Ветроэнергетический агрегат

 

Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ветроэнергетический агрегат содержит установленную на опоре поворотную головку с горизонтальным валом, закрепленные на валу перед поворотной головкой лопасти, электрогенератор и устройство ориентации. Новым является закрепление на поворотной головке в радиальном направлении штанг с установленными на них по высоте штанги вдоль оси горизонтального вала гибкими пластинами из пьезоэлектрического биморфного материала. 3 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к крыльчатым ветроэнергетическим агрегатам (ВЭА) с дополнительным использованием пьезоэффекта.

Известны ВЭА крыльчатого типа, содержащие установленную на опоре поворотную головку с горизонтальным валом, закрепленные на валу перед поворотной головкой лопасти, электрогенератор и устройство ориентации (I). Такие агрегаты находят наиболее широкое распространение, приняты за прототип.

Основным недостатком прототипа является сравнительно небольшой коэффициент использования энергии ветра, не превышающий 50% . Повышение мощности ВЭА за счет увеличения длины лопастей имеет некоторый предел.

Цель изобретения - повышение коэффициента использования энергии ветра и соответственно мощности крыльчатых ВЭА.

Это достигается тем, что ВЭА, содержащем установленную на опоре поворотную головку с горизонтальным валом, закрепленные на валу перед поворотной головкой лопасти, электрогенератор и устройство ориентации, дополнительно на поворотной головке закреплены в радиальном направлении штанги с установленными на них по высоте штанги вдоль оси горизонтально вала гибкими пластинами из биморфного материала в виде пьезоэлектрических пленок.

Рассмотрим близкий аналог (2). Отличия конструктивные. У аналога пластины закреплены консольно внутри корпуса агрегата (внутри конфузора). Габариты пластин и, следовательно, количество вырабатываемой электроэнергии существенно ограничены диаметром и длиной корпуса агрегата. Высота штанг у предлагаемого ВЭА может достигать длины лопастей и превышать их. Суммарная длина пластин может составить длину поворотной головки и превышать ее. Поэтому количество вырабатываемой энергии на пластинах за счет пьезоэффекта будет существенно выше, чем у аналога и потребует меньше затрат.

Таким образом, предлагаемый ВЭА обладает новизной и имеет существенные отличия от прототипа и близкого аналога.

На фиг. 1 показан схематически ВЭА, вид сбоку, на фиг. 2 - то же, вид спереди; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.

Предлагаемый ВЭА состоит из опоры 1, на которой установлена поворотная головка 2 с горизонтальным валом 3. На валу 3 закреплено несколько лопастей 4. Агрегат содержит также электрогенератор 5 и устройство ориентации 6. Дополнительно на поворотной головке 2 закреплены в радиальном направлении штанги 7. Между штангами (или к каждой штанге консольно) установлены гибкие пьезопластины 8.

В процессе работы частично отработавший на ветроколесе поток ветра набегает на находящиеся за лопастями 4 штанги 7 с гибкими пластинами 8. Каждая штанга представляет из себя плохообтекаемое для потока ветра тело, в результате чего со штанги будут периодически срываться воздушные вихри. Эти вихри образуют вдоль укрепленных на штанге гибких пластин пульсирующие поле давлений, которое заставит пластины колебаться, вырабатывая при этом электроэнергию. Число Струхаля Sh = для этого должно быть указано с частотой собственных колебаний штанги поперек набегающего потока ветра, здесь f - частота отрыва вихрей от штанги; d - диаметр штанги; v_о - скорость набегающего на штангу потока ветра. Выбор конкретных значений числа Струхаля, формы поперечного сечения штанг, отстояния передних штанг от плоскости вращения лопастей, длина гибких пластин и их жесткость, число штанг по диаметру поворотной головки, число пластин по высоте штанги и другие конкретные данные могут быть получены в основном экспериментальным путем. Следует ожидать, что при сравнительно небольшом отстоянии штанги от плоскости вращения лопастей удастся увеличить амплитуду колебательного процесса пластин, прикрепленных к этой штанге, за счет периодического (с лопастной частотой) импульсного воздействия потока ветра на эту штангу. Это будет иметь место при затенении штанги и последующем импульсном воздействии потока, как только лопасть перестанет затенять штангу. Большие площади используемых пьезопластин позволят получить существенную дополнительную электроэнергию. Следует отметить, что пьезопластины могут вырабатывать энергию и тогда, когда скорость ветра может оказаться недостаточной для работы ветроколеса. Кроме этого, в жаркую погоду пластины будут нагреваться и на основе пироэффекта увеличивать вырабатываемую энергию.

Формула изобретения

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ, содержащий установленную на опоре поворотную головку с горизонтальным валом и укрепленным на нем ветроколесом с лопастями, радиальные ребра и пластины генератора, расположенные за лопастями, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента использования энергии, пластина генератора выполнена из пьезоэлектрического биморфного материала, размещена вдоль оси вала между ребрами, а последние укреплены на поворотной головке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3