ветроэнергетическая установка. Ветроэнергетическая установкаВетроэнергетические установки: устройство и технические характеристикиуже прочитали: 222 Энергоснабжение регионов России распределено крайне неравномерно. Имеются энергоизбыточные регионы, обладающие большими возможностями в обеспечении регионов, есть и районы с нехваткой энергоресурсов, нуждающиеся в поставках извне. Примечателен факт, что местности без электроснабжения встречаются в обоих категориях регионов, независимо от общей обеспеченности. Поэтому населению таких пунктов приходится изыскивать способы решения вопроса своими средствами. Наиболее частым методом решения вопроса являются дизельные электростанции, которые обходятся довольно дорого и нуждаются в постоянных поставках топлива. Расходы на обслуживание и заправку таких устройств вынуждают вести поиск альтернативных источников. В последнее время внимание потребителей все чаще бывает сосредоточено на ветрогенераторах, так как этот источник абсолютно бесплатный, присутствует повсеместно, обладает большими возможностями в сфере энергетики. Что такое ветроэнергетические установки?Ветроэнергетические установки представляют собой комплексы оборудования, предназначенного для выработки, подготовки и снабжения потребителей электрическим током. Поскольку ветер является бесплатным источником энергии, все расходы на выработку тока сводятся к первоначальным вложениям на приобретение (или создание) ветрогенератора и смежного оборудования и последующее обслуживание. Если сравнивать затраты на проведение линии электропередач или кабеля до отдаленных пунктов, то экономический эффект от использования ВЭУ в большинстве случаев оказывается довольно высоким. При этом, следует учитывать большую разницу в стоимости крупных ВЭУ и небольших установок, действующих в пределах одной усадьбы. Частой ошибкой, допускаемой при расчетах экономической выгоды от использования ВЭУ, является рассматривание лишь одного варианта реализации методики — создания локальных энергетических комплексов (ЛЭК). Они рассматриваются только как энергоустановки местного значения, обеспечивающие энергией весь населенный пункт. Отсюда возникают высокие расходы на приобретение, потребность в дорогостоящем обслуживании и материалоемкость устройства. Частные источники, способные обеспечить энергией отдельный дом, практически не рассматриваются, из виду упускается наиболее эффективный и необходимый сектор ветрогенераторов. Достоинства и недостатки ВЭУПреимуществами ВЭУ являются:
Важно! Как достоинства, так и недостатки ВЭУ являются их специфическими характерными качествами. При отсутствии других возможностей имеющиеся недостатки попросту устраняются принятием соответствующих мер. Единственным действительно серьезным препятствием, ограничивающим использование ветрогенераторов, является высокая стоимость промышленных установок. Создание самодельных устройств требует определенных навыков и некоторой подготовки, что также замедляет распространение ветроэнергетических устройств среди населения. Принцип работы ветроэнергетических установокВетроэнергетическая установка представляет собой комплекс оборудования, в состав которого входят:
Внимание! Имеется много вариантов конструкции ветряков, но общий состав установки практически неизменен. Принцип действия ветроустановок основан на использовании энергии ветра. Поток воздействует на лопасти рабочего колеса, приводя их во вращение. Оно передается на генератор, производящий электроток. Генератор заряжает аккумуляторы, напряжение с которых подается на инвертор, создающий переменный ток 220 В 50 Гц, необходимый для потребителей. Существуют отдельные ветряки, питающие насосы или иные несложные устройства, которые подают напряжение напрямую на потребляющий прибор. Но, при возникновении нештатных ситуаций, например, внезапном усилении ветра, потребитель может выйти из строя вследствие резкого скачка напряжения. В последнее время значительно увеличился интерес к ветроэнергетике со стороны изобретателей и конструкторов. Постоянно появляются новые конструкции, которые обладают все большими возможностями. В частности, ведутся активные поиски способов увеличения КПД ветряка, и некоторые варианты имеют весьма высокие показатели по сравнению с применяющимися в настоящее время промышленными образцами ВЭУ. Учитывая, что максимальное использование энергии ветрового потока согласно расчетам не может превышать 59,3%, а реальное использование намного ниже и составляет от 10%, то возможности для увеличения эффективности установок весьма высоки. Виды оборудованияСуществует две группы ВЭУ, отличающиеся друг от друга положением оси вращения рабочего колеса:
При этом, эффективность горизонтальных ветряков в целом выше, чем у вертикальных устройств. Это происходит потому, что лопасти вертикальных роторов испытывают как полезное воздействие на рабочие части, так и противодействующие нагрузки на обратные стороны. Снижение уравновешивающего воздействия потока на обратные стороны лопастей является основной задачей конструкторов, пытающихся разработать наиболее удачную форму рабочего колеса. Существуют опытные образцы, обеспечивающие высокую эффективность использования потока, но широкого производства таких устройств пока не наблюдается. УстройствоОбщий состав комплекса практически одинаков и различается только типом конструкции ветряка. Горизонтальные ветрогенераторыУстановки с горизонтальной осью вращения имеют практически одну конструкцию. Они представляют собой горизонтальную ось с хвостом и ротором на противоположных концах. Ось имеет возможность свободного вращения вокруг вертикальной оси, необходимое для установки ротора по направлению ветра. Это происходит автоматически, при помощи хвоста. Ротор представляет собой род пропеллера, вращающегося при воздействии ветрового потока на лопасти. Принципиального различия между разными моделями горизонтальных ветряков нет. Они отличаются типом лопастей: Первые сделаны из прочного материала, вторые представляют собой жесткую рамку, обтянутую плотной тканью или подобным материалом. Кроме того, имеются образцы с различной формой лопасти: Имеются парусные модели, созданные для получения максимального эффекта от воздействия ветрового потока. Они не имеют вращающихся частей, поверхность паруса создает давление на поршневую систему, взаимодействующую с генератором.Ротор горизонтальной конструкции нуждается в установке на высокую мачту. Это увеличивает эффективность получения ветровой энергии, но осложняет процесс монтажа и обслуживания устройства. Мачта должна быть надежно закреплена и усилена растяжками, чтобы имелась возможность выдерживать ураганные порывы ветра. Высота мачты выбирается таким образом, чтобы ветряк возвышался над всеми ближайшими зданиями и сооружениями. При этом, место установки также выбирается на возвышении, что позволяет снизить высоту мачты и облегчает монтаж.
Вертикальные ветрякиВетрогенераторы вертикальных конструкций имеют меньшую эффективность использования потока ветра, но с точки зрения эксплуатации они намного предпочтительнее. Их преимущества:
Внимание! Вертикальные конструкции ветрогенераторов намного доступнее для самостоятельного изготовления, что явилось причиной появления большого количества вариантов конструкции.
Особенности конструкцииОсновная особенность конструкции ВЭУ — наличие подвижного ротора, передающего вращающий момент на генератор. Этот узел является наиболее ответственным во всей конструкции, требующим качественного изготовления, прочности и устойчивости к нагрузкам. Кроме того, помимо надежности, ротор должен достаточно чутко реагировать на контакт с ветровыми потоками и начинать вращение при относительно слабых значениях. Это особенно важно, если учитывать особенности климата России, где преобладают слабые и средние ветра. Способность стартовать при малых ветрах высоко ценится у ветрогенераторов, большинство разработок создано именно для увеличения чувствительности к малым потокам. Нестабильность и слабые скорости ветра являются основными причинами недостаточного развития ветроэнергетики в России. Расходы на альтернативные источники электроснабжения чаще всего выше, чем на традиционные методы, что объясняет малое присутствие ВЭУ. При этом, решение вопроса с помощью дизельных электростанций способствует отрицательному воздействию на окружающую среду в виде выбросов продуктов горения топлива. Использование дармовой энергии ветра при правильно распределенных вложениях и применении наиболее эффективных конструкций способно дать немалый экономический эффект и способно решить проблему для регионов с недостаточным энергоснабжением. Технические характеристикиК основным техническим характеристиками ВЭУ относятся:
Ветроэнергетические установки являются перспективным вариантом решения проблемы энергообеспечения для отсталых регионов. При грамотном подходе и использовании оптимального комплекта оборудования, можно создавать как мелкие станции, обеспечивающие отдельные жилые дома, так и более крупные установки, способные снабжать энергией населенные пункты. Возможность производства энергии без нанесения ущерба экологии региона должна ставиться в первоочередные задачи, и ветроэнергетика в этом отношении является наиболее удачным вариантом решения проблем. Вконтакте Google+ Одноклассники energo.house ветроэнергетическая установка - патент РФ 2390654Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроэнергетическая установка содержит по меньшей мере один роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения. Он выполнен в виде модуля с возможностью вертикальной сборки модулей. Роторный ветрогенератор включает прикрепленные к несущему цилиндру и выполненные плоскими лопасти ротора ветротурбины, размещенного внутри неподвижной системы ветронаправляющих экранов в виде вертикальных отклоняющих пластин. Ветронаправляющие экраны выполнены с возможностью изменения площади вертикальных отклоняющих пластин за счет телескопического перемещения их подвижного сектора, который может быть размещен как внутри них, так и параллельно им. Лопасти ротора ветротурбины снабжены завихрителями, выполненными в виде цилиндрически изогнутых полосок. Размещение лопастей ротора ветротурбины относительно несущего цилиндра выполнено с образованием вдоль их основания между ними и несущим цилиндром щелевого диффузора. В случае назначения ветроэнергетической установки для выработки электроэнергии, на каждом из торцов ветротурбины установлен распределенный магнитоэлектрический генератор. Ветроэнергетическая установка обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с известными аналогичными, в том числе за счет повышения коэффициента полезного действия и возможности работы при низких скоростях ветра. 7 з.п. ф-лы, 7 ил. Изобретение относится к области ветроэнергетики и может использоваться в ветроэнергетических установках для выработки энергии, в том числе электроэнергии. Известны ветроэнергетические установки, содержащие ротор ветротурбины с преимущественно криволинейными лопастями и ветронаправляющий аппарат, полностью или частично охватывающий ротор ветротурбины и состоящий из преимущественно изогнутых отклоняющих пластин (лопаток), при этом обеспечивается плавное натекание ветрового потока на криволинейные лопасти ротора ветротурбины (например, SU 1721285 А1, 1992; RU 2215898 C1, 2003; US 6309172 B1, 2001; DE 19739921, 1999; GB 2049066 A, 1980; FR 2811720 A1, 2002; EP 1096144 A2, 2001; WO 91/19093, 1991). Однако все они недостаточно эффективны, не позволяя достичь наибольшего коэффициента полезного действия и не обеспечивая работу при малых значениях скорости ветра. Из известных устройств наиболее близким к заявленному является ветроэнергетическая установка, содержащая по меньшей мере один роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения, выполненный в виде модуля с возможностью вертикальной сборки модулей, включающий прикрепленные к несущему цилиндру лопасти ротора ветротурбины, размещенного внутри выполненной соосно с ротором ветротурбины неподвижной системы ветронаправляющих экранов, выполненной в виде вертикальных отклоняющих пластин (RU 2249722 C1, 2005). В этой ветроэнергетической установке лопасти ротора ветротурбины выполнены в форме аэродинамических крыльев (изогнутыми). Вертикальные отклоняющие пластины также выполнены в форме аэродинамических крыльев так, что они своими вогнутыми поверхностями ориентированы в противоположном окружном направлении по отношению к вогнутым поверхностям лопастей ротора ветротурбины. В нижней части роторного ветрогенератора на валу, связанном с несущим цилиндром (валом ротора ветрогенератора), установлен блок электрогенераторов, при этом предусмотрена установка такого блока только на одном (нижнем) модуле. Такая ветроэнергетическая установка обладает недостаточно высокой эксплуатационной эффективностью, в том числе из-за недостаточно высокого достигаемого коэффициента полезного действия и неэффективной работе установки при низких скоростях набегающего потока воздуха, а также из-за невозможности в полной мере реализовать преимущества модульного построения установки при ее использовании для выработки электроэнергии. Конструкция такой ветроэнергетической установки не позволяет ей достичь высокого коэффициента полезного действия, в особенности при минимальном воздушном потоке, что связано с неэффективной работой неподвижной системы ветронаправляющих экранов и лопастей ротора ветротурбины. Кроме того, в установке, состоящей из нескольких модулей (роторных ветрогенераторов) и предназначенной для выработки электроэнергии, наличие одного электрогенераторного блока только на одном (нижнем) модуле, ограничивает ее возможности и также не позволяет достичь высокого коэффициента полезного действия. Задача, решаемая изобретением, состоит в создании ветроэнергетической установки, лишенной недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении эксплуатационной эффективности ветроэнергетической установки, в том числе за счет повышения ее коэффициента полезного действия и возможности работы при малых скоростях ветра. Это достигается тем, что в ветроэнергетической установке, содержащей по меньшей мере один роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения, выполненный в виде модуля с возможностью вертикальной сборки модулей, включающий прикрепленные к несущему цилиндру лопасти ротора ветротурбины, размещенного внутри выполненной соосно с ротором ветротурбины неподвижной системы ветронаправляющих экранов, выполненной в виде вертикальных отклоняющих пластин, ветронаправляющие экраны выполнены с возможностью изменения площади каждой из вертикальных отклоняющих пластин за счет телескопического перемещения их подвижного сектора, лопасти ротора ветротурбины, выполненные плоскими, снабжены завихрителями, выполненными в виде цилиндрически изогнутых полосок, а размещение лопастей ротора ветротурбины относительно несущего цилиндра выполнено с образованием вдоль их основания между ними и несущим цилиндром щелевого диффузора. Подвижной сектор вертикальных отклоняющих пластин может быть размещен внутри них или параллельно плоскости вертикальных отклоняющих пластин в прижатом к ним состоянии. Вертикальные отклоняющие пластины могут быть выполнены изогнутыми радиально вдоль вертикальной оси, при этом лопасти ротора ветротурбины размещены радиально от оси вращения ротора ветротурбины. Вертикальные отклоняющие пластины могут быть выполнены плоскими с возможностью поворота вокруг оси на внешней кромке неподвижной системы ветронаправляющих экранов до установленных в ней стопоров, при этом лопасти ротора ветротурбины размещены по касательной к несущему цилиндру. На каждом из торцов ветротурбины может быть установлен распределенный магнитоэлектрический генератор. Модули ветроэнергетической установки в сборке могут быть выполнены с общей осью вращения или с раздельными осями вращения. Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков. На фиг.1 показан внешний вид варианта выполнения ветроэнергетической установки из двух модулей. На фиг.2 показана в разрезе ветроэнергетическая установка с изогнутыми вертикальными отклоняющими пластинами, а на фиг.3 - с плоскими. Фиг.4 иллюстрирует выполнение на лопастях ротора ветрогенератора завихрителей. Фиг.5 иллюстрирует выполнение вертикальных отклоняющих пластин с подвижным сектором, размещенным внутри них, а фиг.6 - выполнение вертикальных отклоняющих пластин с подвижным сектором, размещенным параллельно их плоскости. На фиг.7 показана структурная схема ветроэнергетической установки с распределенными магнитоэлектрическими генераторами. Ветроэнергетическая установка содержит по меньшей мере один роторный ветрогенератор 1 с вертикальной осью вращения, выполненный в виде модуля с возможностью вертикальной сборки модулей (фиг.1). Модули в сборке могут быть выполнены преимущественно с общей осью вращения, а также с раздельными осями вращения. Нижний из роторных ветрогенераторов 1 установлен преимущественно на штанге 2. Установка последующих модулей один на другой выполнена, например, посредством тороидального крепежного кольца 3. Верхний роторный ветрогенератор 1 преимущественно снабжен в своей верхней части обтекателем (крышкой) 4. Роторный ветрогенератор 1 включает прикрепленные к несущему цилиндру 5 лопасти 6 ротора ветротурбины, который размещен внутри выполненной соосно с ротором ветротурбины системы ветронаправляющих экранов, выполненных в виде вертикальных отклоняющих пластин 7. Вертикальные отклоняющие пластины 7 закреплены между горизонтально расположенными крепежными тороидальными кольцами 3. Ветронаправляющие экраны выполнены с возможностью изменения площади каждой из вертикальных отклоняющих пластин 7 за счет телескопического перемещения их подвижного сектора 8 из отклоняющих пластин 7 (фиг.5) или параллельно их плоскости в прижатом к ним состоянии (фиг.6). Перемещение (выдвижение) подвижного сектора 8 может быть осуществлено, например, посредством электромагнитной червячной передачи, например, с использованием направляющих полозьев (не показаны). Лопасти 6 ротора ветротурбины выполнены плоскими и снабжены завихрителями 9, выполненными в виде цилиндрически изогнутых полосок (фиг.4). Размещение лопастей 6 ротора ветротурбины относительно несущего цилиндра 5 выполнено с образованием вдоль их основания между ними и несущим цилиндром 5 щелевого диффузора 10 (фиг.4). Роторный ветрогенератор 1 может быть выполнен в двух вариантах. В первом из них вертикальные отклоняющие пластины 7 выполнены изогнутыми радиально вдоль вертикальной оси, при этом лопасти 6 ротора ветротурбины размещены радиально от оси вращения ротора ветротурбины (фиг.2). Во втором варианте вертикальные отклоняющие пластины 7 выполнены плоскими с возможностью поворота вокруг оси на внешней кромке неподвижной системы ветронаправляющих экранов до установленных в ней стопоров (фиксаторов) 11 (фиг.3). На каждом из торцов ветротурбины роторного ветрогенератора 1 может быть установлен распределенный магнитоэлектрический генератор 12 (фиг.7). Каждый из них представляет собой ряд электромагнитных катушек 13, которые вместе с разомкнутым контуром магнитопровода закреплены на крепежных тороидальных кольцах 3, при этом на верхнем и нижнем торцах ротора ветротурбины установлены постоянные магниты-индукторы 14. Ветроэнергетическая установка может быть преимущественно снабжена блоком контроля скорости ветра, а также выполненным механическим или электромеханическим тормозным узлом на оси вращения ротора ветротурбины (не показаны). Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Ветровой поток поступает на вертикальные отклоняющие пластины 7, ускоряется на них и перетекает на лопасти 6 ротора ветротурбины, в результате чего роторный ветрогенератор совершает полезную работу за счет вращения ротора ветротурбины. Отклоняющие пластины 7 изменяют вектор скорости потока воздуха, оптимизируя угол его подачи на лопасти 6 ротора ветротурбины. Выполнение ветронаправляющих экранов с изменяемой площадью позволяет понизить разгонную скорость воздушного потока и дополнительно оптимизировать скорость вращения ротора ветротурбины. В случае пониженной скорости ветрового воздушного потока подвижной сектор 8 выдвигается, увеличивая эффективную площадь вертикальных отклоняющих пластин 7, в результате чего захватывается более значительная масса потока воздуха и возрастает скорость вращения ротора ветротурбины. Это позволяет обеспечить эффективную работу установки уже при скорости воздушного потока от 3 м/с. После изменения направления воздушного потока вертикальными отклоняющими пластинами 7 он оказывает прямое давление на лопасти 6 ротора ветротурбины, между которыми создается зона повышенного давления, на которой воздушный поток может «срываться», уменьшая эффективную площадь работы лопастей 6 ротора ветротурбины. Избежать этого позволяет создание щелевого диффузора 10 вдоль основания лопастей 6 ротора ветротурбины, который позволяет постоянно удалять уплотнение воздуха из области межлопастного пространства. Через щелевой диффузор 10 избыток давления перетекает в залопастное пространство в область пониженного давления с образованием вихревой области. Это сопровождается повышением эффективности отбора энергии набегающего потока воздуха и соответственно повышением коэффициента полезного действия ветроэнергетической установки. Размер щелевого диффузора 10 для конкретных конструкций установок подбирается экспериментальным путем, например, посредством опытного стенда. Для дополнительно отбора энергии механического движения потока воздуха, в том числе той его части, которая соскальзывает с лопастей 6 ротора ветротурбины после их поворота на некоторый угол, служат завихрители 9. При этом на цилиндрически изогнутых полосках завихрителей 9 на плоских лопастях 6 ротора ветротурбины происходит закручивание набегающего на них потока воздуха, что приводит к торможению потока, и, как следствие, к отбору дополнительной энергии от воздушного потока и передаче его ротору ветротурбины, что также вносит вклад в повышении коэффициента полезного действия ветроэнергетической установки. Схемы движения воздушных потоков показаны стрелками на фиг.4, 5, 6. В случае использования ветроэнергетической установки для выработки электроэнергии, она снабжается распределенными магнитоэлектрическими генераторами, которые при простоте своей конструкции наиболее приспособлены для реализации модульного принципа построения ветроэнергетической установки. При этом каждый ее модуль самостоятельно вырабатывает электрическую энергию, которая суммируясь, позволяет увеличить мощность генерации электроэнергии одной ветроэнергетической установкой. Выполнение ветроэнергетической установки в соответствии с изобретением позволяет повысить ее эксплуатационную эффективность. По сравнению с известными аналогичными установками обеспечивается повышение коэффициента полезного действия на 10-15% и возможность работы при скорости воздушных потоков от 3 м/с. Функционирование ветроэнергетической установки не зависит от направления ветра, она устойчива к резким его порывам и требует минимальной площади для установки. Реализованный в ней модульный принцип построения упрощает конструкцию и позволяет легко наращивать ее суммарную мощность. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Ветроэнергетическая установка, содержащая по меньшей мере один роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения, выполненный в виде модуля с возможностью вертикальной сборки модулей, включающий прикрепленные к несущему цилиндру лопасти ротора ветротурбины, размещенного внутри выполненной соосно с ротором ветротурбины неподвижной системы ветронаправляющих экранов, выполненной в виде вертикальных отклоняющих пластин, отличающаяся тем, что ветронаправляющие экраны выполнены с возможностью изменения площади каждой из вертикальных отклоняющих пластин за счет телескопического перемещения их подвижного сектора, лопасти ротора ветротурбины, выполненные плоскими, снабжены завихрителями, выполненными в виде цилиндрически изогнутых полосок, а размещение лопастей ротора ветротурбины относительно несущего цилиндра выполнено с образованием вдоль их основания между ними и несущим цилиндром щелевого диффузора. 2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что подвижной сектор вертикальных отклоняющих пластин размещен внутри них. 3. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что подвижной сектор вертикальных отклоняющих пластин размещен параллельно плоскости вертикальных отклоняющих пластин в прижатом к ним состоянии. 4. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что вертикальные отклоняющие пластины выполнены изогнутыми радиально вдоль вертикальной оси, при этом лопасти ротора ветротурбины размещены радиально от оси вращения ротора ветротурбины. 5. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что вертикальные отклоняющие пластины выполнены плоскими с возможностью поворота вокруг оси на внешней кромке неподвижной системы ветронаправляющих экранов до установленных в ней стопоров, при этом лопасти ротора ветротурбины размещены по касательной к несущему цилиндру. 6. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на каждом из торцов ветротурбины установлен распределенный магнитоэлектрический генератор. 7. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что модули в сборке выполнены с общей осью вращения. 8. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что модули в сборке выполнены с раздельными осями вращения. www.freepatent.ru ветроэнергетическая установка - это... Что такое ветроэнергетическая установка? ветроэнергетическая установка ветроэнергети́ческая устано́вка (ВЭУ), комплекс устройств и оборудования, предназначенный для преобразования энергии ветрового потока в другой вид энергии, удобный для практического использования. Обычно ВЭУ представляет собой высокую мачту, на вершине которой установлен ветродвигатель, соединённый передачей с рабочей машиной (напр., насосом или электрогенератором), преобразующей энергию ветра в определённый вид практической работы: перекачивание воды, получение тепла, электроосвещение и т. п. Кроме того, в составе установки предусматривается размещение устройств, запасающих энергию, напр. водосборники, аккумуляторы и др. Для обеспечения потребителей электроэнергией во время безветрия обычно используют резервный двигатель внутреннего сгорания. Различают ВЭУ специального назначения (насосные, опреснительные, зарядные и т. п.) и универсальные (ветросиловые и ветроэлектрические). Силовые ВЭУ преобразуют ветровую энергию в механическую, которая с помощью трансмиссии передаётся на рабочую машину. На электрических ВЭУ (ветроэлектростанциях) вырабатывается электрический ток, который передаётся на электродвигатели исполнительных машин. Установленная мощность ВЭУ зависит гл. обр. от диаметра рабочего колеса ветродвигателя и скорости ветра.Ветроэнергетическая установка Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006. .
Смотреть что такое "ветроэнергетическая установка" в других словарях:
dic.academic.ru Ветроэнергетическая установка - это... Что такое Ветроэнергетическая установка?комплекс технических устройств для преобразования кинетической энергии ветрового потока в какой-либо др. вид энергии. В. у. (см. блок-схему, рис. 1) состоит из ветроагрегата (ветродвигатель 1 в комплекте с одной или несколькими рабочими машинами 2) (рис. 2), аккумулирующего или резервирующего устройства 3, в ряде случаев дублирующего неветрового двигателя 4 и систем 5 автоматического управления и регулирования режимов работы. В качестве аккумулирующего устройства часто применяют наполняемую водой ёмкость или батареи электрохимических аккумуляторов; для кратковременного запаса энергии и выравнивания потребляемой мощности при небольших изменениях скорости ветра — инерционные аккумуляторы. Дублирующий двигатель (обычно двигатель внутреннего сгорания) используют в периоды безветрия и в тех случаях, когда из-за снижения скорости ветра мощность, развиваемая ветродвигателем, становится ниже номинальной либо недостаточна для питания электроэнергией всей присоединённой нагрузки. Системы автоматического управления и регулирования служат для включения и выключения ветродвигателя (в зависимости от режимов ветра и нагрузки, степени заполнения водой емкости или заряда аккумулятора), для контроля за работой главных элементов В. у., согласования режимов совместной или параллельной работы ветряного и теплового двигателей и др. Различают В. у. специального назначения (насосные, или водоподъёмные, электрические зарядные, мельничные, опреснительные и т.п.) и комплексного применения (ветросиловые и ветроэлектрические). В силовых В. у. от механической трансмиссии ветродвигателя приводятся в движение исполнительные машины, в электрических В. у. вырабатываемая электроэнергия передаётся на электродвигатель исполнительной машины. В зависимости от типа и характеристик ветродвигателей и рабочих машин В. у. могут быть тихоходными, средней быстроходности и быстроходными. Установленная (расчётная) мощность В. у. зависит, главным образом, от диаметра ветроколеса и значения расчётной скорости ветра. Известны В. у. мощностью от 100 вт до 1000 квт. В отличие от др. энергетических установок, В. у. работает с постоянно изменяющимися в широких пределах мощностью и частотой вращения ветроколеса. См. также Ветроэнергетика.
Лит.: Фатеев Е. М., Ветродвигатели и ветроустановки, 2 изд., М., 1957: его же, Ветросиловые установки, М., 1959; Шефтер Я. И. и Рождественский И. В., Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты, М., 1967. Я. И. Шефтер. Рис. 2. Ветроагрегат «Буран» с ленточным водоподъёмником и электрическим генератором. Рис. 1. Блок-схема ветроэнергетической установки: 1 — ветродвигатель; 2 — рабочая машина; 3 — аккумулирующее или резервирующее устройство; 4 — дублирующий двигатель; 5 — системы автоматического управления и регулирования режимов работы. Пунктиром обведены узлы, составляющие ветроагрегат. dic.academic.ru ДР: Деловая РоссияRU / EN+
deloros.ru Ветроэнергетическая установка
Ветроэнергетическая установка относится к энергетике и обеспечивает преобразование энергии ветра в электрическую или иную энергию. Технический результат заключается в повышении эффективности известных установок за счет ступенчатого преобразования энергии воздушных потоков и обеспечивается тем, что ветроэнергетическая установка выполнена в виде установленного на опоре энергоагрегата, содержащего по крайней мере одну турбину с сопловым аппаратом, механически связанную с генератором, центральную оболочку, кольцевую переднюю оболочку с по крайней мере одним входным каналом турбины, образующую с центральной оболочкой выходной канал турбины, а также кольцевую наружную оболочку, образующую с центральной оболочкой диффузорный выходной канал, причем энергоагрегат снабжен дополнительной кольцевой оболочкой, образующей с внешними поверхностями передней и центральной оболочек сужающе-расширяющийся первый промежуточный канал, сообщенный в промежуточной части с выходным каналом турбины, а с внутренней поверхностью наружной оболочки - второй промежуточный канал, сообщенный вместе с первым промежуточным каналом с диффузорным выходным каналом. 13 з.п. ф-лы, 7 ил. Данное изобретение относится к энергетике и представляет собой ветроэнергетическую установку, т. е. установку для преобразования энергии ветра в электрическую или иную энергию для использования в промышленности, в сельском хозяйстве и т.п. Известны ветроэнергетические установки, использующие кинетическую энергию воздушных потоков путем прямого силового воздействия ветра на лопасти ветроколеса или турбины [1]. Для повышения эффективности известных установок изменяют давление входного потока перед ветроколесом, применяя диффузоры и другие конструкции различной геометрической формы, направляющие воздушные потоки. Установки, преобразующие кинетическую энергию воздушных потоков путем непосредственного воздействия на ветроколесы, роторы Дарье и другие, имеют существенный недостаток - на лопасти воздействует неравномерный воздушный поток, создающий переменные динамические нагрузки, что приводит к нестабильности параметров вырабатываемого электрического тока. Значительные потери энергии связаны с применением мультипликаторов для повышения числа оборотов ротора генератора [1]. Для повышения эффективности ветроэнергетических установок предлагалось использовать двойное воздействие на турбину ускоренного потока и разрежения со стороны выходного канала [2]. Описанная в патенте [2] станция содержит турбину, электрогенератор, узел подвода воздушного потока к турбине, выполненный в виде конфузора, и узел отвода воздушного потока за турбиной, соединенный с зоной пониженного давления. Воздухозаборные части станции образуют каналы, суживающиеся в средней части и выполненные с возможностью ввода внешних воздушных потоков с двух сторон. Разделитель распределяет вошедший в канал воздушный поток по двум каналам - впускному и выпускному. Один поток через впускное отверстие направляется с поворотом на 270o в камеру накапливания, в которой установлены электрический генератор, мультипликатор и турбина. Выхлопной патрубок последней размещен в камере выпуска воздуха. Второй поток, ускоряясь в канале, создает разрежение в суживающейся части канала и обеспечивает выход потока из камеры выпуска через систему воздуховодов с несколькими поворотами в выпускное отверстие. В этой станции имеет место потеря энергии в потоке, поступающем в накопительную камеру и на турбину через выпускное отверстие, вследствие нескольких поворотов потока, создающих неравномерные поля скоростей, давлений и температур в камере накапливания. Кроме того, загромождение входного патрубка турбины мультипликатором усиливает неравномерность потока по периметру входного патрубка турбины. Наличие мультипликатора также вызывает дополнительные механические потери. Неравномерность потока в выпускной камере, поворот потока на 270o от выходного патрубка турбины до выпускного отверстия не позволяют осуществить с высоким КПД преобразование энергии воздушных потоков. Практическое использование описанного устройства в стационарном варианте с установкой на фундаменте крайне ограничено в связи с невозможностью ориентации станции при изменении направления ветра. Приведенный в описании к патенту [2] вариант станции, монтируемой на башне, также не обеспечивает самоориентацию ее по направлению к ветру. Такая конструкция не предусматривает возможность использования энергии обтекающих установку воздушных потоков. Кроме того, каналы ввода и вывода потока в камеры расположены не по всему периметру канала, а либо сбоку, либо в центре установки. По этой причине невозможно использовать внутреннюю энергию потока и его энергию давления. Более совершенной является ветроэнергетическая установка, содержащая внешнюю оболочку, центральное тело, установленное на оси симметрии устройства, внутри которого размещен электрический генератор [3] - прототип. На валу генератора смонтирована турбина, перед которой расположен конфузор. Кольцевые зазоры между центральным телом и обтекателем, внутренней поверхностью внешней оболочки и наружной поверхностью обтекателя и внутренней поверхностью внешней оболочки и поверхностью центрального тела обеспечивают возрастание скорости воздушного потока в минимальных сечениях каналов и позволяют увеличить его кинетическую энергию за счет уменьшения его внутренней энергии и энергии давления. Установка, по существу, имеет две ступени, которые обеспечивают увеличение скорости потока при соответствующем падении давления в минимальных сечениях воздушных каналов. Разгон потоков в минимальных сечениях осуществляется под воздействием энергии разрежения на донном срезе установки и за счет энергии поступающего в сопло воздушного потока (первая ступень) и под воздействием разрежения в выходном сечении выхлопного патрубка воздушной турбины и энергии поступающего во входное сопло турбины воздушного потока (вторая ступень). Однако достижение стабильного режима работы этой установки возможно только при достаточно больших скоростях ветровых потоков. В данном изобретении указанный недостаток в значительной степени устранен тем, что в ветроэнергетической установке в виде установленного на опоре энергоагрегата, содержащего по крайней мере одну турбину с сопловым аппаратом, механически связанную с одним или несколькими генераторами, центральную оболочку, кольцевую переднюю оболочку с по крайней мере одним входным каналом турбины, образующую с центральной оболочкой выходной канал турбины, а также кольцевую наружную оболочку, образующую с центральной оболочкой диффузорный выходной канал, энергоагрегат снабжен дополнительной кольцевой оболочкой, образующей с внешними поверхностями передней и центральной оболочек сужающе-расширяющийся первый промежуточный канал, сообщенный в промежуточной части с выходным каналом турбины, а с внутренней поверхностью наружной оболочки - второй промежуточный канал, сообщенный вместе с первым промежуточным каналом с диффузорным выходным каналом, задняя кромка наружной оболочки совпадает с ее максимальным диаметром, входной канал и турбина расположены по центру передней оболочки, входные каналы и турбины расположены по поперечному периметру в передней оболочке, генератор снабжен обтекателем и расположен перед турбиной, генератор расположен за турбиной в центральной оболочке, турбина снабжена двумя или несколькими генераторами, выходная часть дополнительной оболочки выполнена с возможностью перемещения для изменения сечения смежных каналов, выходная часть передней оболочки выполнена с возможностью перемещения для изменения сечения смежных каналов, на задней кромке в меридиональной плоскости угол наклона касательной к внешней поверхности наружной оболочки составляет 90-120o относительно плоскости донного среза этой оболочки, опора выполнена в виде установленного на вершине колонны шарнира, ось вращения которого расположена по ветровому потоку перед центром ветрового давления энергоагрегата, по крайней мере одна из оболочек заполнена газом, плотность которого меньше плотности окружающей атмосферы, опора выполнена в виде троса, закрепленного на носовой части передней оболочки, трос установлен горизонтально или наклонно и концы его закреплены на искусственных или естественных высотах, а на энергоагрегате укреплены крылья. На фиг. 1 представлен энергоагрегат ветроэнергетической установки; на фиг. 2 - вариант энергоагрегата с несколькими турбинами; на фиг. 3 - аксонометрическая проекция энергоагрегата по фиг.2; на фиг. 4 - шарнирное крепление энергоагрегата на колонне; на фиг. 5 - крепление к тросу энергоагрегата в аэростатном исполнении; на фиг. 6 - вид энергоагрегата с крыльями; на фиг. 7 - крепление энергоагрегата на горизонтальном или наклонном тросе. Ветроэнергетическая установка выполнена в виде установленного на опоре энергоагрегата, содержащего по крайней мере одну турбину 1 с сопловым аппаратом 2. Вал турбины 1 механически связан с генератором 3. Под термином "генератор" здесь следует понимать не только генератор электрического тока, но любое устройство для преобразования механической энергии в любой вид энергии, удобной для использования в конкретных обстоятельствах. Это может быть, например, насос в системе гидропривода, компрессор пневмопривода и т. п. Энергоагрегат содержит также центральную оболочку 4, кольцевую переднюю оболочку 5 с по крайней мере одним входным каналом 6 турбины 1, образующей с центральной оболочкой 4 выходной канал 7 турбины 1, а также кольцевую наружную оболочку 8, образующую с центральной оболочкой 4 диффузорный выходной канал 9. Особенность энергоагрегата состоит в том, что он снабжен дополнительной кольцевой оболочкой 10, образующей с внешними поверхностями передней 5 и центральной 4 оболочек сужающе-расширяющийся первый промежуточный канал 11, сообщенный в промежуточной части с выходным каналом 7 турбины 3, а с внутренней поверхностью наружной оболочки 8 - второй промежуточный канал 12, сообщенный вместе с первым промежуточным каналом 11 с диффузорным выходным каналом 9. Задняя кромка 13 наружной оболочки 8 совпадает с ее максимальным диаметром. В одном из вариантов (см. фиг.1) входной канал 6 и турбина 1 расположены по центру передней оболочки 5. В другом варианте (см.фиг.2) входные каналы 6 и турбины 1 расположены по поперечному периметру в передней оболочке 5. Генератор 3 может быть расположен за турбиной 1, а также перед ней. В последнем случае генератор 3 снабжен обтекателем 14. Во всех вариантах турбина может быть соединена с одним или несколькими генераторами, расположенными как перед турбиной, так и за ней. Выходная часть 15 дополнительной оболочки 10 может быть выполнена с возможностью перемещения (т.е. повороты или осевые перемещения) для изменения сечения смежных каналов 11 и 12, а выходная часть 16 передней оболочки 5 выполнена с возможностью перемещения для изменения сечения смежных каналов 7 и 11. Части 15 и 16 могут быть сконструированы регулируемыми, т.е. с поворотными створками и проставками. На задней кромке 13 в меридиональной плоскости угол наклона касательной к внешней поверхности наружной оболочки 8 составляет 90-120o относительно плоскости донного среза этой оболочки (см.фиг.1). Опора энергоагрегата может быть выполнена в виде установленного на вершине колонны 17 шарнира 18, например, цилиндрического. Ось вращения шарнира расположена по ветровому потоку перед и в одной плоскости с центром ветрового давления Р энергоагрегата. Р является точкой приложения равнодействующей аэродинамических сил, воздействующих на энергоагрегат при обтекании его ветровым потоком. Такое выполнение обеспечивает разворот энергоагрегата на ветер при любом направлении последнего. По крайней мере одна из оболочек энергоагрегата может быть заполнена газом, плотность которого меньше плотности окружающей атмосферы (аэростатное выполнение). В этом случае опора энергоагрегата может быть выполнена в виде троса 19, один конец которого закреплен на земле, а другой - на носовой части передней оболочки 5 (см.фиг.5). Трос 19 может быть установлен горизонтально или наклонно, и концы его закреплены на искусственных или естественных высотах (см.фиг.7). Как показано на фиг.6, на энергоагрегате могут быть укреплены крылья 20 для создания дополнительной подъемной силы при ветре. Оболочки энергоагрегата соединены в единую конструкцию с помощью перемычек 21 и 22, как это показано на фиг.3. Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Свободный воздушный поток, движущийся вдоль поверхности наружной оболочки 8 установки, за счет эжекции создает разрежение на донном срезе установки. Причем зона эффективного влияния этого потока, участвующего в создании разрежения, составляет не менее одного диаметра донного среза установки, т.е. в этом процессе участвует кольцевой воздушный поток, наибольший диаметр которого не менее трех диаметров донного среза установки. Энергию этого потока можно определить при помощи первого закона термодинамики, или рассчитать по формуле для определения упругой энергии газа, или другими известными способами. Поступающий во входное сечение канала 12 воздушный поток обладает определенным запасом энергии, рассчитываемой известными способами. Под воздействием двух потоков энергии со стороны входного канала и со стороны донного среза воздушный поток в минимальном сечении канала 12 в зоне задней кромки 15 дополнительной оболочки 10 достигает максимальной скорости, т. е. кинетическая энергия потока резко возрастает, и этот процесс связан с уменьшением энтальпии потока. Соответственно с ростом скорости происходит понижение давления в этом сечении, величину которого обозначим Р 0 в свободном потоке. Давление в выходном сечении канала 11 также будет равно Р1. Следовательно, на воздушный канал 11 воздействуют также две энергии - одна со стороны выходного сечения канала 11, другая со стороны его входного сечения. Векторы воздействия этих энергий на поток совпадают. Взаимодействие этих энергий приведет к существенному возрастанию скорости в минимальном сечении канала 11 (в зоне задней кромки передней оболочки 5) и соответствующему понижению давления в этой зоне. Так, если условно принять, что давление в выходной части канала 12 составит Р1 = 0,85-0,9 Р0, то давление Р2 в зоне минимального сечения канала 11 составит Р2 = 0,7-0,75 Р0. Давление в выходном сечении воздушного канала 6 также будет равно Р2. В минимальном сечении канала 6 установлена воздушная турбина 1 с направляющим сопловым аппаратом 2, и в этом сечении (на турбине) скорость воздушного потока за счет взаимодействия энергии поступающего в канал 6 воздушного потока и разрежения достигнет максимальной величины - местной скорости звука или близкой к ней. Кинетическая энергия на турбине 1 представляет собой располагаемую работу, которая будет преобразована во вращение турбины 1 и связанных с ней электрических генераторов 3. Процессы преобразования энергии в каналах установки идентичны процессам, происходящим в соплах Лаваля, и минимальное давление потока в рабочей зоне турбины будет равно Р3 = 0,528 Р0 или несколько выше в зависимости от скорости свободного потока. Воздушные турбины работоспособны даже при незначительных перепадах давления, и установка будет работать при скоростях свободного воздушного потока V0 = 5-7 м/с, но количество выработанной электроэнергии будет меньше. Таким образом, в предлагаемой ветроэнергетической установке, в отличие от рассмотренных ранее аналогов (см. [2] и [3] ), появилась возможность использования энергии обтекающих установку ветровых потоков. А в отличие от прототипа [4] более эффективно реализуется ступенчатое преобразование энергии воздушных потоков, обусловленное одновременным взаимодействием на воздушные потоки в каналах как энергий поступающих в каналы потоков, так и энергий разрежения в их выходных сечениях. Предлагаемые ветроэнергетические установки наиболее эффективно использовать в районах с повышенными скоростями ветра, например на островах, морском побережье, в горах и т.п. Установки могут монтироваться в различных вариантах (фиг.7): на колоннах (башнях), подвешиваться гирляндами на тросах, закрепляться на каких-либо опорах (в горном ущелье). В районах, где средние скорости ветра невелики, можно применять аэростатный вариант установки путем заполнения ее герметичных оболочек, например, гелием, или используя подогрев воздуха внутри оболочек, либо используя другие известные способы. Существующий уровень развития электротехники позволяет применять в установке практически без каких-либо изменений серийно выпускаемые промышленностью высокооборотные электрические генераторы, также серийно выпускаются воздушные турбины в комплекте с сопловыми направляющими аппаратами, например, воздушные турбины энергетических установок самолетов и других летательных аппаратов, узлы турбодетандеров и пр. Целесообразно изготавливать турбогенераторные узлы в сборе, т.е. полной заводской готовности для сокращения затрат времени и средств на монтаж установок на месте их эксплуатации. Вес высокооборотного электрогенератора мощностью 1000 кВт не превышает 700 кг, а общий вес турбогенераторного узла такой мощности будет составлять чуть больше одной тонны. Оболочки установок могут изготовляться из различных материалов по давно отработанным технологиям в зависимости от мощности и типа установки - композитных материалов, проката алюминиевых сплавов, пластмасс и других материалов. Оболочки могут быть сборными из сегментов, надувными и пр. Источники информации 1. Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо. - М.: Энергоатомиздат, 1982, с.81-96. 2. Патент Японии 62-11190, кл. F 03 D 1/00, 1987. 3. Описание изобретения к заявке РСТ/RU 00131, опубл. ВОИС 06.11.97 (прототип).Формула изобретения 1. Ветроэнергетическая установка в виде установленного на опоре энергоагрегата, содержащего по крайней мере одну турбину с сопловым аппаратом, механически связанную с генератором, центральную оболочку, кольцевую переднюю оболочку с по крайней мере одним входным каналом турбины, образующую с центральной оболочкой выходной канал турбины, а также кольцевую наружную оболочку, образующую с центральной оболочкой диффузорный выходной канал, отличающаяся тем, что энергоагрегат снабжен дополнительной кольцевой оболочкой, образующей с внешними поверхностями передней и центральной оболочек сужающе-расширяющийся первый промежуточный канал, сообщенный в промежуточной части с выходным каналом турбины, а с внутренней поверхностью наружной оболочки - второй промежуточный канал, сообщенный вместе с первым промежуточным каналом с диффузорным выходным каналом. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что задняя кромка наружной оболочки совпадает с ее максимальным диаметром. 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что входной канал и турбина расположены по центру передней оболочки. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что входные каналы и турбины расположены по поперечному периметру в передней оболочке. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что генератор снабжен обтекателем и расположен перед турбиной либо за турбиной в центральной оболочке. 6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что турбина снабжена двумя или более генераторами и они расположены как перед турбиной, так и за ней. 7. Установка по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что выходная часть дополнительной оболочки выполнена с возможностью перемещения для изменения сечения смежных каналов. 8. Установка по любому из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что выходная часть передней оболочки выполнена с возможностью перемещения для изменения сечения смежных каналов. 9. Установка по любому из пп.1 - 8, отличающаяся тем, что на задней кромке в меридиональной плоскости угол наклона касательной к внешней поверхности наружной оболочки составляет 90 - 120o относительно плоскости донного среза этой оболочки. 10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что опора выполнена в виде установленного на вершине колонны шарнира, ось вращения которого расположена по ветровому потоку перед центром ветрового давления энергоагрегата. 11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере одна из оболочек заполнена газом, плотность которого меньше плотности атмосферы. 12. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что опора выполнена в виде троса, закрепленного на носовой части передней оболочки. 13. Установка по п.12, отличающаяся тем, что трос установлен горизонтально или наклонно, а концы его закреплены на искусственных или естественных высотах. 14. Установка по любому из пп.1 - 13, отличающаяся тем, что на энергоагрегате укреплены крылья.РИСУНКИ Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7www.findpatent.ru Ветроэнергетическая установкаВетроэнергетическая установка (ВЭУ) относится к энергетике и служит для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию. ВЭУ предназначена для применения в промышленности, сельском хозяйстве и т.п. Установка принадлежит к типу ветроустановок с ускорителями ветрового потока, в частности с диффузорными ускорителями. Ветроэнергетическая установка содержит осесимметричный диффузорный ускоритель с лопатками направляющего аппарата, имеющими отклоняемый закрылок, радиально закрепленными неподвижно внутри ускорителя в зоне входа, центральное тело, состоящее из неподвижной носовой части с обтекателем, вращающейся средней части, выполненной в виде ротора электрогенератора с лопатками ветроколеса пропеллерного типа, и хвостовой части. Установка снабжена цилиндрическими обечайками, прикрепленными радиальными стойками к центральному телу с возможностью образования с ним кольцевого зазора, при этом лопатки ветроколеса и направляющего аппарата установлены на обечайках. Технический результат изобретения заключается в повышении коэффициента полезного действия ветроэнергетической установки и снижении ее шумности. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) относится к энергетике и служит для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию. ВЭУ предназначена для применения в промышленности, сельском хозяйстве и т.п. Установка принадлежит к типу ветроустановок с ускорителями ветрового потока, в частности с диффузорными ускорителями. Разработки ветроустановок с диффузорными ускорителями ведутся длительное время. Ранние работы этого направления описаны в книге "Ветроэнергетика" под редакцией Д. де Рензо. - М.: Энергоатомиздат, 1982, с.134-144. Известна ветроэнергетическая установка, содержащая осесимметричный диффузорный ускоритель, составленный, по меньшей мере, из двух соосно расположенных кольцевых крыльев, осесимметричное центральное тело с ротором электрогенератора, ветроколесо с лопатками и цилиндрическую обечайку (WO 00/50769 А1, 31.08.2000). Недостатком указанной известной схемы ветроустановки с диффузорным ускорителем является то, что при ее разработке не учитывалось влияние отбора мощности ветроколесом на течение в диффузоре. Известна, выбранная в качестве прототипа, ветроэнергетическая установка, содержащая осесимметричный диффузорный ускоритель с лопатками направляющего аппарата, имеющими отклоняемый закрылок, радиально закрепленными неподвижно внутри ускорителя в зоне входа, центральное тело, состоящее из неподвижной носовой части с обтекателем, вращающейся средней части, выполненной в виде ротора электрогенератора с лопатками ветроколеса пропеллерного типа, и хвостовой части (US 4075500 A, (OMAN et al.), 21.02.1978). Недостатком прототипа является то, что при разработке этой известной схемы ветроустановки с диффузорным ускорителем не предпринималось попыток ликвидации срыва потока с центрального тела при отборе мощности ветроколесом. Технической задачей изобретения является минимизация отрывных явлений, как на внутренних стенках диффузора, так и с поверхности центрального тела и учет влияния отбора мощности ветроколесом на течение в диффузоре при разработке схемы ветроэнергетической установки с диффузорным ускорителем. Технический результат, получаемый от изобретения, заключается в повышении коэффициента полезного действия ветроэнергетической установки и снижении ее шумности. Поставленная техническая задача решается и технический результат достигается за счет того, что ветроэнергетическая установка содержит осесимметричный диффузорный ускоритель с лопатками направляющего аппарата, имеющими отклоняемый закрылок, радиально закрепленными неподвижно внутри ускорителя в зоне входа, центральное тело, состоящее из неподвижной носовой части с обтекателем, вращающейся средней части, выполненной в виде ротора электрогенератора с лопатками ветроколеса пропеллерного типа, и хвостовой части, при этом новым является то, что она снабжена цилиндрическими обечайками, прикрепленными радиальными стойками к центральному телу с возможностью образования с ним кольцевого зазора, при этом лопатки ветроколеса и направляющего аппарата установлены на обечайках. Кроме того, диффузорный ускоритель может быть выполнен, по меньшей мере, из трех кольцевых крыльев, расположенных вдоль оси друг за другом и имеющих последовательно увеличивающиеся диаметры и углы отклонения хорд профилей от осевого направления, при этом переднее крыло имеет наибольшую толщину и хорду. При этом углы между хордами профилей и осью симметрии ускорителя, начиная с переднего, могут составлять соответственно 4°, 15° и 22°. Неподвижный вал ротора электрогенератора обращенного типа закреплен своей передней частью в носовой части центрального тела. Хвостовая часть центрального тела, служащая хвостовой опорой вала электрогенератора, может быть выполнена в виде обтекателя оживальной формы, неподвижно соединенного со вторым и/или третьим кольцевым крылом ускорителя радиальными обтекаемыми стойками. А также хвостовая часть центрального тела может быть выполнена в виде обтекателя оживальной формы, соединенного с ротором электрогенератора и вращающегося вместе с ним. При разработке предлагаемой схемы ветроэнергетической установки с диффузорным ускорителем, выполненной при помощи математического моделирования турбулентного течения реального газа, учитывается влияние отбора мощности ветроколесом на течение в диффузоре. На основе перебора множества вариантов найдена форма и оптимальные геометрические соотношения элементов установки при наибольшей энергетической нагруженности ветроколеса. При этом реализация ускорения ветрового потока в плоскости вращения нагруженного ветроколеса удается за счет минимизации отрывных явлений, как на внутренних стенках диффузора, так и с поверхности центрального тела. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид ветроэнергетической установки. На фиг.2 показан продольный разрез установки. На фиг.3 показано центральное тело установки. Ветроэнергетическая установка содержит осесимметричный диффузорный ускоритель, составленный из трех кольцевых крыльев 1, 2, 3, расположенных вдоль оси друг за другом и имеющих последовательно увеличивающиеся диаметры и углы отклонения хорд профилей от осевого направления, при этом переднее крыло 1 имеет наибольшую толщину и хорду и является основной несущей конструкцией. В своей нижней части оно шарнирно крепится к башне 4 установки, причем вертикальная ось шарнира проходит впереди центра давления ветра на установку в целом. Два следующих кольцевых крыла 2, 3 относительно небольших хорд и последовательно увеличивающихся диаметров играют роль двухзвенного закрылка, придающего потоку в ускорителе необходимую диффузорность. Переднее крыло 1 снабжено лопатками 5 направляющего аппарата, выполняющими также роль стоек, радиально закрепленных неподвижно внутри крыла 1 в зоне входа. При этом лопатки 5 имеют отклоняемый закрылок 6. Центральное тело состоит из неподвижной носовой части 7 с обтекателем, вращающейся средней части, выполненной в виде ротора электрогенератора 8 с лопатками 9 ветроколеса пропеллерного типа, и хвостовой части 10. Ветроэнергетическая установка снабжена цилиндрическими обечайками 11, 12, прикрепленными радиальными стойками 13 к центральному телу с возможностью образования с ним кольцевого зазора, при этом лопатки 9 и 5 соответственно ветроколеса и направляющего аппарата установлены на обечайках 12, 11. При выполнении дифференциального ускорителя из трех кольцевых крыльев 1, 2 и 3 углы между хордами профилей и осью симметрии ускорителя, начиная с переднего, составляют соответственно 4°, 15° и 22°. Неподвижный вал 14 электрогенератора 8 обращенного типа закреплен в носовой части 7 центрального тела. Хвостовая часть 10, служащая хвостовой опорой вала электрогенератора 8, выполнена в виде обтекателя оживальной формы и неподвижно соединена со вторым и/или третьим кольцевым крылом ускорителя дополнительными радиальными обтекаемыми стойками (на чертеже не показаны). Хвостовая часть 10, выполненная в виде обтекателя оживальной формы, может быть соединена с ротором электрогенератора 8 и вращаться вместе с ним. Работает заявленная ветроэнергетическая установка точно так же, как и подобные ей установки с диффузорными ускорителями. Для реализации щелевого эффекта разрезного крыла в диффузорном ускорителе носики каждого последующего профиля в осевом направлении смещены вперед относительно хвостика предыдущего профиля на расстояния порядка 5% хорды этого профиля, а радиальные зазоры между поверхностями профилей в местах указанного перекрытия составляют также 5-7% хорды. Между центральным телом и обечайками 11, 12 организован кольцевой проток воздуха в привтулочном пространстве ветроколеса и направляющего аппарата, минимально загроможденный стойками 13 крепления обечайки к центральному телу, обеспечивающий минимизацию отрывных явлений с поверхности центрального тела. Лопаточные системы ветроколеса и направляющего аппарата, таким образом, располагаются в кольцевой области между внутренней поверхностью переднего крыла 1 ускорителя и обечайками 11, 12 и профилируются в соответствии с радиальным распределением скоростей, образующемся в этом кольцевом канале. Разработка таких установок связана с возможностями получения некоторых преимуществ по сравнению с широко распространенными ВЭУ традиционной формы с ветроколесами пропеллерного типа, вращающимися относительно горизонтальной оси в свободном потоке. К этим преимуществам относятся, прежде всего, повышение энергетической эффективности работы ветроколеса в ускорителе по отношению к ветроколесу того же диаметра в свободном потоке, как за счет повышения мощности, так и за счет расширения диапазона рабочих скоростей ветра, а также снижение экологических нагрузок на окружающую среду, в частности уровня звукового давления, за счет капотирования вращающихся элементов и применения звукопоглощающих материалов в конструкции ускорителя. 1. Ветроэнергетическая установка, содержащая осесимметричный диффузорный ускоритель с лопатками направляющего аппарата, имеющими отклоняемый закрылок, радиально закрепленными неподвижно внутри ускорителя в зоне входа, центральное тело, состоящее из неподвижной носовой части с обтекателем, вращающейся средней части, выполненной в виде ротора электрогенератора с лопатками ветроколеса пропеллерного типа, и хвостовой части, отличающаяся тем, что она снабжена цилиндрическими обечайками, прикрепленными радиальными стойками к центральному телу с возможностью образования с ним кольцевого зазора, при этом лопатки ветроколеса и направляющего аппарата установлены на обечайках. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что диффузорный ускоритель выполнен, по меньшей мере, из трех кольцевых крыльев, расположенных вдоль оси друг за другом и имеющих последовательно увеличивающиеся диаметры и углы отклонения хорд профилей от осевого направления, при этом переднее крыло имеет наибольшую толщину и хорду. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что углы между хордами профилей и осью симметрии ускорителя, начиная с переднего, составляют соответственно 4°, 15° и 22°. 4. Установка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что неподвижный вал электрогенератора обращенного типа закреплен своей передней частью в носовой части центрального тела. 5. Установка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что хвостовая часть, служащая хвостовой опорой вала электрогенератора, выполнена в виде обтекателя оживальной формы, неподвижно соединенного со вторым и/или третьим кольцевым крылом ускорителя дополнительными радиальными обтекаемыми стойками. 6. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что хвостовая часть выполнена в виде обтекателя оживальной формы, соединенного с ротором электрогенератора и вращающегося вместе с ним. www.findpatent.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
