Ветротурбина (варианты)

(51) 03 3/06 (2010.01) 03 7/00 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для производства электроэнергии с эффективным использованием энергии ветра. Известен ветродвигатель карусельного типа с вертикальной осью вращения, в частности турбина Дарье, которая работает за счет возникновения подъемной силы на рабочих лопастях, выполненных в виде крыла самолета, но с симметричными относительно хорды лопасти профилем. Лопасти располагаются равномерно по кругу вращения относительно центрального вала вращения и верхнюю и нижнюю части, размещенные соответственно в верхней и нижней части ветротурбины, при этом ось вращения внутренних рабочих лопастей проходит внутри оси вращения наружных рабочих лопастей, а нижняя часть оси вращения внутренних рабочих лопастей подсоединятся к ротору генераторного узла, нижняя часть оси наружных рабочих лопастей подсоединяется к статору генераторного узла, в верхней части ветротурбины размещены стартовые наружные и внутренние лопасти, каждая из которых выполнена с возможностью складываться,соединенные махами соответственно с осями вращения наружных и внутренних рабочих лопастей. По второму варианту исполнения в ветротурбине, включающей рабочие лопасти, оси вращения, согласно изобретению, дополнительно содержатся каплеобразно профилированные направляющие мачты, соединенные тягами с осью вращения,размещенной в верхней части ветротурбины. и расчалками друг с другом с образованием каркаса, внутри которого размещены каплеобразно профилированные рабочие лопасти,соединенные махами с осью вращения, имеющей верхнюю и нижнюю части, размещенные соответственно в верхней и нижней части ветротурбины, причем верхняя часть оси рабочих лопастей проходит внутри оси направляющих мачт,а нижняя часть оси рабочих лопастей подсоединятся к ротору генераторного узла, при этом верхняя часть рабочих лопастей выполнена с возможностью складываться. соединены с ним махами. Турян К.Дж., Стрикленд Дж.Х., Берг Д.Э. Мощность ветроэлектрических аппаратов с вертикальной осью вращения//Аэрокосмическая техника. 1988 г.8,стр. 105-121). Однако серьезным недостатком этого ветродвигателя является значительное изменение условий обтекания крыла потоком ветра за один оборот ротора, циклично повторяющееся при работе. Это может вызывать усталостные явления и привести к разрушению элементов ротора. К недостатку такого типа турбин относится также необходимость предварительного раскручивания(57) Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для производства электроэнергии с эффективным использованием энергии ветра. Задачей настоящего изобретения является создание ветротурбины более высокой удельной мощности за счет повышения извлечения энергии из ветрового потока, обладающей вращательным моментом на профилированных лопастях независимо от их расположения ветровому потоку,возможность увеличения обметаемой площади. Кроме того, возможен вариант выполнения турбины, имеющей более простую конструкцию. Для этого в ветротурбине, по первому варианту исполнения, включающей рабочие лопасти, оси вращения, согласно изобретению, дополнительно содержатся каплеобразно профилированные направляющие мачты, соединенные тягами с осью вращения,размещенной в верхней части ветротурбины, и расчалками друг с другом с образованием каркаса, внутри которого размещены каплеобразно профилированные наружные и внутренние рабочие лопасти, соединенные махами с осями вращения, размещенными внутри оси вращения каплеобразно профилированных направляющих мачт, причем оси вращения внутренних и наружных рабочих лопастей имеют 24006 лопастей до момента появления подъемной силы. Кроме того,при расположении лопастей параллельно ветровому потоку их эффективность равна нулю ввиду отсутствия в такой момент подъемной силы. Недостатком также является необходимость применения растяжек для удержания вала в вертикальном положении, занимающих большую площадь, или необходимость размещения генераторного узла на большой высоте, для чего требуется применение неподвижной опоры-башни. Известна также конструкция ветротурбины с вертикальной осью вращенияБидарье,представляющая собой по существу ветротурбины Дарье, совмещенные на одной вертикальной оси,включающая рабочие лопасти, оси вращения,генераторный узел (предварительный патент 5338. 1997 г.). К недостаткам этой конструкции можно отнести те же вышеперечисленные факторы возможность появления усталостных явлений и разрушение элементов ротора, необходимость предварительного раскручивания,применение растяжек для вертикальной оси. Кроме того, по конструктивным параметрам такой тип ветротурбин имеет ограничения по обметаемой площади, что является одним из главных показателей эффективности ветротурбин - чем с большей площади собирается ветер, тем выше е мощность, что оправдано еще и с экономической точки зрения - снижается стоимость на удельную единицу мощности. Задачей настоящего изобретения является создание ветротурбины более высокой удельной мощности за счет повышения извлечения энергии из ветрового потока, обладающей вращательным моментом на профилированных лопастях независимо от их расположения ветровому потоку,возможность увеличения обметаемой площади. Кроме того, возможен вариант выполнения турбины, имеющей более простую конструкцию. Для этого в ветротурбине, по первому варианту исполнения, включающей рабочие лопасти, оси вращения, согласно изобретению, дополнительно содержатся каплеобразно профилированные направляющие мачты, соединенные тягами с осью вращения,размещенной в верхней части ветротурбины, и расчалками друг с другом с образованием каркаса, внутри которого размещены каплеобразно профилированные наружные и внутренние рабочие лопасти, соединенные махами с осями вращения, размещенными внутри оси вращения каплеобразно профилированных направляющих мачт, причем оси вращения внутренних и наружных рабочих лопастей имеют верхнюю и нижнюю части, размещенные соответственно в верхней и нижней части ветротурбины, при этом ось вращения внутренних рабочих лопастей проходит внутри оси вращения наружных рабочих лопастей, а нижняя часть оси вращения внутренних рабочих лопастей подсоединятся к ротору генераторного узла, нижняя часть оси наружных рабочих лопастей подсоединяется к статору генераторного узла, в верхней части ветротурбины размещены стартовые наружные и внутренние лопасти, каждая из которых выполнена с возможностью складываться,соединенные махами соответственно с осями вращения наружных и внутренних рабочих лопастей. По второму варианту исполнения в ветротурбине, включающей рабочие лопасти, оси вращения, согласно изобретению, дополнительно содержатся каплеобразно профилированные направляющие мачты, соединенные тягами с осью вращения,размещенной в верхней части ветротурбины, и расчалками друг с другом с образованием каркаса, внутри которого размещены каплеобразно профилированные рабочие лопасти,соединенные махами с осью вращения, имеющей верхнюю и нижнюю части, размещенные соответственно в верхней и нижней части ветротурбины, причем верхняя часть оси рабочих лопастей проходит внутри оси направляющих мачт,а нижняя часть оси рабочих лопастей подсоединятся к ротору генераторного узла, при этом верхняя часть рабочих лопастей выполнена с возможностью складываться. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схемаварианта ветротурбины на фиг 2-разрез по А-А фиг. 1 на фиг. 3 -вид В фиг. 1, стартовая лопасть в состоянии покоя на фиг. 4-вид В фиг.1, стартовая лопасть в рабочем положении на фиг. 5-вид С фиг. 2 на фиг. 6 - принципиальная схемаварианта ветротурбины, вид сверху на фиг. 7- то же, вид сбоку (схематично). Предлагаемое устройство по первому варианту исполнения (фиг. 1-5) содержит каплеобразно профилированные направляющие мачты 1,соединенные тягами 2 с осью вращения 3,размещенной в верхней части ветротурбины, и друг с другом расчалками 4 с образованием каркаса. Внутри этого каркаса размещены каплеобразно профилированные наружные рабочие лопасти 5 и внутренние рабочие лопасти 6. Каплеобразно профилированные наружные рабочие лопасти 5 через махи 7 соединены с осью вращения 8,имеющей верхнюю и нижнюю части, размещенные соответственно в верхней и нижней части ветротурбины, а профилированные внутренние рабочие лопасти 6 через махи 9 соединены с осью вращения 10, имеющей верхнюю и нижнюю части,размещенные соответственно в верхней и нижней части ветротурбины и внутри оси вращения 8. В верхней части ветротурбины к оси вращения 8 через махи 11 подсоединены наружные стартовые лопасти 12, а к оси вращения 10 через махи 13- внутренние стартовые лопасти 14. В нижней части ветротурбины ось вращения 10 внутренних рабочих лопастей 6 и стартовых лопастей 14 подсоединяется к ротору 15 генераторного узла, а ось вращения 8 наружных рабочих лопастей 5 и наружных стартовых лопастей 12 подсоединяется к статору 16 генераторного узла. Каждая наружная стартовая 24006 лопасть 12 и внутренняя стартовая лопасть 14 представляет собой две полулопасти 17,соединенные передними частями посредством вертикальной оси 18, к которой перпендикулярно подсоединен шток 19. На штоке установлена перемещаемая через пружину 20 втулка 21,соединенная шарнирно тягами 22 с полулопастями 17. На полулопасти 17, обращенной к центру вращения ветротурбины, крепится груз-амортизатор 23. По второму варианту, представленному на фиг. 6, 7 с обозначением элементов ветротурбины позициями, соответсвующими этим же элементам по первому варианту исполнения, представленному на фиг. 1-5, ветротурбина содержит каплеобразно профилированные направляющие мачты 1,соединенные тягами 2 с осью вращения 3,размещенной в верхней части турбины, и расчалками 4 друг с другом с образованием каркаса,внутри которого размещены каплеобразно профилированные рабочие лопасти 6, соединенные махами 9 с осью вращения 10, имеющей верхнюю и нижнюю части соответственно в верхней и нижней части ветротурбины, при этом верхняя часть оси рабочих лопастей 6 размещена внутри оси вращения 3 направляющих мачт 1. Нижняя часть оси вращения 3 рабочих лопастей 6 подсоединяется к ротору 15 генераторного узла, а статор 16 генераторного узла выполнен неподвижным. Верхняя часть рабочих лопастей 6 выполнена как стартовые лопасти 12, 14 по первому варианту исполнения ветротурбины, складывающимися и выполняет функцию стартовых лопастей. Рассмотрим работу устройства в соответствии с первым вариантом исполнения. Стартовые лопасти 12 и 14 в состоянии покоя представляют собой так называемый ротор Савониуса (фиг. 3), работающий не за счет подъемной силы, а давления ветра (парусности). При наличии ветра стартовые лопасти 12, 14 начинают вращаться, увлекая за собой и каплеобразно профилированные рабочие лопасти 5 и 6, причем они вращаются в противоположных направлениях. При достижении определенной скорости вращения полулопасти 17 стартовых лопастей под действием центробежной силы,действующей на груз-амортизатор 23, начинают складываться и трансформируются в ветродвигатель Дарье (фиг. 4). Пружина 20 при этом сжимается,втулка 21 под действием тяг 23 перемещается. Ветер(показан стрелками на фиг. 2) под действием направляющих мачт 1 будет стремиться во внутрь каркаса ветротурбины, увеличивая плотность воздушного потока, а поскольку направляющая мачта неподвижна, внутрь каркаса будет поступать максимальное количество ветрового потока. По этой же причине, каплеобразно профилированные рабочие лопасти 5, 6, оказавшиеся параллельно основному ветровому потоку будут подвергаться обдуву повернувшимся на 90 град. ветром,вследствие чего вместо нулевого значения подъемной силы получат максимальное. Количество направляющих мачт 1 должно быть не менее 8-ми, чтобы профилированные рабочие лопасти 5, 6 в каждый момент времени оказывались перпендикулярно ветровому потоку. Наружные и внутренние рабочие лопасти 5, 6, вращаясь в противоположных направления, через махи 7, 9 передают кинетическую энергию статору 16 и ротору 15 генератора соответственно, который будет вырабатывать электроэнергию. Работа ветротурбины по второму варианту исполнения аналогична работе ветротурбины по первому варианту исполнения, при этом часть рабочих лопастей будет выполнять функцию стартовых лопастей. Наличие каркаса, внутри которого вращается ветротурбина, придает ей устойчивость и возможность увеличивать геометрические размеры до ограничений, связанных с прочностными характеристиками применяемых материалов, а увеличение геометрических размеров обеспечивает увеличение обметаемой площади и, соответственно,эффективности ветротурбины. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветротурбина, включающая рабочие лопасти,оси вращения, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит каплеобразно профилированные направляющие мачты,соединенные тягами с осью вращения, размещенной в верхней части ветротурбины, и расчалками друг с другом с образованием каркаса, внутри которого размещены каплеобразно профилированные наружные и внутренние рабочие лопасти,соединенные махами с осями вращения,размещенными внутри оси вращения профилированных направляющих мачт, причем оси вращения внутренних и наружных рабочих лопастей имеют верхнюю и нижнюю части, размещенные соответственно в верхней и нижней части ветротурбины. при этом ось вращения внутренних рабочих лопастей проходит внутри оси вращения наружных рабочих лопастей а нижняя часть оси вращения внутренних рабочих лопастей подсоединяется к ротору генераторного узла,нижняя часть оси наружных рабочих лопастей подсоединяется к статору генераторного узла, в верхней части ветротурбины размещены стартовые наружные и внутренние лопасти, каждая из которых выполнена с возможностью складываться,соединенные махами соответственно с осями вращения наружных и внутренних рабочих лопастей. 2. Ветротурбина. включающая рабочие лопасти,оси вращения, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит каплеобразно профилированные направляющие мачты,соединенные тягами с осью вращения, размещенной в верхней части ветротурбины, и расчалками друг с другом с образованием каркаса, внутри которого размещены каплеобразно профилированные рабочие лопасти, соединенные махами с осью вращения,имеющей верхнюю и нижнюю части, размещенные соответственно в верхней и нижней части 24006 ветротурбины, причем верхняя часть оси рабочих лопастей проходит внутри оси направляющих мачт,а нижняя часть оси рабочих лопастей подсоединяется к ротору генераторного узла, при этом верхняя часть рабочих лопастей выполнена с возможностью складываться.