Ветростанция

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, соединнных 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. Баялиев Омир Каримович (KZ) Русакова Н.В. (KZ)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БАЯЛИЕВ ОМИР КАРИМОВИЧ; БОКЕНБАЕВ ЖАКЫП КУТТЫБЕКОВИЧ (KZ) 016290 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 соединнных системой электрических кабелей для сбора и транспортировки электроэнергии. Каждый ветродвигатель в процессе работы создат 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 http://www.windenergy.kz/files/1214827192file.pdf). 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 5682 м = 2460 м. Еще одним недостатком является то, что турбулентные потоки приводят к возникновению шумов большой мощности, что не позволяет использовать также ветростанции вблизи населнных 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 передатся 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:Fв=VлNл/d. Длина звуковой волны зависит от скорости звука и частоты:Lв=dVзв/VлNл. 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 примник 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 дат возможность повышения мощности ветростанции, а значит и е 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 е 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 е монтажа,а также создат потребителю удобства по увеличению мощности установки. Чтобы увеличить мощность действующей ветростанции достаточно добавить ещ одно кольцо. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветростанция, содержащая по меньшей мере два ветродвигателя с вертикальной осью вращения,соединнных 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.