Ветроэнергетическая установка
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение общей эффективности, понижении акустических шумов, повышение эффективности при малых скоростях ветра. Технический результат достигается тем, ветроэнергетическая установка, содержащая, по меньшей мере, один роторный ветрогенератор (со стационарной частью корпуса и подвижной частью корпуса) с вертикальной осью вращения (между стационарной и подвижной частями корпуса), включающий преобразователь энергии (связанный со стационарной и подвижной частями корпуса) и лопасти ротора ветротурбины (закрепленного в подвижной части корпуса), выполненные в виде вертикальных пластин, характеризуется тем, что каждая лопасть ротора ветротурбины выполнена объемной двояковыпуклой, так что ее поперечный разрез (перпендикулярный оси вращения) имеет одну острую и одну тупую боковые кромки, причем одна сторона лопасти выполнена сплошной, а другая сторона лопасти содержит симметричные относительно поперечной оси вырезы, которые прилегают к ее острой кромке. В качестве преобразователя энергии роторного ветрогенератора может использоваться магнитоэлектрический генератор, включающий постоянный магниты на основе редкоземельных элементов. Вырезы лопасти ротора ветротурбины могут иметь следующую форму: в центре расположен выступ на основе треугольника с острыми углами, прилегающими к острой кромке лопасти и округленной вершиной, направленной в сторону тупой боковой кромки, по бокам от центрального выреза расположены по три выреза в форме трапеций, одно основание каждой трапеции прилегает к острой кромке, другие кромки расположены на одной линии, тупые углы трапеций, направленные в сторону тупой кромки лопасти округлены. Внутри лопасти могут располагаться лонжероны из профильных металлических изделий, прикрепленные при помощи клепки к листам лопасти. Промышленное применение. Полезная модель может быть с успехом использована для изготовления эффективных ветроэнергетических установок.
Известна «ВЕТРОВАЯ ТУРБИНА С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ» US 4,037,989 [1], включающий стационарный каркас, вертикально вращающийся вал, закрепленный в стационарном каркасе, вращающуюся раму, закрепленную на оси, как минимум пару расположенных напротив друг друга отклоняющих воздух выгнутых поверхностей.
Недостатком известной конструкции является низкая эффективность обусловленная сравнительно небольшой разницей сопротивления воздуху обтекаемой части и задерживающей воздух части выгнутых поверхностей.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА» RU 2390654 [2], содержащая, по меньшей мере, один роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения, включающий преобразователь энергии и лопасти ротора ветротурбины, выполненные в виде вертикальных пластин.
Известная конструкция более эффективная благодаря наличию завихрителей, существенно увеличивающих лобовое сопротивление воздуху соответствующей части лопасти.
Недостатком известной панели являются: пониженная эффективность, обусловленная существенными потерями энергии потока воздуха. Недостатком также является повышенная шумогенерация, обусловленная работой завихрителей. Недостатком также является резкое снижение эффективности при малых скоростях ветра, снижение эффективности обусловлено «срыванием» турбулентности и переходу к ламинарному обтеканию поверхности лопасти при малых скоростях обтекающего воздуха
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение общей эффективности, понижении акустических шумов, повышение эффективности при малых скоростях ветра.
Технический результат достигается тем, ветроэнергетическая установка, содержащая, по меньшей мере, один роторный ветрогенератор (со стационарной частью корпуса и подвижной частью корпуса) с вертикальной осью вращения (между стационарной и подвижной частями корпуса), включающий преобразователь энергии (связанный со стационарной и подвижной частями корпуса) и лопасти ротора ветротурбины (закрепленного в подвижной части корпуса), выполненные в виде вертикальных пластин, характеризуется тем, что каждая лопасть ротора ветротурбины выполнена объемной двояковыпуклой, так что ее поперечный разрез (перпендикулярный оси вращения) имеет одну острую и одну тупую боковые кромки, причем одна сторона лопасти выполнена сплошной, а другая сторона лопасти содержит симметричные относительно поперечной оси вырезы, которые прилегают к ее острой кромке.
В качестве преобразователя энергии роторного ветрогенератора может использоваться магнитоэлектрический генератор, включающий постоянный магниты на основе редкоземельных элементов. Магнитоэлектрический генератор позволит легко передавать и накапливать энергию в электрическом виде а постоянные магниты на основе редкоземельных элементов позволят повысить эффективность преобразования кинетической энергии потоков воздуха в электрическую энергию.
Вырезы лопасти ротора ветротурбины могут иметь следующую форму: в центре расположен выступ на основе треугольника с острыми углами, прилегающими к острой кромке лопасти и округленной вершиной, направленной в сторону тупой боковой кромки, по бокам от центрального выреза расположены по три выреза в форме трапеций, одно основание каждой трапеции прилегает к острой кромке, другие кромки расположены на одной линии, тупые углы трапеций, направленные в сторону тупой кромки лопасти округлены. Указанная форма выступов обладает необходимыми аэродинамическими свойствами - при достаточно низком воздушном сопротивлении тупой части лопасти имеет повышенное воздушное сопротивление лопасти со стороны вырезов.
Внутри лопасти могут располагаться лонжероны из профильных металлических изделий, прикрепленные при помощи клепки к листам лопасти. Лонжероны позволят увеличить прочность изделия без существенного увеличения металлоемкости.
Поперечный разрез ветроэнергетической установки представлен на фиг.1, вид лопасти со стороны вырезов на фиг.2, где:
1 - вертикальная ось вращения;
2 - лопасти ротора;
3 - острая кромка лопасти;
4 - тупая кромка лопасти;
5 - месторасположение вырезов лопасти;
6 - центральный вырез лопасти;
7 - боковые вырезы лопасти;
8 - лонжероны;
9 - направление ветра.
Ветроэнергетическая установка действует следующим образом:
Ветрогенератор содержит лопасти ротора 2, которые при действии потока воздушных масс (направление ветра условно показано стрелками 9) вращаются вокруг вертикальной оси вращения 1 против часовой стрелки. Каждая лопасть имеет острую кромку 3 и тупую кромку 4. месторасположение вырезов показано 5. Сопротивление потоку воздушных масс (ветру) левой по схеме части ветрогенератора существенно больше сопротивления потоку правой части ротора. Неравномерность обтекания создает вращающий момент, поворачивающий ротор против часовой стрелки. Конструкция ротора может быть любой известной, лопасти на роторе могут быть закреплены любым известным способом.
Ветрогенератор может содержать магнитоэлектрический генератор (не показан) для преобразования энергии ветра в электроэнергию. Вырезы на одной стороне лопасти (расположенной во внутренней части ветрогенератора) позволяют увеличить сопротивление потоку воздуха. Центральный вырез 6 совместно с боковыми вырезами 7 наиболее полно выполняют указанную функцию. Лонжероны 8 повышают прочность лопасти без существенного увеличения металлоемкости.
Технический результат - повышение общей эффективности достигается тем, что сторона лопасти с вырезами обладает существенно большим сопротивлением потоку воздуха, чем сторона без вырезов. Вырезы выполняют функцию завихрителя. Кроме того, внутри лопасти при прохождении фронта воздушного потока создается избыточное давление и избыточный по отношению к атмосферному запас сжатого воздуха. При прохождении остального участка пути избыточный воздух выходит из вырезов, создавая реактивную тягу, направленную в противоположную от вырезов сторону - в сторону тупой боковой кромки, что дополнительно повышает эффективность ветроэнергетической установки.
Технический результат - понижение акустических шумов, достигается отсутствием существенных завихрений воздуха при работе устройства.
Технический результат - повышение эффективности при малых скоростях ветра достигается отсутствием ламинарного, снижающего эффективность ветрогенератора обтекания лопастей при малом ветре.
Промышленное применение. Полезная модель может быть с успехом использована для изготовления эффективных ветроэнергетических установок.
1. Ветроэнергетическая установка, содержащая, по меньшей мере, один роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения, включающий преобразователь энергии и лопасти ротора ветротурбины, выполненные в виде вертикальных пластин, отличающаяся тем, что каждая лопасть ротора ветротурбины выполнена объемной двояковыпуклой, так что ее поперечный разрез имеет одну острую и одну тупую боковые кромки, причем одна сторона лопасти выполнена сплошной, а другая сторона лопасти содержит симметричные относительно поперечной оси вырезы, которые прилегают к ее острой кромке.
2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве преобразователя энергии роторного ветрогенератора используется магнитоэлектрический генератор.
3. Ветроэнергетическая установка по п.2, отличающаяся тем, что магнитоэлектрический генератор включает постоянные магниты на основе редкоземельных элементов.
4. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что вырезы лопасти ротора ветротурбины имеют следующую форму: в центре расположен выступ на основе треугольника с острыми углами, прилегающими к острой кромке лопасти, и округленной вершиной, направленной в сторону тупой боковой кромки, по бокам от центрального выреза расположены по три боковых выреза в форме трапеций, одно основание каждой трапеции прилегает к острой кромке, другие кромки расположены на одной линии, тупые углы трапеций, направленные в сторону тупой кромки лопасти, округлены.
5. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри лопасти расположены лонжероны из профильных металлических изделий, прикрепленные при помощи клепки к листам лопасти.
