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 RU2062353

Вітроелектростанція

Ім'я винахідника: Єфімов Г.І .; Абдурашітов Ш.Р.
Ім'я патентовласника: Уфимський науково-дослідний і конструкторський інститут промислового будівництва
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.04.28

Використання: у вітроенергетиці, зокрема в пристроях, що перетворюють енергію вітру в електричну. Суть винаходу: підвищення потужності вітродвигуна шляхом збільшення швидкості потоку повітря забезпечується тим, що вітроелектростанція, що містить концентратор потоку повітря у вигляді шатра, вітроколесо 8, генератор електроструму 9, інерційний акумулятор 10 енергії, при цьому в центрі концентратора встановлена ​​циліндрична витяжна труба, а всередині намету співвісно з ним встановлений конус з увігнутою поверхнею. Внутрішня поверхня шатра і зовнішня поверхня конуса 4 з'єднані між собою перегородками 5, які утворюють звужуються повітряні канали, спрямовані від периферії до центру і знизу вгору в циліндричну витяжну трубу, в якій розміщено ветроколесо 8 на вертикальному валу 7, передавальному обертання від вітроколеса 8 на вал генератора електроструму 9 і інерційного акумулятора 10 енергії. На верхній частині перегородок 5 встановлені шарнірно заслінки 12 для перекриття потоку повітря. Конструкція вітроелектростанції дозволяє збільшити площу захоплюючого потоку повітря і весь потоку направити на вітроколесо 8 в витяжну трубу, що в кілька разів збільшить швидкість потоку, а значить, і потужність вітродвигуна. Потужність вітродвигуна можна збільшити і за рахунок подачі в робочу порожнину концентратора відпрацьованих гарячих потоків газу або повітря, отриманих шляхом спалювання утилізованого палива.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області нетрадиційних джерел енергії, зокрема до пристроїв, що перетворює енергію вітру в енергію електричну.

Відомий вітродвигун Колобушкіних (а. С. СРСР N 1211448, кл. F 03D 1/04), що містить вежу з вікнами, всередині якої встановлений поворотний апарат з флюгерної лопатою, спрямовує потрапив у вікна потік вітру вгору до вітроколеса. Вітроколесо є комбіновану конструкцію з горизонтального вітроколеса з ободом, на якому встановлено вертикальні лопаті, що сприймають потоки повітря, що потрапили у верхні вікна вежі. Вітроколесо встановлено на вертикальному валу, передавальному обертання на вал генератора електроструму.

До недоліків вітродвигуна Колобушкіних слід віднести відносну громіздкість і складність конструкції як поворотної частини вітродвигуна, так і самого вітроколеса, що значно знизить і загальний ККД електродвигуна і річний ресурс його роботи, бо вітер при малих швидкостях не зможе включити його в роботу.

Відомий вітроелектричні агрегат (а. С. СРСР N 1307078, кл. F 03D 1/04), що містить генератор, вітроколесо і концентратор енергії вітру.

Недоліком цього винаходу є те, що ефективність концентратора низька, бо він забезпечує часткову концентрацію потоку повітря. Проходить ж з боків і зверху вітроколеса потік повітря йде не працюючи, н віддаючи своєї енергії агрегату.

Найбільш близьким за конструкцією до пропонованого є технічне рішення ветроагрегата (Д.де Рензо "Вітроенергетика", Москва, 1982 р переклад з англійської В.В.Зубарева, під редакцією Я.І.Шефтера, с. 32). Вітроагрегат є усічений конус у вигляді шатра з піднятими над землею краями для вільного проходу повітря під конусом в будь-якому напрямку.

У горловині конуса встановлені вітроколеса на вертикальному валу, який передає від вітроколеса обертання на генератор електроструму або інерційний акумулятор (типу маховика). Над конусом встановлені поворотні напрямні лопаті для завихрення потоку повітря. Частина вільно проходить під конусом повітря піднімається вгору в горловину до вітроколеса. Проходячи через встановлені під кутом лопаті потік завихряется і додатково засмоктує повітря з конуса. При цьому величина потоку повітря і його швидкість збільшуються, що підвищує ефективність роботи ветроагрегата.

До недоліків описаного ветроагрегата відноситься те, що основна частина потоку повітря, що потрапив під піднятий шатер (відкритий вільно на всі боки), пройде наскрізь без віддачі своєї енергії. І тільки частина потоку піднімається вгору в горловину до ветроколесам.

Завдання винаходу підвищення потужності вітроустановки за рахунок захоплення широкого потоку повітря і концентрації його в вузький, але високошвидкісний потік.

Це завдання вирішується тим, що в вітроелектростанції, що містить концентратор потоку повітря, виконаний у вигляді піднесеного над землею шатра, вітроколесо з вертикальним валом, генератор електроструму і інерційний акумулятор, на горловині шатра концентратора встановлена ​​вертикальна витяжна труба, в порожнині якої і обладнано одним або кількома вітроколіс на вертикальних валах, кінематично пов'язаних з валом генератора електроструму і інерційним акумулятор, а всередині намету розташований конус з увігнутою поверхнею, причому внутрішня поверхня шатра і зовнішня поверхня конуса з'єднані між собою вертикальними перегородками, що утворюють звужуються повітряні канали, спрямовані від периферії шатра до центру і від низу до верху до вертикальної витяжної трубі і лопатей вітроколіс, а на верхній частині перегородок встановлені шарнірно заслінки, що регулюють величину рухається до ветроколесам потоку повітря, причому в повітряних каналах концентратора розміщені пристрої для спалювання газу або подачі потоків гарячого повітря.

Так як потужність вітроелектростанції має кубічну залежність від швидкості вітру, що обдуває вітроколесо (Шефтер Я.І. Різдвяний І.В. "Ветронасосная і вітроелектричні агрегати", Москва, 1967 г.), то для підвищення потужності вітроелектростанції вигідніше йти шляхом збільшення швидкості вітру, обдуває вітроколесо, ніж шляхом збільшення діаметра останнього. Теоретично збільшення швидкості вітру за допомогою концентратора в 4-5 разів може дати збільшення потужності електростанції, відповідно в 64 125 разів у порівнянні з вітроагрегатом, які мають такий же діаметр вітроколеса, що працює при звичайній зовнішньої швидкості, без концентрації потоку повітря.

Тому в передбачуваному винахід для перетворення енергії вітру в енергію електричну застосований, як і у відомому, кругової намет з піднятими краями, що спирається на опори, але, на відміну від нього, намет зовні на горловині має вертикальну витяжну трубу, а всередині намету встановлений конус з увігнутою поверхнею. Конус і намет з'єднані між собою вертикальними перегородками. Перегородки утворюють замкнуті звужуються повітряні канали, відкриті широкою частиною для входу потоку повітря і вузькою частиною для видачі звуженого і прискореного потоку в вертикальну витяжну трубу, в якій встановлені вітроколеса на вертикальних валах. Таким чином весь повітряний потік, що входить до намету, пройде через витяжну трубу (через вітроколеса), але вже з більш високою швидкістю, ніж швидкість зовнішнього вітру.

	На фіг.1 показаний загальний вигляд вітроелектростанції. На фіг.2 показана схема концентрації потрапили до намету потоків повітря. На фіг.3 дан розріз по А-А і показано напрямок руху потоків повітря. На фіг.4 дан розріз по Б-Б конуса і вертикальних перегородок. Вітроелектростанція складається з концентратора, що має вертикальну витяжну трубу 1 і відкритого з боків шатра 2 з піднятими крилами, котрі спиралися б на стійки 3. Вертикальна витяжна труба 1 встановлена ​​зовні намету на його горловині, а всередині намету співвісно з ним встановлений конус 4 з увігнутою поверхнею. Внутрішня поверхня шатра і зовнішня поверхня конуса з'єднані між собою вертикальними перегородками 5, які поділяють простір між наметом і конусом на канали 6, що звужуються до центру шатра і від низу до верху. Повітря з будь-якого боку намету може входити в ці канали і, стискаючи і прискорюючись, спрямовуватися в порожнину вертикальної витяжної труби, всередині якої встановлені на вертикальних співвісних (типу труба в трубі) валах 7 два вітроколеса 8. Внутрішня і зовнішня незалежно обертові частини вала 7 кінематично пов'язані з валом генератора електроструму 9 і валом інерційного акумулятора 10, на які і передають крутний момент від вітроколіс 8. Вертикальний вал 7 для забезпечення стійкості фіксується з розтяжками 11, закріпленими на стінці вертикальної витяжної труби 1.

З метою попередження поломок вітроколеса 8 при високих швидкостях зовнішнього вітру і для можливості регулювання величини подається потоку повітря до ветроколесам (підтримка заданої потужності установки) на верхній частині перегородок 5 встановлені вертикально на шарнірах заслінки 12, керовані (зміною кута нахилу) за допомогою тросів 13. це управління може бути як ручним (лебідками), так і автоматичним (за допомогою датчиків від швидкості вітру в трубі 1 або частоти обертання вітроколеса 8).

У каналах 6 встановлені пристрої 14 для спалювання утилізованого газу. Пристрої розташовані на кільцевій трубі 15, до якої газ підводиться по газоводи 16. Через зазначені газоводи і пристрою може в канали 6 подаватися і потік гарячого повітря від печей спалювання біологічних відходів.

Вітроелектростанція працює наступним чином. Потік вітру будь-якого напрямку, зустрічаючи на своєму шляху відкритий з усіх боків намет 2, входить через вікна в канали 6 і, звужуючись між вертикальними перегородками 5, внутрішньою поверхнею шатра 2 і увігнутою поверхнею конуса 4, спрямовується до центру і знизу вгору в порожнину вертикальної витяжної труби 1. При звуженні потоку повітря швидкість його руху зростає в кілька разів. Величина прискорення залежить від величини співвідношення фронтальної площі задуває загального потоку повітря в намет 2 і площі внутрішнього перетину вертикальної витяжної труби 1. Необхідно враховувати втрати швидкості потоку від тертя частинок повітря між собою, тертя їх об стінки каналів (від якості їх поверхонь), про виступи . Потім прискорений потік повітря потрапляє на лопаті нижнього вітроколеса 8, обертає його, створюючи крутний момент на валу 7 (на зовнішньої його частини), який кінематично пов'язаний з валом генератора 9.

Ротор генератора отримує обертання і починає виробляти електрострум для споживача. Далі, потік повітря, віддавши частину енергії нижньому вітроколеса спрямовується до лопат верхнього вітроколеса 8. Кут розвороту площин лопатей верхнього і нижнього вітроколіс регулюється в залежності від швидкості потоку повітря і найбільш оптимального режиму роботи. Крутний момент від верхнього вітроколеса передається на вал 7 (на внутрішню його незалежно обертову частину) і від нього на вал інерційного акумулятора 10. Але внутрішній вал 7 має можливість перемикатися на інший генератор або інший який-небудь механізм.

Для підвищення ефективності роботи вітру (особливо в регіонах з низькою середньорічний його швидкістю) і для підвищення ступеня регулювання і стабільності роботи вітроагрегатів в канали 6 шатра 2 в пристрої 14 по газоводи 16 і трубі 15 подається утилізований газ, наприклад від смолоскипів нафтопромислів або нафтопереробних заводів, який згораючи в потоках повітря нагріває його, покращує конвекцию і тягу в витяжній трубі 1, а й створює кращі умови для регулювання і підтримки стабільності роботи вітроагрегатів. Якщо відсутня факельний газ, але поблизу від вітроелектростанції є відходи біомас (міські звалища, відходи лісозаготівель, відходи ферм і т.п.), то можна, спалюючи ці відходи в печах, подавати в канали 6 через газоводи 16 і пристрої 14 гаряче повітря. У разі виникнення великих швидкостей зовнішнього вітру і освіти в вертикальної витяжної трубі 1 сверхдопустімих ураганних швидкостей в потоці, то з метою запобігання від поломок вітроколіс і інших елементів, шляхом натягу тросів 13, нахиляють заслінки 12 і частина потоку відсікається, завихряется, що знижує його швидкість . Заслінки 12 можуть практично повністю перекрити доступ вітру до ветроколесам (на період, наприклад профілактичного огляду стану вітроколіс).

Внутрішнє приміщення конуса 4 може бути досить значним (наприклад при будівництві вітроелектростанцій потужністю в 5-6 тисяч кіловат) і може бути використано не тільки для розміщення генераторів і приладів управління станцією, а й будь-якого технологічного обладнання для виробництва тієї чи іншої продукції (при забезпеченні звуком і теплоізоляції) і може бути виконано в два і три поверхи.

Таким чином пропонована конструкція вітроелектростанції дозволяє звільнитися від будівництва потужних і великовагових баштових опор для установки вітроколіс великих діаметрів (60-80 і більше метрів), застосування спеціальних і дорогих матеріалів і технологій виготовлення вітроколіс і гондол для генераторів, що вимагає великих фінансових витрат. Дозволяє мати можливість регулювати режими роботи вітроагрегатів, їх стійкість в режимі роботи при широких діапазонах швидкостей зовнішнього вітру, дозволяє експлуатувати їх при низьких (недоступних для існуючих вітроагрегатів) швидкостях вітру, і головне застосування пропонованої вітроелектростанції при значно меншому (в 4-5 разів) діаметрі вітроколеса дозволить отримати відносно велику потужність на вітроагрегатів.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Ветроелектростанция, що містить концентратор потоку повітря, виконаний у вигляді піднесеного над землею шатра, вітроколесо з вертикальним валом, генератор електроструму і інерційний акумулятор, що відрізняється тим, що на горловині шатра концентратора розміщена вертикальна витяжна труба, в порожнині якої встановлено одне або кілька вітроколіс на вертикальних валах, кінематично пов'язаних з валом генератора електроструму і інерційним акумулятором, а всередині намету розташований конус з увігнутою поверхнею, причому внутрішня поверхня шатра і зовнішня поверхня конуса з'єднані між собою вертикальними перегородками, що утворюють звужуються повітряні канали, спрямовані від периферії шатра до центру і знизу вгору до вертикальної витяжної трубі і лопатей вітроколіс, при цьому на верхній частині перегородок встановлені шарнірно заслінки, що регулюють величину рухається до ветроколесам потоку повітря.

2. Ветроелектростанция по п. 1, яка відрізняється тим, що в повітряних каналах концентратора розміщені пристрої для спалювання газу або подачі потоків гарячого повітря.

Версія для друку
Дата публікації 11.01.2007гг

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