Вітроенергетична установка

Корисна модель належить до галузі нетрадиційної енергетики, а саме до вітроенергетичних установок і може бути використаний в електростанціях для освітлення у містах, підкачки води та інше. Відомий вітродвигун з вертикальною віссю обертання (патент України UA 61447А, МПК F03D3/00, F03D3/06), який складається з закріпленого на штанзі за допомогою підшипників, що створює можливість оберту, порожнинного ротора з робочими елементами, виконаними у вигляді лопатей, що мають у площині, перпендикулярній осі обертання ротора, евольвентну форму, ротор має непарну кількість робочих елементів, виконаних у вигляді лопатей, які в площині, паралельній осі обертання ротора, мають форму ротора Савоніуса, що переходить у конічний гвинтовий ротор, який у нижній частині переходить у циліндричну евольвенту форму. Недоліком такого вітродвигуна є низька ефективність перетворення енергії вітрового потоку на механічну, тому що ротор має приближену до конусу межу, що не дозволяє використовувати у повній мірі енергію потоку у вищий точці, тобто взагалі працює тільки нижня частина лопаті. При цьому використання підшипників (ковзання чи каченя) створюють додатковій опір, що знижує ккд конструкції. В основу корисної моделі поставлена задача створити вітроенергетичну установку, конструктивні особливості якої створили можливості підвищення ефективності перетворення вітрової енергії в механічну. Це досягається тим, що в вітроенергетичній установці, що має вітродвигун з вертикальною віссю обертання, який складений з закріпленого на підшипниках порожнистого ротора з непарною кількістю робочих елементів, виконаних у вигляді лопатей, які мають у площині перпендикулярній осі обертання закручену на 120° вздовж ротора евольвентну форму з вихровою пасткою на кінці, а ротор вітродвигуна встановлений на магнітних підшипниках, які закріплені в стаціонарній опорі, і з’єднаний з блоком перетворення енергії. На відміну від прототипу, конструкція якого, не забезпечують достатню ефективність перетворення вітрової енергії, згідно заявленої корисної моделі конструктивні особливості робочого елементу та встановлення його на магнітних підшипниках, сприяє підвищенню коефіцієнту використання вітрової енергії завдяки збільшенню загальної площі захвату вітрового потоку, його вирування у площах лопатей й вихровій пастці, та значного зменшенню опору тертя при обертанні конструкції. На Фіг.1 зображено загальний вигляд вітроенергетичної установки, на Фіг.2 - вертикальний розтин вітроенергетичної установки в одній площині, на Фіг.3 - схема взаємодії вітрового потоку з робочими елементами ротора. Вітроенергетична установка (Фіг.1, Фіг.2) складається з вертикального порожнистого ротора 1, який встановлений на магнітних підшипниках 2, які жорстко закріплені в стаціонарній опорі 3. До порожнистого ротору 1 з зовнішньої сторони жорстко закріплені три лопаті 4 з вихровою пасткою на кінці 5. Порожнистий ротор кінематично 6 зв’язаний з генератором 7, який з’єднаний з блоком стабілізації та перетворення електричної енергії 8, що має вихід до мережі 9. Вітроенергетична установка працює таким чином. Вітровий потік будь-якого напрямку та типу (ламінарний чи турбулентний) 10 діє почергово на кожну лопать вітродвигуна в процесі обертання ротора таким чином: близько 1/3 вітрового потоку огинає з більш високою швидкістю зовнішню поверхню лопаті (сегмент І, в цій зоні зменшується тиск, за рахунок підіймальної сили зовнішньої поверхні лопаті 4), а 2/3 потоку, частково прискорюючись в зоні сегменту II, вирує у робочій зоні лопаті, створюючи вихор в сегменті III, який рухається по траєкторії скрученого на 120° шнеку - все це створює основний крутячий момент. Сформований таким чином вихор на внутрішній поверхні лопаті 4 в зоні сегменту І потрапляє у вихрові пастки 5, де також вирує, створюючи додатковий крутячий момент, який передається порожнистому ротору 1, що обертається на магнітних підшипниках 2, закріплених на стаціонарній опорі 3. Порожнистий ротор кінематично 6 зв’язаний з генератором 7, який генерує та передає електричну енергію до блоку стабілізації та перетворення електричної енергії 8. Після вирівнювання параметрів електрична енергія подається до загальної мережі 9. Таким чином, кожна лопать вітроенергетичної установки більш ефективно використовує вітровий потік за рахунок заявленої форми лопаті ротора, та особливості його закріплення, забезпечує збільшення сумарного крутячого моменту, що приводить до збільшення коефіцієнту корисної дії агрегату. Це дозволяє підвищити ефективність перетворення енергії вітрового потоку на механічну енергію обертання, яку використовує генератор для перетворення в електричну енергію, що обумовлює широке промислове застосування запропонованої вітроенергетичної установки.