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 RU2132966

Вітроелектростанція

Ім'я винахідника: Артамонов Олександр Сергійович
Ім'я патентовласника: Артамонов Олександр Сергійович
Адреса для листування: 414052, Астрахань, ул.Яблочкова 44, кв.57, Артамонову А.С.
Дата початку дії патенту: 1996.09.18

Використання: отримання енергії за допомогою вітру або як газової турбіни при його відсутності. Вітроелектростанція містить несучу конструкцію у вигляді вежі, по периметру якої встановлені вітродвигуни з дифузором. Їх проточна частина виконана з турбінами активного типу з широкими вигнутими лопатками. Між турбінами встановлені соплові апарати. Остання щабель багатоступінчастої турбіни виконана у вигляді вітроколеса або циліндричного сопла, встановленого в кінці відкритого кінця вітродвигуна. технічний результат: більш ефективне використання енергії вітру.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до конструкцій та експлуатації вітроенергетичних установок, що мають широкий діапазон потужностей і можливість переходу на режим теплової електростанції або теплового двигуна.

Відомі вітроустановки роторного типу з вертикальним валом / см. кн. Вітроенергетичні установки. К. М.ВОЛКОВ, М., 1978, с. 5-31 /, що містять вертикально встановлений ротор з лопатями, що обертаються від напору вітру.

Вітроустановки мають невисоку питому потужність, великі габарити, що досягають сотні метрів по висоті і діаметру ротора в 80-120 м. Їх потужність не перевищує 20 тис.кВт. Низький ККД агрегатів / не більше 30% / не дозволяє їх широкого використання.

Відомі й вітроустановки пропелерного типу, що містять гвинт, вежу і допоміжне обладнання / см. і кн. К.Н.Волкова. Вітроенергетичні установки. М., 1978, с.5-31 /. ККД таких установок не перевищує 20%. При діаметрі гвинта в 100 м потужність установки не більше 4,0 тис.кВт. В результаті широке застосування таких агрегатів і обмежена.

Найближчим аналогом до заявляється технічному рішенню є ветроустановка роторного типу, що містить вітродвигун з дифузором, корпусом, в якому розміщена багатоступенева турбіна з направляючими сопловими апаратами / 1, 2 /

Метою винаходу є підвищення потужності вітроелектростанції за рахунок більш ефективного використання енергії вітру, а й забезпечення її роботи на енергії вуглеводневих палив в періоди відсутності вітру або його низькій швидкості.

Поставлена ​​у винаході мета досягається за рахунок додаткового постачання вітродвигуна вітроелектростанції струменевим апаратом-ежектором, виконаним у вигляді кільцевого сопла, розміщеного коаксіально щодо корпусу, причому багатоступінчасті турбіни розміщені послідовно один з одним, а остання щабель забезпечена ветроколесом. Крім того, поставлена ​​у винаході мета досягається за рахунок постачання вітроелектростанції воздухоподогревателямі з топкою, компресором і воздуховодом, а й виконання робочих поверхонь лопатей турбіни коритоподібного перетину.

З викладеного видно, що критерій "новизни" в заявляється технічному рішенні полягає в новому конструктивному його виконанні, описаним нової сукупністю суттєвих ознак.

Таким чином, що надходить через дифузор повітря під напором вітру послідовно віддає свою кінетичну енергію на кожному ступені двигуна, в результаті чого багато разів підвищується коефіцієнт використання енергії вітру, а значить і в кінцевому підсумку і потужність всієї вітроелектростанції. З огляду на те, що поставлена ​​у винаході мета реалізується за рахунок нової сукупності істотних ознак, а саме додаткової установки на вітродвигунів вітроелектростанції ежектора, виконаного у вигляді кільцевого сопла, розміщеного коаксіально щодо корпусу, а й за рахунок розміщення багатоступеневих турбін послідовно один за одним, правомірний висновок про відповідність заявляється технічного рішення критерію "промислова придатність".

Викладена суть винаходу пояснюється кресленням, де:

Фиг.1 показаний поздовжніх розріз турбінного двигуна вітростанції.

Фиг.2 - поздовжній розріз вітроелектростанції.

Фіг.3 - вид на вежу зверху / розміщені на вежі вітродвигуни /.

Фіг.4 - розгортка по вітроколеса.

Фіг.5 - розгортка по турбіні і направляючої сопловому апарату.

Вітроелектростанція складається з енергетичних установок-двигунів 1 / фіг. 2, 3 / і вежі 2. вітрових 1 /фіг.1/ має проточну частину, яка містить напрямні соплові апарати 3, що включають в себе групу направляють сопів 4, розташованих рівномірно по окружності самого двигуна зі своїми напрямними 5, турбіну активного типу 6 / фіг .5 / с широкими і довгими лопатками 7, корпус 8, дифузор 9, редуктор 10 і електрогенератор. Робоча поверхня лопаток турбіни має коритоподібного перетин. Остання щабель двигуна виконується або за допомогою установки вітроколеса 12 / фіг. 1,4 / с частим розташуванням лопатей 13 на бандажі 14, сполученим з підшипником 15 за допомогою спиць 16 і вала 176, або як варіант замість вітроколеса може бути встановлений ежектор у вигляді кільцевого сопла 18 в кінці корпусу. До стінок 19 сопла кріпляться стійки 20, в яких розміщений підшипник 21. Корпус вітродвигуна має пілон 22 /фіг.1/, за допомогою якого двигун шарнірно підвішений до балок 23 /фіг.3/ вежі 2. Сопло 18 кріпиться до корпусу 8 з допомогою косинок 24 /фіг.1/. У дифузорі двигуна встановлений ежектор у вигляді кільцевого сопла 25, періодично підключається до підігрівачів повітря 26, що має топку. Зона дифузора 27 при установці сопел 25 / в разі, якщо вітродвигун розрахований на комбінований режим роботи / є змішувальної камерою між нагрітим і холодним повітрям, що надходять за рахунок всмоктування з відкритого кінця дифузора 9. Для надходження повітря в камери згоряння 28 служать кільцеві щілини 30. камери згоряння встановлюються по колу дифузора на заданій відстані один від одного і від його стінок. До стійок 20 двигуна кріпляться консолі 31 з майданчиком для установки редуктора 10 і генератора 11. Вежа містить колони / у вигляді стійок / 32, балки 23 і ригеля 33, опори 34. Воздухоподогреватель має одно- або двоступеневий компресор 35.

Вітроелектростанція працює наступним чином

В період роботи станції на енергії вітру двигуни 1 встановлюються на вітер за допомогою електромеханічного приводу і датчиків / не показані /. В результаті повітря від сили вітру надходить в проточну частину багатоступінчастої турбіни двигуна, де кінетична енергія вітру перетворюється в механічну енергію вала 17, який в свою чергу приводить в обертання редуктор 10 і генератор 11. Використання вихідний швидкості повітря з першого ступеня турбіни у другій та наступних , забезпечує підвищення коефіцієнта використання енергії вітру, а додаткове розміщення на корпусі 8 багатоступінчастої турбіни / струменевого апарату-ежектора 18 /, виконаного у вигляді кільцевого сопла, розміщеного коаксіально щодо корпусу, дозволяє істотно підвищити швидкість повітряного потоку на лопатках 7 коритоподібного перетину турбін активного типу 6 і значно підвищити потужність багатоступінчастої турбіни. Постачання пропонованої конструкції вітродвигуна, розташованими на багатоповерхової вежі, забезпечує можливість їх використання в якості газової турбіни. Це необхідно при відсутності вітру або його невеликій швидкості. З цією метою під вежею встановлюється воздухоподогреватель з топкою і одно- або двоступеневий компресор для подачі стисненого повітря в трубчастий підігрівач повітря. В такому випадку стислий і нагріте повітря під час відсутності вітру подається в двигуни по трубопроводах і надходить в кільцеві сопла двигунів / ежектор /, встановлених в диффузорах, змішується з підсмоктується повітрям з дифузора двигуна, надходить на турбіни. При цьому частина енергії від генератора турбіни надходить в мережу, а інша частково відбирається на електродвигун компресора воздухоподогревателя станції.

У разі необхідності форсування двигуна (наприклад, з метою збільшення потужності) в дифузорі встановлюються камери згоряння 28.

Постачання останнього ступеня багатоступінчастої турбіни ветроколесом і сприяє підвищенню потужності вітродвигуна, так як в обох пристроях - ежекторі і ветроколесе використовується один і той же джерело енергії - повітряний потік, що обтікає корпус багатоступінчастої турбіни.

Відомо, що при збільшенні швидкості V повітря на лопатках турбіни вдвічі підвищується в вісім разів потужність вітродвигуна за рахунок відомої в техніці залежності потужності від швидкості потоку повітря в третього ступеня:

N = 0,000833 · F · V ³ · E · _K I,

де E - коефіцієнт використання вітру;

_K I - механічний ККД

Тому при збільшенні швидкості повітря, наприклад, з 5 м / сек до 6 м / сек потужність двигуна підвищується в n = ^{6 3/5 3 = 216/} 125 , тобто більш ніж в 1,7 рази.

Крім того, швидкість вітру зі збільшенням висоти H збільшується в наступній залежності:



де V ₁₀ - швидкість вітру на висоті флюгера;

m - показник ступеня, що залежить від класу стійкості атмосфери і шорсткості сушки (m = 0,17-0,24).

В результаті чого послідовне розташування двигунів по висоті вежі 2 забезпечує суттєве зростання їх потужності з висотою і значне підвищення потужності всієї вітроелектростанції.

Важливою особливістю роботи електростанції комбінованого типу є можливість отримання електроенергії тоді, коли не тільки дме вітер, а й при його невеликій швидкості або повній відсутності за рахунок використання енергії традиційних вуглеводневих палив.

Ця особливість роботи ВЕС дозволяє відмовитися від залежності отримання електроенергії від вітру, а й від допоміжних двигунів-генераторів або громіздких акумуляторів енергії, які використовуються на існуючих вітроустановках в періоди затишшя.

В обох випадках сопло 25 і камери згоряння 28 є робочими соплами струминного апарату, яким є дифузор 9 і камера 27, які забезпечують інжектірованіе атмосферного повітря через вхідний отвір дифузора 9.

Використання вітроелектростанції нової конструкції забезпечує:

- Можливість роботи і отримання електроенергії тоді, коли не тільки дме вітер, а й при його повній відсутності або низькій швидкості;

- Високий коефіцієнт використання енергії вітру, що перевищує 80%, забезпечує більш високу питому потужність вітродвигунів в порівнянні з будь-якими типами відомих аналогів або прототипу в результаті застосування не тільки багатоступінчастої турбіни, а й струминного апарату і останнього ступеня турбіни у вигляді вітроколеса;

- Значно більш висока потужність ветродвигателей ВЕС в порівнянні з аналогами і прототипами, головним чином (у порівнянні з прототипом) в результаті використання енергії повітряного потоку, що генерується вітром, що обтікає корпус двигуна;

- Розташування вітродвигунів на багатоповерхової вежі дозволяє реалізувати і використовувати для збільшення потужності електростанції особливість руху вітру, швидкість якого монотонно підвищується з висотою;

- В загальному річному балансі роботи ВЕС (на енергії вітру і енергії палива) досягається значне скорочення викиду в атмосферу твердих, рідких і газоподібних речовин, що сприяють забрудненню атмосфери та парникового ефекту, а й нагрівання навколишнього середовища скідних теплом, властивим чисто тепловим електростанціям. Досягається найбільш результативне використання енергії вітру спільно з використанням природних палив;

- Більш висока швидкість руху повітря при вітрі в проточній частині багатоступінчастої турбіни за рахунок використання ежектора дозволяє підвищити частоту обертання турбіни і тим самим використовувати електричні генератори з більш низькою вартістю (або спрощується редуктор);

- В години "пік" електричного навантаження в мережі забезпечується можливість форсування двигунів і підвищення їх потужності при роботі в режимі газової турбіни;

- Висока питома потужність ветродвигателей забезпечує меншу металоємність і компактність ВЕС, а відсутність допоміжних силових установок-генераторів електричної енергії в періоди затишшя, на базі дизельних двигунів або різних громіздких акумуляторів енергії - забезпечує зниження вартості будівництва вітроелектричної станції і вартості однієї кіловат-години при експлуатації

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Ветроелектростанция, що містить несучу конструкцію, багатоступеневу турбіну, соплові апарати, дифузор, редуктор з електрогенератором, що відрізняється тим, що несуча конструкція виконана у вигляді вежі, по периметру якої встановлені вітродвигуни з дифузором, проточна частина яких виконана у вигляді багатоступінчастої турбіни з турбінами активного типу з широкими увігнутими лопатками з встановленими між ними сопловими апаратами, а остання щабель багатоступінчастої турбіни виконана у вигляді вітроколеса або циліндричного сопла, встановленого в кінці відкритого кінця вітродвигуна навколо його корпусу.

2. Ветроелектростанция по п.1, що відрізняється тим, що в дифузорі вітродвигуна встановлено кільцеве сопло, періодично підключається до повітронагрівача з топкою.

3. Ветроелектростанция по п.1 або 2, яка відрізняється тим, що в дифузорі вітродвигуна розміщені закриті з одного боку камери згоряння з сопла і свічкою запалення.

4. Ветроелектростанция за допомогою одного з пп.1-3, яка відрізняється тим, що вітродвигуни розміщені по периметру зовні і всередині вежі.

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