ВЕТРОГЕНЕРАТОР
WINDMILL

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего воздушного потока в электрическую энергию.
Известна ветровая энергетическая установка по патенту РФ на изобретение №226973, содержащая диффузор, ветроколесо и генератор, при этом диффузор имеет форму флюгер-балки.
Недостатки: очень большие габариты и металлоемкость конструкции.
Известен ветрогенератор по патенту РФ на изобретение №2168062, прототип. Этот ветрогенератор содержит генератор и аэродинамический привод, выполненный в виде одного воздушного винта, соединенного с ротором генератора.
Недостатками изобретения являются ограниченная мощность, небольшой КПД преобразования энергии, большие габариты винтов и значительный уровень шума, создаваемого винтами при вращении.
Это является большим недостатком, т.к. статор необходимо разместить в неподвижном корпусе, предназначенном для крепления к опоре и вывода электрических проводов. Кроме того, ротор, статор и винты вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Если спроектировать высокоскоростной генератор, имеющий частоту вращения, например, 3000…10000 об/мин, то спроектировать винт диаметром более 1 м не удастся по соображениям прочности, из-за больших центробежных нагрузок.
Например, при n=10000 об/мин и диаметре воздушного винта D=1 м скорость вращения винта по периферии будет
,
т.е. почти в 2 раза превышает скорость звука и не допустима по условиям прочности.
Для промышленных ветрогенераторов для получения максимальной мощности необходимо иметь винты диаметром 50…100 м и более. В этом случае скорость вращения винтов не должна превышать 500 об/мин, т.е. необходима установка мультипликатора, повышающего частоту вращения роторов в 100…200 раз. Кроме того, предпочтительно статор генератора выполнить невращающимся.
Задача изобретения - увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности.
Решение указанных задач достигнуто в ветрогенераторе, содержащем электрогенератор и аэродинамический привод, отличающемся тем, что параллельно друг другу установлены два биротативных электрогенератора, содержащих цилиндрический корпус, внешний и внутренний роторы, расположенные снаружи и внутри корпуса и соединенные между собой посредством редуктора, обеспечивающего противоположное вращение роторов, а аэродинамический привод выполнен в виде радиально установленных на внешней поверхности внешних роторов обоих генераторов плоских лопаток, электрогенератор и аэродинамический привод размещены в цилиндрических кожухах, имеющих общие входной и выходной патрубки. Полости электрогенераторов герметизированы и заполнены смазочной жидкостью.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.
Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями, изобретательский уровень - достижением нового технического эффекта - повышением КПД установки на всех режимах ее работы.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где
на фиг.1 приведена схема альтернативного источника энергии;
на фиг.2 приведен вид А.
Ветрогенератор (фиг.1) содержит два электрогенератора 1, установленные параллельно, и выполненные с ними заодно аэродинамические приводы 2, работающие от энергии воды. Оба электрогенератора 1 с аэродинамическими приводами 2 имеют одинаковую конструкцию и содержат цилиндрический корпус 3, внешний ротор 4 и внутренний ротор 5, установленные соответственно снаружи и внутри цилиндрического корпуса 3 концентрично ему. Электрогенератор 1 содержит обмотку возбуждения 6, выполненную внутри цилиндрического корпуса 3, внешние магниты 7 и внутренние магниты 8, установленные соответственно на внешнем и внутреннем роторах 4 и 5.
Аэродинамический привод 2 (фиг.1) состоит из прямоугольных лопаток 9, установленных на вешней поверхности внешнего ротора 4 вдоль его оси.
Роторы 4 и 5 установлены на корпусе 3 на подшипниках 10 и уплотнены уплотнениями 11. Полости 12 и 13 генератора 1 заполнены смазывающей жидкостью.
Внутренний ротор 5 соединен с внешним ротором 4 через редуктор 14, который содержит ведомую шестерню 15, соединенную с внешним ротором 4, промежуточные шестерни 16, установленные на валу 17, и ведущие шестерни 18, соединенные через промежуточные шестерни 16 с внутренними роторами 5. Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты электрогенератора 1, увеличить его КПД и уменьшить диаметр установки в несколько раза. При этом мощность установки может быть увеличена за счет его осевых габаритов. К корпусу 3 электрогенератора 1 (фиг.1 и 2) присоединена опорная пластина 19 и опора 20, которая крепится на земной поверхности 21. Электрогенераторы 1 с приводами 2 заключены в цилиндрические кожуха 22, которые имеют общее входное устройство 23 и общее выходное устройство 24 (фиг.2). На торцах корпусов 3 установлены электрические разъемы 25, соединенные с обмотками возбуждения 6. Электрические разъемы 25 соединены между собой и к ним подведены провода 26.
При эксплуатации установки ее устанавливают в районе постоянного движения воздушного потока. Поток воздуха проходит через общее входное устройство 23 и приводит в действие аэроодинамический привод 2 (фиг.1), воздействуя на прямоугольные лопасти 9.
Внутренний ротор через редуктор 14 вращается в противоположную сторону. Это увеличит скорость изменения магнитного потока, проходящего через обмотки (обмотку) возбуждения 6 электрогенератора 1. Магнитное поле пересекает обмотки возбуждения 6 и в них возникает ЭДС. Вырабатываемая электрическая энергия поступает с обмоток возбуждения 6 к электрическим разъемам 25 и по электрическим проводам 26 к потребителям энергии (не показаны).
Цилиндрические кожуха 22 предотвращают радиальный переток воздуха под действием центробежных сил, что увеличивает КПД установки.
Применение изобретения позволит:
1. Обеспечить высокий КПД установки за счет применения биротативной схемы электрогенератора, т.е. вращения двух роторов в противоположные стороны.
2. Получить большую мощность за счет очень большой осевой длины устройства, при этом через него проходит максимальный расход воздуха. Большую мощность электрогенератора можно получить без увеличения его диаметральных габаритов и значительного увеличения веса и центробежных нагрузок. Применение двух параллельно расположенных электрогенераторов позволяет удвоить мощность и использовать общий редуктор.
3. Уменьшить диаметральные габариты электрогенератора за счет применения биротативной схемы.
4. Упростить конструкцию устройства в целом за счет совмещения основных узлов - генератора и аэродродинамического привода, и уменьшения числа деталей.