Ветроэнергетический агрегат

Полезная модель относится к ветроэнергетике. Вертикальный ротор и статор турбины ветроэнергетического агрегата включают не менее чем по восемь лопаток, образующих суживающийся межлопаточный канал. Направляющие лопатки статора турбины содержат подвижные и неподвижные части, причем подвижные части связаны с тягами, перемещающими их вокруг оси по высоте лопатки. Ветроэнергетический агрегат содержит не менее двух электрогенераторов, связанных с валом ротора турбины, и снабжен центробежным регулятором, соединенным со вторым электрогенератором через фрикционную муфту. Подшипниковые узлы выполнены гидродинамическими или магнитными.

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии.

Известен ветроэлектрический агрегат, содержащий ротор, соединенный с электрогенератором, и статор с направляющими лопатками (SU 542016 F03D 3/00). Однако данный агрегат требует больших капитальных затрат, а также регулирования при изменении скорости ветра.

Наиболее близким техническим решением является ветряной ротор, содержащий вертикальный ротор и статор турбины (RU 2008515 F03D 3/06). Ротор связан через вал с электрогенератором и состоит из верхнего и нижнего дисков с укрепленными на них рабочими лопатками. Диски крепятся к корпусу агрегата подшипниковыми узлами. Статор турбины снабжен направляющими лопатки, закрепленными на верхней и нижней неподвижных крышках корпуса агрегата. Недостатком является низкая эффективность устройства в связи с отсутствием эффективных направляющих воздуха, не позволяющих повысить концентрацию энергии потока, а также отсутствие системы регулирования оборотов ротора при изменении скорости ветра.

Технической задачей является увеличение производительности агрегата, повышение коэффициента использования энергии ветра, в том числе при скорости ветрового потока от 1,5-2 м/с, а также повышение эксплуатационной надежности агрегата.

Поставленная задача достигается тем, что ветроэнергетический агрегат, содержащий вертикальный ротор и статор турбины, в котором ротор связан через вал с электрогенератором и состоит из верхнего и нижнего дисков с укрепленными на них рабочими лопатками и закрепленными к корпусу агрегата подшипниковыми узлами, а статор турбины содержит направляющие лопатки, закрепленные на верхней и нижней неподвижных крышках корпуса агрегата, согласно изобретению статор и ротор турбины включают не менее чем по восемь лопаток, образующих суживающийся межлопаточный канал, при этом направляющие лопатки статора турбины содержат подвижные и неподвижные части, причем подвижные части связаны с тягами, перемещающими их вокруг оси по высоте лопатки. Ветроэнергетический агрегат содержит не менее двух электрогенераторов, связанных с валом ротора турбины. Ветроэнергетический агрегат снабжен центробежным регулятором, связанным с валом ротора турбины, при этом центробежный регулятор снабжен фрикционной муфтой, соединяющей его со вторым электрогенератором. Подшипники выполнены гидродинамическими или магнитными.

На фиг.1 изображен ветроэлектрический агрегат, общий вид; на фиг.2 - центробежный регулятор с фрикционной муфтой, передающий вращение на второй генератор от основного вала ротора турбины.

Ветроэнергетический агрегат содержит направляющие лопатки статора 1 (концентратора энергии потока), закрепленные на верхнем 2 и нижнем 3 неподвижных крышках корпуса агрегата. Ротор турбины состоит из рабочих лопаток 4, закрепленных на верхнем 5 и нижнем 6 дисках ротора. Ротор турбины в верхней части закреплен подшипниковым узлом 7, а в нижней части подшипниковым узлом 8 через диск 3 к корпусу агрегата 9. Вал ротора 19 через шкив 10 передает крутящий момент электрогенератору 11 и центробежному регулятору 12 и через фрикционную муфту 18 второму генератору 13. Подвижная часть 14 направляющих лопаток 1 перемещается вокруг оси 15 при помощи тяг 16, соединенных поворотным кольцом 17.

Работает ветроэлектрический агрегат следующим образом.

При любом направлении движения воздушный поток, попадая в суживающийся межлопаточный канал статора турбины, образованный направляющими лопатками 1, закрепленными на верхней 2 и нижней крышке 3 корпуса агрегата 9, увеличивает свою скорость в несколько раз, что позволяет ветроэнергетическому агрегату работать при малых скоростях ветра (1,5-2 м/с). Наличие не менее восьми лопаток на статоре и роторе турбины позволяет обеспечить достаточную закрутку потока воздуха на входе в турбину. При меньшем количестве рабочих лопаток 4 происходит неравномерная работа ротора турбины. Поток воздуха, попадая на рабочие лопатки 4, закрепленные на верхнем 5 и нижнем 6 дисках турбины, заставляет вращаться вал ротора турбины 19. Вал ротора турбины 19 через шкив 10 передает крутящий момент на основной электрогенератор 11. При увеличении скорости ветра возрастают обороты ротора турбины и центробежного регулятора 12, который через фрикционную муфту 18 раскручивает второй генератор 13. Устранение излишних перегрузок при больших скоростях ветра достигается путем прикрытия входных каналов подвижной частью лопаток 14 статора, поворачивающиеся вокруг оси 15 тягами 16, соединенных поворотным кольцом 17. При ураганной скорости ветра входные каналы статора полностью закрываются. Для ветроэнергетических агрегатов большой и очень большой мощности применяются гидростатические или магнитные подшипники 7, 8.

Конструкция направляющих лопаток статора турбины позволяет за счет сужающихся каналов увеличить скорость потока воздуха в несколько раз, что позволяет работать агрегату при малых скоростях ветра и при любом его направлении. Наличие подвижных частей на направляющих лопатках статора турбины позволяет работать агрегату даже при экстремально высоких скоростях ветра, за счет перекрытия входного канала, что повышает эксплуатационную надежность агрегата. Наличие двух и более электрогенераторов позволяет увеличить выработку электроэнергии при превышении расчетной скорости ветра. Установка гидродинамических или магнитных подшипников узлов на ветроэнергетической установке большой мощности позволяет повысить КПД агрегата.

1. Ветроэнергетический агрегат, содержащий вертикальный ротор и статор турбины, при этом ротор связан через вал с электрогенератором и состоит из верхнего и нижнего дисков с укрепленными на них рабочими лопатками и закрепленными к корпусу агрегата подшипниковыми узлами, а статор турбины содержит направляющие лопатки, закрепленные на верхней и нижней неподвижных крышках корпуса агрегата, отличающийся тем, что статор и ротор турбины включают не менее чем по восемь лопаток, образующих суживающийся межлопаточный канал, при этом направляющие лопатки статора турбины содержат подвижные и неподвижные части, причем подвижные части связаны с тягами, перемещающими их вокруг оси по высоте лопатки.

2. Ветроэнергетический агрегат по п.1, отличающийся тем, что агрегат содержит не менее двух электрогенераторов, связанных с валом ротора турбины.

3. Ветроэнергетический агрегат по п.1, отличающийся тем, что агрегат снабжен центробежным регулятором, связанным с валом ротора турбины, при этом центробежный регулятор снабжен фрикционной муфтой, соединяющей его со вторым электрогенератором.

4. Ветроэнергетический агрегат по п.1, отличающийся тем, что подшипниковые узлы выполнены гидродинамическими или магнитными.