Ветровая турбина на вертикальном валу

013527 Настоящее изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветровым турбинам на вертикальном валу, которые можно использовать в ветроэлектрогенераторах или устройствах для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Известен ротор ветровой турбины, например, по патентной заявке Российской Федерации 2135824, кл. МКИ 6, F03D 7/06, дата заявки 09.10.1996, дата публикации 27.08.1999, содержащий две лопасти С-образного профиля, закрепленные на вертикальном валу. С-образные лопасти крепят с возможностью поворота на параллельных траверсах, которые жестко связаны с вертикальным валом. Кроме того, точки крепления лопастей находятся на оси лопасти за ее центром тяжести в направлении от вершины С-образного профиля лопасти. Недостаток описанной выше роторной турбины заключается в сложности конструкции ее ротора,небольшой мощности и относительно низком коэффициенте полезного действия. Известна также роторная ветровая турбина с вертикальным расположением вала, например, по заявке Российской Федерации 2096259, кл. МКИ 6 В 63 Н 13/00, дата заявки 15.11.1993, дата публикации 20.11.1997 (прототип), которая обеспечена нижней и верхней дисковыми шайбами и механизмом поворота лопастей. Ось шайб совпадает с вертикальной осью вращения ротора. На нижних торцах лопастей установлены фиксаторы положения, с возможностью их зацепления с отверстиями, изготовленными в указанных шайбах. Указанный механизм поворота лопастей включает элемент, установленный на нижней шайбе, который закрепляется на оси ротора. Недостаток указанной ветровой турбины заключается в ее недостаточной надежности, недостаточной мощности и недостаточно высоком коэффициенте полезного действия. Целью настоящего изобретения является увеличение коэффициента полезного действия и повышение мощности ветровой турбины за счет обеспечения быстроходности ротора и улучшения его разгонных свойств. Согласно настоящему изобретению обеспечивается ветровая турбина на вертикальном валу, которая включает ротор с множеством лопастей, смонтированных под одинаковым углом вокруг вертикального вала, и множеством лопаток, объединенных в блоки в виде решеток, характеризующаяся тем, что количество блоков лопаток выбирают из следующего количественного ряда: два, три; блоки лопаток обеспечивают четырьмя решеточными лопатками, причем указанные решеточные лопатки в блоках смещены относительно оси симметрии каждого блока в направлении вращения ротора. Является целесообразным, чтобы ветровая турбина имела два блока лопаток и четыре решеточные лопатки в каждом блоке так, чтобы указанные решеточные лопатки в блоках были смещены по часовой стрелке относительно оси симметрии указанных двух блоков; или в другом варианте изобретения является целесообразным, чтобы ветровая турбина имела три блока лопаток и четыре решеточные лопатки в каждом блоке так, чтобы указанные решеточные лопатки в блоках были смещены по часовой стрелке относительно оси симметрии каждого блока. Изобретение может быть понято лучше из следующего подробного описания его варианта благодаря ссылке на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 представляет схематический вид решеточной компоновки лопаток; фиг. 2 - вид сверху ротора ветрового двигателя и фиг. 3 - профиль лопатки. Ветровая турбина на вертикальном валу включает ротор 1, обеспеченный двумя симметричными лопастями с блоками 2 и 3 аэродинамических решеток, причем каждый блок преимущественно состоит из четырех лопаток 4, выполненных в виде лопаток турбинной компоновки. Лопасти с блоками 2 и 3 аэродинамических решеток смонтированы на центральном вертикальном валу 5 под одинаковым углом вокруг него, а именно 180 друг от друга. Профили лопаток изготавливают в виде дозвуковых аэродинамических профилей (фиг. 3). Фиг. 2 показывает, что решеточные лопатки 4 в блоке 2 и, соответственно,решеточные лопатки 4 в блоке 3 смещены относительно оси симметрии О-О указанных блоков 2 и 3 в направлении вращения (показанного стрелкой) указанного ротора 1. Ротор 1 описанного варианта изобретения ветровой турбины показывают в положении вращения по часовой стрелке. Эффективность предлагаемой конструкции роторной решеточной турбины определяется выбором шагалопатки, выбором угла (р) установки блока решетки, выбором величины выноса решеточной лопатки , величиной коэффициента затенения (Кз) и значением хорды профиля лопатки (в). Установлено, что значения указанных параметров могут находиться в пределах шаглопатки: 0,4-0,6 в; угол (р) установки блока решетки: 0-5; величина выноса лопаток решетки : 0,4-0,6 в; величина коэффициента затенения (Кз): 0,3-0,5; где в - величина значения хорды профиля лопатки. Однако в процессе испытания моделей, оборудованных дозвуковыми аэродинамическими профилями лопаток, установлено, что оптимальные значения указанных параметров являются следующими:= 0,5 в;-1 013527 Р = 0;= 0,5 в; Кз 0,5. Величина значения хорды профиля (в) определяется количеством (Z) профилей лопаток, выбранными значениями коэффициента затенения (Кз) и диаметра (D) ротора ветровой турбины. Установлено,что оптимальное количество решеточных блоков равно двум, а оптимальное количество (Z) профилей лопаток в каждом блоке не превышает четыре. Однако количество решеточных аэродинамических блоков ветровой турбины можно определить при условии, что значение коэффициента затенения (Кз) 0,5. Согласно техническим требованиям, касающимся прочности и коэффициента полезного действия, наиболее оптимально, когда количество блоков равно двум или трем. Роторную решеточную ветровую турбину наиболее эффективно можно использовать в качестве ветровой турбины большой мощности с геометрическими размерами: диаметр D (6-10) м; высота Н =(1,0-1,5) D. Единичную мощность ( ) одного ряда аэродинамических профилей решетки при оптимальном режиме их работы можно определить по экспериментальной зависимости где N - общая мощность одного ряда лопаток двух блоков;S - суммарная площадь лопаток одного ряда двух блоков;Un - окружная скорость лопаток одного ряда двух блоков (м/с); р - плотность воздуха (кг/м 3),а - коэффициент влияния аэродинамических характеристик профилей лопаток решетки; этот коэффициент определяется при натурных испытаниях ветровых турбин с установленными на них конкретными профилями лопаток. Под воздействием ветра ротор ветровой турбины вращается, приводя в действие электрогенератор или другие устройства (не показаны), обеспечивающие преобразование ветровой энергии в электрическую или механическую энергию. Как показали модельные испытания, ветродвигатель с блоком решеток в турбинной компоновке аэродинамических профилей лопаток позволяет существенно увеличить коэффициент полезного действия ветровой турбины за счет лучшего использования аэродинамических характеристик профилей лопаток в турбинной компоновке; практически,коэффициент полезного действия составляет более чем 0,8 (макс 0,8); повысить мощность ветровой турбины за счет сохранения быстроходности ротора в связи с расширением диапазона изменения коэффициента затенения (Кз) до величины Кз 0,5 вместо Кэ 0,3 для известных быстроходных роторных ветродвигателей; улучшить разгонные свойства ветровой турбины за счет использования турбинной компоновки решеток. Дальнейшего повышения мощностных характеристик ветровой турбины можно достигнуть за счет улучшения аэродинамических свойств дозвуковых профилей лопаток, используемых в решетках турбинной компоновки ветродвигателей, путем использования устройств механизации для лопаток, например путем использования предкрылок, закрылок, приспособлений для сброса граничного слоя и т.д. Ветровую турбину в соответствии с настоящим изобретением можно применять в промышленности благодаря тому, что указанную ветровую турбину можно изготавливать промышленным способом и можно использовать при создании ветровых турбин на вертикальном валу для преобразования энергии ветра в электрическую или механическую энергию. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветровая турбина на вертикальном валу, включающая ротор с множеством лопастей, смонтированных под одинаковым углом вокруг вертикального вала, и множеством лопаток, объединенных в блоки в виде решеток, отличающаяся тем, что количество блоков лопаток выбирают из следующего количественного ряда: два, три; блоки лопаток обеспечивают четырьмя решеточными лопатками, причем указанные решеточные лопатки в блоках смещены относительно оси симметрии каждого блока в направлении вращения ротора. 2. Ветровая турбина на вертикальном валу по п.1, отличающаяся тем, что указанная турбина включает два блока лопаток с четырьмя решеточными лопатками в каждом блоке, причем указанные решеточные лопатки в блоках смещены по часовой стрелке относительно оси симметрии указанных двух блоков. 3. Ветровая турбина на вертикальном валу по п.1, отличающаяся тем, что указанная турбина включает три блока лопаток с четырьмя решеточными лопатками в каждом блоке, причем указанные решеточные лопатки в каждом из указанных блоков смещены по часовой стрелке относительно оси симметрии каждого блока.