Виндроторная электростанция БОНИ-В

Изобретение относится к области энергетики, в частности к ветровым электростанциям, И может найти применение в ветровых регионах для автономного электроснабжения объектов И выработки электроэнергии в общую энергосистему.Известен роторный ветродвигатель, содержащий ротор Савониуса, опору, установленный на ней, с возможностью поворота, направляющий аппарат, вь 1 полненный в виде флюгера И экранирующей обечайки, частично охватывающий ротор (патент США М 4134707, кл. Р 03 В 3/04, 1979).Этому ветродвигателю присущ ряд недостатков,таких, как низкий коэффициент использования энергии воздушного потока (не более 20 ) в площади его торможения, большая удельная масса И высокая пусковая скорость ветра.По наибольшему количеству общих признаков И достигаемому эффекту за прототип принимается ветродвигатель, содержащий виндротор с вертикальной осью И с плоскими лопатками, поворотный направляющий аппарат с решеткой лопаток И ветроотражательной криволинейной плоскостью, связанные между собой при помощи торцевых пластин. Для создания разрежения внутри виндротора служит торцевая турбина (а. с. СССР Не 1204777, кл. Р 03 В 3/04,1984).Однако И это устройство имеет невысокий коэффициент использования энергии воздушного потока, большую удельную массу, высокую пусковую скорость ветра, сложно в изготовлении И эксплуатации.Задачей настоящего изобретения является разработка устройства, обеспечивающего повышение коэффициента использования энергии ветра, снижение металлоемкости, стоимости, И улучшение эксплуатационных параметров ветроэлектростанций. Техническим результатом от применения изобретения является снижение пусковой скорости ветра, повь 1 шение коэффициента использования энергии ветра,упрощение конструкции.Технический результат достигается путем использования в виндроторе с вертикальной осью объемных лопаток, ограниченной длины и оптимальной геометрической формы вместо плоских, разделением ротора на модули, высота и диаметр которых связаны соотношением 0,110,0, установкой направляющего аппарата с оптимальным углом охвата виндротора периметрически струйным усилителем, Использованием электрических генераторов, включаемых по мере увеличения скорости ветра, электронного преобразователя вырабатываемой электроэнергии в электроэнергию промышленной частоты И напряжения И возможности использования электростанции БОНИВ в опорных, с размещением генераторной группы на земле, И подвесных вариантах.Существенные признаки Изобретения заключается в том, что лопатки виндротора выполнены объемнь 1 мИ, образованными вогнутыми и выпуклыми поверхностями, Имеют угол установки на входе 0-45 , 33554 на выходе 2075 при хорде, равной 0,1-0,3 наружного диаметра виндротора и относительной толщине профиля 0,20,6.Модули виндротора ограничены торцевыми дисками, удерживающими лопатки И соединены между собой со смещением 0,020,5 шага по лопаткам,направляющий аппарат выполнен по дуге диаметром не менее 1,2 наружного диаметра виндротора с углом его обхвата в пределах 90-270 И имеет направляющие пластины, установленные под углом 10-450 к окружности виндротора И по периметру имеет выполненные под углами 15-45 эжектирующие пластины, узел вь 1 работкИ электрической энергии. Электрические генераторы кинематически связаны через разгонные муфты с валом виндротора И электрически с электронным преобразователем тока И стабилизатором напряжения И частоты. В верхней И нижней частях виндротора установлены узлы крепления направляющего аппарата, а также, соответственно, узлы подвески И опоры.В частных случаях возможны варианты установки виндроторных электростанций на специальных опорах, мачтах, опорах линий электропередач, высотных строениях, морских судах, сухопутных транспортных средствах, подвески на тросах в ущельях, между высотными сооружениями, на аэростатах.При использовании указанных признаков коэффициент Использования энергии ветра увеличивается,по крайней мере, в 2 раза, сохраняется работоспособность электростанции при ураганных ветрах, увеличивается количество вырабатываемой за год электроэнергии в 2-3 раза, снижается материалоемкость И стоимость электростанции.Сущность изобретения поясняется чертежами,где на фиг. 1 приведен вид электростанции сбоку, на фиг. 2 - вид сверху, на фиг. 3 - при установке вала виндротора на земле, на фИг. 4 - на опоре, совмещенной со строением, на фиг. 5 - на опоре линии электропередач, на фиг. 6 - при подвеске на тросах в ущелье, на фиг. 7 - при подвеске на аэростате, на фИг. 8 - при установке на раздвижной опоре, на фиг. 9 - на морском судне, на фиг. 10 - на автомобиле.Виндроторная электростанция 1 состоит из вертикального виндротора 2, образованного одним Или несколькими модулями с объемными вертикальнь 1 ми лопатками 3, закрепленными в торцевых 4 И дистанционных дисках 5. Вал 6 виндротора установлен в подшипниковых узлах 7 направляющего аппарата 8,имеющего направляющие пластины 9 с дистанционнь 1 мИ дуговыми распорками 10 И установленные по периметру под углом 15-45 эжектирующие пластины 11 И 12. Сверху виндротора 2 шарнирно установлен флюгер 13 с пружиной 14 И петля подвески 15, а снизу на валу 6 с опорными подшипниками установлена обойма 16 с электрогенераторами 17, связаннь 1 ми с валом 6 через разгонные муфты 18.Узел выработки электрической энергии состоит из электрогенераторов 17 переменного тока с находящимися с ним в блоке выпрямителями, аккумулято 5 рами, преобразователями постоянного тока в переменный, конденсаторами, аппаратурой регулирования Напряжения, защиты и присоединения К электрической цепи, размещенными в шкафу 19 с электрическим кабелем 20.При установке виндротора 2 на вращающемся опорном валу 21, генераторы 17 и аппаратура управления 19 размещаются на земле, а электростанция в вертикальном положении удерживается растяжками 22 с анкерами 23. При установке виндротора 2 на строении 24 электрогенераторы 17 и аппаратура управления размещаются под крышей или внутри помещения на нижних этажах (фиг. 4).ветроэлектростанция БОНИ-В 1 может быть установлена на опорах ЛЭП 25 при помощи траверс 26 и 27 (фиг. 5).Перспективна подвеска виндроторных электростанций на тросах 28 и 29, закрепленных на анкерах 30 в ущелье (фиг. 6) или в руслах рек, а также подвешенных на аэростате 31 в зоне атмосферы с постоянными сильными ветрами (фиг. 7).При сооружении виндроторных электростанций средней и большой мощности электрогенераторы 17,преобразователи и другие элементы электрической схемы, для снижения веса монтируемых на высоте элементов, располагаются на грунте (фиг. 8) и соединяются с виндротором 2 шлицевым телескопическим валом 32. Опорная шарнирная рама 33 имеет лебедки 34 для изменения высоты рамы.Аналогична установка ВОНИ-В на транспортных средствах (фиг. 9, 10) для питания холодильников,отопления, освещения, откачки воды и удовлетворения других потребностей в электроэнергии на борту транспортных средств - судов 35 (фиг. 9) и автомобилей 36 (фиг. 10).Работа электростанции происходит следующим образом.При воздействии ветра на флюгере 13 через пружину 14 направляющий аппарат 8 устанавливается против ветра и последний, проходя через полости между направляющими пластинами 9 и дуговыми распорками 10 разгоняется и направляется на лопатки 3 виндротора 2, где его кинетическая энергия частично преобразуется в механическую энергию вращения вала 6 или 21 виндротора 2.Далее поток воздуха с остаточной энергией через внутреннюю полость виндротора 2 поступает на лопатки 3 противоположной стороны виндротора 2,где его кинетическая энергия дополнительно преобразуется в механическую энергию вращения виндротора. Внешний поток воздуха, ускоряемый на эжектирующих пластинах 11 и 12, за счет эжекции и струйновязкого воздействия, создает за виндротором 2 зону разрежения, что приводит к ускорению воздуха в виндроторе в 1,27 раза и увеличивает мощность виндротора 2 в 1,9 раза.При скорости ветра более 1,52 м/с первый электрогенератор 17 подключается к нагрузке, при скорости 68 м/с через разгонную муфту 18 включается6 дополнительно второй электрогенератор 17, при скорости 10-12 м/с дополнительно третий, при скорости 16-19 м/с дополнительно четвертый и т.д.При скорости ветра более 25-30 м/с его воздействие на флюгер 13 и длинную боковую направляющую пластину 9 приводит к повороту флюгера 13 с растяжением пружины 14 и повороту направляющего аппарата 8 боком к ветру, что перекрывает часть лопаток виндротора 2, ограничивая его мощность и скорость вращения на уровне максимальной мощности электрогенераторов 17. Работоспособность виндротора 2 сохраняется при всех возможных скоростях ветра.Последовательное включение электрогенераторов 17 создает сопротивление вращению ротора 2,стабилизирует скорость его вращения и обеспечивает оптимальную загрузку электрогенераторов 17, соответствующую их наивысшему КПД.При изменении направления ветра под действием флюгера 13 поворачивается на ветер направляющий аппарат 8 и обеспечивает максимальное использование энергии воздушного потока.Положение остальных элементов виндротора 2 не меняется. При отсутствии необходимости в работе виндротора 2 он останавливается тормозным устройством.Регулирование мощности виндроторной электростанции производят путем подъема виндротора 2 над поверхностью земли или опускании в случае ураганных ветров. Для этого мачты имеют раздвижные элементы 33 и валы 32.Изменение высоты подвеса виндроторных электростанций производят путем натяжения или опускания тросов. Наиболее широкие возможности в этом отношении у виндроторных электростанций, поднимаемых на аэростатах 31.1. Виндроторная электростанция, состоящая из виндротора с вертикальной осью и поворотного направляющего аппарата, отличающаяся тем, что виндротор выполнен из модулей, высота которых связана с диаметром соотношением 0,1-10,0, состоящих из объемных вертикальных лопаток, образованных вогнутыми и выпуклыми поверхностями, имеющих угол установки на входе 0-45 , на выходе 20-75 , при хорде 0,1-0,3 наружного диаметра виндротора, относительную толщину профиля 0,2-0,6 и ограниченных торцевыми и дистанционными дисками с закрепленными в них лопатками, причем диски между модулями соединены между собой со смещением, равным 0,02-0,5 шага по лопаткам, а направляющий аппарат выполнен по наружной дуге диаметром не менее 1,2 наружного диаметра виндротора с углом обхвата последнего в пределах 90-270 и имеет направляющие пластины, установленные под углом 10-45 к окружности виндротора, а по периметру аппарата выполнены под углами 15-45 эжектирующие пластины, идополнительно содержит тормозное устройство И узел выработки электрической энергии, состоящей из генераторов, кинематически соединенных с валом виндротора и электрически - с электронным преобразователем тока и напряжения, а сверху и снизу электростанции выполнены узлы подвески и опоры.2. Виндроторная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что виндротор установлен на вращающемся валу, опоре, мачте, стойке с растяжками, а генераторные и электронные преобразователи размещены у основания опоры или на нижней площадке помещений.3. Виндроторная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что узлы подвески выполнены на траверсах опор линий электропередач, телеграфных столбов.4. Виндроторная электростанция по.п.1, отличающаяся тем, что узлы подвески выполнены на тросах, закрепленных над ущельями или руслами рек.5. Виндроторная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что узел подвески изменяемой ВЬ 1 СОты выполнен на раздвижной опоре или на тросе аэростата, соединенного с наземной лебедкой.