Ветроэнергетическая установка Парфенова

(51) 03 3/00 (2006.01) 03 3/04 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Благодаря сдвоенным лопастям, имеющим аэродинамический профиль,и продольным перегородкам, увеличивающим общую площадь лопасти ротора, изменяется направление ветра с горизонтального на вертикальный вниз и вверх. Продолжая свое движение вверх и вниз, ветер попадает во входные прямоугольные отверстия конфузора в соотношении площади входного и выходного прямоугольных отверстий конфузора в соотношении 110 и скорость воздушного потока на выходе из конфузора увеличивается в 5 раз. Мощный поток воздуха попадает на винтовые турбины,имеющие плосковыпуклый аэродинамический профиль, и создает движущий момент винтам и в итоге всю ВЭУ. При размерах роторной головки на 2,5 м 2 м можно получить до 10 квт мощности. Благодаря аэродинамическим и конструктивным особенностям ВЭУ происходит преобразование кинетической энергии ветра в механическую в пределах до 50 и более и в дальнейшем механическую в электрическую в пределах до 95. Данная ВЭУ имеет работоспособность даже тогда,когда ветер стихнет до 1 м/сек или увеличится до 50 м/сек, когда другие типы ВЭУ не работают,Достоинства ВЭУ Парфенова в том, что 1. она работает независимо от направления ветра и стартовой скорости его от 1 м/сек и менее 2. установку можно устанавливать вблизи домов,т.к. отсутствует шум, электромагнитные, ультра и ультразвуковые излучения 3. полная безопасность для окружающей среды 4. простота при монтаже и обслуживании, т.к. находится на уровне земли и у нее нет почти движущих деталей и соединений, а значит и нет вибраций, вредно действующие на фундамент зданий и всю конструкцию.(72) Парфенов Александр Эдуардович Парфенов Григорий Александрович(73) Парфенов Александр Эдуардович Парфенов Григорий Александрович Чувашова Елена Геннадьевна Рахимбекова Салтанат Темиркуловна(ВЭУ) Парфенова относится к области ветроэнергетики, а именно к ветряным двигателям с вертикальным валом и может быть использован в качестве автономного возобновляемого источника энергии. ВЭУ Парфенова состоит из 3-х ветродвигателей со сдвоенными лопастями, 2-х винтовых турбин,вытяжной звукопоглощающей камеры, 2-х заглушек лопастей ротора, тормозного устройства, мачты,вертикального вала,ребер жесткости,прямоугольных реактивных сопел, направляющевыпрямляющей пластины для сжатия воздуха,конфузора с прямоугольными входными отверстиями. Задачей изобретения является увеличение коэффициента использования энергии ветра и упрощение конструкции. Предлагаемая установка работает при ветрах любого направления. При наличии ветра сдвоенные лопасти ротора, имеющие аэродинамический профиль и установленные по отношению друг к другу под 90-125 градусов, центральной своей частью воспринимают на себя динамический напор и скорость горизонтального потока ветра. Этот же поток ветра воспринимает на себя и две пластины,расположенные в передней части роторной лопасти,в верхней и нижней ее половинках под углами от 10 до 20 градусов. Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветряным двигателям с вертикальным валом и может быть использовано в качестве автономного возобновляемого источника энергии. Известна ветроустановка,содержащая неподвижный несущий корпус, являющийся основным направляющим аппаратом, выполненным в виде пространственной лопастной решетки с центральным выходным каналом, в котором соосно с центральной осью на вертикальном валу размещено рабочее колесо. На верхнем элементе корпуса установлен с возможностью свободного вращения относительно центральной оси единый блок из воздухозаборника, сопла и стабилизатора,при этом пространственная лопастная решетка сформирована из двух поверхностей вращения построенных в виде кругового массива пространственных лопастей между ними, которые формируют рабочие каналы тыльной зоны направляющего аппарата и соединен воедино с выходным соплом с возможностью свободного вращения относительно центральной оси (Патент РФ 2276743, опубл. 20.05.2006). Недостаток этой установки в том, что она не обеспечивает максимально возможного коэффициента использования энергии ветра и сложна в изготовлении. Известен ветродвигатель,содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью вращения, лопасти которой выполнены в виде аэродинамических профилей,где входная закругленная кромка лопасти расположена на большем расстоянии от оси вращения турбины, чем задняя заостренная кромка, при этом наружная грань лопасти образует оптимальный угол атаки с измененным направлением движения воздушного потока и поворотные щиты, экранизирующие лопасти. Профиль лопасти ветротурбины выполнен симметричным и образован двумя плавными кривыми различной степени кривизны одного знака,при этом ось симметрии проходит по середине длины профиля лопасти ветротурбины. Каждая лопасть состоит из двух или нескольких частей,соединенных между собой вертикальными шарнирами с возможностью принудительного поворота любой части лопасти (Патент РФ 2267647, опубл.10.01.2006). Недостаток этой ветроустановки заключается в том, что она не обеспечивает максимально возможного коэффициента использования энергии ветра, сложна в изготовлении, также недостатком является большая материалоемкость и сложность лопастей. Наиболее близкой по технической сущности к заявленному устройству является выбранная в качестве прототипа ветроустановка, включающая в себя ротор с лопастями,имеющими аэродинамический профиль, установленный на вертикальной оси, ускоритель потока, выполненный в виде двух противоположно направленных элментов, имеющих форму четверти полого цилиндра, направляющих элементов, закрепленных 2 посредством штанги, Ось вращения делит штангу на две части в отношении 12, причем большая часть штанги по середине изогнутой под углом 135 градусов для достижения жесткости конструкции и устойчивости к вибрациям, С каждой стороны направляющих элементов установлены вертикально и параллельно друг другу стабилизаторы (Патент РФ 2472031,опубл. 10.01.2013). Недостаток известной ветроэнергоустановки в сложности конструкции ее,в высоких экономических затратах на ее изготовление,сложность в обслуживании. Задачей данного изобретения является увеличение коэффициента использования энергии ветра и упрощение конструкции ВЭУ. Технический результат достигается упрощением технологии изготовления и, как следствие, низкими экономическими затратами. В результате использования нестандартных решений при проектировании и в силу аэродинамических и конструктивных особенностей ветроустановки стало возможным получить преобразование кинетической энергии ветра в механическую в пределах до 50 и более, и, в дальнейшем, механическую в электрическую в пределах до 95. Предлагаемое изобретение поясняется фиг.1, 2,3, где изображено положение ветроэнергетической установки с указанием изменения воздушного потока. Ветроэнергетическая установка включает в себя сдвоенные лопасти первого электродвигателя 1,винт-турбину второго электродвигателя 2, винт турбину третьего электродвигателя 3, вытяжную звукопоглощающуюся камеру 4, две заглушки лопастей ротора 5, тормозное устройство 6, мачту 7,генератор,редуктор блока управления 8,вертикальный вал 9, подшипниковый узел 10,направляюще-выпрямляющие продольные ребра(ребра жесткости) 11, прямоугольные реактивные сопла (по 2 шт.) на лопасть, направляющевыпрямляющую пластину для сжатия воздуха 13,вертикальный поток воздуха вверх и вниз 14,верхнюю часть сдвоенных лопастей ротора 15,нижнюю часть сдвоенных лопастей ротора 16,прямоугольные входные отверстия конфузора(установка для сжатия воздуха) 17. Ветроэнергоустановка Парфенова работает по принципу напорно-реактивно вытяжной схемы. При наличии ветра любого направления сдвоенные лопасти ротора 1(первого ветродвигателя), верхние 15 и нижние 16 его асти,имеющие аэродинамический профиль и установленные по отношению друг к другу под 90125 градусов,центральной своей частью воспринимают на себя динамический напор и скорость горизонтального потока ветра, Этот же поток ветра воспринимают на себя две пластины 13,расположенные в передней части роторной лопасти 1, в верхней и нижней ее половинах. Пластины 13 расположены под углами от 10 до 20 градусов от вертикали, благодаря этому и потому, что сдвоенные лопасти имеют аэродинамический профиль, и продольным перегородкам 11, которые увеличивают общую площадь лопасти ротора,изменяют направление ветра с горизонтального на вертикальный и вверх, и вниз. Результат - этот большой динамический напор воздуха и его скорость создают высокий движущий момент при трогании с места для начала вращения ВЭУ при малых скоростях ветра. Далее завихренный поток ветра попадает в выпрямляющую установки 17, состоящая из двух продольных перегородок 11, двух боковых стенок 5 и пластин 13, Продолжая свое движение вверх и вниз, ветер попадает во входные прямоугольные отверстия конфузора 17 в соотношении площади входного 17 и выходного 12 прямоугольных отверстий конфузора в соотношении 1 к 10. Скорость воздушного потока на выходе из конфузора 12 (реактивные сопла) увеличивается в 5 раз. По выходе из сопел 12 со скоростью не менее 25 м/сек создается реактивная тяга для дополнительной (принудительной) раскрутки всей ВЭУ. После того, как ветер сделал свою вторую работу (как реактивный движитель), этот мощный поток воздуха попадает в звукопоглощающуюся камеру 4 вытяжной трубы (кольцевой насадки), где расположены винтовые турбины 2 и 3 второго и третьего ветродвигателей. Винты имеют плосковыпуклый аэродинамический профиль, Здесь мощный поток ветра, исчисляемый в среднем 25 м/сек (при первоначальной рабочей скорости ветра в 5 м/сек) (это для примера) дует и создает движущий момент винтам, заставляя крутиться винтовые турбины 2 и 3 второго и третьего ветродвигателей, а в итоге и всю ВЭУ, так как все имеют общий вертикальный вал 9, с которым жестко скреплена вся конструкция ВЭУ. И только после своей третьей работы по раскрутке ВЭУ ветер уходит на отдых, отдав всю свою мощность, какая у него была, и даже многократно превышающую от тех мощностей, которые могут взять от ветра другие типы известных нам ВЭУ. После того, как ветер вышел из реактивных сопел 12 со скоростью 25 м/сек, ветер дует на лопасти 2 и 3, которые расположены прямо в струе воздуха от реактивных сопел 12, и имеют плосковыпуклый аэродинамический профиль и смонтированные под углами от 5 до 25 градусов в зависимости от требуемой отдаваемой мощности ВЭУ. И в силу аэродинамического профиля лопастей 2 и 3 создается очень высокий движущий момент лопастей 2 и 3, который присоединяется ко всем другим движущим моментам всей ВЭУ. И в силу всех слагаемых мощностей от трех ветродвигателей, ВЭУ, казалось бы, должна набирать большие обороты и даже очень, но,установка, набрав где-то 150-170 об/мин, больше оборотов не набирает. А почему Да потому, что при больших оборотах установка как бы убегает от ветра (а ветер у нас рабочий 5 м/сек) и хотя винтовые турбины и получают 25 м/сек (после установки сжатия воздуха 13 и работы реактивных сопел 12) обороты не увеличиваются, а происходит как бы стабилизация оборотов и вместо увеличения оборотов ВЭУ, увеличивается большой крутящийся момент и набирается большая мощность. При размерах роторной головки 2,52 м можно получить до 10 квт мощности и более и это при 5 м/сек. Технико-эксплуатационные достоинства ВЭУ- начинает работать независимо от направления ветра- имеет низкую стартовую скорость ветра 1 м/сек и менее- можно устанавливать вблизи дома, т.к. отсутствует шум от ее работы- ввиду низких оборотов и конструктивных особенностей ВЭУ отсутствуют электромагнитные,ультра и инфразвуковые излучения,представляющие опасность для человека, птиц,насекомых и окружающей среды- требует минимум обслуживания, т.к. у нее почти нет движущих деталей и соединений, а значит и нет вибраций, вредно действующих на фундамент и всю конструкцию- большая устойчивость к очень сильному ветру и в силу конструктивных особенностей она не может пойти в разнос и превысить скорость вращения в 350-400 об/мин- в силу конструктивных особенностей ветер создает движущий рабочий момент, что заставляет лопасти ротора и винтовую турбину вращаться еще быстрее, что придает дополнительную мощность всей установке. Во всех других схемах роторных ВЭУ этого эффекта нет. Там ветер, дующий в заднюю часть лопастей ротора создает только тормозящий момент- позволяет при одном и том же размере менять ее мощность от 1 квт до 10 квт и более путем изменения количества лопастей турбины- стабилизирует обороты ротора, вследствие чего не наблюдается скачков ни в оборотах, ни в напряжении- простота при монтаже и обслуживании, т.к. и генератор, и редуктор, и система автоматики и т.д. Находятся на уровне земли. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветроэнергетическая установка, состоящая из трех ветродвигателей со сдвоенными лопастями,двух винтовых турбин,вытяжной звукопоглощающей камеры,двух заглушек лопастей ротора, тормозного устройства, мачты,вертикального вала,ребер жесткости,прямоугольных реактивных сопел, направляющевыпрямляющей пластины для сжатия воздуха,конфузора с прямоугольными входными отверстиями, отличающаяся тем, что сдвоенные лопасти имеют аэродинамический профиль и установлены под углом от 90 до 125. 2. Ветроэнергетическая установка по п.1,отличающаяся тем, что роторные лопасти с внутренней стороны снабжены двумя продольными перегородками,имеющие аэродинамический профиль. 3. Ветроэнергетическая установка, по п.1,отличающаяся тем, что продольные перегородки и сдвоенные роторные лопасти снабжены направляюще-выпрямляющими пластинами для сжатия воздуха. 4. Ветроэнергетическая установка, по п.3,отличающаяся тем, что продольные перегородки имеют прямоугольные отверстия конфузора в соотношении 110. 5. Ветроэнергетическая установка, по п.1,отличающаяся тем,что прямоугольные реактивные сопла расположены строго напротив лопастей винтовых турбин второго и третьего ветродвигателей. 6. Ветроэнергетическая установка, по п.5,отличающаяся тем, что лопасти имеют плосковыпуклый аэродинамический профиль с длиной хорды лопастей от 5 до 15 от диаметра ротора и установлены под углами от 5 до 25 градусов.