Вітроагрегат

Винахід належить до галузі вітроенергетики, а саме до вітродвигунів. Відомий винахід «Ветродвигатель», що має вхідний конфузор, обтікач, що зв'язаний з конфузором за допомогою скеровуючих лопаток, лопасне колесо, яке міститься за обтікачем (а.с. СССР 1592572, F03D1/4, 2000г.), який є аналогом винаходу. У відомій конструкції вітродвигуна лопасне колесо (турбіна) виконане одноступінчастим. Це обумовлює низький коефіцієнт використання енергії вітру і, відповідно, низьку питому потужність, що і є головним недоліком цього вітродвигуна. Найбільш близьким аналогом (прототипом) до заявленого винаходу є "Ве троэлектростанция", що має вітродвигун з турбіною, який має конфузор підводу повітряного потоку, електрогенератор, систему автоматики і управління, пристрій орієнтації вітродвигуна (пат. РФ 2147693, F03D1/4, 1990г.). Пристрій орієнтації вітродвигуна виконаний у ви гляді багатоступінчастого ежектора. Багатоступінчастий ежектор конструктивно складний, його конструкція матеріалоємна і габаритна. Окрім того відома вітроелектростанція має низький коефіцієнт використання енергії вітру, що і є головним її недоліком. У основу винаходу поставлена задача поліпшення енергетичних характеристик вітродвигуна шляхом підвищення питомої потужності за рахунок підвищення коефіцієнта використання енергії вітру, що дозволить використовува ти винахід у зонах місцевості з помірною швидкістю вітру. Виконання задачі досягається тим, що вітроагрегат має вітродвигун з турбіною, який має конфузор підводу повітряного потоку, електрогенератор, систему автоматики і управління, пристрій орієнтації вітродвигуна, вихорову камеру, узгоджуючий редуктор-мультиплікатор, дифузор, вхідний і вихідний турбовентилятори, що складаються з турбіни і вентилятора, які містять у собі скеровуючі апарати і робочі колеса, причому робоче колесо вентилятора розташовано на одному валі з колесом турбіни, при цьому вхідний турбовентилятор встановлено між конфузором і вихоровою камерою, за вихоровою камерою встановлено вихідний турбовентилятор, вал якого з'єднаний, з одного боку, через узгоджуючий редуктор-мультиплікатор з вхідним турбовентилятором, а з другого - з електрогенератором. Конструкція, що пропонується, має такі відзначні ознаки: - вихорову камеру; - узгоджуючий редуктор-мультиплікатор; - дифузор; - вхідний та вихідний турбовентилятори; - турбовентилятори складаються з турбіни і вентилятора; - турбіни і вентилятори мають скеровуючі апарати і робочі колеса; - робоче колесо вентилятора розташовано на одному валі з колесом турбіни; - вхідний турбовентилятор встановлено між конфузором і вихоровою камерою; - за вихоровою камерою встановлено вихідний турбовентилятор; - вал ви хідного турбовентилятора з'єднаний, з одного боку, через узгоджуючий редуктор-мультиплікатор з вихідним турбовентилятором, а з другого - з електрогенератором. Технічний наслідок від використання винаходу, що заявляється, складається з підвищення коефіцієнта використання енергії вітру, підвищення питомої потужності, зменшення габаритів агрегату, зниженні матеріалоємності конструкції і досягається за рахунок того, що вітроагрегат містить вітродвигун з турбіною, який має конфузор підводу повітряного потоку, електрогенератор, систему автоматики і управління, пристрій орієнтації вітродвигуна, ви хорову камеру, узгоджуючий редуктор-мультиплікатор, дифузор, вхідний і вихідний турбовентилятори, що складаються з турбіни і вентилятора, які містять у собі скеровуючі апарати і робочі колеса, причому робоче колесо вентилятора розташовано на одному валі з колесом турбіни, при цьому вхідний турбовентилятор встановлено між конфузором і вихоровою камерою, за вихоровою камерою встановлено вихідний турбовентилятор, вал якого з'єднаний, з одного боку, через узгоджуючий редуктор-мультиплікатор з вхідним турбовентилятором, а з другого - з електрогенератором. Винахід, що заявляється, пояснюється за допомогою креслення, на якому показано поздовжній переріз вітроагрегата. Вітроагрегат містить у собі вітродвигун 1, який складається з конфузора 2, утворенного обтікачем 3 і корпусом 4, вхідного турбовентилятора 5, вихорової камери 6, вихідного турбовентилятора 7, дифузора 8, узгоджуючого редуктора-мультиплікатора 9, електрогенератора 10, системи 11 автоматики і управління, пристрію 12 орієнтації вітродвигуна. Вхідний турбовентилятор 5 складається з турбіни 13 і вентилятора 14. Турбіна 13 має вхідний скеровуючий апарат 15, робоче колесо 16. Вентилятор 14 має вхідний скеровуючий апарат 17, робоче колесо 18, вихідний скеровуючий апарат 19, який є вхідним для вихорової камери 6. Робоче колесо 16 турбіни 13 і робоче колесо 18 вентилятора 14 розташовані на валі 20 вхідного турбовентилятора 5. Вихідний турбовентилятор 7 складається з турбіни 21 і вентилятора 22. Турбіна 21 має вхідний скеровуючий апарат 23, який є також вихідним скеровуючим апаратом для вихорової камери 6, робоче колесо 24. Вентилятор 22 має вхідний скеровуючий апарат 25, робоче колесо 26, вихідний скеровуючий апарат 27. Робоче колесо 24 турбіни 21 і робоче колесо 26 вентилятора 22 розташовані на одному валі 28 вихідного турбовентилятора 7. Пристрій 8 орієнтації вітродвигуна має кільцевий стабілізатор 29 і радіальні з'єднання 30. Вітроагрегат працює таким чином. Набіговий потік повітря потрапляє до конфузора 2, збільшує свою початкову швидкість і потрапляє далі через скеровуючий апарат 15 на робоче колесо 16 турбіни 13 вхідного турбовентилятора 5, розкручує вал 20, на якому встановлено робоче колесо 18 вентилятора 14, і через узгоджуючий редуктор-мультиплікатор 9 розкручує вал 28 вихідного турбовентилятора 7. Узгоджуючий редуктор-мультиплікатор 9 ув'язує роботу обох турбовентиляторів по газу з ціллю витримання співвідношення швидкостей і додержування кінематичної подібності. Вентилятор 22 вихідного турбовентилятора 7 утворює розрідження за турбіною 21 і "вихлопує" спрацьований повітряний потік через дифузор 8. Повітряний потік з робочого колеса 16 турбіни 13 вхідного турбовентилятора 5 через скеровуючий апарат 17 потрапляє на робоче колесо 18 вентилятора 14, прискорюється і через вихідний скеровуючий апарат 19, який є вхідним для вихоровой камери 6, потрапляє у вихорову камеру 6, де закручується в коловому напрямку і починає пересуватися за законом "вихору" (див. наприклад Г.Н. Абрамович, "Прикладная газовая динамика", М, 1953г., стр.46-56): Cu×Ri=const, де С u - колова складова швидкості повітряного потоку; Ri - поточний радіус ви хорової камери. Таким чином, повітряний потік, переміщуючись з більшого радіусу ви хорової камери 6 до меншого радіусу, розганяється, його потужність внаслідок кубічної залежності від швидкості підвищується (див. наприклад "Ветроэнергетика", под редакцией Д. Де Рензо, М., "Энергоатомиздат", 1982г., стр.48, стр.144-152), внаслідок чого підвищується коефіцієнт використання енергії вітру. Повітряний потік через вхідний скеровуючий апарат 23, що є також вихідним скеровуючим апаратом для вихорової камери 6, потрапляє на робоче колесо 24 турбіни 21 вихідного турбовентилятора 7. Робоче колесо 24 надає обертання електрогенератору 10 і робочому колесу 26 вентилятора 22, яке через скеровуючий апарат 25 відсмоктує повітря з порожнини турбіни 21 і через вихідний скеровуючий апарат 27 та дифузор 8 викидає його у а тмосферу. Система 11 автоматики і управління дозволяє контролювати потужність, що знімається з вітродвигуна 1, шляхом перепуску надлишкового тиску з вихорової камери 6 повз робоче колесо 24 турбіни 21 вихідного турбовентилятора 7. Орієнтація вітродвигуна 1 на напрямок вітру учиняється автоматично за допомогою пристрою 12 орієнтації, який являє собою кільцевий стабілізатор 29, закріплений до корпуса 4 за допомогою радіальних з'єднань 30. Позитивний технічний ефект винаходу, що заявляється, міститься в підвищенні коефіцієнта використання енергії вітру, підвищенні питомої потужності і зменшенні габаритів агрегату, зниженні матеріалоємності конструкції.