Роторная ветроэлектростанция

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно, к конструкциям ветроэлектрических установок, оси вращения роторов которых, преимущественно, горизонтальны и перпендикулярны направлению потока ветра. Ветроэлектростанция содержит по меньшей мере один модуль, включающий ротор с осью вращения, перпендикулярной направлению потока ветра, и лопастями, выполненными в форме аэродинамических крыльев и установленными с зазором относительно вала модуля, механически связанного с валом электрогенератора, и соединенный с ротором кольцевой направляющий аппарат с лопатками, выполненными в форме аэродинамических крыльев, при этом лопатки направляющего аппарата и лопасти ротора своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях. Ось вращения ротора модуля расположена, преимущественно, горизонтально. Модуль дополнительно включает выпускные устройства, ограничивающие ротор и направляющий аппарат с обеих сторон и состоящие из обечаек с отверстиями для удаления воздуха и соединенных с ними боковин с перепускными отверстиями, примыкающими к оси ротора.

Полезная модель относится к энергетике, в частности, к конструкциям ветроэлектрических установок, оси вращения роторов которых, преимущественно, горизонтальны и перпендикулярны направлению потока ветра, и может быть использована для выработки электроэнергии на ветровых электростанциях с выдачей ее как в частную, так и в общественную энергосистемы.

Известен ветродвигатель, содержащий ротор с криволинейными лопастями, направляющий аппарат, установленный с возможностью поворота относительно ротора и выполненный в виде двух групп лопаток, в каждой из которых длина лопаток увеличивается в направлении вращения ротора, и флюгер, расположенный в плоскости, проходящий между группами лопаток (см. SU 985402 А, МПК F 03 D 3/00, 30.12.1982).

В известном ветродвигателе часть потока ветра непосредственно воздействует на изогнутые поверхности лопастей ротора, а другая часть потока улавливается направляющим аппаратом и посредством его лопаток направляется на лопасти ротора, что обеспечивает более полное использование ветра.

К недостаткам известного устройства следует отнести невозможность его работы без флюгера, наличие которого усложняет конструкцию устройства и повышает инерционность его.

Усложняет конструкцию известного устройства и необходимость установки лопаток различной длины, а натекание потока практически под прямым углом к поверхности лопастей приводит к их ударному воздействию и, как следствие, появлению обратных потоков.

Кроме того, лопасти ротора по всей длине выполнены плоскими, то есть без учета аэродинамики.

Известен ветродвигатель, турбина которого образована рядом профилированных осесимметричных лопастей и расположена внутри направляющей системы, образованной несколькими установленными неподвижно направляющими створками, при этом каждая из лопастей турбины представляет собой часть боковой поверхности цилиндра, поперечное сечение каждой из створок имеет профиль в виде синусоиды, кромки лопастей сориентированы так, чтобы обеспечить плавное обтекание воздуха с направляющих створок на лопасти турбины (см. RU 2168059 С2, МПК F 03 D 3/04, 27.05.2001).

Ветродвигатель может работать без флюгера, что повышает его маневренность и делает его простым в изготовлении.

Однако полнота использования энергии ветра в данном устройстве недостаточна, что является одним из главных недостатков известного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является установка для преобразования ветровой энергии в электрическую, представляющая собой роторную ветроэлектростанцию, содержащую по меньшей мере один модуль, включающий ротор с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению потока ветра, и лопастями, выполненными в форме аэродинамических крыльев и установленными с зазором относительно вала модуля, механически связанного с валом электрогенератора, и соединенный с ротором кольцевой направляющий аппарат с лопатками, выполненными в форме аэродинамических крыльев, при этом лопатки направляющего аппарата и лопасти ротора своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях (см. RU 2215898 С1, МПК F 03 D 3/04, 10.11.2003).

Однако использование данной ветроэлектростанции затруднено при ее установке на движущихся транспортных средствах (например: на автомобильных фурах, вагонах поездов, баржах и т.д.). Такие ветростанции с вертикальной

осью вращения ротора не вписываются в требуемые габариты указанных транспортных средств и отрицательно влияют на их аэродинамические характеристики.

Задачей полезной модели является повышение полноты использования энергии набегающего во время движения транспортного средства потока ветра при сохранении его высоких аэродинамических характеристик с учетом требований к его габаритам.

Указанная задача решена тем, что в роторной ветроэлектростанции, содержащей по меньшей мере один модуль, включающий ротор с осью вращения, перпендикулярной направлению потока ветра, и лопастями, выполненными в форме аэродинамических крыльев и установленными с зазором относительно вала модуля, механически связанного с валом электрогенератора, и соединенный с ротором кольцевой направляющий аппарат с лопатками, выполненными в форме аэродинамических крыльев, при этом лопатки направляющего аппарата и лопасти ротора своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, согласно полезной модели ось вращения ротора модуля расположена, преимущественно, горизонтально, а модуль дополнительно включает выпускные устройства, ограничивающие ротор и направляющий аппарат с обеих сторон и состоящие из обечаек с отверстиями для удаления воздуха и соединенных с ними боковин с перепускными отверстиями, примыкающими к оси ротора.

Указанная задача решена также тем, что роторная ветроэлектростанция может быть снабжена дополнительным электрогенератором, вал которого механически связан с другим концом вала модуля.

Указанная задача решена также тем, что электрогенераторы могут примыкать к соответствующим выпускным устройствам.

Полезная модель иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена предлагаемая роторная ветроэлектростанция (изометрический разрез).

На фиг.2 - то же, вид спереди.

На фиг.3 - поперечный разрез фиг.2 по А-А.

На фиг.4 - поперечный разрез фиг.2 по Б-Б.

Предлагаемая роторная ветроэлектростанция (фиг.1 и 2) содержит по меньшей мере один модуль. Модуль включает ротор 1 с лопастями 2, соединенный с ротором 1 кольцевой направляющий аппарат 3 с лопатками 4 и выпускные устройства 5, ограничивающие ротор 1 и направляющий аппарат 4 с обеих сторон и служащие креплением подшипниковых узлов 6. Ось вращения ротора 1 модуля расположена, преимущественно, горизонтально и перпендикулярно направлению потока ветра.

Лопасти 2 ротора 1 (фиг.3) выполнены в форме аэродинамических крыльев, обращенных в сторону вала 7 модуля, и установлены с зазором относительно вала 7. Лопатки 4 направляющего аппарата 3 выполнены в форме аэродинамических крыльев, обращенных от вала 7, то есть наружу направляющего аппарата 3. При этом лопатки 4 направляющего аппарата 3 и лопасти 2 ротора 1 своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, то есть таким образом, что, например, вогнутые поверхности лопастей 2 ориентированы по часовой стрелке, а лопаток 4 - против часовой стрелки. Предпочтительно, чтобы лопатки 4 направляющего аппарата 3 были установлены с углом входа потока ветра 30°-80° и под углом 15°-80° на выходе. Предпочтительно, чтобы наружный диаметр направляющего аппарата 3 составлял не менее 1,3 диаметра ротора 1.

Каждое выпускное устройство 6 (фиг.4) состоит из обечайки 8 с отверстиями 9 для удаления воздуха и соединенной с ней боковины 10 с перепускными отверстиями 11, примыкающими к оси ротора 1.

Вал 7 модуля механически связан с валом электрогенератора 12. Ветроэлектростанция может быть снабжена дополнительным электрогенератором 13, вал которого механически связан с другим концом вала 7 модуля, что обеспечивает высокий КПД на всех скоростях набегающего воздушного потока. Электрогенераторы 12, 13 могут примыкать к соответствующим выпускным устройствам 5. Выход нагрузки электрогенераторов 12, 13 производится

через преобразователь (условно не показан) и регулятор 14, электрически связанные с распределительным щитом 15. Кроме того, электрогенераторы 12, 13 связаны с аккумуляторной батареей и токоведущими шинами (условно не показаны).

Установка последующих модулей производится с помощью кольца 16, которое закреплено на обечайке 8. При этом валы 7 каждого модуля образуют общий вал.

Для установки ветроэлектростанции на транспортное средство имеются кронштейны 17.

Работа ветроэлектростанции осуществляется следующим образом.

Поток набегающего во время движения транспортного средства ветра поступает на лопатки 4 направляющего аппарата 3, ускоряется на них и поступает на лопасти 2 ротора 1, где преобразуется в вихревой поток, который, отдав свою энергию лопастям 2, покидает объем ротора 1, двигаясь вдоль его оси в обе стороны в направлении выпускных устройств 5, через отверстия 11 в боковинах 10 перепускается в выпускные устройства 5, и которые затем покидает через отверстия 9 в обечайках 8.

Как известно, при обтекании геометрических тел потоком ветра всегда возникают вихри, а при образовании вихревого воздушного потока его скорость увеличивается в несколько раз по сравнению со скоростью ветра на входе в направляющий аппарат 3, причем наибольшая скорость его наблюдается на лопастях 2 ротора 1, тогда как вдоль оси ротора 1 (в центральной его части) скорость воздушного потока равна нулю, что и использовано для удаления отработанного потока воздуха в горизонтальном направлении - вдоль оси ротора 1 в обе стороны.

Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволит повысить полноту использования энергии набегающего во время движения транспортного средства потока ветра при сохранении его высоких аэродинамических характеристик с учетом требований к его габаритам.

1. Роторная ветроэлектростанция, содержащая по меньшей мере один модуль, включающий ротор с осью вращения, перпендикулярной направлению потока ветра, и лопастями, выполненными в форме аэродинамических крыльев и установленными с зазором относительно вала модуля, механически связанного с валом электрогенератора, и соединенный с ротором кольцевой направляющий аппарат с лопатками, выполненными в форме аэродинамических крыльев, при этом лопатки направляющего аппарата и лопасти ротора своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположных окружных направлениях, отличающаяся тем, что ось вращения ротора модуля расположена, преимущественно, горизонтально, а модуль дополнительно включает выпускные устройства, ограничивающие ротор и направляющий аппарат с обеих сторон и состоящие из обечаек с отверстиями для удаления воздуха и соединенных с ними боковин с перепускными отверстиями, примыкающими к оси ротора.

2. Роторная ветроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным электрогенератором, вал которого механически связан с другим концом вала модуля.

3. Роторная ветроэлектростанция по п.2, отличающаяся тем, что электрогенераторы примыкают к соответствующим выпускным устройствам.