close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13289

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.06.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13289
(13) C1
(19)
F 03D 3/00
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
(21) Номер заявки: a 20070378
(22) 2007.04.10
(43) 2008.12.30
(71) Заявитель: Лаврентьев Николай Алексеевич (BY)
(72) Авторы: Лаврентьев Николай Алексеевич; Баштовой Виктор Григорьевич; Климович Сергей Викторович;
Макоско Юрий Валериевич; Лаврентьева Юлия Николаевна (BY)
(73) Патентообладатель: Лаврентьев Николай Алексеевич (BY)
(56) BY 8142 C1, 2006.
RU 2178830 C2, 2002.
RU 2138684 C1, 1999.
SU 1089289 A, 1984.
SU 1451329 A1, 1989.
CH 63871 A5, 1983.
DE 2540757 A1, 1976.
BY 13289 C1 2010.06.30
(57)
Ветроэнергетическая установка, содержащая пространственный концентратор с ветроприемными экранами, внутри которых размещены вертикально-осевые ветророторы, связанные через редуктор-мультипликатор с электрогенератором, отличающаяся тем, что
содержит регулировочную диафрагму с переменным проходным отверстием для вертикального следового шлейфа отработавшего в пространственном концентраторе ветрового
Фиг. 9
BY 13289 C1 2010.06.30
потока, при этом регулировочная диафрагма установлена над пространственным концентратором соосно вертикально-осевым ветророторам и оснащена блоком управления с
приводом изменения площади переменного проходного отверстия для вертикального следового шлейфа, электрогенератор выполнен в виде кольцевого контрроторного электрогенератора, якорь которого связан с одним вертикально-осевым ветроротором, а контрротор
связан с другим вертикально-осевым ветроротором, причем корпус кольцевого контрроторного электрогенератора прикреплен соосно вертикально-осевым ветророторам к ветроприемным экранам пространственного концентратора и оснащен радиально-упорным
магнитожидкостным подшипником, установленным на внутреннем периметре пространственного концентратора.
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к конструкциям ветроэнергетических установок, и может быть использовано в различных областях хозяйственной деятельности.
Известны конструкции ветроэнергетических установок, содержащие лопастные ветророторы с вертикальной осью вращения и электрогенератором, обеспечивающие концентрацию ветрового потока с площади значительно большей, чем ометаемая ветроротором
поверхность, причем сконцентрированный и соответственно ускоренный ветровой поток
направлен под углом к рабочей зоне лопастного ветроротора [1] для создания дополнительного крутящего момента на оси лопастного ветроротора.
Известно устройство, содержащее два ветроколеса на одном вертикальном валу, крылья аэродинамического профиля которых связаны в цилиндроид или конусоид, формирующие вертикальный вихрь, а вертикальный вал связан с редуктором-мультипликатором
и электрогенератором [2].
Известна также ветроэнергетическая установка [1], так называемая башня Йена, содержащая два ветроколеса на одном вертикальном валу с электрогенератором, размещенные в
раструбе вертикального конического (или шатрового) концентратора, преобразующего
горизонтальный ветровой поток в вертикальный, а над раструбом закреплен формирователь вихря в виде полого цилиндра с вертикальными щелевыми проемами и экранами по
наружному периметру полого цилиндра.
Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, принята ветроэнергетическая установка [1], так называемая башня Йена, состоящая из пространственного
концентратора, содержащего ветроприемные экраны, установленные на шатровом концентраторе, над которым размещены вертикально-осевые ветророторы, связанные через редуктормультипликатор с электрогенератором.
Достоинство известного устройства заключается в достаточно высоком использовании
энергии ветрового потока, воздействующего через пространственный концентратор на
вертикально-осевые ветророторы, направленного под конический концентратор, и приращении энергии за счет косвенного использования ветрового потока в зоне полого цилиндра, преобразующего отработавший ветровой поток в вертикальный вихревой следовый
шлейф, отсасывающий дополнительные воздушные массы через ветроколеса в раструбе
конического концентратора. Запуск в работу этого устройства осуществляется восходящими
потоками при нагреве солнечными лучами поверхности конического концентратора, т.е.
при появлении тяги восходящего потока нагретого воздуха, или в пасмурную погоду принудительной раскруткой ветроколес электрогенератором, работающим в режиме электродвигателя. Обязательным условием устойчивой работы башни Йена является скорость
ветрового потока внутри полого цилиндра не ниже 8 м\с.
Недостатком прототипа является отсутствие устройства регулирования скорости вращения вертикально-осевых ветророторов и, соответственно, частоты вращения якоря
электрогенератора, путем воздействия на ветровой поток, особенно в режиме преобразо2
BY 13289 C1 2010.06.30
вания вертикального следового шлейфа в устойчивый вихревой воздушный шлейф
(смерч). Кроме того, недостатками известной конструкции являются: громоздкость и связанные с этим неприменимость ее в качестве локального источника энергии на небольшие
автономные хозяйственные объекты; нестабильность работы, связанная с отсутствием
самозапуска в переменчивых климатических условиях. Эти указанные недостатки свойственны всем конструкциям, описанным в последующих за башней Йена усовершенствованных устройствах, т.к. в основном они были связаны с увеличением тяги восходящих
потоков воздушных масс путем наращивания высоты полого цилиндра (трубы), количества концентрических цилиндров или замены полого цилиндра на полый конус. Указанные
усовершенствования привели не более как к созданию экспериментальных образцов и, в
силу выявленных экономической и эксплуатационной несостоятельности, не доведены до
массового внедрения на уровне серийной продукции.
В основу изобретения положена задача обеспечения стабильности работы вертикально-осевой ветроэнергетической установки в переменных скоростных режимах ветрового
потока при условии устранения всех перечисленных в предыдущем абзаце прочих недостатков.
Достигается это следующим образом.
Ветроэнергетическая установка, содержащая пространственный концентратор с ветроприемными экранами, внутри которых размещены вертикально-осевые ветророторы,
связанные через редуктор-мультипликатор с электрогенератором, содержит регулировочную
диафрагму с переменным проходным отверстием для вертикального следового шлейфа,
отработавшего в пространственном концентраторе ветрового потока, при этом регулировочная диафрагма установлена над пространственным концентратором соосно вертикальноосевым ветророторам и оснащена блоком управления с приводом изменения площади
переменного проходного отверстия вертикального следового шлейфа, электрогенератор
выполнен в виде кольцевого контрроторного электрогенератора, якорь которого связан с
одним вертикально-осевым ветроротором, а контрротор связан с другим вертикальноосевым ветроротором, причем корпус кольцевого контрроторного электрогенератора закреплен соосно вертикально-осевым ветророторам к ветроприемным экранам пространственного концентратора и оснащен радиально-упорным магнитожидкостным подшипником,
установленным на внутреннем периметре пространственного концентратора.
На фиг. 1 изображена двухъярусная ветроэнергетическая установка в поперечном разрезе;
на фиг. 2 - вид ветроэнергетической установки сверху на регулировочную диафрагму
максимально открытым проходным сечением переменного проходного отверстия;
на фиг. 3 - вид ветроэнергетической установки сверху на регулировочную диафрагму
с минимально открытым проходным сечением;
на фиг. 4 - сечение А-А верхнего яруса ветроэнергетической установки;
на фиг. 5 - сечение Б-Б нижнего яруса ветроэнергетической установки;
на фиг. 6 - профиль крыльчатой лопасти в крутке в сечениях Х-Х и Ф-Ф;
на фиг. 7 - профиль геликоидного интерцептора одножелобчатого;
на фиг. 8 - профиль геликоидного интерцептора двухжелобчатого (стреловидного);
на фиг. 9 - общий вид двухъярусной ветроэнергетической установки с кольцевым
контрроторным электрогенератором;
на фиг. 10 - сечение К-К кольцевого контророторного электрогенератора.
Ветроэнергетическая установка состоит из пространственного концентратора 1, содержащего ветроприемные экраны 2 и 3, внутри которых размещены вертикально-осевые
ветророторы 4 и 5, связанные через редуктор-мультипликатор 6 с электрогенератором 7.
Ветроэнергетическая установка оснащена регулировочной диафрагмой 8 с переменным проходным отверстием 9 вертикального следового шлейфа Ш, отработавшего в пространственном концентраторе 1 ветрового потока В. Регулировочная диафрагма 8 установлена
3
BY 13289 C1 2010.06.30
над пространственным концентратором 1 соосно вертикально-осевым ветророторам 4 и 5
и оснащена блоком управления 10 с приводом 11 изменения размера переменного проходного отверстия 8 вертикального следового шлейфа Ш. Ветроэнергетическая установка 1 выполнена с электрогенератором 7 в виде кольцевого контрроторного электрогенератора 12,
якорь 13 которого связан с одним вертикально-осевым ветроротором 4, а контрротор 14 связан с другим вертикально-осевым ветроротором 5, причем корпус 15 кольцевого контрроторного электрогенератора 12 закреплен соосно вертикально-осевым ветророторам 4 и 5 к
ветроприемным экранам 2 пространственного концентратора 1. Корпус 15 кольцевого
контрроторного электрогенератора 12 оснащен радиально-упорным магнитожидкостным
подшипником 16.
По фиг. 1 вертикально-осевой ветроротор 4 приводным валом 17 связан с якорем 18
контрроторного электрогенератора 7. На приводном валу 17 закреплены сверху и снизу
крыльчатые лопасти 19, связанные геликоидными интерцепторами 20 двухжелобчатого
(стреловидного) профиля по фиг. 8. К полостному валу 21 крыльчатыми лопастями 19 сверху и снизу по внутреннему периметру междиафрагменной полости 22 закреплены диафрагменные лопасти 23 нижнего вертикально-осевого ветроротора 5. Полостной вал 21
через редуктор-мультипликатор 6 связан с контрротором 24. Ветроприемные экраны 2 и
ветронаправляющие ребра 25 закреплены сверху и посредине обечайками 26 и 27. Верхние концы приводного вала 17 и полостного вала 21 также связаны с обечайками 26, 27
перемычками 28 через вертлюги 29 и 30. Диафрагменные лопасти 23 для жесткости поверху
связаны рамкой 31. Центрирование вертикально-осевых ветророторов 4 и 5 осуществляется талрепами 32, связывающими электрогенератор 7 перемычками 33 с ветронаправляющими ребрами 25.
По фиг. 2 и 3 регулировочные диафрагмы 8 содержат кулисные механизмы 34, червячный редуктор 35, электродвигатель 36, закрепленные на ветроприемных экранах 2. Лепестки 37 регулировочной диафрагмы 8 прорезью 38 вставлены в направляющий тавр 37,
выполненный поверху ветроприемных экранов 2.
По фиг. 4 для ветровых зон с высокими среднегодовыми скоростями ветра геликоидные интерцепторы 40 выполнены с одножелобчатым профилем 41.
По фиг. 7 приводной вал 17 вертикально-осевого ветроротора 4 соединен через подшипниковый узел 42 соосно с приводным валом 43 вертикально-осевого ветроротора 5,
закрепленного нижним концом на центрирующем подшипнике 44.
Кольцевой контрроторный электрогенератор 12 с коллекторным якорем 45 и контрротором 46 установлены в корпусе 47 с фланцем 48, на котором и закреплены коллекторы 49. Коллекторный якорь 45 установлен на геликоидных интерцепторах 20 крыльчатых
лопастей 19 вертикально-осевого ветроротора 4 с кронштейном 50. Контрротор 46 кронштейном 51 соединен с вертикально-осевым ветроротором 5. Корпуса 52 и 53 коллекторного
якоря 45 и контрротора 46 изолированы от корпуса 47 слоями магнитной жидкости 54 и
55 магнитно-жидкостного подшипника 16 с электромагнитной подпиткой 56.
Кольцевой контрроторный электрогенератор 18 закреплен на ветроприемных экранах 2
концентрично оси ветроротора 4.
Блок управления 9 связан проводной связью 57, 58 и 59 с приводом 11, анемометром 60
и коллектором 49 электрогенератора 7.
Ветроприемные экраны 2 и ветронаправляющие ребра 25 по фиг. 9 закреплены снизу к
платформе 61, выполненной по фиг. 1 в виде шатрового концентратора 62.
Для надежности крепления регулировочной диафрагмы 8 направляющие тавры 37 жестко закреплены на уголковых кронштейнах 63, жестко связанных с обечайками 26 и с
ветроприемными экранами 2.
Работает ветроэнергетическая установка следующим образом.
По фиг. 1 часть ветрового потока В вдоль ветронаправляющих ребер 25 поступает к
крыльчатым лопастям 19 ветроротора 5 и создает крутящий момент Mш через полостной
4
BY 13289 C1 2010.06.30
вал 21 и редуктор-мультипликатор 6 на контрротор 20 контрроторного электрогенератора 7.
Другая часть ветрового потока В воздействует на диафрагменные лопасти 23 и также создает
крутящий момент Мд на контрроторе 24. Верхняя часть ветрового потока В, воздействуя
на ветроротор 4, создает крутящий момент Mг на якоре 18 контрроторного электрогенератора 7 на противовращении якоря 18 контрротору 24.
Восходящий индукционный поток И, образованный вращением крыльчатых лопастей 5,
снижает суммарный крутящий момент M на контрроторе 20 контрроторного электрогенератора 7 на величину Ти. Восходящий индуктивный поток И воздействует на крыльчатые
лопасти 15 ветроротора 4, создавая дополнительный крутящий момент Мл на валу якоря
18 и подкручивая его в вихревой восходящий шлейф Ш. Сформированные геликоидальные струи Ж в желобах 41 геликоидных интерцепторов 20 на выходе из ветроротора 4
преобразуются в устойчивый вихревой шлейфовый след в виде "смерча" С с зоной пониженного давления Ц по центру "смерча" С. Понижение давления создает вертикальный
подсос к восходящему индуктивному потоку И, снижая сопротивление крутящему моменту Mш на величину Тш, и одновременно, за счет наращивания скоростей вращения ветророторов 4 и 5, резко увеличивает эжекцию окружающих ветроэнергетическую установку
воздушных масс в зону работы ветророторов 4 и 5. Это приведет к наращиванию суммарного крутящего момента M на величину Mс.
M = Мш + Мд + Mг + Мл - Ти + Мс - Tp,
где Tp - потери на механические передачи в подшипниковых узлах и редукторемультпликаторе 6. Эти потери могут достигнуть 10…15 % от создаваемой ветроэнергетической установкой мощности электрического тока.
С целью предупреждения превышения пределов скоростей работы ветророторов 4 и 5,
за счет воздействия восходящих вихревых шлейфов Ш и тем более "смерча" С, и соответственно крутящего момента на якоре 18 контрроторного электрогенератора 7, используется уменьшение выхода вихревых шлейфов Ш через проходное отверстие 9. Особенно это
необходимо для корректировки выхода геликоидальных струй Ж, образующих "смерч" С.
Сигнал на уменьшение или увеличение проходного отверстия 9, т.е. перемещение лепестков 37 регулировочной диафрагмы 8 в направлении по стрелке H, поступает к исполнительному механизму 11 по проводной связи 57 через блок управления 9 от коллектора
49 и анемометра 60.
Натурные модели и некоторые узлы и элементы заявляемой ветроэнергетической установки испытаны в аэродинамической трубе кафедры ЮНЕСКО Белорусского национального технологического университета и на испытательном аэродинамическом
комплексе ООО "АЭРОЛЛА". Технико-энергетические параметры заявляемой ветроэнергетической установки соответствуют эксплуатационным требованиям по ветровым режимам как для высокоскоростных ветровых зон, так и для слабоветреных районов.
Источники информации:
1. BY 8142 C1, 2006.
2. RU 2178830 С2, 2002.
5
BY 13289 C1 2010.06.30
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
6
BY 13289 C1 2010.06.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
7
BY 13289 C1 2010.06.30
Фиг. 10
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
377 Кб
Теги
by13289, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа