Роторная ветроэлектростанция

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к конструированию ветроэлектрических станций с вертикальной осью вращения - РВЭС. Технический результат - повышение ветроотдачи за счет использования лопасти ротора в форме параболического цилиндра и использование направляющего аппарата с загибом его концов в сторону вращения ротора. Известна РВЭС /1/, выполненная из одного модуля, состоящего из ротора с вертикальной осью вращения и соединенного с ним кольцевого направляющего аппарата, лопасти выполнены в форме аэродинамических крыльев по радиусу. Недостатком является форма лопасти, выполненная по радиусу, где ламинарный воздушный поток, ударяясь о лопасть и отражаясь, встречается в центре радиуса, создавая шумы, снижая ветроотдачу. Выпуклая сторона направляющего аппарата создает встречное отражение воздушного потока, что также снижает ветроотдачу. Известен ветродвигатель /2/, содержащий вертикальную турбину с вертикальной осью, расположенную внутри системы ветронаправляющих экранов, которые в свою очередь поворачиваются вокруг своей оси. Недостатком является то, что не предусмотрена система динамичного изменения ветронаправляющих экранов с помощью подвижных и неподвижных стопоров системы при изменении направлении ветрового потока, что снижает ветроотдачу.

Технический результат - повышение ветроотдачи в роторной ветроэлектростанции (РВЭС), выполненной в виде модуля, состоящего из ротора с вертикальной осью вращения и соединенного с ним кольцевого направляющего аппарата, достигается тем, что лопасти ротора выполнены в форме цилиндрической параболы по канонической формуле: y²=2PX, где 3≤P≥1, с загибом конца лопасти на угол 45-60°, направляющий аппарат выполнен из неподвижной плоскости с плавно загнутым концом на угол 30-45° для направления воздушного потока на лопасть и подвижной, вращающейся плоскости с двумя плавными загибами ее концов в противоположные стороны на угол 30-45° и с отверстиями на загибах, при этом концы лопастей механически замкнуты кольцом, причем внизу кольцо имеет инерционный обруч.

На фиг.1 представлена структурная схема РВЭС, на фиг.2 представлен вид 1-1 на фиг.1; на фиг.3 представлен общий вид РВЭС.

Конструкция РВЭС содержит 1 - ротор, 2 - лопасти ротора, 2а - плавный загиб лопасти на угол 45-60°, 2в - двойная лопасть, 3 - труба для крепления лопасти, вращающаяся около оси - 4, с грозозащитой - 4а, 9 - неподвижная плоскость с плавным загибом - 9а на угол 30-45°, служащая для направления воздушного потока на рабочую поверхность лопасти 2, 10 - подвижная направляющая плоскость с плавным загибом - 10а на угол 30-45° с отверстиями - 10в, 11 - плоская пружина, на которой вращается подвижная направляющая плоскость - 10 на угол 70-90° - 10с, 12 - подпружиненный шарик, скользящий по синусоидальной плоскости - 12а, имеющей максимальные /стопорные/ углубления в начальном и конечном положениях, концы лопастей механически замкнуты кольцом, причем нижняя сторона лопасти снабжена массивным инерционным ободом - 6, 13 - постамент РВЭС, 7 - генератор, 14 - преобразователь, 15 - коммутатор, 8 - компрессор, 18 - баллоны, 17 - регулятор давления, 5, 5а - внешний вертикальный образ РВЭС и ротора.

Модуль состоит из ротора 1 с вертикальной осью вращения и лопастями 2 и направляющего аппарата, который имеет неподвижную плоскость 9 с плавным загибом 9а и подвижную плоскость 10, выполненную с поворотом вокруг оси в виде плоской пружины 11 и имеющую плавные загибы 10а концов в разные стороны на угол 30-45° с отверстиями 10в, служащие для повышения аэродинамического сопротивления при снежном буране и поворачивающие направляющую плоскость 10 при скорости ветра более 10 м/сек, когда при нормальном ветре поворот происходит при скорости ветра более 15 м/сек. Поворот регламентируется /проект/ подпружиненным шариком 12, который продвигается по поверхности 12а, имеющей синусоидальную насечку с максимальными углублениями в начальном /нулевом/ положении и конечном положении /не показано/. При отсутствии сильного ветра направляющая 10 устанавливается пружиной 11 в свое начальное положение. Концы лопасти 2 плавно загнуты на угол 45-60° для использования центробежного потока в рабочем направлении, лопасть при этом может формироваться из двух плоскостей - 2в. Для снижения свободных колебаний /шумов/ концы лопастей 2 механически замкнуты кольцом, причем нижняя сторона лопасти 2 снабжена массивным инерционным ободом 6, служащим для поддержания оборотов ротора при периодическом снижении скорости ветра на время от 2-х до 3-х мин. Внешний вид РВЭС и его ротора образуются /проект/ в форме цилиндра или в форме параболы y₁=K₁X², где 3≤K₁≥1, учитывая предпочтительно уменьшение скорости ветра у поверхности земли, тогда масса ветра может быть уравнена на ротор по всей высоте.

Количество лопастей ротора и плоскостей направляющего аппарата устанавливается не менее 6 шт., они предпочтительно изготавливаются из композиционных материалов, при этом длина лопасти выбирается не более 1 м, а общая длина направляющего аппарата 1,5-2 м.

Воздушный поток со скоростью V поступает через направляющий аппарат - 10, 9, несколько повышая скорость в сужающемся раструбе, образованном загибом 9а конца неподвижной направляющей 9, который направляет поток непосредственно на рабочую плоскость лопасти 2, выполненной в форме цилиндрической параболы с фокусом, лежащим близко к оси вращения. Загиб 2а конца лопасти 2 повышает приемистость по сравнению с /1/ более 5%. Лопасть 2 вращает ротор, который вращает ось электрогенератора 7, который через преобразователь 14 и через коммутатор 15 выдает напряжение в сеть. Ротор также вращает ось компрессора 8, который подкачивает баллоны 18 и через регулятор давления воздух по необходимости может подаваться к ротору и направляющему аппарату, обеспечивая продувку от снега или для поддержки вращения ротора при ослаблении силы ветра в течение 1-2 часов, в зависимости от емкости баллонов. Лопасти ротора механически замкнуты кольцом для снижения свободных колебаний не менее чем в трех местах, причем нижнее кольцо имеет массивный обод 6 для поддержания оборотов при снижении силы ветра на 1-3 мин. При сильном ветре, снежном буране подвижная плоскость 10 направляющего аппарата поворачивается вокруг оси на максимальный угол 10с, перекрывая раструб с наиболее сильным потоком ветра - 15 м/сек и потоком ветра со снегом - 10 м/сек при забивке отверстий - 10в, при этом поворот может происходить в разные стороны, так как концы плоскостей 10 также направлены в разные стороны - 10а. Приведенные сравнительные испытания с /1/ на изготовленных макетах лопастей показали повышение ветроотдачи более 10%.

Источники информации

1. RU 2215898, 10.03.2003.

2. RU 2074980, 10.03.1997.

Роторная ветроэлектростанция, выполненная в виде модуля, состоящего из ротора с вертикальной осью вращения и соединенного с ним кольцевого направляющего аппарата, отличающаяся тем, что лопасти ротора выполнены в форме цилиндрической параболы по канонической формуле: y²=2РX, где 3≤P≥1, с загибом конца лопасти на угол 45-60°, направляющий аппарат выполнен из неподвижной плоскости с плавно загнутым концом на угол 30-45° для направления воздушного потока на лопасть и подвижной вращающейся плоскости с двумя плавными загибами ее концов в противоположные стороны на угол 30-45° и с отверстиями на загибах, при этом концы лопастей механически замкнуты кольцом, причем внизу кольцо имеет инерционный обруч.