початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2252334

ВЕТРОПНЕВМОТУРБІННАЯ ВСТАНОВЛЕННЯ з дифузором, У ЯКИХ ДВА вдувом

Ім'я винахідника: Янсон Річард Олександрович (RU); Ряснянське Тетяна Геннадіївна (RU); Гасилов Олексій Володимирович
Ім'я патентовласника: Янсон Річард Олександрович (RU); Ряснянське Тетяна Геннадіївна (RU); Гасилов Олексій Володимирович
Адреса для листування: 121309, Москва, вул. Б. Филевская, 17, кв.148, Р.А. Янсон
Дата початку дії патенту: 2003.09.29

Винахід відноситься до вітроенергетики і використовується в горизонтально-осьових вітроустановках з пневматичним способом передачі вітрової потужності від вітродвигуна до споживача (електрогенератори). Технічним результатом є збільшення ККД (коефіцієнт корисної дії) пневмопередачі і збільшення коефіцієнта використання енергії вітру, які досягаються, по-перше, за рахунок розміщення вільно обертового вітроколеса з порожніми лопатями всередині атмосферного дифузора при вході в нього, і, по-друге, за рахунок використання при гальмуванні потоку в дифузорі кінетичної енергії струменів повітря, що йдуть з Т-образних периферійних пристроїв порожнистих лопатей. При обертанні вітродвигуна розвивається їм корисна потужність витрачається на прокачування повітря всередині порожнистих лопатей і периферійних пристроїв, які обертаються в кільцевій ніші на внутрішній стінці дифузора. В результаті, в пневмомагистрали встановлюється тиск нижче атмосферного, що дає можливість наземної повітряної турбіни працювати за рахунок перепаду тиску між атмосферним тиском і тиском в пневмомагистрали. Повітряна турбіна приводить в обертання електрогенератор. Використання кінетичної енергії виходить з периферійного пристрою струменя повітря відбувається після проходу цього повітря по кільцевому каналу в прикордонний шар на внутрішній стінці дифузора, де через кільцевої канал утворюється вдув обертаються по колу окремих струменів. Другий вдув в кільцевої канал нижче по потоку здійснюється за рахунок кінетичної енергії зовнішнього атмосферного потоку і різниці статичних тисків на зовнішній і внутрішній стінках дифузора. Регулює роботу ветропневмотурбінной установки здійснюється поворотом лопатей, зміною витрати повітря через повітряну турбіну за допомогою регульованого соплового апарату і збільшенням витрати повітря через порожнисті лопаті за допомогою відкриття регульованих каналів в торці гондоли.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до галузі енергетики, а саме до вітроенергетичним установкам.

Відомо пристрій (ветропневмотурбінная установка), перетворює енергію повітряного потоку в механічну потужність приводу електрогенератора за допомогою встановленого на щоглі-трубі свободновращающегося горизонтально-осьового вітроколеса з порожніми лопатями, наземної повітряної турбіни і з'єднує їх за допомогою щогли-труби пневмомагистрали з тиском повітря в ній нижче атмосферного / 1 / - прототип. До недоліків цього ветроагрегата відносяться знижений ККД пневмопередачі, що становить величину порядку 0,5, і збільшений розмір хорди лопаті. Збільшення розміру хорди лопаті особливо на її периферії обумовлено перебігом всередині лопаті з допустимою швидкістю необхідної кількості повітря. Це викликає збільшення профільних втрат, що веде до зниження ККД вітродвигуна; а й знижує розрахункове значення аеродинамічного коефіцієнта підйомної сили профілю С _у, що веде до перевантаження вітродвигуна з ростом швидкості вітру вище розрахункового значення. Знижений ККД пневмопередачі в значній мірі обумовлений тим, що в прототипі неможливо використовувати значну по величині кінетичну енергію минає з лопаті струменя повітря.

Відомо пристрій, що перетворює енергію повітряного потоку в механічну потужність приводу електрогенератора за допомогою горизонтально-осьового ветроагрегата з ветродвігателем, які мають дифузор з вдувом атмосферного повітря в прикордонний шар на його внутрішній стінці (/ 2 / стор.134 і далі) - аналог. Одним з недоліків цього ветроагрегата є розташування електромеханічного обладнання в башті, над землею, що ускладнює монтаж, обслуговування і ремонт.

Завданням винаходу, на вирішення якої спрямовано пропоновані нижче технічні рішення, є збільшення ефективної роботи вітроустановки з пневматичним способом передачі потужності вітрового потоку до споживача за допомогою вітродвигуна з атмосферним дифузором і з порожніми лопатями, в яких відбувається процес стиснення повітря, наземної повітряної турбіни, в якій здійснюється отримання корисної роботи в процесі розширення в ній атмосферного повітря, і з'єднує їх пневмомагистрали, тиск повітря в якій менше атмосферного.

Технічним результатом є збільшення ККД пневмопередачі і збільшення коефіцієнта використання енергії вітру.

Рішення поставленого завдання по досягненню заявленого технічного результату здійснюється наступними способами.

1) В схему вітроустановки прототипу / 1 / додається атмосферне дифузор. Так само, як і в випадку аналога / 2 /, установка за ветродвігателем дифузора зі вдувом потоку атмосферного повітря дозволяє зменшити статичний тиск за ветродвігателем, збільшити витрату повітря через нього і потужність, видобуту з повітряного потоку. Збільшення видаткової швидкості перед ветродвігателем дозволяє збільшити окружну швидкість на периферії лопаті при збереженні оптимальної величини коефіцієнта швидкохідності. На відміну від розглянутого аналога / 2 / с ветродвігателем, які мають суцільні лопаті, збільшення окружної швидкості на периферії лопаті призводить в даному випадку до досягнення нового технічного результату, а саме до збільшення ступеня підвищення тиску в процесі стиснення повітря всередині каналу порожнистої лопаті, тобто . до збільшення розрідження за повітряною турбіною і, отже, до збільшення ступеня зниження повного тиску в повітряній турбіні при незмінному заданому значенні її потужності. Це дозволяє зменшити витрату повітря всередині лопаті, в результаті чого зменшується сумарна втрата кінетичної енергії йде з лопаті струменя повітря, зменшується хорда лопаті, її маса, зменшуються профільні втрати і в результаті зростає як ККД вітродвигуна, так і ККД пневмопередачі. Крім того, при невеликому абсолютному значенні ступеня зниження повного тиску в повітряній турбіні (в прототипі порядку 1,05 ... 1,08) її збільшення підвищує ККД повітряної турбіни. Одночасно зменшення хорди лопаті призводить до зростання коефіцієнта підйомної сили С _у і дозволяє знизити перевантаження вітродвигуна при збільшенні швидкості вітру вище розрахункової.

2) Внутрішня поверхня дифузора на певній відстані від його входу виконується у вигляді кільцевої ніші, в якій обертаються периферійні пристрої порожнистих лопатей. Периферійні пристрої виконані Т-подібної форми, що дає можливість формувати потік виходить з них повітря у вигляді злегка вигнутих навколо осі вітродвигуна струменів. Ці струменя входять потім в кільцевої канал, розташований під внутрішньою поверхнею дифузора, і виходять на його внутрішню поверхню в прикордонний шар перед місцем його можливого відриву від стінки, будучи першим вдувом, у вигляді окремих обертають по колу струменів, число яких дорівнює числу лопастей. Вдув повітря в прикордонний шар на стінці дифузора призводить до збільшення ефективності процесу гальмування потоку в дифузорі, до можливості збільшення кута його розкриття, тобто до зменшення його довжини. Таким чином, установка атмосферного дифузора у вітродвигуна з порожніми лопатями на відміну від аналога / 2 /, що має вітродвигун з суцільними лопатями, призводить до досягнення ще одного нового технічного результату, а саме дозволяє поліпшити енергетичні показники процесу підвищення статичного тиску в дифузорі за рахунок використання кінетичної енергії струменів повітря, що виходять з порожнистих лопатей вітродвигуна.

На фіг.1 зображена принципова конструктивна схема ветропневмотурбінной установки з дифузором, які мають два вдуву повітря в прикордонний шар на його внутрішній стінці. На фіг.2 дана розгортка перетину В-В периферійного пристрою і каналів, що підводять вдувається струменя до щілини вдуву. На Фіг.3 дано перетин А-А для вітродвигуна з трьома лопатями. На фіг.4 дан розріз С-С периферійного пристрою.

Ветропневмотурбінная установка складається з наступних основних вузлів: вітродвигуна 1, атмосферного дифузора 3 з двома кільцевими каналами 8 і 7 для вдуву, порожнистої щогли-пневмомагистрали 16, наземної повітряної турбіни 17, що виробляє корисну потужність, електрогенератора 20. вітрових 1 (свободновращающееся ветроколесо) має порожнистий ротор і порожнисті лопаті 2, на периферії яких розташовуються Т-образні периферійні пристрої 4 для виходу повітря. На внутрішній поверхні дифузора 3 на певній відстані від його входу виконується кільцева ніша 5, в якій обертаються периферійні пристрої 4. Ротор 1 вільно обертається в підшипникових опорах 13. Порожні лопаті 2 аеродинамічний з'єднані через порожнистий ротор і пневмомагистраль 16 з повітряної наземної турбіною 17. Турбіна 17 механічно, можливо через редуктор 19, з'єднана з електрогенератором 20. Дифузор 3 конструктивно з'єднується з гондолою 11 за допомогою стійок 9 і має на внутрішній поверхні два кільцевих каналу: канал 7 для вдуву в прикордонний шар зовнішнього вітрового потоку і канал 8 для вдуву повітря, вийшов у вигляді струменя 30 з периферійного пристрою 4 порожнистої лопаті 2. Периферійний пристрій 4 (фіг.2, 3, 4) виконано у вигляді порожнього Т-образного козирка, всередині якого є вигнуті канали (наприклад, три канали 21, 22, 23) , що є продовженням внутрішнього полого каналу 24 лопаті 2. Канали 21, 22, 23 направляють виходить потік повітря вздовж хорди 29 лопаті 2. Передня частина 25 периферійного пристрою 4 має обтічну аеродинамічну форму з плоскими в напрямку довжини лопаті 2 бічними поверхнями 26. Кільцевій канал 6 в дифузорі 3 розділений внутрішніми профільованими лопатками 27 на окремі межлопаточную канали 28, що мають збільшується в напрямку течії площа поперечного перерізу. кут виходу лопатки 27 може бути не дорівнює нулю. Довжина L межлопаточного каналу 27 визначається наступними умовами: час прольоту частинки повітря по межлопаточную каналу 27 має бути менше інтервалу часу від моменту відходу при обертанні по колу одного периферійного пристрою 4 від входу в цей канал до моменту появи в цьому місці іншого периферійного пристрою 4. Між обертовим ротором 1 і гондолою 11 знаходиться лабіринт 10. Повітряна турбіна 17 має поворотний регульований сопловой апарат 18. у торці гондоли 11 розташовуються регульовані канали 12 впуску повітря в пневмомагистраль.

Ветропневмотурбінная установка працює наступним чином. За допомогою гідро-або електромеханічного приводу 15 і поворотного пристрою 14 ветроустановка орієнтується на напрямок вітру. Вітровий потік розкручує вітродвигун 1, внаслідок чого розвивається на його роторі корисна потужність витрачається на прокачування повітря всередині порожнистих лопатей 2. В результаті, в пневмомагистрали 16 встановлюється тиск нижче атмосферного, що дає можливість наземної повітряної турбіни 17 працювати за рахунок використання перепаду тиску між атмосферним тиском і тиском в пневмомагистрали 16, приводячи в обертання електрогенератор 20. Повітря, що пройшов через повітряну турбіну 17, пневмомагистраль 16 і порожнисті лопаті 2, виходить з периферійних пристроїв 4 з відносною швидкістю _W c у вигляді струменя 30 (зображеної в своєму відносному русі) і, маючи окружну складову швидкості U, надходить в кільцевий канал 6 з абсолютною швидкістю з _с, періодично проходячи по міжлопатковою каналах 28, виходячи з яких цей потік повітря створює кільцевої вдув на стінці дифузора. Довжина межлопаточного каналу 28 забезпечує знаходження в ньому не менше однієї порції повітря, що вийшла у вигляді струменя 30 з периферійного пристрою 4. Це виключає зворотний рух повітря по межлопаточную каналу 28 з області підвищеного тиску при виході з нього в область зниженого тиску при вході в нього. Додаткове наповнення міжлопатковому каналів 28 потоком, що набігає повітря з дифузора забезпечується за рахунок впливу поверхні 26 периферійного пристрою 4 на натекает на його передню частину 25 потік повітря, що має відносну швидкість _W 1a (фіг.2). Зійшовши з поверхні 26 з відносною швидкістю _W 2a і отримавши переносну швидкість _{U a,} цей потік повітря входить в межлопаточную канал 28 з абсолютною швидкістю З _а. Вдувши обтекающего дифузор зовнішнього атмосферного повітря в кільцевої канал 7, а потім в прикордонний шар на стінці дифузора відбувається за рахунок кінетичної енергії цього зовнішнього потоку і різниці тисків на зовнішній і внутрішній поверхні дифузора. Регулює роботу ветропневмотурбінной установки здійснюється поворотом лопатей 2 для зміни кута установки (Механізм повороту не показаний), а й зміною витрати повітря через повітряну турбіну 17 за допомогою механізму повороту її соплового апарату 18 і збільшенням витрати повітря через порожнисті лопаті 2 за допомогою відкриття регульованих каналів 12 в торці гондоли 11.

Можливість здійснення винаходу підтверджується використанням в якості прототипу і аналога пристроїв, які були раніше виготовлені і успішно функціонували. За патентом / 1 / (прототип) в 1953 р англійською фірмою Enfild Cables Ltd була виготовлена ​​вітроустановка з пневмопередачей, що має електрогенератор потужністю 100 кВт / 3 /. За схемою вітроустановки з дифузором (аналог) в 1996 р в Новій Зеландії була змонтована і запущена в роботу вітроустановка Vortec - 7 з електрогенератором потужністю 1000 кВт / 4 /.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Патент Німеччини №900079, кл. F 03 D 11/02.

2. "Вітроенергетика" під ред. Д. де Рензо. Пер. з англ. під ред. Я.І.Шефтера. - М .: Вища школа, 1982. - 272 с.

3. Wind - Generated Electricity. Prototype 100-kW Plant. "Engineering". V.180, №4652, 1955. (March 25, 1955). - Р.371-374.

4. Bruce Cole. New turbine could offer low cost wind power. "Modem Rotor Systems". August 1977. - P.27-30.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Ветропневмотурбінная установка з дифузором, які мають два вдуву, що містить вільно обертається вітроколесо з порожніми лопатями, повітряну турбіну, розташовану на землі і виробляє корисну потужність, пневмомагистраль, що сполучає порожнисті лопаті вітроколеса і повітряну турбіну, і атмосферне дифузор, при цьому на внутрішній стінці дифузора є кільцева ніша, в якій обертаються периферійні пристрої порожнистих лопатей, і канали для двох кільцевих вдувом в прикордонний шар, що виникає на внутрішній стінці дифузора зовнішнього атмосферного потоку повітря і потоку повітря, що вийшов з периферійних пристроїв порожнистих лопатей і минулого потім через перший кільцевої канал вдуву, який розташований під внутрішньою поверхнею стінки дифузора і розділений вигнутими лопатками на окремі межлопаточную канали, виходячи з яких цей потік повітря створює кільцевої вдув на стінці дифузора, що складається з обертових по колу струменів.

Версія для друку
Дата публікації 31.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів