Характеризуя свое изобретение — диагональный ветрогенератор, — руководитель ООО «Ветра» Виталий Третьяков говорит: «Она ни на что не похожа». И он прав — по крайней мере, выглядит этот ветряк совсем иначе, чем те пропеллеры, которые можно видеть где-нибудь в Германии или Голландии. Ветрогенератор Третьякова представляет собой воздухозаборник, который «улавливает» даже относительно слабые воздушные потоки. Новинка начинает вырабатывать полезную энергию уже при скорости 1,4 м/с, а не при традиционных 3–5 м/с. Кроме того, не нужен дорогостоящий монтаж: установку можно ставить на здание, мачту, мост и так далее, а срок эксплуатации у нее в 2-3 раза больше, чем у европейских агрегатов.
Размеры — около метра в высоту, метр сорок в длину. КПД постоянный, составляет около 52%. Мощность промышленного аппарата 5 Квт. На расстоянии 2 метров шум от ветростанции менее 20 Дб. Для сравнения: шум вентилятора — от 30 до 50 Дб.
Ветрогенератор Третьякова относится к ветроэнергетике, в частности к ветроустановкам с направляющими устройствами, преобразующим энергию воздушного потока, и может быть использована для получения как механической, так и электрической энергии.
Известна ветроустановка, содержащая устройства для изменения направления воздушного потока, которая, в том числе, содержит корпус, вытяжное устройство и направляющий аппарат для воздушного потока и предназначена для преобразование энергии воздушного потока (патент РФ №2093702, F 03 D 3/04 от 22.01.96).
Однако данная установка не позволяет максимально использовать энергию ветра из-за больших потерь в протяженном вертикальном рабочем тракте.
Известна ветроустановка с концентратором и ускорителями потока, которая, в том числе, содержит обтекаемый корпус, конфузор, сопло и турболопастной ротор и предназначена для преобразования энергии ветра в электрическую (а.с. №2078995, 6 F 03 D 9/00 от 26.05.92).
Но большая парусность конфузора предполагает увеличение прочности несущих элементов и механизмов и их массы, а это снижает общий КПД установки. Конструктивная сложность с большим количеством подвижных пар и пар трения увеличивает удельную стоимость установки и ставит под сомнение ее преимущества перед классической схемой горизонтально-осевых установок.
Наиболее близким техническим решением является ветроустановка, содержащая кольцевой корпус с центральным каналом и обтекателем на его входе, которая, в том числе, содержит направляющие лопатки, эластичный выходной патрубок с кольцом и установленное на вертикальном валу ветроколесо и предназначена для преобразования энергии ветра (а.с. №1121482, F 03 D3/04 от 06.08.82).
Но в данной установке работает лишь фронтальная часть направляющего аппарата, а на тыльной, по отношению к направлению воздушного потока, создается подветренная зона пониженных давлений размером в половину (а то и больше) диаметра направляющего аппарата, что приводит к перетеканию рабочей среды в область пониженных давлений на переходе из направляющего аппарата к рабочему колесу. Т.е. часть воздушного потока со своей потенциальной энергией «убегает на волю», не доходя до рабочего колеса, тем самым снижая эффективность работы установки.
Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона рабочих скоростей набегающего потока, максимального использования его энергии, уменьшение потерь рабочего тракта и увеличение эффективности ветроустановки.
Для решения поставленной задачи ветроустановка содержит неподвижный несущий корпус, являющийся основным направляющим аппаратом, выполненным в виде пространственной лопастной решетки с центральным выходным каналом, в котором соосно с центральной осью на вертикальном валу размещено рабочее колесо, причем на верхнем элементе корпуса установлен, с возможностью свободного вращения относительно центральной оси, единый блок из воздухозаборника, сопла и стабилизатора; при этом пространственная лопастная решетка сформирована из двух поверхностей вращения и построенными в виде кругового массива пространственных лопастей между ними, которые формируют рабочие каналы; воздухозаборник полностью охватывает рабочие каналы тыльной зоны направляющего аппарата и соединен воедино с выходным соплом с возможностью свободного вращения относительно центральной оси.
На фиг.1 изображен общий вид установки; на фиг.2 — ветроустановка в разрезе; на фиг.3 — вид сверху с разрезом А-А.
На фиг.1, 2, 3 изображена ветроустановка, где 1 — нижнее основание, 2 — верхний элемент корпуса, 3 — пространственные лопасти, 4 — рабочий канал направляющего аппарата, 5 — центральный выходной канал корпуса, 6 — рабочее колесо, 7 — воздухозаборник, 8 — внутренняя полость воздухозаборника, 9 — сопло, 10 — стабилизатор, 11 — генерирующее устройство, 12 — граница раздела на зоны, 13 — фронтальная зона, 14 — тыльная зона.
Взаимное расположение узлов и деталей ветроустановки: нижнее основание 1 и верхний элемент 2 концентрично расположены относительно центральной вертикальной оси и представляют собой две поверхности вращения. Нижнее основание 1 и верхний элемент 2 жестко соединены между собой пространственными лопастями 3, построенными в виде кругового массива относительно центральной оси, и формируют пространственные рабочие каналы 4 между каждой парой лопастей 3. Совокупность перечисленных элементов формирует неподвижный несущий корпус, являющийся основным направляющим аппаратом. Он выполнен в виде пространственной лопастной решетки с центральным выходным каналом 5, в котором соосно размещено рабочее колесо 6. На верхнем элементе 2 корпуса установлен, с возможностью свободного вращения относительно центральной оси, единый блок из воздухозаборника 7, сопла 9 и стабилизатора 10. Рабочее колесо 6 связано с генерирующим устройством 11. Воздухозаборник 7 выполнен в виде пространственной оболочки, охватывающей в рабочем положении рабочие каналы 4 тыльной зоны 14 направляющего аппарата и, создавая своей поверхностью границу между областями повышенного и пониженного давления, формирует внутреннюю полость 8. Условная граница раздела 12 между фронтальной зоной 13 и тыльной зоной 14 проходит по входной части воздухозаборника.
При этом рабочие каналы 4 сформированы из условия минимизации протяженности рабочего тракта в направляющем аппарате и вертикальной составляющей траектории движения рабочей среды.
Ветрогенератор Третьякова работает следующим образом:
Сопло 9 и воздухозаборник 7 с помощью стабилизатора 10 ориентируются по направлению воздушного потока, вращаясь вокруг направляющего аппарата. Захваченный направляющим аппаратом и воздухозаборником 7 воздушный поток, пройдя через каналы 4 направляющего аппарата, расположенные во фронтальной зоне 13, и через внутреннюю полость 8, сформированную воздухозаборником 7, и каналы 4, расположенные в тыльной зоне 14, попадает в центральный канал 5 и на рабочее колесо 6, расположенное в нем. Передав часть своей энергии колесу 6, отработанный воздушный поток (рабочая среда) выбрасывается через сопло 9 наружу. Рабочее колесо 6 передает полученную энергию на генерирующее устройство 11. Срез сопла 9 находится в тыльной зоне 14 области пониженного давления, а входная часть воздухозаборника 7 — во фронтальной зоне 13 области повышенного давления торможения от набегающего потока.
Два противоположных по воздействию эффекта («тянуть» и «толкать») дают дополнительный положительный импульс работе воздушного потока и переводят установку в категорию «два в одном».
К описанному выше добавим, что образованная поверхностью подвижного блока из элементов 7 и 9 пространственная граница между областями пониженного и повышенного давлений защищает установку от вредных "отсасывающих" эффектов в области перехода из направляющего аппарата на рабочее колесо 5 и тем самым уменьшает потери энергии в рабочем тракте установки.
Подвижный блок из элементов 7, 9, 10 выполнен из легких материалов и при малом удельном весе имеет низкий момент инерции. В зависимости от номинальной мощности установки и, соответственно, массы подвижного блока из элементов 7, 9, 10 возможно использование совместно со стабилизатором 10 или взамен ему дополнительных устройств и механизмов.
Установка на верхнем элементе корпуса, единого блока из воздухозаборника, сопла и стабилизатора, с возможностью свободного вращения относительно центральной оси, позволяет получить дополнительную энергию от захваченного воздухозаборником потока, включить в работу каналы тыльной зоны и избавиться от вредного влияния на работу установки пониженных давлений тыльной зоны.
Формирование пространственной лопастной решетки из двух поверхностей вращения и построенными в виде кругового массива пространственных лопастей между ними позволяет сформировать рабочие каналы с минимальной протяженностью рабочего тракта в направляющем аппарате и вертикальной составляющей траектории движения рабочей среды.
Соединенный воедино с выходным соплом, с возможностью свободного вращения относительно центральной оси, воздухозаборник полностью охватывает рабочие каналы тыльной зоны направляющего аппарата и позволяет направлять через них к рабочему колесу энергию струй, не захваченных рабочими каналами фронтальной зоны.
Использование ветроустановки предложенной конструкции позволяет существенно повысить эффективность использования энергии ветра, расширить диапазон рабочих скоростей ветра и максимально полно использовать энергию низкопотенциальных, пульсирующих и «рыскающих» потоков воздуха. Благодаря простоте конструктивной схемы с минимальным количеством узлов, деталей и кинематических пар достигается увеличение надежности и долговечности установки.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ (Ветрогенератор Третьякова)
Ветроустановка содержит неподвижный несущий корпус, являющийся основным направляющим аппаратом, выполненным в виде пространственной лопастной решетки с центральным выходным каналом, в котором соосно с центральной осью на вертикальном валу размещено рабочее колесо, отличающаяся тем, что на верхнем элементе корпуса установлен с возможностью свободного вращения относительно центральной оси, единый блок из воздухозаборника, сопла и стабилизатора, при этом пространственная лопастная решетка сформирована из двух поверхностей вращения и построенными в виде кругового массива пространственных лопастей между ними, которые формируют рабочие каналы; воздухозаборник полностью охватывает рабочие каналы тыльной зоны направляющего аппарата и соединен воедино с выходным соплом с возможностью свободного вращения относительно центральной оси.
Обновлено: 4 мая 2019
Популярность автономных источников электроэнергии постоянно возрастает. Территория России огромна, возможность подключения к сетевым ресурсам имеется далеко не везде. Существует масса участков, где электроэнергии нет и в ближайшее время не предвидится. Выходом из положения для этих районов становится использование ветрогенераторов, дающих возможность производить энергию самостоятельно, не зависеть от поставщиков или ресурсных организаций.
Цены на промышленные установки очень велики и доступны не всем. При этом, зная принцип работы устройства и обладая некоторыми навыками, вполне возможно изготовить ветряк своими руками и сэкономить значительную сумму денег. Так уже поступают в многих отдаленных поселках, дачных кооперативах или иных участках, лишенных возможности подключения к сети. Вопрос насущный и весьма интересный, заслуживающий более детального рассмотрения.
Что такое ветрогенератор, основные узлы и элементы системы
Ветрогенератор — это агрегат, производящий выработку электрического тока, используя энергию ветра. Состоит из нескольких частей:
- ротор. Подвижная часть, принимающая на свои отражательные элементы (лопасти) поток ветра и преобразующая его энергию во вращательное движение
- генератор. Устройство, обеспечивающее выработку электротока. Приводится во вращение ротором
- выпрямитель. Преобразует полученный переменный ток в постоянный
- аккумулятор. Служит для накопления заряда и постепенной отдачи его потребителям
- контроллер заряда. Устройство, осуществляющее функции контроля и наблюдения за величиной заряда аккумуляторов
- инвертор. Прибор, получающий питание от аккумуляторных батарей в виде постоянного тока и преобразующий его в стандартные 220 В 50 ГЦ или 380 В.
Ветрогенераторы имеют массу конструкций, но меняется только ротор, устройство, принимающее энергию ветра и приводящее во вращение генератор. Все остальные узлы системы неизменны и лишь дополняются какими-либо элементами для улучшения качества работы. Если на готовом комплексе поменять ротор, для системы в целом никаких изменений не произойдет, просто надо поменять режим работы.
Конструкции и виды роторов
Существуют две больших группы ветряков:
Их названия обозначают ориентацию оси вращения и говорят сами за себя. Наиболее эффективны горизонтальные конструкции, но они же наиболее требовательны к обслуживанию. Кроме того, горизонтальные роторы могут функционировать только при правильном наведении на поток, для чего требуется дополнительное устройство и возможность поворота вокруг вертикальной оси. Тем не менее, для промышленного производства электроэнергии изготавливаются именно такие роторы.
Роторы с вертикальной осью вращения не требовательны к направлению потока, поскольку для них этот показатель как бы отсутствует. Они неприхотливы в обслуживании, довольно устойчивы в работе и имеют массу вариантов конструкции.
Общим недостатком вертикальных роторов является низкая эффективность, возникающая из-за одновременного воздействия потока ветра на рабочую и обратную поверхность лопастей, компенсирующего усилия. Этот недостаток постоянно пытаются обойти, создаются разные варианты конструкции с той или иной степенью эффективности. На сегодняшний день имеются:
- ротор Савониуса
- ротор Дарье
- ротор Ленца
- геликоидный ротор
- ортогональный ротор и т.д.
Все конструкции имеют свои особенности, достоинства и недостатки. Примечательно, что для самостоятельного изготовления чаще всего используются далеко не самые удачные варианты конструкции, но простые, доступные для создания из подручного материала. При этом, они достаточно успешно работают, помогают людям в какой-то степени выходить из положения.
Преимущества самодельного ветрогенератора
Преимуществами самодельного ветрогенератора являются:
- простота конструкции
- высокая ремонтопригодность
- возможность внесения любых изменений в конструкцию
- расходы на создание самодельных ветрогенераторов крайне малы по сравнению со стоимостью промышленных образцов.
Проще говоря, ветрогенератор, созданный своими руками, выполняет те же функции, но затраты на него гораздо ниже. Кроме того, на базе имеющегося ветряка всегда можно создать новую, усовершенствованную модель с улучшенными характеристиками или параметрами. Это позволяет свободно изменять, улучшать систему электроснабжения дома, объединять при необходимости несколько ветряков без ограничений или привязки к конструкции.
Ветрогенератор Третьякова
Одна из достаточно новых, оригинальных конструкций ротора предложена изобретателем из Самары Виталием Третьяковым. Как он сам ее охарактеризовал, «она ни на что не похожа». Это не совсем верно, близкие по конструкции разработки существуют, но и они не повторяют это решение в достаточной степени.
Ротор Третьякова — это диагональный ветрогенератор, улавливающий, активно реагирующий на поток со скоростью от 1,4 м/с. Это весьма удачная конструкция, если учитывать, что обычные вертикальные роторы начинают движение при скоростях потока в 3-4 м/с.
Технические характеристики ветрогенератора Третьякова:
- КПД конструкции — 52%
- минимальная скорость потока — 1,4 м/с
- уровень шума при удалении от установки на 2 м — 20 Дб
- мощность промышленного варианта — 5 кВт
Срок службы этого ротора в 2-3 раза превышает длительность эксплуатации европейских разработок, что является еще одним плюсом для турбины.
Конструкция ротора Третьякова
Диагональная ветротурбина Третьякова состоит из неподвижного корпуса с установленным на нем воздухозаборником. Генератор установлен на валу рабочего колеса внутри нижней части корпуса. Вся конструкция очень компактна, выглядит несколько футуристично.
На корпусе также установлен направляющий аппарат, подающий поток ветра в нужном направлении. Он имеет сложную конфигурацию — между двумя круглыми дисками располагаются лопасти, образующие поверхности вращения. Направляющий аппарат имеет возможность свободного вращения вокруг вертикальной оси, ориентируя забор потока. Рабочее колесо расположено внутри направляющего аппарата с воздухозаборником, снаружи его не видно.
Принцип работы ротора заключается в попадании потока внутрь воздухозаборника с одновременным направлением его на рабочее колесо как по прямой, так и отраженным от задней стенки воздухозаборника, что позволяет сконцентрировать, увеличить энергию потока и направить ее на рабочее колесо. Таким образом, поток ветра, попавший в воздухозаборник и направляющий аппарат, весь целиком используется для вращения вала, потерь на обратные воздействия такая турбина практически не имеет.
Ветрогенератор Третьякова — это очень серьезная заявка на первенство в данной отрасли, по признанию специалистов, это мини-революция. Изобретению прочат солидное будущее, в частности, возможна установка таких систем на электромобили. Как известно, основная их проблема — малый заряд аккумулятора. Если оснастить машину ветрогенератором Третьякова, она сможет сама себя подзаряжать, существенно увеличить автономность, величину пробега.
Ветрогенератор Третьякова своими руками — возможно ли?
Конструкция такого ротора достаточно сложна и трудновыполнима в домашних условиях. Проблема заключена в большом количестве деталей, имеющих плавные обтекаемые линии, которые не создать из подручных материалов или готовых деталей. Любая ошибка в геометрии элементов приведет к нарушениям в работе всей конструкции, снижению эффективности устройства.
Тем не менее, при желании или наличии некоторой производственной базы, самостоятельно изготовить такое устройство вполне возможно. Основным требованием станет обеспечение прочности, жесткости конструкции, максимальное соблюдение геометрических форм, пропорций аппарата, легкость вращения. Размеры или параметры устройства придется рассчитывать самостоятельно, что создает некоторые трудности. Тем не менее, всегда можно попробовать обратиться непосредственно к изобретателю, обсудить с ним возможности или некоторые вопросы по изготовлению ветрогенератора.
Создание всех остальных узлов системы производится по обычной методике. Генератор можно изготовить своими руками, или применить одно из готовых устройств — например, автомобильный или подобный ему генератор. Известны конструкции с использованием мотор-колеса, удобные тем, что в них предусмотрены все необходимые узлы и элементы.
Создание ветряка — работа с равной степени творческая и ремесленная. Для удачного исхода начинания нужны определенные познания и навыки. Тему надо основательно проштудировать и накопить определенный багаж знаний, иначе успеха не получится.
Прежде, чем приступить к работе, необходимо определиться со своими возможностями и производственной базой, оценить шансы на успех. Если имеются сомнения, лучше для начала попробовать более простую конструкцию, чтобы приобрести опыт и наработать практику, которая в будущем станет базой для изготовления более сложных проектов.
С Селигерского инновационного форума, который проходил в июле 2009 года в Тверской области, вернулся 48-летний самарский изобретатель Виталий Третьяков. Вместе с ним приехал Евгений Куркин, аспирант, автор расчетов и пиара уникального изобретения. Именно он подал заявку на форум.
Размеры ветрогенератора Третьякова — около метра в высоту, метр сорок в длину. КПД постоянный, составляет около 52%. Аппарат на фото имеет мощность 100 Вт. Промышленный вариант — 5 Квт. На расстоянии 2 метров шум от ветростанции менее 20 Дб. Для сравнения: шум вентилятора — от 30 до 50 Дб.
— Ветроэнергетическая установка к тому времени уже была готова, — рассказывает Евгений Куркин.- Модель стояла в Смышляевке, на складе. Как только стало ясно, что повезем показывать ее всему миру, в темпе вальса принялись ее готовить: проверять, как работает, красить.
Виталий Евгеньевич рассказывает о своем чудо-изобретении, которое официально называется «диагональная ветротурбина», так просто, будто он нашел сто первый способ открывать винные бутылки. На самом деле своим ветряком он произвел мини-революцию в энергетике.
— Эта установка позволит открыть эру электромобилей! — говорит доцент СГАУ Евгений Антонов. — Раньше их боялись ставить на конвейер из-за того, что надо было слишком часто заряжать аккумуляторы, а в полевых условиях это невозможно. С новой ветроустановкой проблема отпадет: машина остановилась в чистом поле — аккумулятор заряжается!
Кроме автопрома, вцепиться в ноу-хау самарского изобретателя, по идее, должны дачники, владельцы частных домов, пограничники, судостроители тихоходных плавсредств — все, кому нужна автономная электроэнергия.
— Она работает при скорости ветра всего 1,5 метра в секунду! — продолжает Евгений Антонов. — При этом шума практически нет, а дополнительно закреплять турбину, как, к примеру, обычный ветряк, нет никакой необходимости: вибрации сведены к минимуму.
На форуме в Селигере самарское изобретение похвалил сам президент РФ Дмитрий Медведев. Дело за малым: найти, кто будет делать чудо-ветряк для народа. На Селигере установкой уже заинтересовался Михаил Прохоров — самый богатый человек в России.
