EA 023719B1 20160729 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2016\PDF/023719 Полный текст описания [**] EA201200165 20120221 Регистрационный номер и дата заявки EAB1 Код вида документа [PDF] eab21607 Номер бюллетеня [GIF] EAB1\00000023\719BS000#(441:336) Основной чертеж [**] ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Название документа [8] F03D 3/00, [8] F03D 3/04 Индексы МПК [RU] Криулин Юрий Валентинович Сведения об авторах [RU] КРИУЛИН ЮРИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ, [RU] СКОВИТИН АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧ, [RU] ТРАХИМЕЦ ЕВГЕНИЙ ОЛЕГОВИЧ Сведения о патентообладателях [RU] КРИУЛИН ЮРИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ, [RU] СКОВИТИН АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧ, [RU] ТРАХИМЕЦ ЕВГЕНИЙ ОЛЕГОВИЧ Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000023719b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Ветроэнергетическая установка для производства электроэнергии, включающая симметричный корпус, выполненный с переменным сечением, внутри которого установлен вертикальный вал, на котором горизонтально установлено многолопастное ветроколесо осевого типа и закреплен ротор генератора, ветроприемник с направляющими лопатками, выполненный в нижней части корпуса, устройства для изменения характеристик воздушного потока, установленные выше и ниже многолопастного ветроколеса, рабочую насадку, установленную на выходе ветроэнергетической установки, отличающаяся тем, что ветроприемник выполнен в нижней части корпуса в виде каналов, образованных наружной поверхностью сужающегося кверху корпуса ветроэнергетической установки и вертикальными ребрами, выполненными на наружной поверхности корпуса, и в виде кольцевого обтекателя, выполненного с аэродинамическим профилем входной и проточной частей, внутри которого установлено ветроколесо, устройства для изменения характеристик воздушного потока выполнены в виде закрепленного направляющего аппарата, снабженного лопатками, установленного во входной проточной части перед ветроколесом, в виде сферического обтекателя, которым снабжено ветроколесо, и в виде дискообразного обтекателя, установленного над ветроколесом на выходе ветроэнергетической установки с зазором и с возможностью вертикального перемещения, при этом дискообразный обтекатель выполнен диаметром, превышающим диаметр ветроколеса.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что лопатки направляющего аппарата и лопатки ветроколеса выполнены в сечении с аэродинамическим профилем с геометрической и аэродинамической круткой.

3. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что ветроколесо и направляющий аппарат установлены в проточной части кольцевого генератора с минимальными зазорами в осевом и радиальном направлениях.

4. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на наружной поверхности ветроэнергетической установки закреплены элементы для преобразования солнечного излучения в электроэнергию и аккумулирования её в электрической батарее ветроэнергетической установки.

5. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что её отдельные узлы и конструктивные элементы выполнены из твердых пластичных бытовых и промышленных отходов.

6. Способ производства электроэнергии с использованием ветроэнергетической установки по п.1, отличающийся тем, что изменение характеристик воздушного потока, проходящего сквозь ветроэнергетическую установку, регулируют при помощи уменьшения сечения открытых каналов, изменения скорости вращения сферического обтекателя.

7. Способ производства электроэнергии по п.6, отличающийся тем, что на наружной поверхности ветроэнергетической установки закрепляют элементы для преобразования солнечного излучения в электроэнергию и аккумулирования её в электрической батарее ветроэнергетической установки.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Ветроэнергетическая установка для производства электроэнергии, включающая симметричный корпус, выполненный с переменным сечением, внутри которого установлен вертикальный вал, на котором горизонтально установлено многолопастное ветроколесо осевого типа и закреплен ротор генератора, ветроприемник с направляющими лопатками, выполненный в нижней части корпуса, устройства для изменения характеристик воздушного потока, установленные выше и ниже многолопастного ветроколеса, рабочую насадку, установленную на выходе ветроэнергетической установки, отличающаяся тем, что ветроприемник выполнен в нижней части корпуса в виде каналов, образованных наружной поверхностью сужающегося кверху корпуса ветроэнергетической установки и вертикальными ребрами, выполненными на наружной поверхности корпуса, и в виде кольцевого обтекателя, выполненного с аэродинамическим профилем входной и проточной частей, внутри которого установлено ветроколесо, устройства для изменения характеристик воздушного потока выполнены в виде закрепленного направляющего аппарата, снабженного лопатками, установленного во входной проточной части перед ветроколесом, в виде сферического обтекателя, которым снабжено ветроколесо, и в виде дискообразного обтекателя, установленного над ветроколесом на выходе ветроэнергетической установки с зазором и с возможностью вертикального перемещения, при этом дискообразный обтекатель выполнен диаметром, превышающим диаметр ветроколеса.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что лопатки направляющего аппарата и лопатки ветроколеса выполнены в сечении с аэродинамическим профилем с геометрической и аэродинамической круткой.

3. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что ветроколесо и направляющий аппарат установлены в проточной части кольцевого генератора с минимальными зазорами в осевом и радиальном направлениях.

4. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на наружной поверхности ветроэнергетической установки закреплены элементы для преобразования солнечного излучения в электроэнергию и аккумулирования её в электрической батарее ветроэнергетической установки.

5. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что её отдельные узлы и конструктивные элементы выполнены из твердых пластичных бытовых и промышленных отходов.

6. Способ производства электроэнергии с использованием ветроэнергетической установки по п.1, отличающийся тем, что изменение характеристик воздушного потока, проходящего сквозь ветроэнергетическую установку, регулируют при помощи уменьшения сечения открытых каналов, изменения скорости вращения сферического обтекателя.

7. Способ производства электроэнергии по п.6, отличающийся тем, что на наружной поверхности ветроэнергетической установки закрепляют элементы для преобразования солнечного излучения в электроэнергию и аккумулирования её в электрической батарее ветроэнергетической установки.


Евразийское 023719 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2016.07.29
(21) Номер заявки 201200165
(22) Дата подачи заявки
2012.02.21
(51) Int. Cl. F03D 3/00 (2006.01) F03D 3/04 (2006.01)
(54) ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
(43) 2013.08.30
(96) 2012000019 (RU) 2012.02.21
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
КРИУЛИН ЮРИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ; СКОВИТИН АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧ; ТРАХИМЕЦ ЕВГЕНИЙ ОЛЕГОВИЧ
(RU)
(72) Изобретатель:
Криулин Юрий Валентинович (RU)
(74) Представитель:
Котлов Д.В., Сметнева Д.А., Абраменко О.И., Пустовалова М.Л.
(RU)
(56) KZ-A-19611 UA-A-20870 SU-A1-1800097 RU-C1-2142572 EA-B1-14267 RU-U1-69934 SU-A-1121482 RU-C2-2369772
(57) Изобретение относится к энергетике, более точно к альтернативной энергетике, использующей воздушную среду для вращения ветроколеса осевого типа, установленного в ветроэнергетической установке с целью производства электроэнергии при различных, даже самых неблагоприятных погодных условиях (дождь, град, мокрый снег, ураган, безветрие). Разработанный способ производства электричества из возобновляемых источников энергии и ветроэнергетическая установка для осуществления предлагаемого способа позволяют существенно повысить производство электроэнергии путем создания ускорения воздушного потока перед ветроколесом за счет применения аэродинамических эффектов.
Область техники
Изобретение относится к альтернативной энергетике, а именно к экологически чистым энергетическим ветроустановкам, использующим энергию движущейся воздушной среды для производства электроэнергии.
Предшествующий уровень техники
Известна конструкция ветроустановки, позволяющая вырабатывать электричество, используя воздушные потоки, представленная в патенте US 7214029, F03D 1/04, 2007 г. [1]. Данная конструкция аэродинамической турбины [1] позволяет преобразовать кинетическую энергию движения ветра в крутящий момент на валу электрогенератора с высокой эффективностью благодаря применению многолопастного ветроколеса осевого типа с горизонтальной осью вращения, установленного вертикально за неподвижным направляющим аппаратом. Воздушный поток на лопатках направляющего аппарата отклоняется на оптимальный угол и обтекает лопатки многолопастного ветроколеса с максимальной эффективностью, вне зависимости от скорости ветра. Аэродинамическую турбину размещают на корпусе дирижабля, который поднимают на определенную высоту, где воздушные массы перемещаются с более высокими скоростями, воздействуют на ветроколесо и вращают его, вырабатывая известным образом электроэнергию. Корпус дирижабля с ветроустановкой необходимо ориентировать по направлению действия ветра с целью обеспечения осевого обтекания аэродинамической турбины для организации производства электричества. Вырабатываемую электроэнергию по электрическому кабелю передают на землю и распределяют по потребителям.
Проблема и основной недостаток известной ветроустановки [1] состоит в том, что при штормовых скоростях ветра (более 30 м/с) конструкция привязного дирижабля может разрушиться или сорваться с креплений, поэтому для предотвращения разрушения дирижабль притягивается тросами и крепится к земле, хотя известно, что при увеличении скорости ветра вырабатываемая электроэнергия на ветроколесе существенно возрастает.
Другая проблема заключается в том, что наличие атмосферных осадков - дождь, снег, град и обледенение значительно усложняют или делают невозможной эксплуатацию такой ветроэнергетической установки.
В случае если ветроустановка [1] не будет сориентирована по направлению ветра, т.е. ветер будет действовать на ветроустановку с обратной стороны или сбоку, а так же в случае отсутствия ветра, производство электроэнергии будет невозможным.
Известна ветроэнергетическая установка напорно-вытяжного действия с системой местного форсирования скорости ветра по патенту RU 2101556, F03D 3/04, 1995 г. [2], частично устраняющая указанные недостатки.
По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
В ветроэнергетической установке напорно-вытяжного действия [2] ветроколесо осевого типа с горизонтальной осью вращения размещают горизонтально внутри проточной части корпуса вытяжной трубы. Ветроколесо, соединенное валом с генератором при своем вращении, вырабатывает электроэнергию. Воздушный поток перемещается из нижней части вытяжной трубы в верхнюю. В верхней части ветроус-тановки для отвода воздуха установлен насадок в виде объемного цилиндра, где давление в связи с увеличением объема конструкции насадка возрастает, а это приводит к прямопропорциональному снижению скорости воздушного потока, согласно закону Бернулли (см. с. 48 "Основы аэродинамики" Л.Х. Ко-кунина. Москва: Транспорт. 1982 г. [3]), что неблагоприятно сказывается на производительности ветро-колеса из-за торможения воздушного потока. Достаточно длинная проточная часть вытяжной трубы, объемный цилиндрический насадок, большое количество направляющих плоскостей и подвижных шторок, перемещающихся в ветроприемнике, создают значительные аэродинамические потери, замедляющие движение воздуха, а это снижает и скорость воздушного потока относительно ветроколеса и соответственно выработку электрической энергии.
Ветроколесо ветроэнергетической установки [2] в связи с различными скоростями ветра вращается с различными угловыми скоростями, что сопровождается изменением угла подхода воздушных масс к лопаткам ветроколеса, а это в свою очередь вызывает нестабильную и малоэффективную работу ветро-колеса по выработки электроэнергии, так как оптимальный угол подхода воздушных масс на лопатки ветроколеса не поддерживается и меняется при изменении движения воздуха.
Внешние и внутренние подвижные шторки направляющих плоскостей ветроприемника, которые размещены по периметру в нижней части ветроустановки [2], необходимо перемещать в зависимости от направления ветра, чтобы обеспечить поступление воздуха в вытяжную трубу, а отвод воздуха регулировать при помощи регулировочно-предохранительных клапанов цилиндрического насадка.
Большое количество подвижных частей, необходимых для ориентации ветроустановки [2] относительно направления ветра, снижает надежность и усложняет эксплуатацию, повышая одновременно металлоемкость и её себестоимость.
При неблагоприятных погодных условиях (град, снег) цилиндрический насадок не может выполнять функции отвода воздуха из вытяжной трубы по причине того, что снежные массы, накапливаясь на
его поверхности, будут перекрывать воздушные каналы для отвода воздуха, а также утяжелять конструкцию ветроустановки [2] в целом, а в случаи отсутствия ветра производство электроэнергии прекращается.
Раскрытие изобретения
Задачами предлагаемых технических решений являются:
для способа - повышение эффективности процесса производства электрической энергии с использованием ветроэнергетической установки,
для установки - упрощение конструктивного выполнения, оптимальная компоновка деталей и узлов установки, снижение себестоимости ее изготовления.
Для решения этих задач необходимо создать условия для ускоренного движения воздушного потока относительно ветроколеса вне зависимости от направления ветра, организовать постоянный наивыгоднейший угол подхода воздушных масс к лопаткам ветроколеса, обеспечить надежную работу ветроколе-са при неблагоприятных погодных условиях (дождь, град, снег, ураган).
Техническими результатами являются обеспечение производства электроэнергии при различных скоростях и направлениях ветра, эффективное формирование рабочего воздушного потока, как за счет конструктивного выполнения узлов и деталей, так и за счет использования аэродинамических и физических эффектов для изменения характеристик воздушного потока на входе и на выходе установки с целью оптимизации и максимально возможного использования энергии поступающего на установку воздушного потока. Кроме того, обеспечивается защита всей внутренней компоновки установки с неподвижным направляющим аппаратом, вращающимся ветроколесом и электрической частью управления от воздействия внешней окружающей среды (осадки в виде дождя, мокрого снега, града, различные предметы, перемещаемые воздушными потоками), что обеспечивает повышение как потребительских качеств, так и повышение общетехнического ресурса эксплуатации установки.
Технические результаты достигаются тем, что в способе производства электроэнергии с использованием ветроэнергетической установки, включающем взаимодействие воздушной среды с многолопастным ветроколесом осевого типа, установленным горизонтально на вертикальном валу, с изменением характеристик воздушного потока, изменяют характеристики воздушного потока, поступающего на ветроэнергетическую установку, и изменяют характеристики воздушного потока, выходящего из ветроэнергетической установки, при этом формируют входящий воздушный поток на многолопастное ветроколесо путем изменения скорости и направления потока за счет выполнения входных воздушных каналов сужающимися и формирования набегающего на ветроколесо воздушного потока в направляющем аппарате с оптимальными аэродинамическими характеристиками за счет направления потока под оптимальным углом на лопатки ветроколеса, создают разрежение в верхней части ветроэнергетической установки над ветроколесом за счет эффекта Магнуса при вращении сферического обтекателя ветроколеса и за счет обтекания воздушным потоком дискообразного обтекателя, установленного над ветроколесом на выходе ветроэнергетической установки с зазором и с возможностью вертикального перемещения.
При этом увеличивают скорость воздушного потока, направляемого на ветроколесо за счет уменьшения сечения открытых каналов, образованных наружной поверхностью сужающегося к верху корпуса ветроэнергетической установки и вертикальными ребрами, выполненными на наружной поверхности корпуса, формируют набегающий на ветроколесо воздушный поток с оптимальными аэродинамическими характеристиками подачей воздушного потока на неподвижные лопатки направляющего аппарата, установленного во входной проточной части перед подвижными лопатками многолопастного ветроколеса, увеличивают скорость воздушного потока, направляемого на ветроколесо за счет выполнения с аэродинамическим профилем входной и проточной части кольцевого обтекателя, внутри которого установлен неподвижный направляющий аппарат и вращающееся ветроколесо. Кроме того, на наружной поверхности ветроэнергетической установки могут быть закреплены элементы для преобразования солнечного излучения в электроэнергию и аккумулирования её в электрической батарее ветроэнергетической установки.
Технические результаты также достигаются тем, что в ветроэнергетической установке для производства электроэнергии, включающей симметричный корпус, выполненный с переменным сечением, внутри которого установлен вертикальный вал, на котором горизонтально установлено многолопастное ветроколесо осевого типа и закреплен ротор генератора, ветроприемник с направляющими лопатками, выполненный в нижней части корпуса, устройства для изменения характеристик воздушного потока, установленные выше и ниже многолопастного ветроколеса, рабочую насадку, установленную на выходе ветроэнергетической установки, ветроприемник выполнен в нижней части корпуса в виде каналов, образованных наружной поверхностью сужающегося к верху корпуса ветроэнергетической установки и вертикальными ребрами, выполненными на наружной поверхности корпуса и в виде кольцевого обтекателя, выполненного с аэродинамическим профилем входной и проточной частей, внутри которого установлено ветроколесо, устройства для изменения характеристик воздушного потока выполнены в виде закрепленного направляющего аппарата, снабженного лопатками, установленного во входной проточной части перед ветроколесом, в виде сферического обтекателя, которым снабжено ветроколесо и в виде дискообразного обтекателя, установленного над ветроколесом на выходе ветроэнергетической установки с зазо
ром и с возможностью вертикального перемещения, при этом дискообразный обтекатель выполнен диаметром, превышающим диаметр ветроколеса.
Для исключения системы ориентации ветроустановки на ветер, изменения скорости и направления потока входные воздушные каналы выполнены сужающимися и образованы наружной поверхностью сужающегося к верху корпуса ветроэнергетической установки и вертикальными ребрами, выполненными на наружной поверхности по периметру корпуса. Корпус ветроустановки выполнен с уменьшающимся по высоте круговым сечением - сужающимся снизу вверх. Ребра расположены диаметрально, установлены вертикально, выполнены с обтекаемыми поверхностями.
Многолопастное ветроколесо осевого типа с горизонтальной осью вращения установлено в ветроэнергетической установке горизонтально. Для формирования входящего воздушного потока перед вет-роколесом закреплен направляющий аппарат, выполненный в виде неподвижного многолопастного колеса, лопатки которого создают оптимальный и постоянный угол воздушному потоку перед лопатками вращающегося ветроколеса.
Направляющие лопатки и лопатки ветроколеса имеют в своем сечении аэродинамический профиль с геометрической и аэродинамической круткой, что позволяет равномерно и оптимально распределить аэродинамические силы по всей длине лопаток, для создания максимально возможных аэродинамических сил, направленных в сторону вращения ветроколеса при действии на него воздушного потока. Направляющие лопатки и лопатки ветроколеса крепятся в непосредственной близости относительно друг друга с минимальными зазорами в осевых и радиальных направлениях, что позволяет уменьшить аэродинамические потери при движении воздушных масс.
Многолопастное ветроколесо и направляющий аппарат установлены внутри кольцевого обтекателя для предотвращения неблагоприятного воздействия внешних атмосферных условий и бокового ветра. Внутренняя поверхность кольцевого обтекателя выполнена в виде сужающегося конуса с целью ускорения поступающих на лопатки ветроколеса воздушных масс. Кольцевой обтекатель выполнен в форме крыльевого профиля, наружная поверхность которого обеспечивает ускорение воздушных масс, как перед направляющим аппаратом, так и за ветроколесом вне зависимости от направления и силы ветра.
При вращении ветроколеса на вращающемся сферическом обтекателе создается разрежение, в соответствии с эффектом Магнуса. Таким образом, частички воздуха, увлекаемые вращающимся сферическим обтекателем, ускоряются, что в соответствии с законом Бернулли приводит к падению давления, т.е. к разрежению в данной области (см. с. 47-48 [3]) и, следовательно, к увеличению скорости воздушного потока за ветроколесом.
С целью дальнейшего увеличения разрежения за ветроколесом и увеличения скорости движения воздушных масс в верхней части ветроэнергетической установки над ветроколесом установлен с зазором и с возможностью вертикального перемещения дискообразный обтекатель. Обтекатель выполнен в форме круглого дискообразного профиля, создающего разрежение при любом направлении движения воздушных масс. Дискообразный обтекатель, в случае необходимости, прекращает работу ветроэнергетической установки вне зависимости от силы и направления ветра, путем перекрытия сечения выхода воздушных масс из плоскости вращения ветроколеса, за счет уменьшения своего конструктивного расстояния до ветроколеса. Для защиты ветроколеса от неблагоприятных погодных условий дискообразный обтекатель выполнен с диаметром большим диаметра многолопастного ветроколеса, что препятствует проникновению осадков в виде дождя, града и мокрого снега в плоскость вращения ветроколеса сверху, обеспечивая благоприятные условия работы ветроэнергетической установки.
С целью производства электроэнергии из возобновляемых источников энергии при отсутствии ветра, на наружной поверхности ветроэнергетической установки могут быть закреплены элементы для преобразования солнечного излучения в электроэнергию и аккумулирования её в электрической батарее ветроэнергетической установки.
С целью улучшения экологической ситуации, снижения себестоимости для изготовления отдельных узлов и конструктивных элементов ветроэнергетической установки могут быть использованы твердые пластичные бытовые и промышленные отходы.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение более подробно описывается на примере и сопровождается соответствующими чертежами, на которых:
фиг. 1 - общий вид сбоку ветроэнергетической установки "AeroGreen" в рабочем положении (верхний обтекатель в крайнем верхнем положении);
фиг. 2 - вид сбоку в разрезе на ветроэнергетическую установку;
фиг. 3 - принципиальная схема размещения солнечных элементов на конструкции ветроэнергетической установки;
фиг. 4 - принципиальная схема движения воздушных масс при работающем ветроколесе на виде сбоку (верхний обтекатель в крайнем верхнем положении);
фиг. 5 - принципиальная схема движения воздушных масс при работающем ветроколесе на виде сверху (верхний обтекатель в крайнем верхнем положении);
фиг. 6 - принципиальная схема движения воздушных масс при не работающем ветроколесе на виде
сбоку (верхний обтекатель в крайнем нижнем положении);
фиг. 7 - принципиальная схема движения воздушных масс при не работающем ветроколесе на виде сверху (верхний обтекатель в крайнем нижнем положении);
фиг. 8 - общий вид сбоку ветроэнергетической установки в не рабочем положении (верхний обтекатель в крайнем нижнем положении).
Лучший вариант осуществления изобретения
Ветроэнергетическая установка для реализации предлагаемого способа состоит из корпуса 1, сужающегося от нижней части к верхней, установленного на амортизирующем основании 2. На корпусе 1 вертикально закреплены боковые поверхности-ребра 3, которые совместно с сужающим корпусом 1 выполняют роль открытой проточной части для набегающего воздушного потока. Боковые ребра 3 в верхней части корпуса 1 упираются в кольцевой генератор 4, на стойках 5 которого закреплен верхний дискообразный обтекатель 6. С внутренней стороны кольцевого обтекателя 4 на основании 1 жестко закреплен неподвижный направляющий аппарат 7, над которым в непосредственной близости установлено многолопастное ветроколесо 8 осевого типа с горизонтальной осью вращения, соединенное с генератором 9, имеющим электрическую связь с аккумуляторной батареей 10. На ветроколесе 8 закреплен сферический обтекатель 11, который вращается совместно с ветроколесом 8.
Согласно заявляемому способу ветроэнергетическая установка работает следующим образом. При наличии ветра, вне зависимости от его направления, воздушные массы перемещаются по сужающемуся основанию 1 вдоль вертикальных ребер 3 вверх до неподвижных лопаток 7 направляющего аппарата. На лопатках направляющего аппарата 7 воздушный поток приобретает оптимальный угол и под этим углом проходит через лопатки многолопастного ветроколеса 8, создавая аэродинамические силы, направленные в сторону вращения ветроколеса 8, аналогично аэродинамическим силам турбины воздушно-реактивного двигателя, когда воздушно-газовый поток проходит через турбину осевого типа с горизонтальной осью вращения (см. с. 17 "Теория и расчет авиационных лопаточных машин". К.В. Холщевников. Москва, Машиностроение: 1970 г. [4]). Ветроколесо 8 закреплено с генератором 9, который при своем вращении вырабатывает электроэнергию, накапливая её в аккумуляторной батарее 10 для передачи потребителям. При воздействии ветра на внешнюю поверхность кольцевого обтекателя 4 воздушный поток устремляется, как на неподвижные лопатки направляющего аппарата 7, так и в область разрежения образуемую эффектом Магнуса при вращении сферического обтекателя 11 ветроколеса 8 (фиг. 4). Пройдя плоскость ветроколеса 8, воздушные массы устремляются в область пониженного давления, которое образуется на верхнем дискообразном обтекателе 6 при воздействии на него ветра, в соответствии с теорией Н.Е. Жуковского (см. с. 48-49 [3]).
Внешние поверхности верхнего дискообразного обтекателя 6, кольцевого обтекателя 4, боковых ребер 3, корпуса 1 покрыты солнцепоглощающими элементами, которые позволяют обеспечить выработку электроэнергии дополнительно и от солнечного излучения вне зависимости от скорости ветра или при полном его отсутствии (фиг. 3).
При наличии осадков в виде дождя, града и мокрого снега размеры верхнего обтекателя 6 и его дискообразная форма, наличие кольцевого обтекателя 4 с выпуклой наружной поверхностью, организация движения воздушных масс с нижней части корпуса 1 вверх, обеспечивают защиту и эффективную работу ветроэнергетической установки.
При чрезвычайных ситуациях и аварийной необходимости, работа ветроэнергетической установки может быть оперативно прекращена путем перекрытия выхода воздушных масс обтекателем 6, за счет уменьшения длины стоек 5 (фиг. 6-8). В этом случае осуществляется надежная защита ветроэнергетической установки от неблагоприятных внешних воздействий окружающей среды с возможностью дальнейшего производства электроэнергии при наличии солнечного излучения.
Промышленная применимость
Применение предлагаемого способа и ветроэнергетическая установка для его реализации позволяют эффективно вырабатывать электроэнергию даже при самых неблагоприятных погодных условиях, используя возобновляемые источники энергии.
Технические результаты заключаются в значительном повышении надежности в работе ветроуста-новки и увеличении коэффициента использования энергии ветра.
Данное изобретение можно использовать для решения широкого круга задач как в промышленности, так и в энергетике.
Проведенные опытно-экспериментальные испытания предлагаемой установки подтвердили высокую эффективность данной разработки.
Применение ветроэнергетической установки позволяет существенно улучшить и расширить существующую энергосистему электрогенерирующих предприятий, значительно снизить зависимость от углеводородных видов топлива и улучшить экологическую обстановку в мире.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Ветроэнергетическая установка для производства электроэнергии, включающая симметричный корпус, выполненный с переменным сечением, внутри которого установлен вертикальный вал, на котором горизонтально установлено многолопастное ветроколесо осевого типа и закреплен ротор генератора, ветроприемник с направляющими лопатками, выполненный в нижней части корпуса, устройства для изменения характеристик воздушного потока, установленные выше и ниже многолопастного ветроколеса, рабочую насадку, установленную на выходе ветроэнергетической установки, отличающаяся тем, что ветроприемник выполнен в нижней части корпуса в виде каналов, образованных наружной поверхностью сужающегося кверху корпуса ветроэнергетической установки и вертикальными ребрами, выполненными на наружной поверхности корпуса, и в виде кольцевого обтекателя, выполненного с аэродинамическим профилем входной и проточной частей, внутри которого установлено ветроколесо, устройства для изменения характеристик воздушного потока выполнены в виде закрепленного направляющего аппарата, снабженного лопатками, установленного во входной проточной части перед ветроколесом, в виде сферического обтекателя, которым снабжено ветроколесо, и в виде дискообразного обтекателя, установленного над ветроколесом на выходе ветроэнергетической установки с зазором и с возможностью вертикального перемещения, при этом дискообразный обтекатель выполнен диаметром, превышающим диаметр ветроколеса.
2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что лопатки направляющего аппарата и лопатки ветроколеса выполнены в сечении с аэродинамическим профилем с геометрической и аэродинамической круткой.
3. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что ветроколесо и направляющий аппарат установлены в проточной части кольцевого генератора с минимальными зазорами в осевом и радиальном направлениях.
4. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на наружной поверхности ветроэнергетической установки закреплены элементы для преобразования солнечного излучения в электроэнергию и аккумулирования её в электрической батарее ветроэнергетической установки.
5. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что её отдельные узлы и конструктивные элементы выполнены из твердых пластичных бытовых и промышленных отходов.
6. Способ производства электроэнергии с использованием ветроэнергетической установки по п.1, отличающийся тем, что изменение характеристик воздушного потока, проходящего сквозь ветроэнергетическую установку, регулируют при помощи уменьшения сечения открытых каналов, изменения скорости вращения сферического обтекателя.
7. Способ производства электроэнергии по п.6, отличающийся тем, что на наружной поверхности ветроэнергетической установки закрепляют элементы для преобразования солнечного излучения в электроэнергию и аккумулирования её в электрической батарее ветроэнергетической установки.
1.
1.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
023719
- 1 -
(19)
023719
- 1 -
(19)
023719
- 1 -
(19)
023719
- 1 -
(19)
023719
- 1 -
(19)
023719
- 4 -
023719
- 6 -