ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Область техники, к которой относится полезная модель
Данная полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована преимущественно для получения электроэнергии от ветродвигателя. Более конкретно она относится к ветроэнергетическим установкам с вертикальной осью вращения ветродвигателя.
Уровень техники
В настоящее время известен ряд вариантов ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения ветродвигателя.
Так, известен простой по конструкции ветродвигатель карусельного типа с вертикальной осью вращения (Фатеев Е.М. «Ветродвигатели» - М.: Госэнергоиздат, 1946. - С.42). Этот ветродвигатель имеет низкую эффективность: его коэффициент использования энергии ветра в 2-3 раза меньше, чем у современных ветродвигателей с горизонтальной осью вращения. Данный недостаток является следствием того, что одна половина лопастей ветродвигателя (пассивная часть), прикрытая кожухом обтекателя с отрывом потока, движется против ветра и не совершает полезной работы, создавая лишь ненужное сопротивление, в другая половина лопастей (активная часть, создающая полезный крутящий момент) также обтекается с отрывом потока и добавляет ненужное аэродинамическое сопротивление.
Патент России №2293210 (опубл. 10.02.2007) раскрывает аэродинамическую установку, в которой в верхней части вертикального канала установлен вытяжной вентилятор, создающий воздушный поток в горизонтальной плоскости. Наличие этого вентилятора существенно усложняет конструкцию установки и снижает эффективность, поскольку требуется дополнительная мощность для питания этого вентилятора.
Известен ветродвигатель Г.П.Дроздова с вертикальной осью вращения ветроколеса, расположенного в поперечном сечении входного участка вертикальной трубы (Шефтер Я.И. и др. «Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках». Издательство Минсельхоза СССР, Москва, 1968 г.).
К недостаткам этого ветродвигателя относится его неоправданно сложная конструкция, содержащая вентилятор на входе и устройство нагрева воздуха. Кроме того, выходное устройство, выполненное по принципу пульверизатора, мало эффективно, поскольку мощность его ограничена размерами.
Известно использование ветросиловой установки с расширяющейся к выходу вертикальной всасывающей трубой (авторское свидетельство СССР №43363). Расширяющаяся часть вертикальной трубы представляет собой раму с установленными в ней поворотным отражателем, и в эту раму снизу открывается вертикальный воздуховодный канал, в котором расположено ветроколесо. Фактически вертикальный воздуховодный канал заканчивается в нижней части этой рамы, имеющей чрезвычайно сложную конструкцию и служащей для подсоса воздуха из вертикального воздуховодного канала.
Одна из рациональных особенностей этой конструкции заключается в том, что вертикальная труба выполнена поворотной (ориентируемой по ветру).
Сущность полезной модели
Задача, на решение которой направлено данная полезная модель, заключается в том, чтобы при достаточно простой конструкции повысить эффективность ветроэнергетической установки и в конечном счете уменьшить стоимость киловатта вырабатываемой мощности.
Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в данной полезной модели предлагается ветроэнергетическая установка, содержащая установленные на одном валу ветроколесо и генератор, размещенные внутри вертикального воздуховодного канала, в нижней части которого выполнен входной участок, а в верхней части выполнен выходной участок, соединенный с корпусом вертикального воздуховодного канала с возможностью поворота вокруг оси последнего, в которой выходной участок выполнен в виде диффузора, продольная ось которого расположена под углом к оси вертикального канала и имеет существенно большую площадь сечения, чем площадь сечения упомянутого входного участка.
Указанное соотношение площадей может составлять от 4:1 до 5:1.
Кроме того, периметр выходного отверстия может быть снабжен лепестками, отогнутыми наружу от оси выходного отверстия на угол в пределах от 70° до 80°.
Диффузор (выходной участок) может быть выполнен в виде колена а продольная ось его расположена под углом от 60° до 90° по отношению к вертикальной оси воздуховодного канала.
Краткое описание чертежей
На приложенных чертежах одинаковые элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг.1 приведен вид сбоку ветроэнергетической установки по настоящему изобретению.
На фиг.2 приведен вид установки по стрелке V, указывающей направление ветра.
На фиг.3 показан вид в поперечном сечении выходного участка по линии А-А на фиг.2.
Подробное описание полезной модели
Показанная на фиг.1-3 ветроэнергетическая установка содержит вертикальный воздуховодный канал, входной участок 1 которого имеет скругленные кромки. Во входном участке на соответствующих пилонах с подшипниками установлены на одном валу ветроколесо 2 и генератор 3. Эти элементы, равно как и пилоны с подшипниками могут иметь в принципе любую подходящую форму, известную в технике, и их выполнение не входит в объем данного изобретения.
вых
o
В верхней части вертикального воздуховодного канала имеется выходной участок 4, который в сечении 5 соединен с корпусом вертикального воздуховодного канала с возможностью поворота вокруг оси 6 последнего. Эта возможность поворота может обеспечиваться известными в технике средствами, которые описаны в уровне техники и не входят в объем данного изобретения. Выходной участок 4 выполнен в виде колена с поворотом на 60°-90° и имеет вид диффузора с выходным отверстием существенно большей площади сечения, чем площадь сечения входного участка 1. Рациональное соотношение этих площадей F:F находится в пределах от 4:1 до 5:1. Как показано на фиг.2 и 3, такое увеличение площади сечения может достигаться, например, за счет выполнения выходного участка с корытообразным раскрывом, длина которого существенно превышает его ширину.
Продольная ось диффузора (выходного участка) расположена под углом φ к оси вертикального наклона, лежащим в пределах от 60° до 90°.
Как видно на фиг.1-3, периметр выходного отверстия выходного участка 4 снабжен лепестками 7, отогнутыми наружу от оси выходного отверстия на угол φ в пределах от 70° до 80°. Лепестки 7 могут иметь произвольную форму и служат для увеличения разрежения в выходном отверстии диффузора.
В выходном участке 4 могут быть установлены направляющие лопатки 9, способствующие выравниванию воздушного потока по выходному сечению диффузора.
На фиг.1 и 2 показаны также растяжки 8, которыми можно зафиксировать вертикальное положение воздуховодного канала.
Ветроэнергетическая установка по настоящей полезной модели работает следующим образом.
р
При наличии ветра выходной участок 4 благодаря шарнирному соединению в сечении 5 устанавливается по ветру (стрелки V на фиг.1-3). При этом в выходном отверстии выходного участка 4 реализуется разрежение с коэффициентом давления С=-0,5:-1,5. Под действием этого разрежения воздух засасывается во входной участок 1 и раскручивает ветроколесо 2 и установленный с ним на одном валу генератор 3.
Промышленная применимость
В процессе испытаний образца ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с настоящей полезной моделью при значении коэффициента давления равного 1, диаметре выходного отверстия диффузора 2 м и соотношении его площади к площади сечения входного участка воздуховодного канала равном 5:1 было получено значение мощности равное 6,5 кВт.
Для сравнения ветродвигатель традиционной пропеллерной схемы такого же диаметра D=2 м развивает мощность, не превышающую 1 кВт.
Таким образом, ветроэнергетическая установка по настоящей полезной модели действительно обеспечивает повышение эффективности, а значит, и удешевление стоимости киловатта вырабатываемой мощности.