EA016290B1

EA016290B1 - Ветростанция

Info

Publication number: EA016290B1
Application number: EA200900198A
Authority: EA
Inventors: Омир Каримович БАЯЛИЕВ
Original assignee: Омир Каримович БАЯЛИЕВ; БОКЕНБАЕВ, Жакып Куттыбекович
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2012-03-30
Also published as: EA200900198A1; WO2010064880A2

Abstract

Изобретение относится к ветростанциям и предназначено для преобразования энергии ветра в энергию, полезную для использования в народном хозяйстве. Заявляемая ветростанция содержит два и более ветродвигателей с кольцевой направляющей, соединённых в общую электрическую сеть, причем ветродвигатели меньшего диаметра размещены внутри ветродвигателей большего диаметра, а размеры ветроколес, количество лопастей и их частоты вращения выбираются такими, чтобы обеспечить их взаимодействие.

Description

Изобретение относится к ветростанциям и предназначено для преобразования энергии ветра в энергию, полезную для использования в народном хозяйстве.

Известны ветростанции, состоящие из нескольких ветродвигателей, установленных рядом друг с другом и соединённых системой электрических кабелей для сбора и транспортировки электроэнергии. Каждый ветродвигатель в процессе работы создаёт турбулентные завихрения потока ветра, связанные с тем, что его лопасти движутся перпендикулярно направлению потока ветра. Это приводит к тому, что при строительстве ветростанции для минимизации воздействия ветродвигателей друг на друга их располагают на расстоянии не меньше чем 6 диаметров ветроколеса (сайт в Интернете 1Шр://\у\у\у.\ушбепегду. кг/Г11е8/1214827192_Г11е.рбГ).

Так, например, при мощности ветродвигателя 1,6 МВт, с диаметром ветроколеса 82 м и строительстве ветростанции 40 МВт необходимо установить 25 ветродвигателей в квадрате со стороной 5-6-82 м = 2460 м.

Еще одним недостатком является то, что турбулентные потоки приводят к возникновению шумов большой мощности, что не позволяет использовать также ветростанции вблизи населённых пунктов.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение коэффициента полезного действия ветростанции, уменьшение пространственных размеров станции, ее стоимости изготовления и монтажа, а также снижение уровня шумов при работе станции.

Задача решается тем, что в заявляемом устройстве ветростанции применяются ветродвигатели с вертикальной осью вращения, которые объединены в конструкцию, в значительной степени лишенную вышеуказанных недостатков. Ветродвигатели с вертикальной осью вращения меньшего диаметра размещаются внутри ветродвигателей большего диаметра, причем их размеры, количество лопастей и скорость вращения могут выбираться таким образом, что между ними возникает взаимодействие.

Концентрическое расположение ветродвигателей уже само по себе приведет к уменьшению площади, требуемой для ветростанции. В такой ветростанции возможно в горизонтальной плоскости возникновение еще одного эффекта.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1 - схематическое изображение вида ветродвигателя с вертикальной осью вращения;

фиг. 2 - схематическое изображение вида ветродвигателя сверху и направление ламинарного потока ветра;

фиг. 3 - схематичное изображение ветростанции в горизонтальной проекции, состоящей из 3 ветродвигателей с вертикальной осью вращения и стоячей звуковой волны между ними.

Наиболее удобным для реализации данного технического решения является применение ветродвигателя, изготовленного по евразийскому патенту № 009184 от 28.12.2007 г. Ветродвигатель Баялиева. Данный тип ветродвигателя может быть изготовлен в виде кольцевой конструкции (фиг. 1), на которой устанавливаются вращающиеся лопасти. Конструкция размещается на шасси, установленных непосредственно на площадке для монтажа ветродвигателя - на земле, крыше здания и т. п. Вращающий момент с шасси передаётся на генератор электрической энергии. Ограничитель обеспечивает устойчивость конструкции при резких порывах ветра, если веса самой конструкции недостаточно. Это позволяет отказаться от центрального вала и упрощает решение задачи построения Ветростанции Баялиева - концентрического расположения двух и более ветродвигателей. Могут применяться и другие решения ветродвигателей с совмещенными вертикальными осями вращения.

На фиг. 2 показано схематическое изображение ветродвигателя.

Каждая лопасть ветродвигателя, пересекая в процессе вращения ламинарный поток ветра перпендикулярно его направлению, возбуждает турбулентные колебания потока, а также звуковые волны. Частота прерываний потока возбуждает волновые колебания с частотой, прямо пропорциональной частоте вращения ветродвигателя и количеству лопастей:

Ев=Гд-Ил - частота волны, где Гд - частота вращения ветроколеса, а Ил - количество лопастей ветроколеса;

Гд=Ул/пб , где Ул - линейная скорость лопасти, а б - диаметр ветроколеса.

Итак:

Бв=Ул-Ил/п-б.

Длина звуковой волны зависит от скорости звука и частоты:

Ьв=Узв/ Ев, где Узв скорость звука в атмосфере;

Ев=б-Узв-п-/Ул-Ил.

Из формулы видно, что длина звуковой волны, создаваемой ветродвигателем, прямо пропорциональна диаметру ветродвигателя и скорости звука в атмосфере и обратно пропорциональна количеству лопастей и их линейной скорости, т.е. частоте вращения ветродвигателя.

Таким образом, меняя диаметр ветродвигателя и количество лопастей ветроколеса, можно изменять длину звуковой волны, генерируемую его лопастями при перпендикулярном пересечении постоянного ламинарного потока ветра. А подстраивая скорость (частоту) вращения ветроколеса, можно добиться стабилизации (относительной) длины возбуждаемой волны, т. е. получить стоячую волну.

- 1 016290

Это явление предлагается использовать в предлагаемой конструкции ветростанции. Для этого необходимо два и более ветродвигателя с вертикальной осью вращения разместить таким образом, чтобы пучности звуковой волны совпадали с зоной движения лопастей, а узлы находились между ними. Каждый ветродвигатель в этом случае можно рассматривать как генератор и приёмник звуковых колебаний.

Стоячая волна является частным случаем бегущей волны, возникающей при сложении и вычитании волн, близких или кратных по частоте. Другим способом повышения эффективности работы ветростанции является настройка ветродвигателей ветростанции таким образом, чтобы частоты генерируемых звуковых волн каждым ветродвигателем в ветростанции привели к их резонансному взаимодействию. Это создаст условия для перетока энергии между ветродвигателями и повысит общую мощность ветростанции.

Энергия турбулентных потоков, приводящая в классических ветростанциях к появлению шума, использована в данной конструкции на разгон ветродвигателей, а значит, на генерацию электрической энергии.

На фиг. 3 представлено схематическое изображение ветростанции, состоящей из 3 ветродвигателей. Ветродвигатели создают звуковую стоячую волну. Узлы стоячей волны совпадают с зонами движения лопастей, а пучности находятся между ними. В узлах скорость ветра максимальна, а в пучностях минимальна. Это даёт возможность повышения мощности ветростанции, а значит и её коэффициента полезного действия.

Ветродвигатели меньшего диаметра расположены внутри ветродвигателей большего диаметра таким образом, что узлы стоячей волны, возникающей при пересечении лопастями ветрового потока, расположены вне зон вращения лопастей, а пучности - в зонах вращения лопастей. Направления вращения ветродвигателей могут совпадать, а могут быть разнонаправленными. Количество лопастей в каждом ветродвигателе может быть произвольным. Длина генерируемой волны определяется диаметрами ветродвигателей и количеством лопастей.

Наиболее удобно применять ветродвигатели с направляющими в виде кольца, но могут использоваться и традиционные конструкции, обеспечивающие размещение одного ветродвигателя внутри другого.

Момент вращения может быть передан на электрический генератор любым известным в машиностроении способом.

Дополнительным преимуществом заявляемой конструкции является простота её изготовления, так как нет технических сложностей для увеличения диаметра ветроколеса. Технологии отработаны и аналогичны применяемым способам при изготовлении рельс для трамвайных или железнодорожных путей. Чем больше диаметр ветроколеса, тем больше устойчивость конструкции.

Концентрический принцип конструкции ветростанции позволяет экономить место для её монтажа, а также создаёт потребителю удобства по увеличению мощности установки. Чтобы увеличить мощность действующей ветростанции достаточно добавить ещё одно кольцо.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Ветростанция, содержащая по меньшей мере два ветродвигателя с вертикальной осью вращения, соединённых в общую электрическую сеть, отличающаяся тем, что ветродвигатели меньшего диаметра расположены внутри ветродвигателей большего диаметра таким образом, что лопасти ветродвигателей располагаются в пучностях стоячей звуковой волны, возбуждаемой ветродвигателями.
2. Ветростанция по п.1, отличающаяся тем, что используются ветродвигатели с кольцевой направляющей.
3. Ветростанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что размеры ветроколес, количество лопастей и их частоты вращения выбираются такими, чтобы обеспечить их взаимодействие.