Ветроэнергетическая установка

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована как ветроэнергетическая установка с осью вращения, совпадающей с направлением ветра. Установка содержит две идентичные лопасти, прикрепленные к переднему и заднему подшипниковым узлам. Срединные линии лопастей имеют вид линии, полученной в результате пересечения двух поверхностей второго порядка - сферы и седловой. Поперечное сечение лопастей имеет форму аэродинамического профиля крыла, от переднего подшипникового узла установки и до ее середины, от середины до заднего подшипникового узла лопасти имеют форму цилиндрического стержня малого диаметра, с целью уменьшения аэродинамического сопротивления. Передний и задний подшипниковые узлы крепления лопастей соединены дополнительным валом. Полезная модель обеспечивает повышение коэффициента использования энергии ветра, за счет снижения аэродинамического сопротивления, обеспечивает повышенную прочность и снижение материалоемкости.

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и касается двигателей с осью вращения, совпадающей с направлением ветра.

Известен реактивный ветродвигатель с вертикальной осью, содержащий установленный на опоре ротор с вертикальными S-образными лопастями, жестко закрепленными между торцевыми дисками, при этом ротор имеет, по меньшей мере, две установленные параллельно S-образные лопасти. Ветродвигатель снабжен двумя роторами, установленными поярусно, причем лопасти одного ротора расположены под углом 90° относительно лопастей другого (патент РФ 2006664, F03D 3/00).

К недостаткам данного устройства можно отнести следующее:

- при данном расположении лопастей будет работать только 50% лопасти;

- устройство требует дополнительного устройства для приведения роторов по ветру;

- в этом случае, если один из роторов приведен по ветру, то другой вне зоны воздействия ветра, следовательно, низкий коэффициент полезного действия (кпд);

- установка металлоемкая и не работает на ветрах малых скоростей. Наиболее близким аналогом (прототипом) является ветроэнергетическая установка, содержащая ветровоспринимающие рабочие органы, установленные на горизонтально расположенном валу, являющимся и валом генератора, и установленные на несущем элементе, отличающаяся тем, что ветровоспринимающие рабочие органы состоят из двух симметрично расположенных идентичных лопастей, средние линии которых имеют вид синусоиды, горизонтальные оси последних совпадают с центральной горизонтальной осью установки, вертикальное сечение лопастей имеет каплевидную форму, с тупыми концами, направленными в сторону формирователя потока, а развертка лопасти выполнена в виде прямоугольника, длинные стороны которого заменены на вогнутые дуги с одинаковыми радиусами из центров, расположенных на центральной оси прямоугольника, при этом площадки, на которых установлены основания лопастей, повернуты на 90° относительно друг друга, а оси оснований лопастей, установленных с противоположных сторон одной площадки, образуют между собой острый угол, при этом площадки через подшипниковые узлы установлены на опорной дуге, которая опирается на другой подшипниковый узел, ось которого проходит через центр тяжести ветроэнергетической установки (патент РФ 2218476, F03D 1/00).

Недостатками данного изобретения является следующее.

Данная установка работает с коэффициентом использования энергии ветра порядка 16%, наблюдаются деформация устройства при высоких скоростях ветра и неспособность работать на низких скоростях ветра менее 3,5 м/с в соответствии с экспериментальными данными.

Техническая задача заявляемой полезной модели - повышение кпд ветроэнергетической установки с возможностью работы ее на слабых ветрах от 2 м/с, работы на высоких скоростях ветра без деформации ротора и существенного торможения потока за установкой.

Поставленная задача решается за счет того, что ветроэнергетическая установка содержит две идентичные лопасти, прикрепленные к переднему и заднему подшипниковым узлам. Срединные линии лопастей имеют вид линии, полученной в результате пересечения двух поверхностей второго порядка - сферы и седловой. Поперечное сечение лопастей имеет форму аэродинамического профиля крыла, от переднего подшипникового узла установки и до ее середины, от середины до заднего подшипникового узла лопасти имеют форму цилиндрического стержня малого диаметра, с целью уменьшения аэродинамического сопротивления. Передний и задний подшипниковые узлы крепления лопастей соединены дополнительным валом.

Таким образом, повышение коэффициента использования ветра и работа на малых скоростях ветра достигаются за счет снижения аэродинамического сопротивления в задней части ветроколеса, а также за счет аэродинамических профилей в элементах конструкции. Работа без деформации лопастей - использованием дополнительного вала между передним и задним подшипниковыми узлами.

Установка работает с повышением коэффициента использования энергии ветра от 40 до 50%, что достигается эффективным использованием энергии ветра, а также имеет повышенную прочность за счет формы лопасти с двумя точками крепления.

Графический материал представлен на фигурах 1-7.

Фиг.1, 3, 4 - вид сбоку, Фиг.2 - вид сверху. Фиг.5 - вид сзади, Фиг.6 - вид спереди, Фиг.7 - изометрия.

Ветроэнергетическая установка состоит из двух лопастей 1, 2 (Фиг.7), срединные линии которых имеют вид линии, полученной в результате пересечения двух поверхностей второго порядка - сферы и седловой. Лопасти имеют аэродинамический профиль от переднего подшипникового узла 3 до их середины, далее лопасти переходят в стержень с малым диаметром до заднего подшипникового узла 4. Лопасти 1, 2 через подшипниковые узлы 3, 4 крепятся к какой-либо опорной конструкции (на фигурах не показана). Подшипниковые узлы 3, 4 соединены дополнительным валом 5.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

Ветровой поток, набегая на ветроэнергетическую установку, попадает на передние части лопастей 1 и 2. При обтекании воздушным потоком лопастей 1 и 2, поперечное сечение которых имеет форму аэродинамического профиля крыла, создаются зоны повышенного и пониженного давлений, следствием чего является возникновение вращающего момента, приводящего лопасти во вращение. Полученное вращательное движение может быть использовано непосредственно, а также может быть преобразовано в другие формы энергии.

Таким образом, повышение коэффициента использования ветра и работа на малых скоростях ветра достигаются эффективным использованием энергии ветра посредствам конструкции лопастей позволяющих оптимально снимать энергию ветра на первой их половине и минимизировать сопротивление на второй их половине. Работа без деформации лопастей - использованием дополнительного вала между передним и задним подшипниковыми узлами.

Ветроэнергетическая установка, содержащая две идентичные лопасти, прикрепленные к переднему и заднему подшипниковым узлам, отличающаяся тем, что срединные линии лопастей имеют вид линии, полученной в результате пересечения двух поверхностей второго порядка - сферы и седловой, поперечное сечение лопастей имеет форму аэродинамического профиля крыла от переднего подшипникового узла до их середины, от середины до заднего подшипникового узла лопасти имеют форму цилиндрического стержня малого диаметра, передний и задний подшипниковые узлы крепления лопастей соединены дополнительным валом.