|
| Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные | Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения | Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела |   |
| Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) | |||
Навигация: => | На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
|
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2215898
РОТОРНАЯ ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
Имя изобретателя: Иванайский Алексей Васильевич; Иванайская Татьяна Сергеевна; Иванайский Владимир Алексеевич
Имя патентообладателя: Иванайский Алексей Васильевич; Иванайская Татьяна Сергеевна; Иванайский Владимир Алексеевич
Адрес для переписки: 127540, Москва, ул. Дубнинская, 6, корп.3, кв.170, А.В.Иванайскому
Дата начала действия патента: 2002.11.19
Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к конструкциям ветроэлектрических установок с вертикальной осью вращения ротора. Технический результат, заключающийся в повышении полноты использования энергии ветрового потока, обеспечении гибкого управления режимом выдачи электроэнергии потребителю, упрощении конструкции и ее эксплуатации, обеспечивается за счет того, что в роторной ветроэлектростанции, включающей направляющий аппарат с изогнутыми лопатками и ротор с изогнутыми лопастями, вал которого механически связан с валом электрогенератора, согласно изобретению лопасти ротора выполнены в форме аэродинамических крыльев, установленных с зазором относительно вала ротора, а лопатки направляющего аппарата и выполнены в форме аэродинамических крыльев, при этом лопатки и лопасти своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, а станция выполнена из по меньшей мере одного модуля, каждый из которых состоит из ротора и направляющего аппарата, причем его лопатки установлены с углом входа потока ветра 40-60oи под углом 30-80o.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к конструкциям ветроэлектрических установок, оси вращения роторов которых вертикальны и перпендикулярны направлению потока ветра, и может быть использовано для выработки электроэнергии на ветровых электростанциях с выдачей ее как в частную, так и общественную энергосистемы.
Известен ветродвигатель, содержащий ротор с криволинейными лопастями, направляющий аппарат, установленный с возможностью поворота относительно ротора и выполненный в виде двух групп лопаток, в каждой из которых длина лопаток увеличивается в направлении вращения ротора, и флюгер, расположенный в плоскости, проходящей между группами лопаток (см. SU 985402 A, кл. F 03 D 3/00, 30.12.1982).
В известном ветродвигателе часть потока ветра непосредственно воздействует на изогнутые поверхности лопастей ротора, а другая часть потока улавливается направляющим аппаратом и посредством его лопаток направляется на лопасти ротора, что обеспечивает более полное использование энергии ветра.
К недостаткам известного устройства следует отнести невозможность его работы без флюгера, наличие которого усложняет конструкцию устройства и повышает инерционность его.
Усложняет конструкцию и необходимость установки лопаток различной длины, а натекание потока практически под прямым углом к поверхности лопастей приводит к их ударному воздействию на лопасти и, как следствие, появлению обратных потоков.
Кроме того, лопасти ротора по всей длине выполнены плоскими, т.е. без учета аэродинамики.
Известен и ветродвигатель, турбина которого образована рядом профилированных осесимметричных лопастей и расположена внутри направляющей системы, образованной несколькими установленными неподвижно направляющими створками, при этом каждая из лопастей турбины представляет собой часть боковой поверхности цилиндра, поперечное сечение каждой из створок имеет профиль в виде синусоиды, а кромки лопастей сориентированы так, чтобы обеспечить плавное перетекание воздуха с направляющих створок на лопасти турбины (см. RU 2168059 C2, кл. F 03 D 3/04, 27.05.2001).
В отличие от приведенного ранее устройства данный ветродвигатель может работать без флюгера, что повышает его маневренность и делает его более простым в изготовлении.
Однако полнота использования энергии ветра в данном устройстве недостаточна, что является одним из главных недостатков известного устройства.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является установка для преобразования ветровой энергии в электрическую, представляющая собой роторную ветроэлектростанцию, состоящую из ротора с криволинейными лопастями, установленного на вертикальной оси, связанной с валом электрогенератора, и направляющего аппарата, частично охватывающего ротор и представляющего собой ряд изогнутых лопаток, сечения и длина которых выполнены дифференцированно в зависимости от угла охвата ротора направляющим аппаратом. В известном устройстве обеспечивается плавное натекание ветрового потока на лопасти ротора, использование его энергии и отвод отработанного потока в вертикальном направлении вдоль оси ротора (см. DE 19739921 А1, кл. F 03 D 3/04, 06.05.1999).
Обеспечиваемая известным устройством схема движения ветрового потока внутри устройства повышает эффективность использования энергии ветра, однако при этом не в полной мере.
Кроме того, в известном устройстве вследствие наличия только одного ротора нельзя обеспечить изменение снимаемой электрической мощности, т.е. нельзя обеспечить работу в гибком режиме выдачи мощности, когда ее величина строго конкретизирована потребителем.
К недостаткам известного устройства относится и то, что необходим его поворот при изменении направления движения ветрового потока, что усложняет конструкцию и вызывает инерционность работы.
Усложнено и изготовление конструкции из-за необходимости наличия комплекта лопаток с различными геометрическими параметрами.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков ближайшего аналога, а именно повысить полноту использования энергии ветрового потока, обеспечить гибкое управление режимом выдачи электроэнергии потребителю, упростить конструкцию и ее эксплуатацию.
Указанная задача решена тем, что в известной роторной ветроэлектростанции, включающей направляющий аппарат с изогнутыми лопатками и ротор с изогнутыми лопастями, вал которого механически связан с валом электрогенератора, согласно изобретению лопасти ротора выполнены в форме аэродинамических крыльев, направленных в сторону вала ротора и установленных с зазором относительно него, а лопатки направляющего аппарата и выполнены в форме аэродинамических крыльев, но направленных к периферии аппарата, при этом лопатки и лопасти своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, а сама ветроэлектростанция выполнена из по меньшей мере одного модуля, каждый из которых состоит из ротора и направляющего аппарата, причем его лопатки установлены с углом входа потока ветра 40-60o и под углом 30-80o на выходе.
Кроме того, роторная ветроэлектростанция может характеризоваться тем, что профиль каждой лопасти ротора связан с ее длиной следующими соотношениями: х1= 0,519b, x2=0,489b, r1=0,663b, r2=0,553b, y1=0,463b, y2=0,215b, z1= 0,139b, z2=0,338b, R=0,035b, где b - длина лопасти; х1, у1, х2, у2 - координаты центров окружностей радиусов r1, r2, образующих соответственно нижнюю и верхнюю границу профиля лопасти; z1 - ширина профиля лопасти в наивысшей его точке, расстояние до которой от горизонтальной оси составляет величину z2; R - радиус скругления одной из сторон профиля. Количество лопастей целесообразно иметь не менее 12 штук.
 |  |
 |
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено: на фиг.1 - общий вид устройства, на фиг.2 - его поперечное сечение, на фиг.3 показан профиль лопасти ротора с указанием его геометрических характеристик.
Роторная ветроэлектростанция выполнена из по меньшей мере одного модуля, каждый из которых состоит из ротора 1 с вертикальной осью вращения и соединенного с ним кольцевого направляющего аппарата 2. Модули связаны между собой посредством разъемных соединений и установлены на общем валу 3.
На верхнем конце вала 3 установлен тахогенератор 4, наверху электростанции закреплен молниеотвод 5.
В генераторном отделении 6 на валу 7, связанном с валом 3, установлены группы электрогенераторов 8 (одно-, двух- или многоярусные электрогенераторы). Выход нагрузки генераторов 8 производится через преобразователь (условно не показан) и регулятор 9, электрически связанные с распределительным щитом 10. Кроме того, генераторы 8 связаны с аккумуляторной батареей 11 и токоведущими шинами 12.
Лопасти 13 ротора 1 выполнены в форме аэродинамических крыльев, обращенных в сторону оси вала 3 ротора 1 и установленных с зазором относительно вала 3, а лопатки 14 направляющего аппарата 2 выполнены в форме аэродинамических крыльев, обращенных от вала 3 ротора 1, т.е. наружу направляющего аппарата 2.
Лопатки 14 направляющего аппарата 2 установлены с углом входа потока ветра 40-60o и под углом 30-80o на выходе, а относительно лопастей 13 ротора 1 лопатки 14 ориентированы в противоположных окружных направлениях, т.е. таким образом, что, например, вогнутые поверхности лопастей 13 ориентированы по часовой стрелке, а лопаток 14 - против часовой стрелки.
Целесообразно наружный диаметр направляющего аппарата 2 выполнить с диаметром не менее 1,3 величины наружного диаметра ротора 1.
РАБОТА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
Поток ветра поступает на лопатки 14 направляющего аппарата 2, ускоряется на них и поступает на лопасти 13 ротора 1, где преобразуется в вихревой поток, который, отдав свою энергию лопастям 13, покидает объем ротора в вертикальном направлении.
Как известно, при обтекании геометрических тел потоком ветра всегда возникают вихри, а при образовании вихревого воздушного потока его скорость увеличивается в несколько раз по сравнению со скоростью ветра на входе в установку, причем наибольшая скорость его наблюдается на лопастях ротора, тогда как вдоль оси ротора (в центральной его части) скорость воздушного потока практически равна нулю, что и использовано для удаления отработанного потока воздуха в вертикальном направлении - вдоль оси установки.
Использование вихревого потока в изобретении позволит максимально повысить КПД преобразования энергии ветра в механическую энергию, а генераторная группа обеспечивает высокий КПД на всех скоростях ветра.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Роторная ветроэлектростанция, включающая направляющий аппарат с изогнутыми лопатками и ротор с изогнутыми лопастями, вал которого механически связан с валом электрогенератора, отличающаяся тем, что лопасти ротора выполнены в форме аэродинамических крыльев, установленных с зазором относительно вала ротора, а лопатки направляющего аппарата и выполнены в форме аэродинамических крыльев, при этом лопатки и лопасти своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, а станция выполнена из по меньшей мере одного модуля, каждый из которых состоит из ротора и направляющего аппарата, причем его лопатки установлены с углом входа потока ветра 40-60o и под углом 30-80o на выходе.
Версия для печати
Дата публикации 11.01.2007гг
Created/Updated: 25.05.2018