ветроэнергетическое устройство

Формула изобретения

1. Ветроэнергетическое устройство, включающее в себя конструкционную базу, усилитель скорости ветра, образованный двумя конусами - внешним и внутренним, которые расположены навстречу друг другу своими вершинами, а также включающее в себя турбину с лопастями, закрученными в направлении, противоположном ее вращению, и электрогенератор, соединенный общим валом с турбиной, причем внешний конус и электрогенератор укреплены на конструкционной базе, отличающееся тем, что внутренний конус усилителя скорости ветра своим основанием укреплен на общем валу, а по конической поверхности снабжен лопастями, образуя турбину, на выходе из которой выполнен сопловый аппарат, расположенный в пространстве между крышкой внешнего конуса и основанием внутреннего конуса усилителя скорости ветра, кроме того, на противоположной внутреннему конусу стороне его основания укреплены лопасти, закрученные в одном направлении с лопастями турбины, и образующие, в совокупности с основанием внутреннего конуса и крышкой внешнего конуса, центростремительное колесо, выходной канал которого направлен в сторону электрогенератора и охватывает общий вал.

2. Ветроэнергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что размах лопастей турбины убывает пропорционально уменьшению радиального сечения канала в усилителе скорости ветра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии на базе наиболее экологически безопасного источника - энергии движения воздуха в атмосфере.

Известна классическая схема ветроэнергетической установки, использованная, например, в изделии американской фирмы «Roralight». В состав установки входит трехлопастное ветроколесо, снабженное центробежным регулятором и приводом поворота лопастей, коллекторный электрогенератор, расположенный позади ветроколеса, стойка с поворотной опорой и хвостовое оперение флюгерного типа, для установки ветроколеса на ветер (Е.М.Фатеев Ветродвигатели и ветроустановки. М., изд. «Огиз-сельхозгиз», 1948, с.255). Недостатком данного технического решения является его низкий коэффициент полезного действия и сравнительно большие габариты.

Известна ветротурбинная электростанция, включающая ветротурбинный двигатель и электрический генератор, причем ветротурбинный двигатель содержит в своем составе усилитель скорости ветра, представляющий собой два конуса - внешний и внутренний, расположенные навстречу друг другу своими вершинами, в состав электростанции входят так же две последовательно расположенные воздушные турбины, между осями которых расположен редуктор (патент RU №2191288, 2001.03.11). Недостатком этого технического решения являются его большие габариты.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является ветроэнергетическое устройство для генераторов, состоящее из сужающегося воздуховода с отверстиями, расширяющегося воздуховода с отверстиями, впереди сужающегося воздуховода установлены наклонные навстречу ветровому потоку желобообразные ветроускорители, а лопастная крыльчатка расположена за выходным отверстием воздуховодов (патент RU №2215184, 2001.10.19). При всех несомненных достоинствах данного технического решения оно не способствует получению высокого коэффициента полезного действия, поскольку активным элементом ветродвигателя является открытая крыльчатка - низкоэффективная разновидность осевой турбины.

Изобретение имеет своей целью усовершенствование ветроэнергетического оборудования. При использовании изобретения достигаются следующие технические результаты:

1) повышается коэффициент полезного действия ветроэнергетического устройства;

2) обеспечивается стабильность работы устройства при малых значениях скорости ветра;

3) обеспечивается принудительное охлаждение электрогенератора.

Сущность изобретения заключается в следующем: в ветроэнергетическом устройстве, включающем в себя конструкционную базу, усилитель скорости ветра, образованный двумя конусами - внешним и внутренним, которые расположены навстречу друг другу своими вершинами, а так же включающем в себя турбину с лопастями, закрученными в направлении, противоположном ее вращению, и электрогенератор, соединенный общим валом с турбиной, причем внешний конус и электрогенератор укреплены на конструкционной базе, внутренний конус усилителя скорости ветра своим основанием укреплен на общем валу, а по конической поверхности - снабжен лопастями, образуя турбину, на выходе из которой выполнен сопловый аппарат, расположенный в пространстве между крышкой внешнего конуса и основанием внутреннего конуса усилителя скорости ветра, кроме того, на противоположной внутреннему конусу стороне его основания укреплены лопасти, закрученные в одном направлении с лопастями турбины и образующие, в совокупности с основанием внутреннего конуса и крышкой внешнего конуса, центростремительное колесо, выходной канал которого направлен в сторону электрогенератора и охватывает общий вал.

Обозначенная сущность изобретения связана с заявленными техническими результатами следующим образом соответственно.

1. Повышение энергетической эффективности (к.п.д.) установки обусловлено тремя причинами:

1.1 центростремительное колесо обеспечивает выход воздушного потока из ветроэнергетического устройства в зоне, приближенной к оси устройства с подветренной стороны, т.е. в зоне аэродинамической тени с минимальным давлением, поэтому общий напор воздушного потока, используемый в устройстве, возрастает за счет его пьезометрической составляющей;

1.2 в устройстве использован усилитель скорости ветра и осевая турбина, размах лопастей которой убывает пропорционально уменьшению радиального сечения канала в усилителе скорости ветра, что позволяет наиболее эффективно использовать скоростной напор ветра;

1.3 в устройстве применено центростремительное колесо, позволяющее осуществить дальнейшее преобразование энергии воздушного потока, выходящего из турбины в механическую энергию вращения и, далее, в электроэнергию.

2. Стабильность работы устройства при малых значениях скорости ветра обеспечивается за счет возрастания общего напора воздушного потока, за счет пьезометрической составляющей (см. п.1.1).

3. Принудительное охлаждение электрогенератора обеспечивается воздушным потоком, который выходит из центростремительного колеса в зоне, приближенной к оси устройства, т.е. в зоне расположения генератора.

На чертеже изображено ветроэнергетическое устройство.

Ветроэнергетическое устройство содержит усилитель скорости ветра, образованный двумя конусами - внешним (1) и внутренним (2), которые расположены навстречу друг другу своими вершинами, также включает в себя турбину (3) и электрогенератор (4), соединенные общим валом (5). Внутренний конус (2) усилителя скорости ветра своим основанием (6) укреплен на общем валу (5), а по конической поверхности - снабжен лопастями (7), образуя турбину (3), на выходе из которой выполнена кольцевая полость (8) и сопловый аппарат (9), расположенные в пространстве между крышкой (10) и основанием (6), кроме того, на противоположной внутреннему конусу (2) стороне его основания (6) укреплены лопасти (11), образующие в совокупности с основанием (6) и внутренней поверхностью крышки (10) центростремительное колесо, выходной канал которого (12) выполнен в крышке (10), направлен в сторону электрогенератора (4) и охватывает общий вал (5). Закрутка лопастей (7) и лопастей (11) по ходу воздушного потока противоположна направлению вращения турбины (3). Электрогенератор (4), внешний конус (1) и его крышка (10) неподвижны и связаны с конструкционной базой (13) устройства, в качестве которой может выступать, например, башня или мачта.

Ветроэнергетическое устройство функционирует следующим образом. Ветровой поток, обладающий напором, который складывается из скоростного напора, обусловленного скоростью ветра и пьезометрического напора, обусловленного разностью давлений на входе в устройство и на его выходе, в сужающемся кольцевом пространстве между внешним конусом (1) и внутренним конусом (2) усилителя скорости ветра, преобразуется в ускоренный воздушный поток, который воздействует на лопасти (7) турбины (3) и вращает ее, сообщая крутящий момент общему валу (5) электрогенератора (4), в результате чего энергия ветрового потока преобразуется в электроэнергию. Далее, подкрученный турбиной (3) воздушный поток поступает в кольцевую полость (8), где тормозится, в результате чего возрастает его давление, и через сопловый аппарат (9), представляющий собой спрофилированную щель между основанием (6) и крышкой (10), радиально направляется к выходному каналу (12), расположенному в крышке (10), воздействуя при этом на лопасти (11) центростремительного колеса, чем сообщается дополнительный крутящий момент турбине (3). Отработанный воздушный поток выходит из канала (12) и обдувает электрогенератор (4), охлаждая его.