Ветроэнергетическая установка

Заявляемая полезная модель относится к области ветроэнергетики, в частности к устройствам для преобразования энергии ветра и восходящих воздушных потоков в электрическую или механическую энергию.
Известна ветроэнергетическая установка, содержащая вертикально расположенную вытяжную трубу, выполненную в виде конфузорной части, соединенной на выходе с цилиндрической частью, внутри которой размещено осевое ветроколесо с возможностью взаимодействия с электрогенератором, конфузорная часть вытяжной трубы установлена на основании с помощью стоек с образованием входных воздушных проемов, на основании соосно конфузорной части, установлен полый направляющий конус с образованием совместно с внутренней поверхностью конфузорной части, вертикально направленной воздушной полости (патент RU №2062353, публ. 2006, 1996).
Такая ветроэнергетическая установка не обеспечивает необходимый коэффициент использования энергии ветра по причине отсутствия каких-либо усилителей тяги за осевым ветроколесом. Кроме того, открытое устье цилиндрической части вытяжной трубы создает открытый доступ атмосферных осадков в виде дождя и снега на осевое ветроколесо и другие рабочие органы, что приводит к нарушению работоспособности этих рабочих органов.
Известна ветроэнергетическая установка, содержащая вертикально расположенную аэродинамическую трубу, выполненную в виде нижней конфузорной части, соединенной на выходе с цилиндрической частью, в которой размещено осевое ветроколесо с возможностью взаимодействия с электрогенератором, и расположенный над цилиндрической частью дефлектор, выполненный в виде зонта, соединенного с фланцем, имеющим периферийный пологий изгиб вниз, с образованием между ними горизонтального воздушного канала, нижняя конфузорная часть аэродинамической трубы установлена на основании с помощью опорных стоек с образованием входных воздушных проемов, на основании соосно конфузорной части установлен полый направляющий конус с образованием совместно с внутренней поверхностью конфузорной части воздушных каналов (патент RU №96401, опубл. 27.07.2010).
В данной ветроэнергетической установке, являющейся наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой установке, аэродинамическая труба имеет диффузорную часть, которая усложняет конструкцию и значительно увеличивает ветровую нагрузку на всю установку, что снижает эксплуатационную надежность. Кроме того, значительно снижает эксплуатационную надежность установки наличие соответственно увеличенного в размерах дефлектора, закрепленного на выходе диффузорной части аэродинамической трубы.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности ветроэнергетической установки.
Указанный технический результат достигается тем, что в ветроэнергетической установке, содержащей вертикально расположенную аэродинамическую трубу, выполненную в виде нижней конфузорной части, соединенной на выходе с цилиндрической частью, в которой размещено осевое ветроколесо с возможностью взаимодействия с электрогенератором, и расположенный над цилиндрической частью дефлектор, выполненный в виде зонта, соединенного с фланцем, имеющим периферийный пологий изгиб вниз, с образованием между ними горизонтального воздушного канала, нижняя конфузорная часть аэродинамической трубы установлена на основании с помощью опорных стоек с образованием входных воздушных проемов, на основании соосно конфузорной части установлен полый направляющий конус с образованием совместно с внутренней поверхностью конфузорной части воздушных каналов, фланец дефлектора соединен непосредственно с цилиндрической частью аэродинамической трубы, зонт дефлектора выполнен дискообразным и с диаметральным размером большим, чем диаметр фланца совместно с пологим изгибом вниз, установка снабжена опорной для осевого ветроколеса трубой, закрепленной внизу на основании, при этом вершина полого направляющего конуса замкнута на опорной трубе. Кроме того, дискообразный зонт дефлектора выполнен из теплоизоляционного материала или с покрытием из теплоизоляционного материала, на конфузорной части аэродинамической трубы размещены панели преобразования солнечной энергии в электрическую, подключенные к общей системе электрогенерации ветроэнергетической установки.
Размещение более совершенного дефлектора непосредственно над цилиндрической частью аэродинамической трубы в зоне работы осевого ветроколеса позволяет создать компактную конструкцию ветроэнергетической установки со значительно уменьшенной ветровой нагрузкой, тем самым повысить ее эксплуатационную надежность и в определенной мере повысить эффективность использования энергии ветра.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая ветроэнергетическая установка отличается тем, что фланец дефлектора соединен непосредственно с цилиндрической частью аэродинамической трубы, зонт дефлектора выполнен дискообразным и с диаметральным размером большим, чем диаметр фланца совместно с пологим изгибом вниз, установка снабжена опорной для осевого ветроколеса трубой, закрепленной внизу на основании, при этом вершина полого направляющего конуса замкнута на опорной трубе. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии заявляемой ветроэнергетической установки критерию патентоспособности полезной модели «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлена ветроэнергетическая установка, принципиальная схема.
Ветроэнергетическая установка содержит вертикально расположенную аэродинамическую трубу, выполненную в виде нижней конфузорной части 1, соединенной на выходе с цилиндрической частью 2, в которой размещено осевое ветроколесо 3 с возможностью взаимодействия с электрогенератором 4. Над цилиндрической частью 2 расположен дефлектор, имеющий зонт 5, соединенный с фланцем 6 с образованием между ними горизонтального воздушного канала. Фланец 6 соединен непосредственно с цилиндрической частью 2 аэродинамической трубы. Зонт 5 дефлектора выполнен дискообразным и с диаметральным размером, большим, чем диаметр фланца 6 совместно с пологим изгибом вниз. Нижняя конфузорная часть 1 аэродинамической трубы установлена на основании 7 с помощью опорных стоек 8 с образованием входных воздушных проемов. На основании 7 соосно конфузорной части 1 установлен полый направляющий конус 9 с образованием совместно с внутренней поверхностью конфузорной части 1 воздушных каналов. Установка снабжена опорной для осевого ветроколеса 3 трубой 10, закрепленной внизу на основании 7, при этом вершина полого направляющего конуса 9 замкнута на опорной трубе 10. Дискообразный зонт 5 дефлектора выполнен из теплоизоляционного материала, или с покрытием из теплоизоляционного материала. На конфузорной части 1 аэродинамической трубы размещены солнечные панели 11 преобразования солнечной энергии в электрическую, подключенные к общей системе электрогенерации ветроэнергетической установки.
Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.
В общем режиме все составные части ветроэнергетической установки начинают работать при любом направлении ветра без применения каких-либо специальных настроек при изменении направления ветра. Изначально ветроколесо 3 начинает вращаться, а электрогенератор 4 вырабатывать электроэнергию при воздействии на крыльчатку осевого ветроколеса 3 воздушного потока, поступающего снизу через воздушные проемы в полость конфузорной части 1 аэродинамической трубы, где под действием ее внутренней поверхности и поверхности направляющего конуса 9 устремляется вверх по воздушным каналам в цилиндрическую часть 2 и на крыльчатку осевого ветроколеса 3. При прохождении конфузорной части 1 происходит концентрация воздушного потока и увеличение скорости его движения, что приводит к увеличению скорости вращения осевого ветроколеса 3 и соответственно к увеличению выработки электроэнергии. При этом, поскольку фланец 6 дефлектора соединен с цилиндрической частью 2 непосредственно, то его эжекционное воздействие на работу осевого ветроколеса 3 происходит непосредственно в зоне работы осевого ветроколеса 3, что значительно уменьшает аэродинамическое сопротивление с тыльной стороны осевого ветроколеса 3. Кроме того, поскольку зонт 5 дефлектора выполнен дискообразным и с диаметральным размером большим, чем диаметр фланца 6 совместно с пологим изгибом вниз, то это позволяет увеличить размер входного проема в дефлектор и объем потока ветра на входе в дефлектор, придать ему направление пологое снизу вверх, тем самым обеспечить наиболее эффективную работу дефлектора по принципу простейшего типа струйного насоса в режиме эжектора.
Кроме того, дискообразный зонт 5 дефлектора предпочтительного выполнять из теплоизоляционного материала или с покрытием из теплоизоляционного материала для того, чтобы не допустить солнечного нагрева зонта 5, но создать в зоне дефлектора понижение температуры воздуха, тем самым увеличить силу эжекции дефлектора и эффективность его работы.
Для расширения функциональных возможностей ветроэнергетической установки на конфузорной части 1 аэродинамической трубы размещены панели 11 преобразования солнечной энергии в электрическую, подключенные к общей системе электрогенерации ветроэнергетической установки.
Таким образом, размещение непосредственно в рабочей зоне осевого ветроколеса более совершенного дефлектора позволяет создать компактную по габаритам конструкцию ветроэнергетической установки со значительно уменьшенной ветровой нагрузкой, тем самым повысить ее эксплуатационную надежность и в определенной мере повысить эффективность использования энергии ветра и дополнительно использовать солнечную энергию.