Изобретение относится к области энергетики, в частности к автономным ветроэлектрическим станциям как экологически чистым и наиболее дешевым источникам энергии.The invention relates to the field of energy, in particular to stand-alone wind power stations as environmentally friendly and cheapest energy sources.
Известны устройства, использующие энергию ветра, состоящие в основном из преобразователя энергии ветра в кинетическую энергию вращения ротора генератора (например, простейшее ветроколесо, ось которого совпадает с направлением движения воздушного потока или же с вертикальной осью вращения). Разновидностей ветроэлектростанций достаточно много, все они отличаются конструкцией, формой и мощностью, вырабатываемой электорэнергии (патенты №2362906, 2205293, 2215898, 2231680, 2244157, 2249722, 2270359, 2285147 и др.). Основным недостатком существующих разновидностей ветроэлектростанций является их неустойчивая работа, связанная со случайным характером изменяющейся в широких пределах во времени интенсивности (скорости) движения воздушных потоков (ураган либо полный штиль).Known devices that use wind energy, consisting mainly of a converter of wind energy into kinetic energy of rotation of the rotor of the generator (for example, a simple wind wheel whose axis coincides with the direction of air flow or with the vertical axis of rotation). There are a lot of varieties of wind farms; they all differ in design, shape and power, generated electric power (patents No. 2362906, 2205293, 2215898, 2231680, 2244157, 2249722, 2270359, 2285147, etc.). The main disadvantage of the existing varieties of wind farms is their unstable operation, associated with the random nature of the intensity (speed) of the movement of air currents that varies widely over time (hurricane or calm).
Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является обеспечение возможности вырабатывать электроэнергию даже при нулевой скорости естественного движения воздушных масс.The technical result achieved by the present invention is to provide the ability to generate electricity even at zero speed of natural movement of air masses.
Данный технический результат достигается тем, что предлагаемая конструкция ветроэлектрической станции для многоэтажных зданий и сооружений отличается наличием вала генератора, расположенного на оси, ориентированной вертикально к поверхности земли, на этой оси закреплены два ветропривода. Первый (верхний) ветропривод приводится во вращение естественным движением воздушных масс, а второй (нижний) - под воздействием разностного давления, создаваемого в вертикально расположенных вытяжных трубах или каналах. Для большей экономии энергии станции между валами приводов размещено электромагнитное фрикционное устройство (электромагнитная муфта сцепления), производящее отсоединение первого ветропривода от второго при нулевой скорости движения наружного воздуха (при штиле). Кроме того, верхний ветропривод с наветренной стороны на ½ закрыт щитком флюгерного типа.This technical result is achieved in that the proposed design of a wind farm for multi-story buildings and structures is characterized by the presence of a generator shaft located on an axis oriented vertically to the surface of the earth, two wind drives are fixed on this axis. The first (upper) wind drive is brought into rotation by the natural movement of air masses, and the second (lower) one is under the influence of the differential pressure created in vertically located exhaust pipes or channels. For greater energy savings of the station, an electromagnetic friction device (electromagnetic clutch) is located between the drive shafts, which disconnects the first wind drive from the second at zero external air speed (with calm). In addition, the upper wind drive on the windward side is ½ closed by a weather vane type shield.
На фиг.1 изображен оголовок ветроэлектрической станции для многоэтажных зданий и сооружений в разрезе; на фиг.2 - оголовок ветроэлектрической станции для многоэтажных зданий и сооружений, вид сбоку; на фиг.3 - оголовок ветроэлектрической станции для многоэтажных зданий и сооружений, вид сверху с разрезом верхнего ветропривода (многолопастного ветроколеса).Figure 1 shows the head of a wind farm for multi-story buildings and structures in section; figure 2 - the head of the wind power station for high-rise buildings and structures, side view; figure 3 - the tip of the wind power station for multi-storey buildings and structures, a top view with a cut of the upper wind drive (multi-blade wind wheel).
Ветроэлектрическая станция для многоэтажных зданий и сооружений состоит из вала 5 генератора 8, закрепленного распорками 7 в вентиляционном канале 6. На валу, ориентированном вертикально к поверхности земли закреплены два ветропривода: многолопастное ветроколесо 1 с лопатками 2 и турбина 4. Многолопастное ветроколесо 1 приводится во вращение естественным движением воздушных масс при попадании ветра между изогнутыми лопатками 2, а турбина 4 - под воздействием разностного давления, создаваемого в вертикально расположенных вытяжных трубах или каналах 6, и чем выше эти вытяжные трубы или каналы, тем сильнее движение воздуха в них. Для большей экономии энергии станции, между валами приводов, размещено электромагнитное фрикционное устройство 3 (электромагнитная муфта сцепления), производящее отсоединение ветропривода 1 от ветропривода 4 при нулевой скорости движения наружного воздуха (при штиле).A wind farm for multi-storey buildings and structures consists of a shaft 5 of a generator 8, fixed by struts 7 in a ventilation duct 6. Two wind drives are mounted on a shaft oriented vertically to the ground: a multi-blade wind wheel 1 with blades 2 and a turbine 4. A multi-blade wind wheel 1 is rotated natural movement of air masses when wind gets between curved blades 2, and turbine 4 - under the influence of differential pressure created in vertically located exhaust pipes or and channels 6, and the higher these exhaust pipes or channels, the stronger the movement of air in them. To save energy, the station, between the shafts of the drives, placed an electromagnetic friction device 3 (electromagnetic clutch), disconnecting the wind drive 1 from the wind drive 4 at zero air speed (with calm).
Ветроколесо 1 с изогнутыми лопатками 2 расположено на вертикальной оси между двумя горизонтальными круглыми пластинами 10 и 15, которые закреплены между собой шестью стойками 14. Нижняя пластина 15 закреплена на вытяжном канале 6 и имеет внутри отверстие, соответствующее внутреннему диаметру вытяжного канала. Между ветроколесом 1 и нижней пластиной 15 имеется зазор, через который осуществляется беспрепятственное движение наружного воздуха и выходит воздух из вентиляционного канала 6.The wind wheel 1 with curved blades 2 is located on a vertical axis between two horizontal circular plates 10 and 15, which are fixed to each other by six racks 14. The lower plate 15 is mounted on the exhaust channel 6 and has an opening inside, corresponding to the inner diameter of the exhaust channel. Between the wind wheel 1 and the lower plate 15 there is a gap through which the free movement of external air is carried out and the air leaves the ventilation channel 6.
В центре пластины 10 закреплен круглый выступ 13, на который одет подшипник, а поверх него ступица 12. Ступица несет на себе вертикальную пластину 11 (в виде треугольника), выполняющую роль флюгера. Кроме того, к ступице прикреплена горизонтальная пластина 16, имеющая форму ¼ окружности и выступающая за пределы пластины 10. По наружному краю пластины 16 прикреплена вертикальная изогнутая пластина 9 (в виде щитка), закрывающая на ½ ветроколесо 1 с наветренной стороны. Данное устройство вращается вокруг своей оси и под действием ветра на пластину 11 (флюгера) располагается таким образом, что перекрывает доступ ветра к ½ ветропривода 1 и позволяет ему вращаться в одном направлении.In the center of the plate 10, a round protrusion 13 is mounted, on which the bearing is dressed, and a hub 12 over it. The hub carries a vertical plate 11 (in the form of a triangle), which serves as a weather vane. In addition, a horizontal plate 16 having a ¼ circle shape and protruding beyond the plate 10 is attached to the hub. A vertical curved plate 9 (in the form of a shield) is attached to the outer edge of the plate 16, closing it by 1/2 windwheel 1 on the windward side. This device rotates around its axis and under the influence of the wind on the plate 11 (weather vane) is located in such a way that blocks the access of the wind to ½ of the wind drive 1 and allows it to rotate in one direction.
При изготовлении предлагаемой конструкции ветроэлектрической станции для многоэтажных зданий и сооружений необходимо обязательно соблюсти одинаковое направление вращения ветроприводов 1 и 4, то есть поворот изогнутых лопаток 2 ветроколеса и лопастей турбины.In the manufacture of the proposed design of a wind farm for multi-story buildings and structures, it is necessary to observe the same direction of rotation of the wind drives 1 and 4, that is, the rotation of the curved blades 2 of the wind wheel and turbine blades.
Подобную конструкцию ветроэлектрической станции можно использовать как автономный источник электроэнергии, а также в качестве резервного источника, например, для аварийного освещения лестничных маршей многоэтажных зданий и других высотных сооружений.A similar design of a wind farm can be used as an autonomous source of electricity, as well as as a backup source, for example, for emergency lighting of staircases of high-rise buildings and other high-rise buildings.