EA200701154A1 20080428 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2008\TIT_PDF/200701154 Титульный лист описания [PDF] EAPO2008/PDF/200701154 Полный текст описания EA200701154 20051222 Регистрационный номер и дата заявки US60/639,200 20041227 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок US2005/046424 Номер международной заявки (PCT) WO2006/071689 20060706 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [eaa] EAA20802 Номер бюллетеня [RU] МНОГОТУРБИННЫЙ ГЕНЕРАТОР, УСИЛИВАЮЩИЙ ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК Название документа F03D 9/00, H02P 9/04 Индексы МПК [US] ФРАЙЕСТ КЕВИН Сведения об авторах [US] ФРАЙЕСТ КЕВИН Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea200701154a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

Ветряной генератор, представленный в настоящем изобретении, использует модули, причем каждый из них содержит две турбины. Каждая из этих турбин использует два ротора, коаксиально расположенных на одной оси и отстоящих друг от друга. Эта расстановка предусматривает ближний и дальний каналы. Начальная часть ближнего канала, имеющая радиус, уменьшающийся в направлении первого ротора, действует в качестве коллектора. Последующая часть ближнего канала гидродинамически соединяет первый и второй роторы. Дальний канал, который отделен от ближнего канала, открывается в его последующую часть, добавляя, таким образом, воздушный поток во второй ротор. За вторым ротором находится диффузор с радиусом, увеличивающимся с расстоянием от этого ротора. Данное изобретение включает средство для вертикального монтажа модулей один над другим, которое позволяет рыскание в ответ на изменение направления ветра. Кроме того, это устройство включает в себя средство для монтажа модулей на мачту.

 


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:
генератор, представленный в настоящем изобретении, использует модули, причем каждый из них содержит две турбины. Каждая из этих турбин использует два ротора, коаксиально расположенных на одной оси и отстоящих друг от друга. Эта расстановка предусматривает ближний и дальний каналы. Начальная часть ближнего канала, имеющая радиус, уменьшающийся в направлении первого ротора, действует в качестве коллектора. Последующая часть ближнего канала гидродинамически соединяет первый и второй роторы. Дальний канал, который отделен от ближнего канала, открывается в его последующую часть, добавляя, таким образом, воздушный поток во второй ротор. За вторым ротором находится диффузор с радиусом, увеличивающимся с расстоянием от этого ротора. Данное изобретение включает средство для вертикального монтажа модулей один над другим, которое позволяет рыскание в ответ на изменение направления ветра. Кроме того, это устройство включает в себя средство для монтажа модулей на мачту.

 


Конвенционная заявка на патент с приоритетом от 27 декабря 2004 г. на имя иностранца ФРАЙЕСТ, Кевин, США PCT/US05/46424
МНОГОТУРБИННЫЙ ГЕНЕРАТОР, УСИЛИВАЮЩИЙ ВОЗДУШНЫЙ
ПОТОК
Предпосылки создания изобретения Область изобретения
Настоящее изобретение относится в основном к генерируемой ветром энергии, точнее, к захвату воздушного потока ветряным каналом и ускорению воздушного потока с целью производства энергии.
Уровень техники
Известен способ, применяющий роторы турбин подходящих конструкций и конфигураций для использования силы инерции вращения, вызванной воздушным потоком. Однако эффективность турбин прототипа, в частности, для преобразования энергии ветра, обычно ограничена низкой скоростью ветра при преобразовании энергии ветра.
Многие ветряные турбины представляют собой устройство типа ветряной мельницы, в котором многолопастный ротор установлен так, что он вращается вокруг оси, обычно горизонтально расположенной относительно земли. Лопасти не размещаются в каких-либо корпусах и обращены непосредственно к ветру. Когда ветер проходит над и под каждой лопастью, перепад давления вызывает вращение лопастей вокруг оси. Это вращение передается устройствам, которые вырабатывают мощность. Величина мощности или энергии, вырабатываемой этими горизонтальными роторами, зависит от многих факторов, одним из наиболее важных из которых является
площадь, охватываемая ротором при вращении, или, другими словами, длина лопастей. Поэтому в наиболее общем случае на мачте может быть установлен только один ротор и генератор. Даже самые эффективные из них дают возможность использовать около пятидесяти процентов проходящего ветра. Следует заметить, что в общем случае для производства энергии должен поддерживаться некоторый определенный поток через ротор, однако современные турбины менее эффективны, чем хотелось бы. Формула для мощности, получаемой с помощью ветра, включает скорость ветра в третьей степени. Обычные ветряные мельницы не ускоряют ветер настолько, чтобы получить преимущество из этого кубического эффекта.
В других известных из уровня техники турбинах делается попытка извлечь выгоду из фактора увеличения скорости, применяя коллектор с радиусом большим, чем у ротора, сужающимся в тыльной части почти до радиуса ротора. Коллектор захватывает, фокусирует и ускоряет большее количество воздуха в направлении турбины, чем когда ветер проходит через открытый ротор. Сочетание турбины и коллектора может в результате уменьшить необходимый размер ротора. Коллектор позволяет улавливать ветер в более широком диапазоне его направлений и может значительно уменьшить зависимость от возможного изменения направления ветра. Влияние угла и кривизны поверхности, при которых радиус коллектора уменьшается по направлению к ротору, на скорость ветра в центре ротора или удаленных от центра точках изучены недостаточно. Кроме того, поскольку для увеличения скорости проходящего ветра (и, в результате, мощности) необходимо уменьшение статического давления в роторе, один лишь коллектор не увеличит выработку энергии.
Некоторые известные из уровня техники турбины помещаются в кожух, за которым простирается диффузор. Радиус диффузора увеличивается с расстоянием от ротора. Прохождение ветра через ротор будет вызывать отрицательное давление в горловине с его восстановлением по мере того, как ветер направляется к выходу. Благодаря отрицательному давлению больше воздуха всасывается в турбину, что, в свою очередь, приводит к выработке большего количества энергии, чем в открытой турбине такого же размера.
На количество ветра, проходящего через турбину при наличии диффузора, влияет явление, известное как отрыв граничного слоя. Это
явление имеет место вблизи внутренней поверхности диффузора, где ветер "отрывается" или не примыкает близко к внутренней поверхности, в связи с чем имеет место уменьшение мощности вместо теоретически ожидаемого увеличения. В известном устройстве эта неэффективность объясняется дополнительным импульсом, полученным от тангенциальной инжекции свободного ветра вокруг наружной поверхности диффузора через его входные прорези. Необходимость в увеличении количества прорезей зависит от размера и угла стенки диффузора относительно горизонтали. Добавление прорезей ведет к отрыву граничного слоя, но угол, при котором внутренняя поверхность диффузора расширяется, может быть увеличен, тем самым достигается дополнительное уменьшение в длине по сравнению с длиной диффузора, применяемого в более ранних моделях.
Более поздние известные из уровня техники турбины сочетают коллектор, кожух и диффузор. Вдобавок к прибавлению мощности по сравнению с открытой турбиной, это сочетание сокращает время: для начала действия турбины, таким образом, преобразуя энергию при более низкой скорости ветра.
Традиционно используются массивные и очень длинные роторы, для которых и диффузоры, и коллекторы должны быть большими и: тяжелыми. Поэтому были проведены исследования, чтобы проверить, будет ли уменьшаться нарастание мощности, если задний срез диффузора будет находиться возле земли или опираться на нее. Эти исследования установили, что когда задний срез находится около поверхности земли, появляется нарастание мощности, а не ее уменьшение. Дальнейшие исследования показали, что скорость через плоскость лопасти может быть повышена при использовании заглушки на входе в диффузор и параболического насадка перед ступицей ротора.
Ни в одном из известных из уровня техники решений до этого не рассматривались проблемы, возникающие в связи с большими размерами турбин. Например, размер и стоимость мачты. Мачта должна быть высокой и прочной, чтобы поддерживать тяжелую турбину, ее конструкция также должна противостоять срезывающей силе ветра.
Кроме того, в известных из уровня техники решениях в большинстве случаев используются одиночные роторы, которые не производят энергию,
если ротор выходит из строя. В конечном счете, хотя были приложены усилия для повышения мощности турбины, не было попыток использовать действительно большие массы ветра, проходящего через лопасти ротора.
В других более поздних известных из уровня техники устройствах используется множество модулей, в которых вертикально размещены небольшие роторы. Такое расположение требует меньшей площади и обеспечивает такой избыточный запас, что неисправность одного ротора не прекращает выработку энергии. Особенность этого расположения в том, что оно использует совокупности платформ для ротора с тороидальным ускорителем, функция которых состоит в размещении препятствия на пути ветра, что вызывает ускорение воздуха вокруг него. В этом случае ротор помещен в зону наибольшей локальной скорости. Использование множества таких роторов существенно увеличивает выход мощности системы по сравнению с роторами в свободном потоке. Эта система использует внутреннюю часть тороида с парой роторов, установленных в полукруглом канале и разведенных на 180°, так что они оба обращены к ветру. Затем тороидальные модули устанавливаются один над другим. Эти роторы не зависят от рыскания ветра в канале, обращенном к ветру.
Настоящее изобретение отличается от рассмотренных выше изобретений и других им подобным тем, что известные из уровня техники: устройства используют обычно одну турбину на мачту и предполагают очень большие площади, охватываемые ротором. Хотя удалось достичь больших успехов в увеличении преобразования энергии ветра за счет использования коллекторов и диффузоров, даже устройства модульного типа, использующие роторы меньшего размера, все еще допускают, что более половины воздушного потока (и его энергии) проходит через роторы впустую, без использования.
Первой целью настоящего изобретения является значительное увеличение энергии, производимой одиночной мачтой за счет увеличения мощности каждой турбины и использования большего объема воздушного потока, проходящего через ротор.
Второй целью настоящего изобретения является создание устройства, которое использует воздушные каналы для усиления воздушного потока через ротор вдоль сообщающихся с ним коллекторов и диффузоров.
Третьей целью настоящего изобретения является создание устройства, в котором для увеличения эффективности множество роторов связаны друг с Другом.
Четвертой целью настоящего изобретения является снижение требований к конструкции вышки.
Пятой целью настоящего изобретения является создание схемы управления шагом винта для ротора.
Шестой целью настоящего изобретения является эффективный захват и использование энергии ветра любого направления.
Седьмая цель настоящего изобретения - это уменьшение затрат, связанных с использованием энергии ветра, путем увеличения количества производимой энергии на каждую установленную мачту. Это уменьшает необходимую площадь и существенно увеличивает соотношение выработанной электроэнергии к стоимости установленной мачты.
Восьмой целью настоящего изобретения является создание устройства для производства энергии с помощью ветра, которое более лояльно к птицам за счет использования профилей, различимых птицами и летучими мышами.
Суть изобретения
Настоящее изобретение представляет устройство для производства энергии, содержащее мачту и по меньшей мере один - но предпочтительно множество - многотурбинных модулей, усиливающих ветер. В предпочтительном варианте осуществления в каждом модуле, усиливающем ветер, используется две турбины, и два упомянутых модуля, усиливающих ветер, могут устанавливаться рядом, причем в предпочтительном варианте осуществления в основном используется вертикальное размещение. Каждый модуль, усиливающий ветер, в предпочтительном варианте осуществления имеет кожух и две турбины. Каждая турбина содержит меньшее наружное отверстие, гидродинамически сообщающееся с ближним ротором и ближним воздушным каналом, и большее наружное отверстие, гидродинамически сообщающееся с дальним воздушным каналом и дальним ротором. Ближний ротор и дальний ротор гидродинамически соединены ближним воздушным каналом так, что воздушный поток в дальний ротор включает поток, который прошел через ближний ротор, вдобавок к тому, который был собрал дальним воздушным каналом. Конструкция ближнего воздушного канала около
меньшего отверстия включает секцию коллектора, имеющую выпуклую или вогнутую поверхность, в которую входит ветер и проходит через ближний ротор. Дальний канал открывается в ближний канал за ближним ротором. Такое размещение делает минимальным отделение граничного слоя, увеличивая в то же время скорость и массу ветра, проходящего через дальний ротор.
Каждый модуль включает также средства для монтажа каждого упомянутого модуля на мачту, делающие возможным в основном горизонтальное рыскание, множество конструктивных элементов для опоры и крепления, коробку передач для каждой турбины и вторую коробку передач для объединения мощности от множества турбин. Средства для монтажа в предпочтительном варианте осуществления содержат связанную с мачтой стационарную опору, связанную с каждым модулем опорную площадку, и как вертикальные, так и горизонтальные опорные ролики, связанные с опорной площадкой. Ролики и опорная площадка смонтированы на дне кожуха модуля. Площадка рыскания и дополнительные горизонтальные и вертикальные опорные ролики смонтированы на верхней поверхности кожуха модуля. Такое расположение обеспечивает активное вращательное взаимодействие между вертикально уложенными модулями, что позволяет модулям рыскать относительно вертикальной оси мачты при сохранении вертикального расположения. В одной из модификаций используется в целом кольцеобразная опорная площадка, так что люк для технического обслуживания на дне кожуха может быть доступен через опорную площадку в форме кольца. Опорная площадка может быть полностью образована кожухом. Мачта выступает через отверстие в кожухе и через отверстие в стационарной опоре.
В предпочтительном варианте осуществления устройство для производства энергии включает средства для подъема каждого модуля вертикально по высоте мачты для сборки и технического обслуживания. Средства для подъема, предусмотренные предпочтительным вариантом осуществления, содержат лебедку и стрелу крана на верхушке мачты. Кроме того, устройство для выработки энергии содержит по меньшей мере один, но предпочтительно единственный генератор. Следует иметь в виду, что добавочные группы ротор-ветряной канал-коробка передач могут применяться
в одиночном модуле, и что множество модулей могут объединяться в одно устройство для выработки энергии по настоящему изобретению.
Для каждой турбины меньшее наружное отверстие имеет радиус больший, чем у ближнего ротора, и уменьшающийся вдоль ближнего воздушного канала до радиуса, примерно равного радиусу ближнего ротора, так что воздушный поток через упомянутый ротор усиливается и по массе, и по скорости. Большее отверстие гидродинамически сообщается с помянутым дальним ротором через упомянутый дальний воздушный канал и отделено от упомянутого меньшего отверстия. Диффузор с радиусом, постепенно увеличивающимся с расстоянием от второго ротора, создает отрицательное давление на роторы и увеличивает массу и скорость ветра через ближний и через дальний ротор. Энергия ветра от каждой турбины преобразовывается в механическую энергию в коробке передач, связанной с этой турбиной, и в предпочтительном варианте осуществления механическая энергия от обеих турбин передается во вторую коробку передач и затем на единственный генератор. Мощность от генератора передается наружу и вниз по мачте через последовательные меняющие направление кольца, оснащенные электрическими контактами, непрерывно сохраняющими соприкосновение, даже когда модуль качается вокруг вертикальной оси мачты. Такая компоновка обеспечивает более легкое, более дешевое и меньшее по размерам устройство для производства энергии. Следует иметь в виду, что единственный генератор может в действительности получать механическую энергию от более чем двух турбин или множества модулей.
Для достижения максимальной эффективности каждый упомянутый ротор снабжен независимыми средствами управления шагом лопасти. Известные из уровня техники механические средства, включающие двигатель, связаны с лопастями для изменения угла атаки или шага на каждой лопасти. Такое изменение меняет количество ветра, действующего на ротор. Функционально это позволяет турбине сделать возможное производство энергии максимальным. Управление этим изменением может быть или ручным, или автоматическим. Ручная система подходит только, когда инерция вращения временно прерывается. Автоматическая система должна управляться с помощью алгоритма, опирающегося на сигналы, полученные от различных датчиков, контролирующих физические характеристики ветряного потока, а
также механические характеристики роторов. Автоматическая система использует итерационный процесс, основанный на алгоритме подбора шага и достижения максимальной мощности. Автоматическая система позволяет модифицировать шаг, когда имеет место инерция вращения.
Конструктивные элементы, используемые в модуле, могут иметь разнообразные формы, размеры и расположение, которые диктуются условиями и производительностью устройства для производства энергии, с которым этот модуль связан. Эти условия включают общее количество модулей, ожидаемые скорости ветра, количество турбин в модуле, высоту этого конкретного модуля относительно земли и его расположение относительно других модулей. Множество конструктивных элементов в предпочтительном варианте осуществления представляют собой расположенные с равномерным интервалом ребра жесткости, ориентированные и в продольном направлении, и концентрически относительно воздушных каналов и относительно оси роторов. Однако предполагается, что упомянутые элементы могут также включать в себя перегородки, ребра различной длины и глубины, расположенные внутри или снаружи ветряного канала или кожуха, или другие подобные устройства.
Настоящее изобретение предоставляет устройство модульного типа для производства энергии. Модули могут быть установлены совместно любым образом, обеспечивающим безопасную конструкцию. Модули оборудованы аппаратурой для производства энергии, имеющей оптимальные размеры для ветряных ресурсов, которые доступны в месте расположения модулей, подлежащих установке. Группы модулей могут включать конфигурации (но не ограничиваются ими) от 1 модуля до 60 модулей, смонтированных вместе так, чтобы генерировать от 50 кВт до 15 МВт. Количество таких устройств для производства энергии, которые могут быть размещены на данной площади участка земли с соответственными характеристиками, может увеличиваться или уменьшаться в соответствие с требованиями. По сравнению с другими устройствами, производящими энергию, настоящее изобретение разработано для обеспечения повышенной выработки энергии при меньших затратах, чем те, которые в настоящее время допускаются в промышленности.
Прочие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения могут быть легко поняты из нижеследующего описания. Описание ссылается на
прилагаемые фигуры, которые приведены для иллюстрации предпочтительного варианта осуществления. Однако такой вариант осуществления не представляет полностью область применения этого изобретения. Тема, которую изобретатель рассматривает в своем изобретении, детально представлена и четко заявлена в формуле изобретения, приведенной в конце описания этого изобретения.
Краткое описание фигур Фиг. 1 - общий вид устройства для производства энергии по настоящему изобретению;
Фиг. 2 - общий вид модуля усиления ветра в предпочтительном варианте осуществления данного изобретения; Фиг. 3 - разрез Фиг. 2 по линии 3-3; Фиг. 4 - вид спереди модуля усиления ветра на Фиг. 2; Фиг. 5 - вид сверху в разрезе Фиг. 2 вдоль линии 5-5, показывающий приводные валы, опоры, коробки передач и генератор;
Фиг. 6 - вид снизу в разрезе одиночного модуля по настоящему изобретению, показывающий детали средств для монтажа модуля по предпочтительному варианту осуществления;
Фиг. 7 - вид снизу на Фиг. 6, показывающий детали средств для монтажа модуля по предпочтительному варианту осуществления;
Фиг. 8 представляет вид сверху одиночного модуля настоящего изобретения, показывающего детали.
Описание предпочтительного варианта (вариантов) осуществления Устройство 10 для производства энергии по настоящему изобретению показано в целом на Фиг. 1. Устройство 10 для производства энергии содержит мачту 12, и по меньшей мере один, но предпочтительно множество усиливающих ветер многотурбинных модулей 14. В предпочтительном варианте осуществления, показанном на Фиг. 2 и Фиг. 3, первая турбина 16 и вторая турбина 18 используются в каждом модуле, усиливающем ветер. Каждый модуль, усиливающий ветер, в предпочтительном варианте осуществления содержит кожух 20, а упомянутая первая турбина 16 содержит отверстие 22 ближнего канала, первый ближний ротор 24, имеющий первый радиус 25, первый ближний воздушный канал 26, имеющий внутреннюю поверхность 27, состоящей из начальной части 27а и последующей части 27Ь,
отверстие 28 дальнего канала, первый дальний ротор 30, имеющий второй радиус, и первый дальний воздушный канал 32 с поверхностью 33. Диффузор 35, имеющий внутреннею поверхность 36 и увеличивающийся радиус 37, расположен сразу за упомянутым первым дальним ротором. Вторая турбина 18 содержит отверстие второго ближнего канала 40, второй ближний ротор 42, второй ближний воздушный канал 44, отверстие 46 второго дальнего канала, второй дальний ротор 48 и второй дальний воздушный канал 50.
Для каждой из турбин 16 и 18 упомянутые ближние роторы 24 и 42 соответственно и упомянутые дальние роторы 30 и 48 соответственно гидродинамически сообщаются так, что воздушный поток в ^/помянутый дальний ротор 30 включает поток, который прошел через упомянутый ближний ротор 24, вдобавок к тому, который прошел через упомянутый дальний воздушный канал 32. В предпочтительном варианте осуществления предусмотрено средство 152 для последовательного соединения упомянутых роторов, которое содержит внешний приводной вал. Модуль также включает в себя средство 58 для монтажа каждого упомянутого модуля, позволяющее в целом горизонтальное рыскание, множество конструктивных элементов 80 для опоры и устойчивости, коробку передач 82 и внутреннюю коробку передач 84. Упомянутое устройство для выработки энергии, кроме того, содержит по меньшей мере один, но предпочтительно единственный генератор 86. Следует понимать, что дополнительные группы турбина-воздушный канал-коробка передач могут быть использованы в одиночном модуле, и что много модулей могут объединяться в единый генератор энергии по настоящему изобретению.
Для каждой из упомянутых турбин 16 и 18 ближний канал 26 содержит начальную часть 27а, имеющую радиус больший, чем у ротора, которая суживается по направлению к ближнему ротору. Последующая часть 27Ъ имеет радиус примерно равный радиусу ближнего ротора 24, при этом воздушный поток через упомянутый ротор 24 направляется к упомянутом}' дальнему ротору 30. Поверхность 27 может быть вогнутой или выпуклой; при вогнутости или выпуклости внутри поверхность 27 действует как препятствие на пути ветра, что повышает локальную скорость и массу ветра у ближнего ротора. В зависимости от размера турбины можно преимущественно использовать незначительную вогнутость или выпуклость внутренней поверхности 27 ближнего канала 26. Когда такая внутренняя поверхность 27 выпукла
относительно воздушного канала, воздушный поток может двигаться ближе к центру ротора, таким образом противодействуя ожидаемой утечке.
Отверстия 28 и 46 дальних каналов соответственно гидродинамически сообщаются с упомянутым дальним ротором 30 через упомянутый дальний воздушный канал 32 и отделены, следовательно, от упомянутого отверстия 22 ближнего канала. За роторами находится диффузор 35, гидродинамически сообщающийся и с упомянутым ближним ротором 24, и с > тюмянутым дальним ротором 30. Внутренняя поверхность 36 упомянутого диффузора снаружи наклонена под углом так, что его радиус 37 увеличивается. Диффузор создает отрицательное давление за дальним ротором 30, в результате чего через оба ротора воздух проходит с большей массой и скоростью.
В конечном счете, дальний воздушный канал 32 входит в последующую часть 27Ь ближнего канала 26, таким образом, добавляя тангенциальную составляющую скорости воздушному потоку в дальнем роторе 30, что увеличивает производство энергии, а также уменьшает отделение граничного слоя, вопреки ожидаемому, на внутренней поверхности 36 диффузора 35.
В предпочтительном варианте осуществления упомянутое средство для последовательного соединения упомянутых ближнего и дальнего роторов содержит, кроме того, упомянутую последующую часть 27Ъ воздушных ближних каналов 26 и 44 соответственно, где воздушный поток проходит через последующую часть 27Ь к дальнему упомянутому ротору 30 и объединяется с воздушным потоком через дальний канал. В предпочтительном варианте осуществления последующая часть сужается в направлении дальнего ротора и может иметь радиус меньший, чем радиус дальнего ротора, вследствие чего воздушный поток фокусируется на середину дальнего ротора, чтобы избежать потери потока.
Энергия ветра от каждой из турбин 16 и 18 превращается в механическую энергию в коробке передач 82, связанной с турбиной, и в предпочтительном варианте осуществления механическая энергия от обеих турбин передается на внутреннюю коробку передач 84, а затем на единственный генератор 86. Такое расположение обеспечивает более легкое, меньшее по размерам и менее дорогое устройство для производства энергии. Следует понимать, что единственный генератор может, в действительности, получать механическую энергию от более чем двух турбин.
Независимые средства 100 управления шагом винта предусмотрены для каждого из упомянутых роторов 24, 30, 42 и 48, чтобы максимально увеличить эффективность. Каждый из упомянутых роторов 24, 30, 42 и 48 содержит множество лопастей 102. Упомянутые средства 100 включают в себя двигатель 101, связанный с каждой упомянутой лопастью 102 в каждом из упомянутых роторов 24, 30, 42 и 48. Независимые средства 100 управления шагом винта регулируются либо вручную с помощью переключателей, либо автоматически в ответ на изменения в скорости и направлении ветра. Баланс каждого модуля 14 относительно направления ветра достигается посредством размещения наружных отверстий 22, 28, 40 и 46 для каждой турбины и руля направления 104 на противоположной стороне. В других вариантах осуществления баланс может достигаться вручную или другими средствами. Автоматизация управлением шага винта лопастей 102 достигается использованием компьютера и датчиков 101а. Компьютер использует алгоритм в ответ на сигналы от упомянутых датчиков, показывающих изменения в потоке ветра или механических характеристиках роторов. Используя итерационный процесс, компьютер дает команды двигателю 101, связанному с каждым из роторов 24, 30, 42 и 48, чтобы воздействовать на шаг каждой лопасти 102, при этом делая производимую мощность максимальной.
Упомянутое множество конструктивных элементов 80 для опоры и устойчивости имеет различные формы, размеры и расположение, что диктуется условиями и производительностью устройства для производства энергии, на котором данный модуль будет смонтирован. Эти условия включают в себя общее количество модулей, ожидаемые скорости ветра, количество турбин в модуле, высоту этого конкретного модуля относительно земли и его размещение относительно других модулей. Множество конструктивных элементов в предпочтительном варианте осуществления представляют собой равномерно с интервалом расположенные ребра жесткости 80, ориентированные и в продольном направлении, и концентрически относительно воздушных каналов и относительно оси роторов. Однако предполагается, что упомянутые элементы могут также иметь перегородки, ребра различной длины и глубины, расположенные внутри или снаружи ветряного канала или кожуха, или другие подобные устройства.
Упомянутое средство 58 для монтажа модуля на упомянутую мачту 12, позволяющее менять горизонтальное направление модуля, в предпочтительном варианте осуществления содержит стационарную опору ПО, связанную с упомянутой мачтой 12. Стационарная опора ПО затем закрепляется вантами 122. Опорная площадка 62 связана с каждым упомянутым модулем 14. Множество вертикальных опорных роликов 68 и множество горизонтальных опорных роликов 64 связано с упомянутой опорной площадкой 62. Ролики 68 и 64 и опорная площадка 62 расположены на поверхности 21 кожуха модуля 20. Площадка рыскания и добавочное множество вертикальных опорных роликов 68 и добавочное множество горизонтальных роликов 64 установлены на противоположной поверхности 21а упомянутого кожуха 20. Такое размещение обеспечивает активное вращательное взаимодействие между вертикально уложенными модулями 14, которое позволяет модулям рыскать относительно вертикальной оси мачты 12, сохраняя вертикальное расположение. Одна модификация использует в целом кольцеобразную опорную площадку 62, так что мачта 12 выступает через отверстие 91а в упомянутом модуле, и некоторые элементы упомянутого модуля могут быть доступны через люк для технического обслуживания 90 в дне 21 кожуха 20. Опорная площадка 62 в целом может быть образована кожухом.
В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предоставляется средство 70 для подъема упомянутых модулей 14 вдоль вышки 12. Упомянутое средство 70 содержит лебедку 142, стрелу крана, по меньшей мере одну опорную направляющую 140 и множество тросов 144. Лебедка 142 установлена на вершине 146 упомянутой мачты 12 и > тюмянутые тросы 144 намотаны на упомянутую лебедку 142. Упомянутая по меньшей мере одна опорная направляющая (направляющие) 140 связана (связаны) с упомянутым модулем так, что во время монтажа или технического обслуживания упомянутьге тросы прикрепляются к упомянутым направляющим, лебедка приводится в действие, поднимая модгуль вдоль мачты. Однажды вертикально установленная, как это требуется, площадка рыскания одного модуля электрически связана с опорной площадкой модуля, прилегающей к ней по вертикали. Эта связь обеспечивает необходимую передачу энергии через площадку рыскания вниз по мачте и делает возможным горизонтальное рыскание.
Таким образом, настоящее изобретение описано с пояснениями. Следует понимать, что используемая терминология предназначена скорее для иллюстрации, а не ограничения.
В свете изложенного выше описания возможно много модификаций и вариантов настоящего изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для производства энергии, использующее воздушный поток, содержит
a) модуль 14 усиления ветра;
b) мачту 12;
c) упомянутый модуль 14 усиления ветра содержит кожух 20, в котором расположена по меньшей мере одна турбина 16;
d) каждая упомянутая по меньшей мере одна турбина 16 содержит ближний ротор 24, имеющий первый радиус 25, дальний ротор 30, имеющий второй радиус 30а, ближний канал 26 и дальний канал 32, размещенные так, что воздушный поток в упомянутый дальний ротор 30 включает в себя поток, прошедший через упомянутый ближний канал 26 и упомянутый ближний ротор 24, а также воздушный поток, обеспечиваемый упомянутым дальним каналом 32;
e) каждая упомянутая турбина 16 кроме того содержит здюмянутый ближний ротор 24 и упомянутый дальний ротор 30, в целом коаксиально расположенные на расстоянии друг от друга.
2. Устройство для производства энергии по п. 1, дополнительно содержащее диффузор 35, гидродинамически сообщающийся с дальним ротором 30 для принятия проходящего через него воздуха.
3. Устройство для производства энергии по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый ближний канал 26 содержит ближнее отверстие 22, в котором практически по центру находится ближний ротор 24, и внутреннюю поверхность 27, имеющую начальную часть 27а с радиусом большим, чем упомянутый первый радиус 25 ближнего ротора 24, и действующую как коллектор, и последующую часть 27Ь, гидродинамически сообщающуюся с упомянутым дальним ротором 30.
4. Устройство для производства энергии по п. 3, отличающееся тем, что упомянутый дальний канал 32 имеет отверстие 28 дальнего канала, в котором расположен упомянутый ближний канал 26, и поверхность 33, расположенную отдельно, вне упомянутого ближнего канала 26 для проведения воздушного потока к упомянутому дальнему ротору 30.
5. Устройство для производства энергии по п. 4, отличающееся тем, что дальний ротор 30 расположен коаксиально в ряд с упомянутым ближним ротором 24 и упомянутым ближним каналом 26 и так расположен относительно дальнего канала 32, чтобы принимать из него воздушный поток.
6. Устройство для производства энергии по п. 3, отличающееся тем, что каждая упомянутая по меньшей мере одна турбина 16 дополнительно содержит диффузор 35, гидродинамически сообщающийся с дальним ротором 30 для принятия проходящего через него воздуха.
7. Устройство для производства энергии по п. 6, отличающееся тем, что упомянутый диффузор 35 содержит внутреннюю поверхность 36 с радиусом 37, увеличивающимся с расстоянием от упомянутого дальнего ротора 30.
8. Устройство для производства энергии по п. 2, дополнительно содержащее:
а) мачту 12;
б) средство 58 для монтажа упомянутого по меньшей мере одного модуля 14 на упомянутую мачту 12;
в) множество конструктивных элементов 80 для опоры и укрепления упомянутого устройства для производства энергии; и
г) коробку передач 84 для передачи энергии от каждой упомянутой по меньшей мере одной турбины 16.
9. Устройство для производства энергии по п. 8, отличающееся тем, что упомянутый ближний канал 26 содержит ближнее отверстие 22, в котором практически по центру находится ближний ротор 24, и внутреннюю поверхность 27, имеющую начальную часть 27а с радиусом большим, чем упомянутый первый радиус ближнего ротора 24, и действующую как коллектор.
10. Устройство для производства энергии по п. 8, отличающееся тем, что упомянутый дальний канал 32 содержит отверстие 28 дальнего канала, в котором расположен упомянутый ближний канал 26, и поверхность 33, расположенную отдельно, вне упомянутого ближнего канала, для проведения воздушного потока к упомянутому дальнему ротору 30, а упомянутый дальний ротор 30 расположен относительно упомянутого дальнего канала 32 так, чтобы принимать проходящий через него воздушный поток.
11. Устройство для производства энергии по п. 10, отличающееся тем, что упомянутый ближний канал 26 дополнительно содержит последующую часть 27Ъ, гидродинамически сообщающуюся с упомянутым дальним ротором 30 и упомянутым дальним каналом 32.
12. Устройство для производства энергии по п. 3, отличающееся тем, что упомянутое устройство включает в себя множество упомянутых модулей 14.
13. Устройство для производства энергии по п. 4, отличающееся тем, что упомянутый модуль дополнительно включает в себя руль направления 104, расположенный между двумя упомянутыми турбинами 16 и соединенный с кожухом 20, для обеспечения баланса и ориентации по ветру.
14. Устройство для производства энергии по п. 1, дополнительно содержащее средство 152 для соединения упомянутого ближнего ротора 24 и упомянутого дальнего ротора 30.
15. Устройство для производства энергии по п. 14, отличающееся тем, что упомянутое средство 152 для соединения упомянутых роторов содержит приводной вал.
16. Устройство для производства энергии по п. 8, отличающееся тем, что упомянутое средство 58 для монтажа упомянутого модуля на упомянутую мачту 12 дает возможность горизонтального рыскания упомянутого модуля 14.
17. Устройство для производства энергии по п. 7, отличающееся тем, что упомянутое устройство дополнительно содержит по меньшей мере один генератор 86 и коробку передач 84 для передачи энергии от каждой упомянутой по меньшей мере одной турбины 16 к упомянутому генератору 86.
18. Устройство для производства энергии по п. 3, отличающееся тем, что упомянутый ближний ротор 24 дополнительно содержит множество лопастей 102 и средства 100 для регулирования шага винта множества лопастей 102.
19. Устройство для производства энергии по п. 2, дополнительно содержащее множество расположенных на одинаковом расстоянии ребер жесткости 80, в осевом направлении и концентрически ориентированных относительно оси упомянутых ближнего 24 и дальнего 30 роторов.
20. Устройство для производства энергии по п. 16, отличающееся тем, что упомянутое средство 58 для монтажа содержит:
а) стационарную опору ПО, соединенную с мачтой 12;
b) опорную площадку 62, соединенную с нижней поверхностью 21 упомянутого кожуха;
c) площадку 91 рыскания, соединенную с противоположной поверхностью 21а упомянутого кожуха 20;
d) множество вертикальных опорных роликов 68 и горизонтальных опорных роликов 64, расположенных на упомянутой опорной площадке 62, и второе множество вертикальных опорных роликов 68 и горизонтальных опорных роликов 64, размещенных на упомянутой площадке 91 рыскания, чтобы обеспечить активное вращательное взаимодействие между вертикально уложенными модулями 14.
21. Устройство для производства энергии по п. 20, отличающееся тем, что упомянутая опорная площадка 62 имеет в целом форму кольца, и упомянутый модуль 14 определяет проем 91а, так что упомянутая мачта 12 выступает через упомянутую опорную площадку 62 модуля.
22. Устройство для производства энергии, использующее воздушный поток, содержащее:
a) по меньшей мере одну турбину 16;
b) каждая упомянутая по меньшей мере одна турбина 16 содержит ближний ротор 24, дальний ротор 30 и средство 152 для коаксиального соединения на одной оси упомянутых ближнего ротора 24 и дальнего ротора 30, расположенных на расстоянии друг от друга.
c) ближний канал 26, содержащий внутреннюю поверхность 27 для управления воздушным потоком сначала в упомянутом ближнем роторе 24, а затем в упомянутом дальнем роторе 30; и
d) дальний канал 32 для управления воздушным потоком в упомянутом дальнем роторе 30.
23. Устройство для производства энергии по п. 22, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит диффузор 35, гидродинамически сообщающийся с дальним ротором 30, для принятия проходящего через него воздушного потока.
24. Устройство для производства энергии по п. 22, отличающееся тем, что упомянутый ближний канал 26 содержит начальную часть 27а и последующую часть 27Ъ, разделенные у ближнего ротора 24, а упомянутый дальний канал 32 открывается в упомянутую последующую часть 27Ь.
25. Устройство для производства энергии по п. 24, отличающееся тем, что упомянутая начальная часть 27а имеет радиус больший, чем первый радиус 25 ближнего ротора 24, и действует как коллектор, а последующая часть 27Ъ сужается в направлении упомянутого дальнего ротора 30
26. Устройство для производства энергии по п. 25, отличающееся тем, что каждая упомянутая по меньшей мере одна турбина 16 дополнительно содержит диффузор 35, гидродинамически сообщающийся с дальним ротором 30 и имеющий внутреннюю поверхность 36 с радиусом 37, увеличивающимся с расстоянием от упомянутого дальнего ротора 30.
27. Устройство для производства энергии, использующее воздушный поток, содержащее по меньшей мере одну турбину 16, имеющую ближний ротор 24, расположенный перед дальним ротором 30 и в целом коаксиально с ним, и дополнительно содержащую ближний канал 26 для управления воздушным потоком, имеющий начальную часть 27а, расположенную перед упомянутым ближним ротором 24, и последующую часть 27Ь, расположенную за упомянутым ближним ротором 24 и перед упомянутым дальним ротором 30.
28. Устройство для производства энергии по п. 27, дополнительно содержащее диффузор 35, расположенный за упомянутым дальним ротором 30, и имеющий радиус 37, увеличивающийся с расстоянием от упомянутого дальнего ротора 30.
29. Устройство для производства энергии по п. 28, включающее в себя дальний канал 32, открывающийся в упомянутую последующую часть 27Ь за упомянутым ближним ротором 24 и перед упомянутым дальним ротором 30.
30. Устройство для производства энергии, использующее воздушный поток, содержащее:
a) по меньшей мере одну турбину 16;
b) каждая упомянутая по меньшей мере одна турбина 16 содержит ближний ротор 24, дальний ротор 30 и средство 152 для в целом коаксиального соединения на одной оси упомянутых ближнего ротора 24 и дальнего ротора 30, установленных на расстоянии друг от друга;
c) ближний канал 26, содержащий внутреннюю поверхность 27 для управления воздушным потоком сначала в упомянутом ближнем роторе 24, затем в упомянутом дальнем роторе 30, начальную часть 27а и последующую часть 27Ь ближнего канала, разделенные у ближнего ротора 24;
d) дальний канал 28 для управления воздушным потоком в упомянутом дальнем роторе 30, причем упомянутый дальний канал 28 открывается в упомянутую часть 27Ъ; и
e) диффузор 35, гидродинамически сообщающийся с дальним ротором 30, для подготовки принятия проходящего через него воздуха.
31. Устройство для производства энергии, использующее воздушный поток, содержащее:
a) по меньшей мере одну турбину 16 и кожух 20;
b) каждая упомянутая по меньшей мере одна турбина 16 содержит ближний ротор 24, находящийся перед дальним ротором 30, на расстоянии от него и коаксиально с ним на той же оси.
c) дальний канал 28 для управления воздушным потоком в упомянутом дальнем роторе 30; и
d) диффузор 35, гидродинамически сообщающийся с дальним ротором 30.
32. Устройство для производства энергии по п. 31, дополнительно содержащее ближний канал 26, имеющий начальную часть 27а, находащуюся перед упомянутым ближним ротором 24, и последующую часть 27Ъ, находящуюся за упомянутым ближним ротором 24 и перед упомянутым дальним ротором 30.
33. Устройство для производства энергии по п. 32, отличающееся тем, что упомянутый дальний канал 32 открывается в упомянутую последующую часть 27Ъ.
34. Устройство для производства энергии по п. 33, отличающееся тем, что упомянутый дальний канал 32 имеет отверстие 28 дальнего канала, в котором расположен упомянутый ближний канал 26, а поверхность 33 размещена отдельно, вне упомянутого ближнего канала 26, чтобы проводить воздушный поток к упомянутому дальнему ротору 30.
35. Устройство для производства энергии по п. 31, отличающееся тем, что каждый упомянутый ближний ротор 24 дополнительно содержит множество лопастей 102 и средства 100 для регулирования шага винта упомянутого множества лопастей 102.
36. Устройство для производства энергии по п. 35, отличающееся тем, что упомянутые средства 100 для управления шагом винта включают в себя двигатель 101, связанный с каждой лопастью 102, и по меньшей мере один датчик 101а, связанный с упомянутым кожухом 20.
37. Устройство для производства энергии по п. 32, отличающееся тем, что упомянутый ближний канал 26 дополнительно содержит поверхность 27, выпуклую относительно канала 26.
МНОГОТУРБИННЫЙ ГЕНЕРАТОР, УСИЛИВАЮЩИЙ ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК
ФИГ. 1
МНОГОТУРБИННЫЙ ГЕНЕРАТОР, УСИЛИВАЮЩИЙ ВОЗДУШНЫЙ поток
ФИГ. 5
МНОГОТУРБИННЫЙ ГЕНЕРАТОР, УСИЛИВАЮЩИЙ ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК
ФИГ. 6
МНОГОТУРБИННЫЙ ГЕНЕРАТОР, УСИЛИВАЮЩИЙ ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК
ЕВРАЗИЙСКОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО
ЕАПВ/ОП-2
: ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42 1 Г Патентной инструкции к ЕАПК)
Номер евразийской заявки: 200701154
Дата подачи: 22 декабря 2005 (22.12.2005) Дата испрашиваемого приоритета: 27 декабря 2004 (27.12.2004)
Название изобретения: Многотурбинный генератор усиливающий воздушный поток
Заявитель: ФРАИЕСТ, Кевин
Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа) ||*"| Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ: Согласно международной патентной классификации (МПК)
F03D1/02 (2006.01) F03DJ/04 (2006.01)
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК) F03D 1/00-1/04, 5/00___
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
X Y А
US 2001/0004439 Al (ALEJANDRO JUAN ALFREDO BOLCICH et al.) 21.06.2001, фиг. 1, абз. [0074]-[0085]
27-28 1-24, 29-35 25-26, 36-37
RU 2052657 CI (ТИМОФЕЕВ АЛЕКСАНДР ДАНИЛОВИЧ) 20.01.1996, фиг. 1, кол. 4, строки 1-15
1-21
US 5836738 A (CLIFTON D. FINNEY) 17.11.1998, фиг. 1С, кол. 12, строки 56 -67, кол. 13, строки 1- 5, кол. 14, строки 10-26
1-24, 29-35
US 4080100 A (WALTER С. MCNEESE) 21.03.1978, фиг. 2, кол. 4, строки 17-40
8-13, 17
US 5520505 A (ALFRED L. WEISBRICH) 28.05.1996, фиг. 1, реферат
данные о патентах-аналогах указаны в приложении
* Особые категории ссылочных документов:
"А" документ, определяющий общий уровень техники
"Е" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения
"X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень,
взятый в отдельности "Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с
другими документами той же категории " &" документ, являющийся патентом-аналогом "L" документ, приведенный в других целях__
Дата действительного завершения патентного поиска: 15 января 2008 (15.01.2008)
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 123995,Москва, Г-59, ГСП-5, Бережковская наб., 30-1 Факс: 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА_
Уполномоченное лицо :
Т. Владимирова Телефон № (499) 240-25-91_
ЕАПВ/ОП-2
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
Номер евразийской заявки: 200701154
ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ ( продолжение грае
ры В )
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
Y Y
RU 2052155 С1 (МОСАЛЕВ ВИКТОР ФЕДОРОВИЧ и др.) 10.01.1996, фиг. 1, кол. 3, строка 1 - кол. 4, строка 27
RU 2076946 С1 (СТАВРОПОЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ) 10.04.1997, реферат, фиг. 1
RU 2162545 С2 (РОМАНОВ ГЕРАРД АЛЕКСАНДРОВИЧ) 27.01.2001
18,35 13, 16, 19-20
1-37