ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2062352

ВЕТРОАГРЕГАТ

ВЕТРОАГРЕГАТ

Имя изобретателя: Бальзанников М.И. 
Имя патентообладателя: Самарский архитектурно-строительный институт 
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1993.02.02 

Использование: в ветроэнергетике, в частности в конструкциях ветроагрегатов, снабженных концентраторами воздушного потока. Сущность изобретения: ветроагрегат содержит ветроколесо 1 с лопатками 2, генератор 5, опорную конструкцию 6, 8 и 11, выполненную с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, и концентратор потока, который размещен на опорной конструкции 11 над ветроколесом 1 и выполнен состоящим из двух элементов: входного конфузорного обтекателя 12, жестко прикрепленного одной стороной к опорной конструкции 11, и гибкой эластичной оболочки 13, закрепленной входной кромкой к опорной конструкции 11, и снабжен флюгерами 15 и лопастью 14 с крыловидным профилем. Флюгеры 15 выполнены в виде вертикальных пластин, закрепленных нижней стороной к эластичной оболочке 13 вблизи ее выходной кромки, а верхней стороной - к лопасти 14. Ветроагрегат позволит создать дополнительное разрежение за ветроколесом, а следовательно, повысить скорость потока воздуха и коэффициент использования энергии ветра.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветроагрегатам агрегатам, снабженным концентраторами воздушного потока.

Известен ветроагрегат, включающий ветроколесо с лопастями и генератор, установленные на опорной конструкции с возможностью поворота вокруг вертикальной оси для ориентации на ветер [1] Лопасти этой конструкции выполнены с переменным углом установки и позволяют сохранять скорость вращения ветроколеса постоянной.

Недостатком известной конструкции является сниженная выработка электроэнергии, обусловленная низким коэффициентом использования энергии ветра из-за отсутствия концентратора потока воздуха.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ветроагрегат, содержащий лопастное ветроколесо, размещенное на опорных стойках, которые установлены с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, генератор и концентратор воздушного потока, выполненный из двух частей: конфузорной и диффузорной [2] При работе этого ветроагрегата поток воздуха ускоряется в конфузоре концентратора и тем самым повышается коэффициент использования энергии ветра и величина выработки электроэнергии.

Недостатком этой конструкции является его значительная материалоемкость, обусловленная большим расходом металла для устройства концентратора, и недоиспользование энергии ветрового потока.

Цель изобретения снижение материалоемкости ветроагрегата и повышение коэффициента использования энергии ветра.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в создании дополнительного разряжения за ветроколесом, что повысит скорость потока воздуха и коэффициент использования энергии ветра. Это, в свою очередь, приведет к увеличению мощности и выработки электроэнергии. Кроме этого, использование в качестве одной из поверхностей концентратора потока поверхности земли и применение гибкого эластичного материала для другой приведет к существенному снижению его материалоемкости и стоимости. Дополнительно к этому, эластичная оболочка будет защищать элементы ветроагрегата и электрооборудование от воздействия неблагоприятных погодных условий, что повысит надежность работы ветроагрегата и его долговечность.

Цель изобретения достигается тем, что ветроагрегат, содержащий лопастное ветроколесо, размещенное на опорных стойках, которые установлены с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, генератор и концентратор воздушного потока, выполненный из двух частей: конфузорной, размещенной перед ветроколесом и диффузорной за ветроагрегатом, снабжен флюгерами в виде вертикальных пластин и крыловидным профилем, закрепленным на торцах флюгеров, при этом концентратор воздушного потока выполнен в виде козырька, расположенного над ветроколесом и опирающегося на опорные стойки, а флюгеры установлены на наружной поверхности диффузорной части, выполненной из гибкого материала.

Для обеспечения возможности прекращения воздействия ветра на ветроколесо и остановки ветроагрегата он снабжен приводом и тягами, одним концом каждая из которых прикреплена к выходной кромке диффузорной части, а другим к приводу.

Для регулирования степени воздействия ветра на ветроагрегат крыловидный профиль установлен с возможностью поворота относительно горизонтальной оси.

ВЕТРОАГРЕГАТ ВЕТРОАГРЕГАТ
 

На фиг. 1 схематически изображен ветроагрегат с горизонтальной осью, поперечный разрез; на фиг. 2 разрез А А фиг. 1; на фиг. 3 схема ветроагрегата с вертикальной осью.

Ветроагрегат включает лопастное ветроколесо 1 с лопастями 2, закрепленное на ригелях 3, ось 4, генератор 5, размещенные на опорной конструкции, состоящей из стойки 6, установленной на шарнире 7 с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, стойки 8, опирающейся посредством катка 5 на направляющую 10, и перекладины 11. На перекладине 11 размещен концентратор воздушного потока, выполненный из двух частей: конфузорной 12, размещенной перед ветреколесом и представляющей жесткую конструкцию с плавно очерченной поверхностью, и диффузорной 13, размещенной за ветроагрегатом и выполненной из гибкого материала. Ветроагрегат снабжен крыловидным профилем 14 и флюгерами 15, выполненными в виде вертикальных пластин, причем профиль 14 закреплен на торцах флюгеров 15. Таким образом, концентратор воздушного потока выполняется в виде козырька, расположенного над ветроколесом 1 и опирающегося на опорные стойки 6 и 8, а флюгеры 15 устанавливаются на наружной поверхности диффузорной части 13.

Для обеспечения возможности прекращения воздействия ветра на ветроколесо и остановки ветроагрегата он снабжен тягами 16 и приводом 17, причем тяги 16 одним концом прикреплены к выходной кромке диффузорной части 13, а другим к приводу 17.

Для регулирования степени воздействия ветра на ветроагрегат крыловидный профиль 14 установлен с возможностью поворота относительно горизонтальной оси.

Ветроагрегат может быть выполнен как с горизонтальной осью (фиг. 1 и 2), так и с вертикальной (фиг. 3), а крыловидный профиль как сплошным (фиг. 1 и 2), так и из отдельных секций (фиг. 3).

Устройство работает следующим образом. При появлении ветра флюгеры 15 разворачивают ветроколесо 1 по ветру, а крыловидный профиль 14 за счет возникающей на нем подъемной силы поднимает гибкую диффузорную часть 13 концентратора воздушного потока в рабочее положение.

Если ветроагрегат имеет вертикальную ось (фиг. 3), то по ветру разворачивается только перекладина 11 вместе с концентратором воздушного потока.

Таким образом, за ветроколесом 1 образуется диффузорный участок между гибкой диффузорной частью 13 и поверхностью земли. Поток воздуха при подходе к ветроколесу 1 ускоряется в конфузорной части 12 концентратора, далее входит в зону воздействия на ветроколесо 1, а затем поступает в диффузорную часть 13 концентратора. Наличие диффузорной части 13 приводит к возникновению разряжения за ветроколесом 1, а следовательно, к дополнительному увеличению скорости потока воздуха в зоне ветроколеса 1.

Крыловидный профиль 14 крепится к флюгерам 15 таким образом, чтобы при расчетной скорости ветра на нем возникала подъемная сила, обеспечивающая оптимальный угол диффузорности за ветроколесом 1. Увеличение скорости ветра сверх расчетного значения приведет к подъему концевого участка гибкой диффузорной части 13, что вызовет уменьшение угла атаки профиля 14 и, следовательно, подъемной силы. В результате концевой участок гибкой диффузорной части 13 опустится вновь в оптимальное положение. Этим обеспечивается автоматическое регулирование работы концентратора. Кроме этого, при необходимости может быть выполнено дополнительное регулирование угла атаки профиля 14 и диффузорности концентратора воздушного потока за счет разворота профиля относительно горизонтальной оси. Для остановки ветроколеса 1 или защиты его от ураганного ветра включается привод 17, который при помощи тяг 16 принудительно опускает концевой участок гибкой диффузорной части 13 концентратора к земной поверхности и тем самым перекрывает воздушный поток через ветроколесо 1.

Таким образом, наличие диффузорной части концентратора воздушного потока приведет к существенному увеличению коэффициента использования ветрового потока и, следовательно, мощности ветроагрегата и выработки им электроэнергии, а исполнение диффузорной части из гибкого материала и использование в качестве одной из рабочих поверхностей концентратора земной поверхности обеспечит значительное снижение материалоемкости и стоимости ветроагрегата.

Кроме этого, использование такой диффузорной части концентратора обеспечит автоматическое регулирование работы ветроколеса и защиту его элементов от воздействия осадков, что, в свою очередь, повысит надежность работы ветроагрегата и снизит затраты на проведение его ремонта.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Ветроагрегат, содержащий лопаточное ветроколесо, размещенное на опорных стойках, которые установлены с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, генератор и концентратор воздушного потока, выполненный из двух частей, одна из которых конфузорная размещена перед ветроколесом, другая диффузорная размещена за ветроколесом, отличающийся тем, что ветроагрегат снабжен флюгерами в виде вертикальных пластин и лопастью с крыловидным профилем, закрепленной на торцах флюгеров, при этом концентратор воздушного потока выполнен в виде козырька, расположенного над ветроколесом и опирающегося на опорные стойки, а флюгеры установлены на наружной поверхности диффузорной части, выполненной из гибкого материала.

2. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен приводом и тягами, каждая из которых одним концом прикреплена к выходной кромке диффузорной части, а другим к приводу.

3. Ветроагрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что лопасть с крыловидным профилем установлена с возможностью поворота относительно горизонтальной оси.

Версия для печати
Дата публикации 19.03.2007гг


вверх