Ветроустановка

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована в установках для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.
Известны различные варианты ветроэнергетических установок, предназначенных для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Известно, что некоторые ветроэнергетические установки для увеличения производительности ветряка в условиях малых скоростей используют технические решения, основанные на применение аэродинамических труб типа сопла Лаваля.
Устройство «ветроэнергетическая установка» (Патент RU №96401, МПК F03D 3/04, опубл. 27.07.2010), которое содержит вертикальную трубу, активная рабочая зона которой выполнена в виде нижней конфузорной, верхней диффузорной и средней малой цилиндрической частей, осевое ветроколесо, соединенное с электрогенератором и размещенное в средней малой цилиндрической части. Нижняя конфузорная часть установлена на основании с образованием входных воздушных проемов. Установка снабжена дефлектором, расположенным над устьем вертикальной трубы и выполненным в виде фланца с патрубком, соединенным непосредственно с устьем вертикальной трубы, и зонта в виде диска, соединенного с фланцем с образованием между ними прямолинейного горизонтального воздушного канала. Периферийные участки фланца и дискообразного зонта выполнены в виде изгибов для совместного образования кругообразного конфузорного входа в прямолинейный горизонтальный воздушный канал и такого же по размеру и профилю кругообразного диффузорного выхода.
Недостатком технического решения является то, что электрогенератор для соединения с ветроколесом располагается в рабочей зоне воздуховода. Расположение электрогенератора в рабочей зоне приводит к повышенному сопротивлению воздушного канала. Повышение сопротивления воздушного канала приводит к снижению проточности (уменьшению расхода воздуха), а следовательно, и уменьшению скорости потока, что негативно сказывается на производительности ветроэнергетической установки в целом.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению и взятому в качестве прототипа является известное устройство «Вихревая ветроустановка» (Патент RU №2073111, МПК F03D 3/00, опубл. 10.02.1997), которое содержит вытяжную башню с кольцевым воздухозаборником у основания, направляющий аппарат, ветроколесо, установленное на выходе направляющего аппарата, и вытяжное устройство. Направляющий аппарат снабжен двумя или более коаксиально расположенными в башне обечайками в виде усеченных гиперболоидов, сужающихся к выходу, с вертикальными закрученными по спирали перегородками, размещенными в зазорах между обечайками. Ветроколесо выполнено с жесткими профилированными лопастями в виде тела вращения. Вытяжное устройство выполнено в виде сегмента, а нижнее основание башни в виде усеченного гиперболоида с эжекционным отверстием сверху, посредством которого полость направляющего аппарата сообщена с окружающей средой.
Недостатком данного технического решения является то, что электрогенератор вынесен за пределы рабочей части, но расположен на удаленном расстоянии, что требует усложнения конструкции. Расположение электрогенератора за пределами рабочей области делает конструкцию направляющего аппарата сложной. В этом случае направляющий аппарат также приводит к большим аэродинамическим сопротивлениям, приводящим к потерям энергии ветра, что снижает эффективность установки.
Решаемой технической задачей предполагаемой полезной модели является низкая эффективность устройства за счет усложненной конструкции, приводящей к большим аэродинамическим сопротивлениям воздуховода, вследствие чего к большим потерям энергии потока.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности устройства за счет снижения потерь энергии потока путем упрощения конструкции, снижающей аэродинамическое сопротивление воздуховода.
Технический результат достигается тем, что в ветроустановке, содержащей ветроколесо с профилированными лопатками, электрогенератор, согласно которой она выполнена в виде шестеренной пары колес, одно из которых выполнено в виде единой конструкции с ветроколесом и установлено соосно с рабочей частью воздуховода, на подшипниках, которые расположены по внешнему контуру воздуховода, при этом концевые части лопаток ветроколеса соединены внешним контуром, причем внешний контур ветроколеса представляет собой шестерню, зубья которой выполнены выступающими за пределы воздуховода, а другое колесо и электрогенератор соединены между собой и расположены вне рабочей части воздуховода.
Новизной технического решения является то, что конструктивное расположение электрогенератора за пределами (вне) рабочей части воздуховода без использования дополнительных конструктивных элементов внутри потока снижает аэродинамическое сопротивление. Использование шестеренного колеса, выполненного в виде единой конструкции с ветроколесом, позволяет обойтись без поддерживающих элементов внутри потока, что также снижает аэродинамическое сопротивление воздуховода. К тому же, лопасти ветроколеса не имеют свободных концов, что предотвращает эффект концевого перетекания потока, ведущих к потере энергии, а в целом позволяет повысить эффективность устройства.
Для пояснения технической сущности устройства рассмотрим чертеж,
на фиг. 1 - схематично изображена ветроустановка,
где 1 - стенка воздуховода
2 - шестерня для соединения с электрогенератором
3 - шестерня, совмещенная с ветроколесом
4 - лопатки ветроколеса
5 - обтекатель центральной части ветроколеса
6 - подшипники
7 - электрогенератор
Ветроустановка состоит из двух шестеренных колес. Одно колесо (2) соединяется с электрогенератором 7, который располагается за пределами (вне) рабочей части воздуховода. Второе колесо (3) выполнено в виде единой конструкции с ветроколесом. Ветроколесо состоит из лопаток (4), которые в центральной части соединены с помощью обтекателя центральной части ветроколеса (5), а концевые части лопаток (4) соединены с шестерней (3). Шестерня (3), совмещенная с ветроколесом, устанавливается на подшипниках (6), расположенных по внешнему контуру воздуховода (1). Для реализации сборки воздуховод (1) имеет разъединение. Процедура сборки: в левую часть воздуховода 1 (фиг. 1) устанавливаются подшипники (6); на подшипники (6) устанавливается враспор шестерня (3), совмещенная с ветроколесом; посредством подшипников (6) устанавливается правая часть воздуховода (1).
Ветроустановка работает следующим образом.
Подвод воздуха к ветроколесу (3) осуществляется с помощью воздуховода (1). Скоростной напор воздуха оказывает давление на лопатки ветроколеса (4), приводя шестерню (3) в движение. Ветроколесо, совмещенное с шестерней 3, установлено соосно с рабочей частью воздуховода на подшипниках (6), которые расположены по внешнему контуру воздуховода (1). Данная схема установки ветроколеса позволяет обойтись без дополнительных поддерживающих устройств в рабочей части воздуховода (1). Внешний контур ветроколеса представляет собой шестерню (3), зубья которой выполнены выступающими за пределы (контур) воздуховода (1). Совмещенное выполнение ветроколеса и шестерни позволяет уменьшить размеры центральной части колеса и предотвратить концевые перетекания, что приводит к снижению потерь энергии потока и повышению эффективности устройства. Центральная часть ветроколеса (5) служит только для плавного соединения лопаток (4) и проектируется с целью обеспечения минимального сопротивления. Концевые части лопаток (4) ветроколеса соединены внешним контуром - шестерней (3), что предотвращает эффект концевого перетекания, который наблюдается у традиционного ветроколеса. повышающего потери энергии потока. Отсутствие зазора между концевыми частями лопаток (4) ветроколеса и стенками воздуховода (1) снижает требования на изготовление и установку ветроколеса. Выполнение зубьев шестерни (3) выступающими, соединенными с ветроколесом, за пределы (за контур) воздуховода (1) позволяет подключать электрогенератор посредством шестерни (2) без дополнительных поддерживающих устройств и без влияния на характеристики потока, что повышает эффективность устройства в целом.
По своим технико-экономическим преимуществам по сравнению с известными аналогами заявляемое техническое решение «Ветроустановка» позволяет обходиться без дополнительных поддерживающих устройств и длинных валов внутри воздушного потока. Упрощение конструкции, снижение элементов сопротивления в потоке позволяет снизить потери энергии потока и повысить эффективность устройства отбора мощности.
А также удобное расположение электрогенератора вне рабочей части воздуховода позволяет производить осмотр и ремонт электрогенератора, что может существенно повысить их ресурс и сделать заявляемое устройство еще более эффективным.