Вертикально-осьова вітроенергетична установка

1. Вертикально-осевая ветроэнергетическая установка, содержащая размещенную в корпусе ветровую турбину, воздухозаборник в виде изогнутой трубы, раструб которой обращен в атмосферу, а выходное сопло сопряжено с корпусом ветровой турбины, и устройство ориентации на ветер воздухозаборника, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в качестве ветровой турбины использована турбина пропеллер 4. Вертикально-осевая ветроэнергетическая установка по любому из пп. 1-3, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она размещена на поворотной платформе, при этом устройство ориентации на ветер воздухозаборника выполнено в виде виндрозного механизма и размещено на той же поворотной платформе. Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в вертикально-осевых ветроэнергетических установках, предназначенных для энергоснабжения различных автономных потребителей или для работы в составе ветровых электростанций различной мощности. Известна вертикально-осевая ветроэнергетическая установка (ВО ВЭУ), содержащая ветровую турбину с вертикальным валом, установленная в корпусе, снаб женном воздухозаборниками. Воздухозаборники расположены перед турбиной и дефлектором, установленным в верхней части корпуса, и снабжены расположенными на их выходе регулирующими заслонками [1]. Недостатком этой ВО ВЭУ является большие потери кинетической энергии воздушного потока. Воздушный поток в этой установке поступает снизу на лопасти ветровой турбины, поскольку воздухозабор ного типа, при этом выходное сопло воздухозаборника установлено над корпусом ветровой турбины и сопряжено с ним по всему периметру. 2. Вертикально-осевая ветроэнергетическая установка по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что воздухозаборник снабжен отражателем ветрового потока, установленным в раструбе. 3. Вертикально-осевая ветроэнергетическая установка по п. 1 или 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что раструб воздухозаборника снабжен люком для выпуска избытка воздушного потока при критической силе ветра. 00 ON О 21869 иики расположены ниже нее. Поднимаясь вверх по полости ее корпуса, воздушный поток теряет часть своей кинетической энергии. Корпус ветровой турбины имеет одинаковое поперечное сечение, что не способствует ускорению движения воздушного потока. Несмотря на то, что эта установка имеет дефлектор, расположенный в верхней части ее корпуса, создающей дополнительный воздушный поток, это не оказывает существенного влияния на повышение кинетической энергии воздушного потока, а следовательно на повышение мощности. Известна также ВО ВЭУ, принятая за прототип [2]. Она содержит размещенную в корпусе ветровую турбину барабанного типа, воздухозаборник в виде изогнутой трубы, разветвляющейся на два дугообразных воздуховода с выходными соплами. Раструб , воздухозаборника обращен в атмосферу, а выходные сопла сопряжены с боковой поверхностью корпуса ветровой турбины барабанного типа. Установка снабжена также устройством ориентации на ветер, выполненным в виде флюгерного ветродвигателя с генератором, установленным | на воздухозаборнике. ' Недостатками этой установки являются потери кинетической энергии воздушного по пока, а также низкий коэффициент использозания энергии ветра, что приводит к снижению ее мощности. Воздушный поток на пути следования к лопастям ветровой турбины дважды меняет направление и преодолевает дополнительное сопротивление при разделении воздухозаборника на два дугообразных воздуховода, что значительно снижает его кинетическую энергию, приобретенную вначале пути. Поскольку выходные сопла воздуховодов сопряжены с боковой поверхностью корпуса, воздушный поток почти по касательной поступает на лопасти ветровой турбины барабанного типа, что приводит к снижению коэффициента использования энергии ветра. Задачей, положенной в основу изобретения, является разработка вертикально-осевой ветроэнергетической установки, у которой конструкция ветровой турбины и воздухозаборника, а также их взаимное расположение настолько гармонично сочетались бы друг с другом, чтобы позволяли: - повысить ее мощность за счет снижения потерь кинетической энергии воздушного потока, упрощения траектории его движения, а также максимального исполь 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зования кинетической энергии за счет конструктивных особенностей ветровой турбины; - получить более высокий коэффициент использования энергии ветра. Согласно изобретению поставленная задача решается тем, что в вертикальноосевой ветроэнергетической установке, содержащей размещенную в корпусе ветровую турбину, воздухозаборник в виде изогнутой трубы, раструб которой обращен в атмосферу, а выходное сопло сопряжено с корпусом ветровой турбины, и устройство ориентации на ветер воздухозаборника, авторы предлагают использовать в качестве ветровой турбины ветровую турбину пропеллерного типа, при этом выходное сопло воздухозаборника установить над корпусом ветровой турбины так, чтобы оно было сопряжено с ним по всему периметру. Воздухозаборник может быть снабжен отражателем ветрового потока, установленным в раструбе. Это позволит создать более равномерный по плотности воздушный поток. Раструб воздухозаборника может иметь люк для выпуска избытка воздушного потока при критической силе ветра. Одним из целесообразных вариантов вертикально-осевой ветроэнергетической установки является вариант, когда она размещена на поворотной вокруг своей оси платформе. При этом устройство ориентации на ветер воздухозаборника выполнено в виде виндрозного механизма и размещено на той же платформе. Поскольку выходное сопло воздухозаборника, сочлененное по всему периметру с верхней частью корпуса ветровой турбины образует единый сужающийся канал для прохождения воздушного потока по простой траектории сверху вниз из раструба воздухозаборника на лопасти турбины, это позволило не только создать условия для ускорения его движения (проявления эффекта Бернулли), но и использовать в заявляемой установке ветровую турбину пропеллерного типа. Лопасти таких турбин имеют аэродинамический профиль, воспринимающий воздушный поток перпендикулярно к направлению его движения, максимально преобразуют его кинетическую энергию, повышают коэффициент использования энергии ветра. Таким образом заявляемая совокупность описанных выше существенных признаков позволит получить положительный эффект, а именно снизить потери кинетической энергии воздушного потока, 21869 повысить коэффициент ее использования и за счет этого значительно повысить мощность ВО ВЭУ. ВО ВЭУ решает важную народно-хозяйственную проблему энергоснабжения различных потребителей экологически чистыми и экномически выгодными видами энергии. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид ВОР ВЭУ; на фиг. 2 - ее вариант с отражателем ветрового потока; на фиг. 3 - ее вариант с люком для выпуска избытка воздушного потока; на фиг. 4 - вариант ВО ВЭУ, установленной на поворотной платформе. ВО ВЭУ состоит (фиг. 1) из воздухозаборника 1, выходное сопло 2 которого установлено над корпусом 3, внутри которого размещена ветровая турбина 4 пропеллерного типа, лопасти 5 которой, имеющие аэродинамический профиль, закреплены на віалу 6. Воздухозаборник 1 выполнен в виде изогнутой трубы, раструб 7 которой обращен в атмосферу, а выходное сопло 2 сопряжено с верхним краем корпуса 3 по всему периметру с зазором, достаточным для свободного вращения воздухозаборника 1. Вал 6 связан кинематической связью с редуктором 8, вал 9 отбора мощности которого в свою очередь связан с электрогенератором 10 или другим потребителем. ВО ВЭУ снабжена также устройством ориентации 11 на ветер воздухозаборника 1. Эти устройства конструктивно могут быть выполнены по разному. На фиг. 1 представлен один из вариантов этого устройства. Оно имеет киль 12, закрепленный в верхней части воздухозаборника 1 и тележку 13, размещенную в месте сопряжения выходного сопла 2 с корпусом 3. Во внутренней полости раструба 7 (фиг. 2) в диаметральной его области по горизонтали установлен отражатель 14 воздушного потока. Раструб 7 воздухозаборника 1 снабжен люком 15 (фиг. 3) для выпуска избытка воздушного потока при критической силе ветра. Основанием, на котором должны быть закреплены все описанные выше варианты конструкции ВО ВЭУ, может служить фундамент 16 с опорами 17. Целесообразным является вариант ВО ВЭУ, когда ее конструкция размещена на поворотной платформе 18 (фиг. 4), имеющей ось вращения 19. В этом случае сопло 2 может плотно входить в корпус 3, 5 10 15 20 25 30 35 40 46> 50 55 а устройство ориентации 11 на ветер воздухозаборника 1 может быть выполнено в виде виндрозного механизма, который размещают на той же поворотной платформе 18. Поворотная платформа установлена между направляющими роликами 20. Работает ВО ВЭУ следующим образом. Устройство для ориентации 11 на ветер воздухозаборника 1 (фиг. 1-4) автоматически самонастраивается таким образом, чтобы раструб 7 улавливал воздушный поток. На киль 12 действует движущаяся воздушная масса и благодаря тележкам 13, на которых установлен воздухозаборник 1, последний разворачивает свой раструб 6 на направление движения воздушного потока. При сориентированном положении воздухозаборника 1 движущаяся воздушная , масса улавливается раструбом 7 воздухозаборника 1 и через выходное сопло 2 направляется в корпус 3 ветровой турби-> ны 4 пропеллерного типа. На пути от раструба 7 до выходного сопла 2 только один раз происходит изменение направления движения воздушного потока. Субгоризонтапьное направление его движения в начале пути меняется на субвертикальное при выходе из выходного сопла 2 и воздушный поток по прямой направляется через корпус 3 ветровой турбины 4 пропеллерного типа на ее лопасти 5. На этом пути происходит ускорение движения воздушного потока за счет разной величины площадей поперечного сечения раструба 7 и выходного сопла 2 (проявление эффекта Бернулли для движущейся непрерывной среды - в данном случае воздушного потока). Воздушный поток не только не теряет своей начальной кинетической энергии, но приобретает дополнительную за счет полученного ускорения. При взаимодействии воздушного потока с лопастями 5 ветровой турбины 4 пропеллерного типа, имеющих аэродинамический профиль, на них развивается аэродинамическая сила, приводящая во вращение ее вал 6, вырабатывая механическую энергию. Эта энергия через вал 9 отбора мощности редуктора 8 передается на генератор электрической энергии 10 или на другой потребитель. Соединение в заявляемой ВО ВЭУ одновременно нескольких положительных факторов (возможность использования ветровой турбины пропеллерного типа, возможность проявления эффекта Бернулли) позволило значительно увеличить мощность отдельной ВО ВЭУ. 21869 8 Отражатель 14 воздушного потока поворота этой платформы вокруг своей (фиг. 2) при работе ВО ВЭУ разделяет оси вращения 19 с помощью устройства воздушный поток на две части - верхнюю ориентации 11 на ветер воздухозаборнии нижнюю, создавая более раномерную ков 1, в качестве которого в данном ваего плотность в области вращения лопасрианте использован виндрозный механизм. тей 5 ветровой турбины 4. При критической силе ветра люк 15 Поворот платформы 18 вокруг своей (фиг. 3) под действием напора воздушнооси вращения 19 происходит благодаря го потока открывается и выпускает избытому, что она размещена между направток его за пределы воздухозаборника 1, 10 ляющими роликами 20. тем самым предотвращая от разрушения Заявляемые ВО ВЭУ найдут широкое опоры 17, фундамента 16. использование, поскольку они просты в В том случае, когда ВО ВЭУ установизготовлении и в эксплуатации, дают возлена на поворотной платформе і 8 (фиг. можность получать дешевую и экологи4) ее самонастройка происходит путем 15 чески чистую энергию. 13 Фиг 1 , 2 ' ГІ И/