. - 20.07.2006).
Недостатком известных технических решений является низкая производительность из-за недостаточного усилия встречного ветра на генерирование электроэнергии.
Основной задачей заявляемых технических решений является повышение производительности ветроэлектрического преобразователя энергии путем увеличения давления потока воздуха ветра на чашеобразные лопатки вращающихся роторов.
Техническим результатом является повышение производительности ветроэлектрического преобразователя энергии путем увеличения скорости встречного потока воздуха на чашеобразные лопатки вращающихся роторов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном роторном ветроэлектрическом преобразователе энергии, в первом варианте исполнения, содержащем два расположенных один над другим ротора с чашеобразными лопатками и противоположными направлениями вращения, установленный на вертикальной стойке генератор, при этом верхний ротор установлен на валу якоря, а нижний - на статоре генератора, выход электроэнергии которого соединен с его нагрузкой через коллектор, согласно предложенному техническому решению,
роторы расположены в плоских кожухах, закрывающие роторы на две трети диаметров от потока встречного воздуха, с воздуховпускными и воздуховыпускными окнами, выполненными в кожухах с разных сторон относительно вертикальной стойки, причем воздуховпускные окна выполнены с конфузорами, усиливающими аэродинамическое воздействие на чашеобразные лопатки роторов, при этом кожухи роторов соединены единым блоком, установленным подшипниками опоры на вертикальной стойке;
он снабжен управляющим флюгером с возможностью поворота блока кожухов на вертикальной стойке конфузорами навстречу потоку воздуха.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном роторном ветроэлектрическом преобразователе энергии, во втором варианте исполнения, содержащем генератор, два горизонтально расположенных ротора с чашеобразными лопатками и противоположными направлениями вращения, расположенных с двух сторон генератора, выход электроэнергии которого соединен с его нагрузкой через коллектор, при этом одним из роторов установлен на валу якоря, а другой - соединен со статором и расположены в плоских кожухах, закрывающие роторы на две трети диаметра от потока встречного воздуха, с воздуховпускными и воздуховыпускными окнами, согласно предложенному техническому решению,
воздуховпускные и воздуховыпускные окна выполнены в кожухах с разных сторон относительно горизонтальной оси вращения роторов, причем с конфузорами, преобразующими потенциальную энергию встречного потока воздуха в кинетическую, усиливающими аэродинамическое воздействие на чашеобразные лопатки роторов, при этом генератор расположен в корпусе с возможностью вращения в нем статора, а корпус установлен на вертикальной стойке;
он снабжен управляющим флюгером с возможностью поворота кожухов на вертикальной стойке конфузорами навстречу потоку воздуха.
Заявленные варианты роторного ветроэлектрического преобразователя энергии могут быть эффективно использованы в качестве источника электроснабжения в сельской местности, а также на автомобилях.
На фиг. 1 схематично показан вариант роторного ветроэлектрического преобразователя энергии с двумя вертикально расположенными роторами противоположного вращения; на фиг. 2 - то же, вид сверху на фиг. 1; на фиг. 3 - второй вариант роторного ветроэлектрического преобразователя энергии с двумя горизонтально расположенными роторами противоположного вращения; на фиг. 4 - то же, вид А на фиг. 3.
Роторный ветроэлектрический преобразователь энергии, в первом варианте исполнения (фиг. 1), содержит два вертикально расположенных один над другим роторы 1 и 2 с вертикальной осью вращения и чашеобразными лопатками 3 противоположного направления вращения, механически связанных с генератором 4, выход электроэнергии которого соединен с его нагрузкой через коллектор 5 щетками 6. Вал 7 якоря генератора 4 механически связан с верхним ротором 1, а статор - с нижним ротором 2 противоположного вращения, при этом роторы расположены в плоских кожухах 8 с воздуховпускными 9 и воздуховыпускными 10 окнами, закрывающих две трети диаметра роторов 1 и 2 от потока встречного воздуха. (Фиг. 2). Воздуховпускные 9 и воздуховыпускные 10 окна выполнены в плоских кожухах 8 роторов 1 и 2 с разных сторон относительно вертикальной стойки 11. Воздуховпускные окна 9 выполнены с конфузорами 12, преобразующими потенциальную энергию встречного потока воздуха в кинетическую, и направляют его на чашеобразные лопатки 3 роторов 1 и 2, усиливая аэродинамическое воздействие на чашеобразные лопатки 3 роторов 1 и 2, а плоские кожухи 8 роторов 1 и 2 соединены единым блоком, установленным на подшипниках 13 опоры на вертикальную стойку 11 и снабженным управляющим флюгером 14 для поворота блока кожухов 8 конфузорами 12 навстречу потоку воздуха.
Роторный ветроэлектрический преобразователь энергии, во втором варианте исполнения (фиг. 3), содержит два расположенных ротора 15 и 16 с горизонтальной осью вращения и чашеобразными лопатками 3, установленных с двух сторон генератора 4 и механически связанных с генератором 4, выход электроэнергии которого соединен с его нагрузкой через коллектор 5 щетками 6, с возможностью поворота на вертикальной стойке 17. Вал 7 якоря генератора 4 механически связан с ротором 16, а статор 18 - с ротором 15 противоположного вращения. Роторы 15 и 16 расположены в плоских кожухах 8 с воздуховпускными 9 и воздуховыпускными 10 окнами, закрывающих две трети диаметра роторов 15 и 16 от потока встречного воздуха, и снабженным управляющим флюгером 14. Воздуховпускные 9 и воздуховыпускные 10 окна в плоских кожухах 8 роторов 15 и 16 выполнены с разных сторон относительно горизонтальной оси вращения. Воздуховпускные окна 9 выполнены с конфузорами 12, преобразующими потенциальную энергию встречного потока воздух в кинетическую, направляют их на чашеобразные лопатки 3 роторов 15 и 16, усиливающие аэродинамическое воздействие на чашеобразные лопатки 3 роторов 15 и 16 (Фиг. 4). Генератор 4 расположен в корпусе 19 на подшипниках 20 с возможностью вращения в нем статора 18, а корпус 19 снабжен управляющим флюгером 14 и установлен на вертикальной стойке 17 для поворота кожухов 8 конфузорами 12 навстречу потоку воздуха.
Роторный ветроэлектрический преобразователь энергии в первом варианте работает следующим образом.
Для стационарного использования роторного ветроэлектрического преобразователя энергии, последний блоком плоских кожухов 8 с роторами 1 и 2 и генератором электроэнергии 4 монтируют на вертикальной стойке 11. Под напором встречного потока воздуха флюгер 14 поворачивает блок плоских кожухов 8 с роторами 1 и 2 и генератором 4 на подшипниках 13 опоры на вертикальную стойку 11 с возможностью поворота на 180° конфузорами 12 навстречу потоку воздуха. Встречный поток воздуха захватывается конфузорами 12, протекая через которые потоки воздуха потенциальную энергию преобразуют в кинетическую и ускоряясь с большей скоростью через воздуховпускные 9 и воздуховыпускные 10 окна интенсивно воздействуют на чашеобразные лопатки 3 и вращают ротор 1, который через вал 7 передает якорю генератора 4 вращение в одном направлении, а ротор 2 - в противоположном направлении непосредственно статору генератора 4, в результате вырабатывается электроэнергия. Электрический коллектор 5 через щетки 6 позволяет передавать вырабатываемую электроэнергию от генератора 4 по кабелю его потребителю, например, лампочке или нагревателю.
Аналогичным образом работает роторный ветроэлектрический преобразователь энергии во втором варианте.
Под действием напора воздуха флюгер 14 поворачивает корпус 19 с плоскими кожухами 8 конфузорами 12 навстречу потоку воздуха, вращая их на вертикальной стойке 17. Под напором воздушного потока воздуха на чашеобразные лопатки 3 начинает вращаться ротор 16, который приводит во вращение вал 7 якоря, а ротор 15 - статор 18 генератора 4 корпусе 19 на подшипниках 20 в противоположном направлении, тем самым, якорь и статор генератора 4 начинают вырабатывать электроэнергию. Электрический коллектор 5 через щетки 6 позволяет передавать вырабатываемую электроэнергию от генератора 4 по кабелю его потребителю, например, лампочке или нагревателю.
Предлагаемые варианты роторных ветроэлектрических преобразователей энергии позволяют существенно повысить выработку электроэнергии путем совершенствования кожухов роторов, преобразующих потенциальную энергию потока воздуха в электроэнергию для обслуживания жилых и общественных объектов, например, освещения и т.д.