Парусная горизонтальная ветросиловая турбина

Изобретение относится к ветроэнергетике. Парусная горизонтальная ветросиловая турбина состоит из двух параллельных стен, скрывающих нижнюю половину ротора от ветра и имеющих вдоль стен отсыпку грунта под углом в 30° к горизонту, крыши в виде навеса ромбообразного сечения, которая накрывает стены с таким расчетом, чтобы между стенами и крышей свободно располагался ротор, состоящий из вала, на котором жестко закреплены две боковины, представляющие из себя звездочки, имеющие 4 и более лучей, концы лучей соединены наружными трубчатыми балками, а внутри боковины ротора соединяются внутренней балкой в виде трубы, соосной с валом ротора и образующей жесткий каркас ротора, который дополнительно имеет кольцевой обод, центрируемый и регулируемый талрепами для поддержки роликовыми опорами всей конструкции ротора, имеющей радиальные лопасти, состоящие из парусов, закрепленных на упругих пластиковых каркасах, способных свободно вращаться вдоль своей оси в шарнирах наружных балок и в шарнирах внутренней балки, проходя сквозь которую, оси парусов заканчиваются рычагами, которые шарнирно объединены тягами управления, имеющими на концах ролики, подпираемые с двух сторон дисками управления, шарнирно связанными с управляющими домкратами, которые работают синхронно по сигналу от датчика силы и направления ветра, изменяя угол атаки и парусность парусов от максимальной до нулевой. Изобретение направлено на повышение коэффициента использования энергии ветра. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение относится к ветроэнергетике.

Парусная горизонтальная ветросиловая турбина содержит стационарный корпус здания, которое состоит из двух параллельных стен значительной протяженности, имеющих вдоль стен, с наружных сторон, отсыпку грунта под углом в 30° к горизонту.

Крыша здания выполнена в виде навеса ромбообразного сечения, служит для защиты турбины от атмосферного воздействия и используется как средство для направления, ускорения и уплотнения воздушного потока.

В здании горизонтально установлен ротор с возможностью вращения на валу ротора. На валу ротора жестко закреплены две боковины, представляющие из себя четырех-, пяти- или шестилучевые звездочки, концы лучей которых соединены наружными трубчатыми балками, а внутри боковины ротора соединяются внутренней балкой в виде трубы большого диаметра, соосной с валом ротора и образующей жесткий каркас ротора.

В зависимости от длины вала ротора ротор дополнительно имеет кольцевые обода, центрируемые и регулируемые талрепами и служащие для поддержки, на роликовых опорах, всей конструкции ротора.

Ротор имеет 4, 5 или 6 элементов радиальных лопастей, состоящих из ряда парусов, закрепленных на валу ротора шарнирно в наружной и внутренней балках. Элементы радиальных парусов расположены на равных расстояниях друг от друга. Каждый элемент радиальных парусов содержит опорные шарниры, каркас и парус. Ветровая лопасть имеет такую форму, чтобы захватывать поток воздуха, направленный на нее, с любого направления путем изменения угла атаки парусов, что вызывает перемещение лопасти и возникновение вращающей силы на валу ротора. В результате чего ротор вращается относительно своей продольной оси.

Элементы радиальных парусов шарнирно соединены между собой, на своих внутренних концевых участках осей вращения, при помощи рычагов с управляющей тягой. Управляющие тяги для каждой лопасти имеют на концах ролики. Ролики располагаются между управляющими дисками. Управляющие диски плотно прижимаются к роликам домкратами с гидравлическим либо винтовым приводом. Диски приводятся в движение синхронно в автоматическом режиме по команде от датчика направления и силы ветра, обеспечивая парусам оптимальный угол атаки. Также каждая лопасть может иметь индивидуальный электропривод управления парусами. Диски управления, воздействуя через ролики на тягу управления, при изменении направления ветра изменяют угол атаки парусов в активной фазе на оптимальный при умеренных ветрах и снижают парусность до нулевой при ураганных ветрах. Нулевая парусность устанавливается также и при пассивной фазе движения парусов.

При направлении ветра параллельно оси вращения ротора парусная горизонтальная ветросиловая турбина переходит в режим работы как винтовая. При этом незначительно будет снижаться эффективность работы парусов, но именно поэтому, для обеспечения постоянной мощности при любых направлениях ветра, предусматривается одновременное использование пары установок с расположением их на местности под углом 90° относительно друг друга и на расстоянии, исключающем создание ветровой тени.

Длина парусной ветросиловой турбины может быть увеличена соединением нескольких отдельных концевых и промежуточных секций. Для удобства ремонта, осмотра и обслуживания внутренняя балка ротора может иметь монтажные окна.

Парусная горизонтальная ветросиловая турбина по настоящему изобретению предлагает несколько преимуществ:

- может быть установлена на горизонтальных или наклонных поверхностях;

- имеет горизонтальную конфигурацию;

- имеет модульную конфигурацию (бок о бок);

- конструкция укрытия защищает от атмосферных осадков;

- имеет лопасти, состоящие из управляемых парусов, регулируемые так, чтобы увеличить парусность максимально или снизить до нулевой;

- каждая секция турбины имеет длину 100 метров (однако этот размер может меняться);

- конструкция имеет высокую прочность;

- малая высота конструкции упрощает доступ к компонентам;

- может быть установлена на пустынных, горных участках, не пригодных для сельскохозяйственного использования;

- при заданном размере конструкции не используется спецтранспорт для перевозки крупногабаритных элементов конструкции и при сборке не требуется специальная высотная техника;

- может генерировать энергию при скорости ветра ниже 5 м/с, что составляет около 80% ветров в некоторых районах;

- способна противостоять ветрам со скоростью более 50 м/с;

- использование установок в паре обеспечивает стабильную работу при любом направлении ветра и улучшает эффективность генерации энергии;

- использование установок в паре позволяет проводить регламентные работы, ремонт и обслуживание поочередно без полной остановки генерации;

- конструкция установки легко доступна для технического обслуживания;

- в случае повреждения паруса он может быть легко заменен;

- разборка конструкции установки возможна без привлечения спецтехники;

- простое техническое обслуживание;

- низкая стоимость;

- общий размер может регулироваться для конкретных условий применения;

- простота изготовления;

- может переносить штормовые порывы ветра и воздействие ударной волны;

- установки с малой, средней и большой мощностью могут быть сконструированы по одной концепции, просто путем соответствующего масштабирования компонентов;

- запасные части легко доступны и могут быть получены в течение короткого времени;

- установка содержит контроллер для управления упомянутой парусной горизонтальной ветросиловой турбиной в автоматическом режиме;

- контроллер обеспечивает оптимальные углы атаки парусов в активной фазе движения и снижает ее парусность до нулевой при пассивном движении, а также содержит датчики, прикрепленные к упомянутому контроллеру для контроля скорости, направления потока воздуха, шума и вибрации.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к парусной горизонтальной ветросиловой турбине большой мощности с повышенной устойчивостью к разрушающей силе ветра, предназначенной для преобразования кинетической энергии ветра в механическую и генерации электроэнергии.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известны различные ветродвигатели и ветроколеса как винтового, так и парусного действия, однако для ветродвигателей и ветроколес винтового действия в погоне за мощностью требуется сооружение все более высоких башен или мачт, достигающих сотен метров, тогда как направление и сила ветра в разных по высоте слоях атмосферы могут значительно отличаться.

При этом снижается устойчивость и увеличивается вероятность создания серьезных аварийных ситуаций при разрушающей силе ветра. Кроме того, они имеют ограниченный диапазон от начала работы, повышенный уровень создаваемого шума, создают опасность для стай птиц и летательных аппаратов, требуют большой охранной территории и др.

Поэтому более предпочтительным является использование безопасных ветровых турбин (ветроколес) парусного действия с горизонтальным валом, при использовании которых устраняются указанные недостатки.

Турбины парусного действия сравнительно с винтовыми могут быть большей мощности и при этом значительно устойчивее к разрушительной силе ветра.

При изменении направления ветра изменяется, в автоматическом режиме, только угол атаки парусов. Вся установка стационарна и остается на местности неподвижной.

При направлении ветра параллельно оси вращения ротора ветротурбина переходит в режим работы как винтовая. При этом незначительно будет снижаться эффективность работы парусов, но именно поэтому, для обеспечения постоянной мощности при любых направлениях ветра, предусматривается одновременное использование пары установок с расположением их на местности под углом 90° относительно друг друга и на расстоянии, исключающем создание ветровой тени.

Наиболее близкой к предлагаемой является горизонтальная ветросиловая турбина по патенту №2539945, автор патента КУИНТАЛ Реджин.

Турбина, раскрытая в этом патенте, малой мощности. При изменении направления ветра подразумевается разворот всей установки на платформе неизвестной конструкции, не имеет механизма изменения угла атаки лопастей, лопасти в неактивной фазе движения, создают тормозящий эффект.

Enercon Е-126 - ветрогенератор производства немецкой компании Enercon. Полная высота - 198 м, а установка ВСУ допускается на расстоянии не менее 5 их высот от ближайших жилых строений. Мощность энергоустановки стоимостью 11 млн. евро составляет 7,58 МВт, и она имеет штормовое ограничение скорости ветра в 34 м/с. При превышении данной скорости установка будет разрушена. Срок эксплуатации составляет около 10-20 лет.

Формула изобретения

1. Парусная горизонтальная ветросиловая турбина, состоящая из двух параллельных стен, скрывающих нижнюю половину ротора от ветра и имеющих вдоль стен отсыпку грунта под углом в 30° к горизонту, крышу в виде навеса ромбообразного сечения, которая накрывает стены с таким расчетом, чтобы между стенами и крышей свободно располагался ротор, состоящий из вала, на котором жестко закреплены две боковины, представляющие из себя звездочки, имеющие 4 и более лучей, концы лучей соединены наружными трубчатыми балками, а внутри боковины ротора соединяются внутренней балкой в виде трубы, соосной с валом ротора и образующей жесткий каркас ротора, который в зависимости от длины вала ротора дополнительно имеет кольцевой обод, центрируемый и регулируемый талрепами и служащий для поддержки роликовыми опорами всей конструкции ротора, имеющей радиальные лопасти, состоящие из парусов, закрепленных на упругих пластиковых каркасах, способных свободно вращаться вдоль своей оси в шарнирах наружных балок и в шарнирах внутренней балки, проходя сквозь которую, оси парусов заканчиваются рычагами, которые шарнирно объединены тягами управления, имеющими на концах ролики, подпираемые с двух сторон дисками управления, шарнирно связанными с управляющими домкратами, которые работают синхронно по сигналу от датчика силы и направления ветра, изменяя угол атаки и парусность парусов от максимальной до нулевой, обеспечивая постоянные и равномерные обороты ротора.

2. Парусная горизонтальная ветросиловая турбина по п. 1, отличающаяся тем, что ротор собирается из отдельных концевых и промежуточных секций.

3. Парусная горизонтальная ветросиловая турбина по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя балка имеет монтажные окна.