|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Установка для преобразования энергии потока сплошной среды в механическую энергию, содержащая две расположенные рядом друг с другом и параллельно ориентированные радиальные турбины (1, 2) и V-образный распределитель (3) ветра, при этом указанные радиальные турбины (1, 2) имеют вертикальную ось вращения и верхний и нижний горизонтальные направляющие ветер щитки, каждый из которых, в свою очередь, имеет внешний край, отогнутый от соответствующей турбины, и выполнены с возможностью соединения между собой с возможностью поворота вокруг оси (15) поворота параллельно осям (18) турбин, причем ось поворота и V-образный распределитель (3) ветра расположены вне линии соединения осей турбин и на одной и той же стороне линии соединения, причем указанные радиальные турбины (1, 2) выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях. 2. Установка по п.1, в которой поворотная ось (15) имеет вращающееся соединение и над вращающимся соединением предусмотрена решетчатая мачта, выполненная с возможностью крепления на ней системы аккумуляторов и устройства для управления и преобразования тока, а также держателя для турбин. 3. Установка по п.2, в которой решетчатая мачта удерживает верхнюю, нижнюю и среднюю опорные подвески турбин вместе с V-образным распределителем ветра, а также верхние и нижние отогнутые закрывающие поверхности. 4. Установка по п.1, в которой предусмотрено интегрированное во вращающееся соединение контактное кольцо для передачи электрической мощности и электронных сигналов от вращающейся части к стационарным контактным выводам. 5. Установка по п.1, в которой предусмотрен кольцевой генератор для вырабатывания тока. 6. Установка по п.5, в которой указанный генератор выполнен с возможностью управления в соответствии со скоростью ветра таким образом, что за счет регулирования генерируемой мощности на турбину передается электромагнитный тормозной момент, так что устанавливается оптимальный коэффициент быстроходности турбины. 7. Установка по п.1, которая выполнена с возможностью закрепления посредством вращающегося соединения на мачте (5), понтоне, фундаменте, крыше здания или т.п. 8. Установка по п.1, в которой на мачте друг над другом и/или рядом друг с другом смонтированы несколько указанных установок. 9. Установка по п.1, которая выполнена с возможностью автоматического поворота в оптимальное направление потока ветра или воды без приводимого двигателем следящего устройства и без управления и без дополнительных направляющих поверхностей. 10. Установка по п.1, в которой на той же стороне, что и V-образный распределитель ветра, дополнительно расположены наружные направляющие поверхности (38, 39). 11. Установка по п.1, в которой предусмотрено устройство для автоматического сближения радиальных турбин при достижении заданной скорости ветра. 12. Установка по п.1, в которой радиальные турбины разделены на несколько установленных по отдельности вдоль вала отдельных турбин. 13. Установка по п.1, которая выполнена таким образом, что вырабатываемая электроэнергия используется различным образом, в частности, посредством преобразования в синхронное с сетью переменное напряжение и подачи в общую сеть тока, и/или посредством промежуточного накопления в локальной аккумуляторной системе, и/или посредством использования аккумуляторной системы для промежуточного накопления избыточного тока сети. 14. Установка по п.1, в которой край V-образного распределителя (3) ветра закруглен. 15. Установка по п.1, в которой предусмотрена возможность регулирования расстояния между V-образным распределителем ветра и турбинами.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Установка для преобразования энергии потока сплошной среды в механическую энергию, содержащая две расположенные рядом друг с другом и параллельно ориентированные радиальные турбины (1, 2) и V-образный распределитель (3) ветра, при этом указанные радиальные турбины (1, 2) имеют вертикальную ось вращения и верхний и нижний горизонтальные направляющие ветер щитки, каждый из которых, в свою очередь, имеет внешний край, отогнутый от соответствующей турбины, и выполнены с возможностью соединения между собой с возможностью поворота вокруг оси (15) поворота параллельно осям (18) турбин, причем ось поворота и V-образный распределитель (3) ветра расположены вне линии соединения осей турбин и на одной и той же стороне линии соединения, причем указанные радиальные турбины (1, 2) выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях. 2. Установка по п.1, в которой поворотная ось (15) имеет вращающееся соединение и над вращающимся соединением предусмотрена решетчатая мачта, выполненная с возможностью крепления на ней системы аккумуляторов и устройства для управления и преобразования тока, а также держателя для турбин. 3. Установка по п.2, в которой решетчатая мачта удерживает верхнюю, нижнюю и среднюю опорные подвески турбин вместе с V-образным распределителем ветра, а также верхние и нижние отогнутые закрывающие поверхности. 4. Установка по п.1, в которой предусмотрено интегрированное во вращающееся соединение контактное кольцо для передачи электрической мощности и электронных сигналов от вращающейся части к стационарным контактным выводам. 5. Установка по п.1, в которой предусмотрен кольцевой генератор для вырабатывания тока. 6. Установка по п.5, в которой указанный генератор выполнен с возможностью управления в соответствии со скоростью ветра таким образом, что за счет регулирования генерируемой мощности на турбину передается электромагнитный тормозной момент, так что устанавливается оптимальный коэффициент быстроходности турбины. 7. Установка по п.1, которая выполнена с возможностью закрепления посредством вращающегося соединения на мачте (5), понтоне, фундаменте, крыше здания или т.п. 8. Установка по п.1, в которой на мачте друг над другом и/или рядом друг с другом смонтированы несколько указанных установок. 9. Установка по п.1, которая выполнена с возможностью автоматического поворота в оптимальное направление потока ветра или воды без приводимого двигателем следящего устройства и без управления и без дополнительных направляющих поверхностей. 10. Установка по п.1, в которой на той же стороне, что и V-образный распределитель ветра, дополнительно расположены наружные направляющие поверхности (38, 39). 11. Установка по п.1, в которой предусмотрено устройство для автоматического сближения радиальных турбин при достижении заданной скорости ветра. 12. Установка по п.1, в которой радиальные турбины разделены на несколько установленных по отдельности вдоль вала отдельных турбин. 13. Установка по п.1, которая выполнена таким образом, что вырабатываемая электроэнергия используется различным образом, в частности, посредством преобразования в синхронное с сетью переменное напряжение и подачи в общую сеть тока, и/или посредством промежуточного накопления в локальной аккумуляторной системе, и/или посредством использования аккумуляторной системы для промежуточного накопления избыточного тока сети. 14. Установка по п.1, в которой край V-образного распределителя (3) ветра закруглен. 15. Установка по п.1, в которой предусмотрена возможность регулирования расстояния между V-образным распределителем ветра и турбинами.
Евразийское 027217 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.07.31
(21) Номер заявки 201390870
(22) Дата подачи заявки
2011.12.03
(51) Int. Cl. F03D 3/02 (2006.01) F03D 3/04 (2006.01) F03D 3/00 (2006.01) F03D 3/06 (2006.01)
(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПОТОКА СПЛОШНОЙ СРЕДЫ В МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ
(31) 10 2010 054 365.9; 10 2011 010 177.2; 10
2011 109 217.3
(32) 2010.12.13; 2011.02.02; 2011.08.03
(33) DE
(43) 2013.12.30
(86) PCT/EP2011/006062
(87) WO 2012/079711 2012.06.21 (71)(72)(73) Заявитель, изобретатель и патентовладелец:
СТИЛ ДЕННИС ПАТРИК (DE)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) US-A-4764683
US-A1-2004141845 US-A-4156580 US-A-4037983 US-A1-2008085179
Изобретение относится к ветросиловой установке с двумя радиальными турбинами в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы.
Уровень техники
Радиальная турбина имеет по сравнению с известными трехлопастными ветросиловыми установками с горизонтальной осью вращения и самолетными лопастями то большое преимущество, что она работает независимо от направления ветра. Следовательно, радиальной турбине с вертикальной осью вращения не приходится поворачиваться по ветру.
В одном особенно рентабельном варианте выполнения радиальная турбина снабжена направляющими щитками, которые аккумулируют ветровую энергию и направляют ее в концентрированном виде на лопасти турбины. Однако в данном случае недостаток состоит в том, что из-за направляющего щитка возникает зависимость от направления ветра. Поэтому и радиальная турбина с направляющим щитком должна следовать ветру.
Из международной патентной заявки WO 2011/059760 А2 (приоритет 29.10.2009) известна система, которая, однако, не оптимизирована аэродинамически и не ориентируется самостоятельно по ветру. Таким образом, невозможна экономичная работа. Это особенно относится к ветросиловым установкам типа VAWT (ветротурбина с вертикальной осью), которые предназначены для работы в диапазоне слабого ветра на низких высотах.
Кроме того, следует отметить, что принцип указанной выше патентной заявки уже был заявлен более чем 2 месяцами ранее в качестве специального варианта выполнения (см. WO 2011/022836 А8, приоритет 28.08.2009). Это устройство при небольших скоростях ветра не ориентируется самостоятельно по ветру, что можно легко доказать посредством изготовления по образцу, например, с диаметром турбины примерно 1 м, включая силовую передачу и подключенный генератор).
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является использование радиальной турбины с направляющим щитком, которая автоматически поворачивается в оптимальное угловое положение по ветру, т.е. следует за ним сама без необходимости для этого следящего устройства. Следовательно, преимущества направляющего щитка в радиальной турбине должны сочетаться с независимостью радиальной турбины от направления ветра.
Эта задача решается посредством признаков п. 1 формулы.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах.
Важным является следующее: две турбины находятся в закрытой направляющими щитками системе с дополнительными изогнутыми концентрирующими щитками, размещенными над и под турбинами. За счет закрытой системы и дополнительных концентрирующих щитков оптимально используется так называемый "эффект Магнуса", благодаря которому предложенная система, установленная на мачте, может автоматически поворачиваться по ветру и, тем самым, всегда оптимально обтекаться им. "Поворот по ветру" подтвержден в нескольких конкретных моделях на свободном ветру.
Эффект Магнуса, названный по своему открывателю Генриху Густаву Магнусу (1802-1870), является аэрогидродинамическим явлением, а именно действием поперечной силы, которую вращающееся круглое тело (цилиндр или шар) испытывает в потоке.
Вращающийся валик создает на основе эффектов трения вращение вокруг себя окружающей его среды. При дополнительном обтекании валика скорости среды накладываются друг на друга. В результате среда обтекает вращающийся валик на одной стороне быстрее, чем на другой (в спокойном состоянии валика). На той стороне валика, где эффекты трения больше, среда течет кажущимся образом быстрее. Это приводит к "отклонению" валика - он оттесняется вниз (фиг. 4).
Примеры
Футболист бьет по мячу, закручивая его, чтобы он летел в ворота по дуге. Чем быстрее мяч вращается, тем больше его отклонение от траектории (крученый мяч).
Игроки в настольный и большой теннис используют эффект, например, при топ-спине и слайсе. Броски мяча по дуге в бейсболе или вверх в софтболе. Вращающиеся шары в крикете.
Мячи для гольфа имеют много маленьких углублений на поверхности, так называемые ямки. Они действуют в качестве турбуляторов и улучшают сцепление прилегающего к мячу и подхватываемого за счет его вращения граничного слоя. В результате усиливаются вихреобразование и связанное с этим отклонение мяча за счет эффекта Магнуса. Поскольку мяч для гольфа за счет клиновидной формы клюшки вращается назад, он приподнимается за счет эффекта Магнуса; мяч летит не только подобно пушечному ядру, но и испытывает подъемную силу. Дополнительные отклонения влево или вправо возможны и также используются игроками, владеющими этой техникой. Кроме того, за счет сверхкритического турбулентного обтекания уменьшается сопротивление воздуха, что опять-таки увеличивает дальность полета мяча.
Согласно изобретению достигается высокая мощность в сочетании с низкими расходами на монтаж, так что рентабельность в расчете на выработанное количество тока значительно выше, чем в известных ветросиловых установках с горизонтальной осью и самолетными лопастями.
Для повышения рентабельности при выработке тока предусмотрен кольцевой генератор. Дополни
тельно для дальнейшего повышения рентабельности мачта и распределитель ветра могут использоваться в качестве поверхности для размещения рекламы.
В противоположность известным ветросиловым установкам с горизонтальной осью и тремя лопастями предложенная радиальная турбина может эксплуатироваться даже при относительно низких скоростях ветра. За счет эффекта Магнуса она, так сказать, "притягивает" ветер и повышает его низкие скорости. Например, радиальная турбина может использоваться также в случае циркуляционных ветров, скорость которых внизу на небольшой высоте выше, чем на большой высоте, на которой трехлопастные ветросиловые установки приходится эксплуатировать уже из-за величины лопастей. Скорость ветра, которая в любом случае слишком низка для известных трехлопастников, достаточна для вырабатывания энергии с помощью предложенной радиальной турбины.
В случае колебаний направления ветра радиальная турбина согласно изобретению, в том числе также за счет эффекта Магнуса, автоматически приспосабливается и сразу же поворачивается в оптимальное направление даже при скоростях ветра менее 1 м/с. Такое быстрое приспосабливание ветросиловой установки у известных трехлопастников невозможно.
Поскольку радиальная турбина согласно изобретению занимает мало места, она может использоваться в качестве дополнения к уже имеющимся частям здания или сооружения, например, в виде насадки на уличный фонарь.
Осуществление изобретения
Ниже один или более примеров осуществления изобретения более подробно описаны с помощью чертежей. На всех чертежах одинаковые ссылочные позиции имеют одинаковое значение и поэтому, при необходимости, поясняются только один раз. На чертежах изображены:
фиг. 1 - ветросиловая установка согласно изобретению с двумя радиальными турбинами, в изометрической проекции;
фиг. 2 - конструктивные подробности примера выполнения в виде навесной системы на трубчатой мачте при виде сбоку по линии А-А на фиг. 9;
фиг. 3 - вид сверху на ветросиловую установку; фиг. 4 - вращающийся валик с окружающей средой; фиг. 5 - нитяной тест;
фиг. 6-8 - другие варианты с измененными направляющими поверхностями 29 и дополнительными концентрирующими щитками 30;
фиг. 9 - характеристики крутящего момента и частоты вращения; фиг. 10 - другие характеристики;
фиг. 11 - вид сверху с двумя дополнительными направляющими щитками 38, 39; фиг. 12 и 13а - вид сверху с оптимальным направляющим щитком в форме "носа"; фиг. 13b - разрез А-А.
На фиг. 1 изображен перспективный вид предложенной ветросиловой установки с двумя радиальными турбинами 1, 2 и V-образным распределителем 3 ветра, причем радиальные турбины и распределитель ветра в виде единого целого установлены с возможностью вращения (поворота) вокруг вертикальной оси на стальной мачте 5 или ином фундаменте 6.
Эффективность ветросиловой установки существенно зависит от положения V-образного распределителя по отношению к расстоянию и наклону к лопастям и оси турбины. Для этого ветросиловая установка предпочтительно технически оборудована так, что в зависимости от скорости ветра может устанавливаться оптимальное положение распределителя ветра. Установка может осуществляться, с одной стороны, в виде неподвижной установки для средней (наиболее вероятной) скорости ветра; с другой стороны, возможна также автоматически управляемая подстройка в оптимальное положение относительно фактической скорости ветра.
При общей высоте 20 м высота турбин составляет 10 м. Турбины имеют диаметр 1 м. Ожидаемая мощность в случае местоположения на побережье, где ветросиловая установка ловит циркулирующий прибрежный ветер, составляет около 21700 кВт-ч с годичным усреднением при КПД 38%.
На фиг. 2 изображены конструктивные подробности примера выполнения в виде подвесной системы на трубчатой мачте при виде сбоку по линии А-А на фиг. 3. На стальной мачте 5 высотой 20 м с возможностью вращения вокруг продольной оси 15 посредством опор 10-14 установлены три несущие плиты 7-9. Нижняя несущая плита 7 содержит три вращающиеся опоры 10 на стальной мачте 5 и две турбинные опоры 16, 17 на оси 18 турбины. Средняя несущая плита 8 содержит три вращающиеся опоры 12 и две турбинные опоры 19, 20, а верхняя несущая плита 9 - три вращающиеся опоры 14 и две турбинные опоры 21, 22. Турбинные опоры 17, 20, 22 на фиг. 2 не показаны и относятся к другой турбине.
Вращающиеся опоры 10, 11, с одной стороны, и 13, 14, с другой стороны, удерживаются на расстоянии друг от друга распорными фланцами 23, 24. Они выполнены в виде полой трубы.
Наконец, на фиг. 3 показан вид сверху на ветросиловую установку. Видны турбинные лопасти 25. Стрелкой обозначено также направление ветра, когда установка повернулась, согласно изобретению, по ветру, так что вершина V-образного распределителя 3 ветра направлена против ветра.
С помощью предложенной установки был проведен так называемый нитяной тест (фиг. 5). Ветер 28
дул на установку со скоростью до 6 м/с. Отношение окружной скорости турбины к ветру составляло 3:1. На фиг. 5 хорошо виден контур направления нитей (внизу). Предложенная установка может вырабатывать энергию из разности давлений или потенциальной энергии ветра, а не только из кинетической энергии движущегося воздуха.
Значение ссылочных позиций на фиг. 5 приведено в их перечне.
Побочным эффектом является шарик для пинг-понга, который "висит" в наклонной воздушной струе. За счет эффекта Коанда поток воздушной струи не отрывается от шарика, а окружает его (почти) полностью без отрыва. Поскольку шарик висит чуть ниже центра воздушной струи, обтекание происходит несимметрично. Вниз отклоняется больше воздуха, поскольку на нижней стороне шарика скорость потока и сечение струи меньше по сравнению с верхней стороной. В качестве реакции шарик испытывает усилие вверх. Это происходит в сочетании с эффектом Магнуса (шарик вращается). Оба эффекта, каждый сам по себе, не дают шарику упасть вниз, а позволяют только "скользить" вдоль нижней стороны воздушной струи. Сопротивление, оказываемое шариком потоку, удерживает его на расстоянии от сопла, и сила тяжести препятствует тому, чтобы он просто сдувался. Таким образом, шарик может парить в более или менее стабильном положении.
На фиг. 6-8 изображены другие варианты с измененными направляющими поверхностями 29 и дополнительными концентрирующими щитками 30.
Оценка статических и динамических измерений крутящего момента на предложенной ветровой турбине диаметром и длиной 1 м в Мерсе.
В оценку непосредственно или косвенно были включены следующие данные:
статические измерения крутящего момента (остановочный крутящий момент) 24-26.09.2010;
динамические измерения крутящего момента в период с 4-8.11.2010.
Во время динамических измерений использовался соответственно еще работающий на вихревых токах тормоз, с помощью которого можно устанавливать различные тормозные силы за счет изменения тока катушки.
Данные измерений были проверены на достоверность и оценены различными методами усреднения и фильтрации.
В нижеследующей таблице сведены результативные данные для скоростей ветра 2-8 м/с.
0, 52
3, 0
0,70
4,4
0,21
1,8
105
0, 00
0, 0
107
0, 00
0, 0
115
0, 00
0, 0
1,45
0, 0
2,45
12, 8
2,15
12, 4
1, 90
11,3
1,80
11,3
1, 55
10, 6
1,25
9, 0
0, 82
6, 9
1, 12
9, 4
0, 64
6, 4
107
0,28
3, 1
137
0, 00
0, 0
139
0, 00
0, 0
145
0, 00
0, 0
2,00
0, 0
3, 00
23, 6
3,30
27,0
2,80
24,9
2,23
19, 8
1,85
16, 5
1, 42
13, 8
110
1, 35
15, 6
120
0,31
3, 9
120
0, 98
12, 3
127
0,71
9, 4
165
0, 00
0, 0
174
0, 00
0, 0
177
0, 00
0, 0
2,70
0, 0
100
3, 65
38,2
113
2,70
31,9
115
3, 35
40,3
116
2,15
26, 1
120
1,81
22, 7
140
1, 53
22, 4
152
0, 34
5, 4
160
0, 75
12, 6
195
0, 00
0, 0
209
0, 00
0, 0
210
0, 00
0, 0
3, 50
0, 0
130
4,30
58, 5
147
3,27
50, 3
160
1, 65
27, 6
175
0,79
14,5
225
0, 00
0, 0
245
0, 00
0, 0
4,25
0, 0
162
4,85
82, 3
190
3,75
74, 6
210
0, 84
18,5
250
0, 00
0, 0
275
0, 00
0, 0
На фиг. 9 и 10 изображены графики с соответственно интерполированными линиями.
Фиг. 9 - характеристики крутящего момента и частоты вращения, интерполяция со средним коэффициентом мощности (PC) 35%. Крутящий момент (Н-м) в зависимости от частоты вращения (об/мин); параметр скорость ветра (м/с). На фиг. 9 обозначено
¦ - измерение при 2 м/с,
^ - измерение при 3 м/с, X - измерение при 4 м/с, + - измерение при 5 м/с,
- - измерения при 6 м/с,
¦ - измерения при 7 м/с, х - измерения при 8 м/с,
максимальный крутящий момент,
- - - - средний крутящий момент.
Фиг. 10 - характеристики механической мощности. Экстраполяция в диапазоне максимальной мощности со средним РС=35%.
Механическая мощность (Вт) в зависимости от частоты вращения (об/мин); параметр скорость ветра (м/с). На фиг. 10 обозначают
¦ - 2 м/с WSB, х - 3 м/с WSB,
¦ - 4 м/с WSB,
- - 5 м/с WSB,
¦ - 6 м/с из WSB,
^ - 7 м/с из WSB, X - 8 м/с из WSB.
Поскольку динамические измерения до настоящего времени проводились только при относительно слабых тормозных силах, интерполяция вне до настоящего времени зарегистрированного диапазона измерений обозначена штрихами. При этом предполагалось, что в точке максимальной мощности достигается РС=35%. С помощью разброса результативных данных при условии достаточно точного подтверждения калибровки используемой измерительной техники PC может составлять грубо 30-40%. В противном случае следует дополнительно учитывать систематические ошибки измерительной техники. PC можно определить точнее, если учесть другие измерения при более высоких тормозных силах.
Предложенная турбинная система может использоваться предпочтительно также в воде для вырабатывания энергии из ее потока, т.е. в качестве "морской турбинной системы".
За счет установки двух дополнительных направляющих щитков 38, 39 (см. фиг. 11) возникает так называемый эффект Вентури. Эффект Вентури повышает эффективность турбин.
Из разработки здесь представляется другой пример выполнения, который в предварительных исследованиях в турбулентном ветре показал хорошие значения эффективности.
Были оптимизированы поворотная точка для самостоятельного согласования по азимуту и направляющий щиток в форме "носа" (см. фиг. 12 или 13а). В данном случае турбинная система поворачивается оптимально по ветру при хорошей опоре несущей турбину системы уже начиная от скорости ветра примерно 1 м/с.
Предпочтительно для этого верхняя часть мачты установлена с возможностью вращения относительно нижней части мачты. Опора выполнена так, что азимутальный крутящий момент при скорости ветра свыше примерно 1 м/с является достаточным для надежного преодоления тормозных сил опоры с учетом давления ветра.
В отличие от опубликованного решения по международной патентной заявке WO 2011/059760 А2 (приоритет 29.10.2009), в данном случае речь идет об оптимизированной аэродинамической системе, которая самостоятельно ориентируется по ветру. Лишь когда может быть обеспечено, что ориентация по ветру может происходить без (соответственно почти без) дополнительной энергии, возможна вообще эффективная работа. Тем более это относится к ветросиловым установкам типа VAWT, которые работают в диапазоне слабого ветра на небольших высотах.
Кроме того, следует отметить, что принцип указанной выше патентной заявки уже был заявлен более 2 месяцев ранее в качестве специального выполнения (см. WO 2011/022836 А8, приоритет 28.08.2009). Для разграничения с указанной заявкой с более ранним приоритетом следует отметить, что это устройство при небольших скоростях ветра не ориентируется по ветру, что можно легко доказать посредством создания по образцу, например, турбины с диаметром примерно 1 м, включая силовую передачу и подключенный генератор. Кроме того, вместо указанных парусов в данном случае используется аэродинамически оптимальный двойной направляющий щиток в форме "носа", который повышает эффективность всей системы и одновременно обеспечивает самостоятельную ориентацию по ветру для всех энергетически релевантных ветров, включая слабые ветра от силы 1 ветра.
V-образный "нос" согласно изобретению (называемый распределителем ветра) не разработан в качестве ускорителя или отвода/отклонения. Он служит в качестве резонансного пространства для инфра
звука в диапазоне примерно 1-10 Гц (т.е. бесшумно). Нос и роторный пакет образуют направляющее воздух приспособление с целью создания во внутреннем пространстве носа колебаний давления между носом и роторным пакетом. Это колебание давления происходит одинаково по фазе с вращением турбины. За счет этого бесшумного колебания давления и в целом очень мало поддающейся колебаниям конструкции повышается эффективность турбин как раз в диапазоне слабого ветра, так что ее можно очень успешно использовать в населенной местности.
Предпочтительно предусмотрена возможность изменения и регулирования расстояния V-образного распределителя ветра до турбин с целью достижения оптимальных условий работы при всех соотношениях ветра.
Предпочтительно край V-образного распределителя 3 ветра закруглен с целью предотвращения склонности к свисту и образованию турбуленций.
Другим характеризующим пример выполнения параметром является высота турбины или ряда турбин. С точки зрения выполнения функции можно устанавливать высоту относительно произвольно, например, в зависимости от места использования с превышением радиуса турбины в 0,3-100 раз, при этом по соображениям конструкции или стабильности турбина может быть выполнена в виде соединения с геометрическим замыканием нескольких турбин на одном, при необходимости гибко соединенном с помощью сцеплений с геометрическим замыканием валу.
В показанном примере выполнения отношение высоты к радиусу выбрано равным примерно 20. При этом турбины примерно каждые 5 м установлены по отдельности и соединены с помощью гибкого сцепления с геометрическим замыканием друг с другом и на конце вала непосредственно или опосредованно через редуктор с генератором тока, при этом опоры неподвижно соединены с вращаемой частью мачты.
Другой вариант выполнения относится к верхнему или нижнему окончанию турбины. С помощью плоского, возможно, легко или до 45° отогнутого от турбины направляющего ветер щитка можно более эффективно направлять ветер в краевой зоне на турбину (см. фиг. 13а и 13b). На фиг. 13b показан разрез по линии А-А на фиг. 13а. Кроме того, за счет этого улучшается стабильность подвески турбины.
Для предотвращения или уменьшения опасности при сильных ветрах система может быть снабжена самодемпфирующейся регулировочной системой так, что турбины при превышении определенной скорости ветра приближаются друг к другу, за счет этого усиливается заднее напорное давление позади "носа", которое приводит в конечном итоге к уменьшению скорости вращения, так что при соответствующем выполнении этой демпфирующей системы можно удерживать скорости вращения в безопасном диапазоне. Демпфирование обнаруживаемо, когда расстояние между обеими осями турбин меньше 3R1 (где R1 - радиус турбины). Дополнительный механический тормоз необходим лишь для очень маловероятного аварийного случая или для работ по техническому обслуживанию.
Целью турбинной системы является получение оптимальной энергии из ветра, при этом получение электроэнергии является приоритетом. Для этого подходящий для турбинной системы генератор механически соединен непосредственно или опосредованно через редуктор с силовым или геометрическим замыканием с турбинной осью, которая соединена с турбинами с силовым или геометрическим замыканием, с целью обеспечения передачи силы с турбины на генератор. При этом можно использовать один генератор для обеих турбин или же каждую турбину соединять отдельно с соответствующим генератором.
Управление генератором осуществляется в соответствии со скоростью ветра так, что за счет регулирования генерируемой мощности на турбину передается электромагнитный тормозной момент, так что устанавливается оптимальный коэффициент быстроходности (TSR) для преобразования энергии, который составляет между 45 и 65% относительно коэффициента быстроходности турбины без торможения. Таким образом, обеспечивается возможность получения всегда максимально возможной энергии.
Создаваемую электроэнергию (постоянный, переменный или трехфазный ток) можно применять различным образом:
a) преобразовывать в синхронное с сетью переменное напряжение и подавать в общую сеть;
b) промежуточно накапливать в локальной, например находящейся в башне, системе аккумуляторов, из которой в соответствии с требованиями оператора сети с учетом сохранения возможности постоянной зарядки аккумуляторной системы, электроэнергия периодически с высоким коэффициентом полезного действия преобразуется в синхронное с сетью переменное напряжение и подается в общую сеть. В этом варианте выполнения появляются промежутки времени, в которые происходит лишь зарядка, лишь разрядка и подача в сеть, или же зарядка и разрядка осуществляются параллельно. Не обязательно, этот вариант выполнения обеспечивает еще промежуточное накопление тока из сети в периоды слабого потребления тока; такой пример выполнения был бы комбинированной ветросиловой системой с интегрированной, используемой внутри или вовне составляющей накопления.
Для надежного исключения перезарядки аккумуляторной системы или перегрузок преобразователя тока для подачи в сеть в примере выполнения предусмотрено управление, с помощью которого избыточно произведенная электроэнергия, которую нельзя использовать ни для зарядки аккумуляторов, ни для подачи в сеть, можно безопасно и без износа преобразовывать в тепло с помощью прерывающего сопро
тивления. С помощью такого управления можно оптимально расширять полезный диапазон релевантных скоростей ветра.
Другой вариант выполнения относится к использованию в носителе рекламы или в уличном освещении. На турбинную систему можно устанавливать с сохранением наружных форм (турбин, направляющих щитков в виде носа, верхней и нижней крышки) любые высокоэффективные светящиеся средства, например светодиоды, для освещения рекламы или уличного освещения. Снабжение током осуществляется непосредственно из аккумуляторной системы и тем самым еще также независимо от сети.
Не зависит от сети также управление турбинной системой, поскольку оно снабжается электроэнергией из независимой, установленной с защитой от пожара, постоянно контролируемой батареи.
Другой вариант выполнения относится к использованию в качестве носителя для средств городской инфраструктуры, например предупредительной сигнализации, камер слежения, антенны мобильной связи, городской локальной сети WLAN, информационных табло, указателей дорожного движения, широкополосной связи Интернет и т.д. Особенно предпочтительно также в этом случае, что имеется на месте независимый источник тока (аккумулятор).
При низкой потребности в электроэнергии, можно локально накапливать ветровую и солнечную энергию для последующего применения и посредством целенаправленной выдачи в часы пик обеспечивать особенно экономичное использование.
В другом примере выполнения может быть предусмотрена над поворотным соединением, которое закреплено на неподвижной мачте, решетчатая конструкция мачты, которая используется и/или может быть использована в качестве каркаса для специальной системы из аккумуляторов, турбин и подвески (см. фиг. 13а). Полое пространство внутри решетчатой мачты обеспечивает достаточное пространство для надежной установки и крепления аккумуляторов и управления зарядкой; одновременно можно сохранять небольшой длину кабеля к генератору, с целью уменьшения активных потерь.
Предпочтительно объединение нескольких виндтракеров в одну децентрализованную сетевую коммуникативную систему энергоснабжения и для других применений. Поэтому предложено расположение турбинных систем и/или виндтракеров вдоль транспортной инфраструктуры, такой как улицы, автомагистрали, железнодорожные линии, каналы, которая дополнительно служит для телекоммуникации и/или промежуточного накопления тока из сети во время слабого энергопотребления, и/или использования в качестве носителя рекламы, и/или в качестве уличного освещения, и/или для устройства защищенных пространств.
Перечень ссылочных позиций.
1 - Радиальная турбина,
2 - радиальная турбина,
3 - распределитель воздуха,
5 - стальная мачта,
6 - фундаментная плита,
7 - несущая плита,
8 - несущая плита,
9 - несущая плита,
10 - (вращающаяся) опора,
11 - (вращающаяся) опора,
12 - (вращающаяся) опора,
13 - (вращающаяся) опора,
14 - (вращающаяся) опора,
15 - продольная ось,
16 - турбинная опора,
17 - турбинная опора,
18 - турбинная опора,
19 - турбинная опора,
20 - турбинная опора,
21 - турбинная опора,
22 - турбинная опора,
23 - распорный фланец,
24 - распорный фланец,
25 - турбинные лопасти,
26 - верхний фланец воротника,
27 - направляющий фланец,
28 - ветер,
29 - измененная направляющая поверхность,
30 - концентрирующий щиток или концентрирующая поверхность,
31 - эффект Магнуса,
32 - эффект Коанда,
33 - совпадение эффектов Магнуса и Коанда,
34 - подъемная сила,
35 - пониженное давление,
36 - повышенное давление,
37 - обрыв направления нитей,
38 - наружная направляющая поверхность,
39 - наружная направляющая поверхность,
41 - центр вращения турбины,
42 - азимутальный центр вращения турбинной системы,
43 - направляющий щиток в виде носа,
44 - ограничение верхнего или нижнего направляющего ветер щитка,
301 - внешний радиус турбины или ее лопастей,
302 - сгиб ветронаправляющего щитка,
303 - ветронаправляющий щиток,
304 - решетчатая мачта,
305 - V-образный распределитель ветра.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Установка для преобразования энергии потока сплошной среды в механическую энергию, содержащая две расположенные рядом друг с другом и параллельно ориентированные радиальные турбины (1, 2) и V-образный распределитель (3) ветра, при этом указанные радиальные турбины (1, 2) имеют вертикальную ось вращения и верхний и нижний горизонтальные направляющие ветер щитки, каждый из которых, в свою очередь, имеет внешний край, отогнутый от соответствующей турбины, и выполнены с возможностью соединения между собой с возможностью поворота вокруг оси (15) поворота параллельно осям (18) турбин, причем ось поворота и V-образный распределитель (3) ветра расположены вне линии соединения осей турбин и на одной и той же стороне линии соединения, причем указанные радиальные турбины (1, 2) выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях.
2. Установка по п.1, в которой поворотная ось (15) имеет вращающееся соединение и над вращающимся соединением предусмотрена решетчатая мачта, выполненная с возможностью крепления на ней системы аккумуляторов и устройства для управления и преобразования тока, а также держателя для турбин.
3. Установка по п.2, в которой решетчатая мачта удерживает верхнюю, нижнюю и среднюю опорные подвески турбин вместе с V-образным распределителем ветра, а также верхние и нижние отогнутые закрывающие поверхности.
4. Установка по п.1, в которой предусмотрено интегрированное во вращающееся соединение контактное кольцо для передачи электрической мощности и электронных сигналов от вращающейся части к стационарным контактным выводам.
5. Установка по п.1, в которой предусмотрен кольцевой генератор для вырабатывания тока.
6. Установка по п.5, в которой указанный генератор выполнен с возможностью управления в соответствии со скоростью ветра таким образом, что за счет регулирования генерируемой мощности на турбину передается электромагнитный тормозной момент, так что устанавливается оптимальный коэффициент быстроходности турбины.
7. Установка по п.1, которая выполнена с возможностью закрепления посредством вращающегося соединения на мачте (5), понтоне, фундаменте, крыше здания или т.п.
8. Установка по п.1, в которой на мачте друг над другом и/или рядом друг с другом смонтированы несколько указанных установок.
9. Установка по п.1, которая выполнена с возможностью автоматического поворота в оптимальное направление потока ветра или воды без приводимого двигателем следящего устройства и без управления и без дополнительных направляющих поверхностей.
10. Установка по п.1, в которой на той же стороне, что и V-образный распределитель ветра, дополнительно расположены наружные направляющие поверхности (38, 39).
11. Установка по п.1, в которой предусмотрено устройство для автоматического сближения радиальных турбин при достижении заданной скорости ветра.
12. Установка по п.1, в которой радиальные турбины разделены на несколько установленных по отдельности вдоль вала отдельных турбин.
13. Установка по п.1, которая выполнена таким образом, что вырабатываемая электроэнергия используется различным образом, в частности, посредством преобразования в синхронное с сетью переменное напряжение и подачи в общую сеть тока, и/или посредством промежуточного накопления в локальной аккумуляторной системе, и/или посредством использования аккумуляторной системы для промежуточного накопления избыточного тока сети.
14. Установка по п.1, в которой край V-образного распределителя (3) ветра закруглен.
10.
Фиг. 2
15. Установка по п.1, в которой предусмотрена возможность регулирования расстояния между V-образным распределителем ветра и турбинами.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027217
027217
- 1 -
- 1 -
(19)
027217
027217
- 1 -
- 1 -
(19)
027217
027217
- 1 -
- 1 -
(19)
027217
027217
- 1 -
- 1 -
(19)
027217
027217
- 1 -
- 1 -
(19)
027217
027217
- 4 -
- 3 -
027217
027217
- 4 -
- 4 -
027217
027217
- 5 -
- 5 -
027217
027217
- 9 -
- 8 -
027217
027217
- 9 -
- 10 -
027217
027217
- 11 -
- 11 -
301
027217
301
027217
- 14 -
- 14 -
|
