Вітроенергетична установка “система “вітрила”

Винахід відноситься до галузі нетрадиційної енергетики, зокрема до вітроенергетичних установок і може бути використаний у різних галузях господарства та побуту населення. Відомий вітродвигун з вертикальною віссю обертання [сайт http://wind-57.narod.ru/tthl.htm], що має встановлений на підшипникових вузлах обертовий вал-штангу, на якому закріплені дві евольвентні напівспіральні лопаті виконує роботу в широкому спектрі швидкості вітру від 2м/сек до 60м/сек і добре сприймає турбулентність та зміну напрямку повітряного потоку. Недоліком цієї конструкції є, відсутність можливості регулювання сприйняття енергії повітряного потоку, результатом чого є відносно невисокий к.к.д.. Як прототип обрана відома вітроенергетична установка [патент Російської Федерації (RU) №2187019] що складається з системи роторів в вигляді вітроколіс з горизонтальною віссю обертання, встановлених на стойках на двох з'єднаних на шарнірах встановлених під кутом рамах, зв'язаних з опорою в місцях з'єднання центральним опорним вузлом, та синхронізуючим пристрієм. Недоліком цієї конструкції є низький к.к.д. використання енергії вітру на слабких (1.8-3.3м/сек) , легких (3.45.2м/сек) та частково помірних (5,3-7,4м/сек) вітрах, недостатньо гнучке регулювання захисту конструкції від руйнування за користь зменшення омітаємої площі, а також те, що забезпечується тільки захист від руйнування, без збільшення к.к.д. конструкції, що пояснює причину її малоефективності. В основу винаходу поставлена задача створення вітроенергетичної установки, конструктивні особливості якої забезпечили можливість підвищення ефективності перетворення вітрової енергії в механічну, з забезпеченням захисту від руйнування. Це досягається тим, що вітроенергетичній установці, яка складається з системи роторів, на двох з'єднаних на шарнірах встановлених під кутом рамах, зв'язаних з опорою в місцях з'єднання центральним опорним вузлом, та синхронізуючого пристрою, обидві рами виконані у вертикальних площинах, на котрих розташовані кінематично зв'язані спіральні ротори з синхронним обертанням одного напрямку в лівій рамі та протилежним напрямком синхронного обертання в правій рамі, при цьому\/кількість роторів, відстань між ними визначається розрахунками, а підвітрова лопать попереднього ротора в системі перекриває навітрову лопать ротора розташованого за нею з можливістю утворення захисної зони. На відміну від прототипу, запропонована конструкція дозволяє забезпечити підвищення к.к.д. енергії повітряного потоку за рахунок можливості використання більшої чутливості конструкції до миттєвого змінення напрямку вітру, оскільки плоскість гіроскопічного ефекта роторів, завжди співпадає з напрямком повітряного потоку, а лобовий опір системи роторів однієї з рам при змінені напрямку вітру різко зростає. При цьому система автоматичного регулювання гнучко реагує на миттєве змінення потужності повітряного потоку, постійно приводячи кут між рамами до оптимального для діючої швидкості вітру, забезпечуючи одночасно оптимальне взаєморозташування систем роторів та взаємозахист лопатів роторів в системі з метою підвищення к.к.д., коли підвітрова лопать попереднього спірального ротора рами в процесі обертання буде завжди виконувати захист навітрової лопаті спірального ротора, розташованої за нею. При цьому в кожній рамі розташовується необхідна однакова кількість роторів, розміщених по довжині рами на визначеній розрахунками відстані, а збільшення кількості роторів в системі дозволяє збільшити рівень регулювання системи та її потужність, при зменшенні металоємності конструкції. Суть винаходу пояснюється кресленнями на яких зображено: Фіг.1 - вигляд вітродвигуна з зонами взаємозахисту лопатів при максимальному к.к.д. конструкції та оптимальній омітаємій площі. Фіг.2 - вигляд вітроагрегата з зонами взаємозахисту лопатів при мінімальній омітаємій площі в перерізі В-В Фіг.3 - вигляд А крила вітродвигуна з системою автоматичного регулювання к.к.д. вітродвигуна та його потужності. Вітродвигун має : системи спіральних роторів 1, ліву раму 2, праву раму 3, шарніри 4, систему регулювання потужності та к.к.д. вітродвигуна 5, опору вітродвигуна 6, центральний опорний вузол 7, обтічник повітряного потоку 8, навітрові лопаті роторів 9, підвітрові лопаті роторів 10, регульовані зони захисту 11, кінематичний зв'язок 12 цепною передачою 13 між роторами, ведучі ротори 14, низькообертовий генератор використовуючий протилежне обертання ротора та статора 15, кінематичний зв'язок 16 генератора з ведучими роторами, система блоків 17, система пружин 18, трос 19 системи регулювання. Вітроенергетична установка працює наступним чином. Вітродвигун з вертикальною віссю обертання встановлюють на опорі 6, спрямування вітроагрегата по напрямку вітрового потоку забезпечується центральним опорним вузлом 7, на ящй встановлюються в шарнірах ліва рама 2 та права рама 3 вітроагрегата, в кожні з яких розташовані спіральні ротори 1, розміщені по довжині крила на розрахунковій між ними відстані, кінематично послідово зв'язані 12, наприклад цепною передачою 13, з синхроним обертанням одного напрямка, видержуючи взаєморозташування лопатів таким чином, що підвітрова лопать 10 попередньго спірального ротора крила в процесі обертання буде завжди виконувати захист навітрової лопаті 9 спірального ротора, розташованої за нею, в момент ії розташування з найбільшим лобовим опором, при цьому таке співвідношення лопатів в процесі обертання буде послідово зміщуватись по вертикалі ротора зверху вниз та знизу вверх. Рами зв'язані системою регулювання 5 потужності та к.к.д. вітродвигуна, при цьому набігаючий потік повітря зустрічається з вітродвигуном, омітаєма площа якого регулюється зміненням кута W між крилами 2 та 3, коли від зміни кута W змінюється зона захисту 11, площа якої формується навітровою лопаттю 9 першого ротора на підвітровій лопаті 10 кожного ротора, розташованого за попереднім ротором в площі рами. Зняття потужності проводиться з ведучих (перших) роторів 14 лівої та правої рами, вісь обертання яких співпадає з віссю шарніра повороту 4 рам вітродвигуна, на низькообертовий генератор 15, використовуючий протилежне обертання ротора та статора, що дозволяє забезпечити незалежність обертів та підсумовування потужності розвиваємо кожною рамою вітродвигуна без використання мультиплікатора, забезпечуючи одночасно м'яку навантажувальну характеристику. Навітрові лопаті 10 ведучих роторів 14 захищаються від повітряного потоку обтічником 8. Система автоматики регулювання 5 кута W між крилами 2 та 3 виконується із системи блоків 17 та пружин 18 які поєднані тросом 19 та забезпечують за рахунок попереднього регулювання натягу пружин змшення потужності, к.к.д. вітродвигуна в потрібному діапазоні швидкості вітрів та захист конструкції від руйнування, коли вітродвигун займає розташування з мінімальною омітаємою площею. Таким чином запропонована конструкція, якій присвоєно найменування "Система "Вітрила", забезпечить значне підвищення к.к.д. у першу чергу на слабких (1.8-3.3м/сек) , легких (3.4-5.2м/сек) та помірних (5,37,4м/сек) вітрах, що діють найбільш тривалий час за рік, забезпечує можливість роботи на вітрах до 30м/сек та більше, а в зв'язку з застосуванням модульної схеми (з необхідною кількістю роторів), можливість гнучкої реакції на побажання замовника по потужності і продуктивності установки в конкретних місцевих природних умовах з мінімальними витратами, що обумовлює її широке промислове використання.