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 RU2138684

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПЕРЕТВОРЕННЯ ПОВІТРЯНИХ ПОТОКІВ В ЕЛЕКТРИЧНУ ЕНЕРГІЮ

Ім'я винахідника: Рожков Олександр Олексійович (BY)
Ім'я патентовласника: Рожков Олександр Олексійович (BY)
Адреса для листування: 220113, Республіка Білорусь, Мінськ, ул.Я.Коласа 65, підприємство "Белпатентсервіс"
Дата початку дії патенту: 1998.06.23

Винахід відноситься до вітроенергетики, направлено на використання енергії вітру і висхідних повітряних потоків і може бути використано при конструюванні і зведенні термоповітряний електростанцій. Технічний результат, що полягає в підвищенні ефективності використання термоповітряний електростанції за рахунок збільшення потужності шляхом оптимального використання додаткове місце на екрані напірної труби, досягається тим, що пристрій містить напірну трубу, співвісно з центральним стовбуром шахти якій встановлено вітрової електричний генератор з вітровим лопатевим колесом (далі ветроколесом) , а в підставі труби розміщений накопичувач енергії, вітрове колесо електрогенератора забезпечено приєднувальних інерційної масою, розміщеної в периферійній частині вітроколеса. Пристрій і забезпечений двома співісними автономними інерційними нижнім і верхнім вітроколесами. Осі обертання генераторів розташовані співвісно і / або перпендикулярно відповідним їм ветроколесам, причому нижнє вітроколесо кінематично не пов'язане з електрогенератором, а забезпечено пневмодвигуном, змонтованим соосно з нижнім вітровим лопатевим колесом і виконаним у вигляді пневмокамери, в периферійній зоні якої розміщено струменевий апарат у вигляді діаметрально розташованих двох сопел зустрічного напрямку.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до галузі енергетики і направлено на використання енергії вітру і висхідних повітряних теплових потоків і може бути використано при конструюванні і зведенні термоповітряний електричних станцій.

Одним з перспективних напрямків при конструюванні і зведенні вітроенергетичних установок (ВЕУ) є розробка і створення групових комплексів, що включають 20-30 одиниць ВЕУ баштового типу з трилопатевим ветроколесом діаметром від 15,4 м до 25 м і висотою трехсекционной вежі до 25 м. (Див ., наприклад, В.В.Зубарев і ін. "Використання енергії вітру в районах Півночі", Ленінград, Наука, 1989 г., С.24-25).

Гідність відомих комплексів проявляється в досить високій ефективності перетворення енергії вітру в електричну енергію. У Каліфорнії згруповані близько 4000 ВЕУ п'ятнадцяти типорозмірів потужністю 40-400 кВт.

Недолік проявляється в розміщенні ВЕУ на значно більших площах до 47 квадратних кілометрів і в використанні тільки енергії вітру без практичного використання теплової енергії сонця.

Прототипом є конструкція термоповітряний електростанції ТВЕС (див., Наприклад, патент США N4070131, F 03 D 7/00, публ. 78.24.01), що містить вежу з відкритими кінцями. У підставі напірної труби вежі розміщений накопичувач-генератор вітрової енергії, наприклад, типу теплиці. Основна частина башти має трубчасту форму. Крім того, конструкція має засіб для виборчого напрямку вітру усередині вежі вздовж її вертикальної протяжності. Внутрішня поверхня вежі утворює вихрові камеру, в якій потік повітря, що надійшло в вежу, завихряется з утворенням в центральній частині вихору зони низького тиску. У вежі є засіб для всмоктування атмосферного повітря в нижню частину вежі і прискорення потоку повітря в зоні низького тиску. В основі знаходиться встановлена ​​турбомашин, що приводиться в дію потоком повітря, засмоктує через нижню частину вежі. Вежа має кілька вертикально встановлених лопаток, що займають основна ділянка вертикальної протяжності вежі. Лопатки можуть повертатися навколо своєї осі. У вежі передбачено засіб для визначення напрямку вітру, з яким з'єднаний регулюючий механізм, що забезпечує відкриття лопаток, звернених в бік вітру для забезпечення надходження атмосферного повітря в вежу. Вежа встановлена ​​на деякій відстані від землі. Турбомашинах, розміщена в основі знаходиться, має електрогенератор і турбіну, лопатки якої встановлені так, щоб турбіна оберталася в горизонтальній площині, приводячи в дію електрогенератор. Лопатки турбіни розташовані в безпосередній близькості до основи вежі і приводяться в обертання потоком повітря, що всмоктується в зону низького тиску.

Відома конструкція ТВЕС дозволяє використовувати не тільки енергію вітру, а й перетворювати теплову енергію сонця для нагріву повітря і за рахунок конвекції створювати повітряний висхідний потік стабільного тиску в зоні обтікання вітрового колеса вітрової електричної установки.

Недолік відомої конструкції проявляється в малій питомої електричної потужності, що знімається з одного кубічного метра робочого об'єму напірної труби.

В основу винаходу покладено завдання підвищити ефективність використання ТВЕС за рахунок збільшення її потужності шляхом оптимального використання додаткове місце на екрані шахти напірної труби.

Поставлена ​​задача досягається тим, що в пристрої для перетворення повітряних потоків в електричну енергію, що містить напірну трубу, співвісно з центральним стовбуром шахти якій встановлено вітрової електричний генератор з вітровим колесом (ветроколесом), а в підставі напірної труби розміщений накопичувач енергії, відповідно до винаходу вітрове колесо електричного генератора забезпечено приєднаної інерційної масою;

в пристрої для перетворення повітряних потоків в електричну енергію приєднана інерційна маса розміщена в периферійній частині вітроколеса;

в пристрої для перетворення повітряних потоків напірна труба забезпечена щонайменше двома співісними автономними нижнім і верхнім вітроколесами з приєднаними інерційними масами;

в пристрої для перетворення повітряних потоків нижнє вітроколесо не пов'язане кінематично з електричним генератором;

в пристрої для перетворення повітряних потоків осі обертання електричних генераторів розташовані співвісно і / або перпендикулярно відповідним їм вітровим лопатевим колесам;

в пристрої для перетворення повітряних потоків нижнє вітрове лопатеве колесо забезпечено пневмодвигуном, змонтованим соосно нижньому вітрового лопатевого колеса і виконаним у вигляді пневмокамери, в периферійній зоні якої розміщено струменевий апарат у вигляді діаметрально розташованих щонайменше двох сопел зустрічного напрямку;

в пристрої для перетворення повітряних потоків нижнє вітрове лопатеве колесо виконане у вигляді велосипедного колеса, на суміжних спицях якого змонтовані лопаті.

Винахід пояснюється кресленням, де

Фиг.1 - загальний вигляд пристрою.

Фиг.2 - розріз по А-А; на Фіг.3 - загальний вигляд пневмодвигателя; на фіг.4 - вітроколесо у вигляді велоколеса.

Пристрій для перетворення повітряних потоків в електричну енергію, містить напірну трубу 1, співвісно з центральним стовбуром 2 шахти 3 якої встановлено вітрової електричний генератор 4 з вітровим лопатевим колесом 5 (далі ветроколесом), а в підставі 6 напірної труби 1 розміщений накопичувач енергії, як якого можуть бути використані електричний акумулятор, пневматичний акумулятор, наприклад, на основі резервуарів високого тиску зі стисненим повітрям і т.п. Вітрове колесо 5 забезпечено приєднаної інерційної масою 7, в якості якої можуть бути використані металеві вантажі, наприклад свинцеві.

Приєднана інерційна маса 7 розміщена в периферійній частині 8 вітроколеса 5.

Напорная труба 1 забезпечена щонайменше двома співісними автономними інерційними нижнім і верхнім вітроколесами 5 і 9. Пристрій може бути використано в варіантах виконання як суто співвісного приєднання електричного генератора 4 до вітроколеса 5 або горизонтального розміщення електричного генератора 4 по відношенню до вітроколеса 5, або в будь-якій комбінації кінематичної і електричного зв'язку між вітроколесами 5 і генераторами 4. При цьому деякий розрахункова кількість вітроколіс 5 може бути використана чисто автономно в якості віхреобразователей без кінематичної взаємозв'язку з генераторами 4, а тільки з пневматичної зв'язком з вітроколесами 5, які в даному виконанні пов'язані з електричними генераторами 4.

Нижня ветроколесо 5 може бути конструктивно не пов'язане кінематично з електричним генератором 4 і в такому конструктиві нижнє вітроколесо 5 виконує роль віхреобразователя висхідного повітряного потоку всередині напірної труби 1.

Вітроколеса 5 для оптимізації диференційного використання енергії сонця, повітряного потоку в напірної трубі 1 можуть бути виконані різного діаметру, значення якого зменшується від нижнього 5 вітроколеса до верхнього вітроколеса 9. У цьому варіанті внутрішню поверхню 10 шахти 3 напірної труби 1 виконують конусоподібної зі зменшенням конусности від заснування до верхнього зрізу 11 напірної труби 1.

В одному з варіантів виконання пристрою ветроколесо 5 може бути виконано у формі велосипедного колеса 12 (по фіг.4), в якому лопаті 13 розміщують на суміжних протилежних спицях 14, що технологічно, т. К. Спиці 14 дозволяють лопатей 13 утворити оптимальний кут атаки по відношенню до висхідного повітряного потоку всередині напірної труби 1. приєднання масу 7 у вигляді вантажів технологічно розміщувати в периферійній зоні обода велоколеса 12. в якості накопичувачів додаткової енергії в пристрої можуть бути використані, наприклад, електричні акумулятори 15 або підземні резервуари 16 зі стисненим повітрям для застосування при метеоумовах безвітряну типу. Акумулятори 15 підживлюють від електрогенераторів 4 в процесі робочого циклу пристрою. Резервуари 16 заповнюють стисненим повітрям від електричного або механічного компресорів (не показані). В основі пристрою розміщена похила напрямна 17 для регулювання повітряного потоку з навколишнього середовища в стовбур 2 напірної труби 1. Вал відбору потужності електричного генератора 4 в одному з варіантів - при горизонтальному розміщенні генератора 4, забезпечений роликом 18, що створює фрикционную пару з ободом 19 вітроколеса 5 , 9. Обід 19 утворює периферійну область 8 вітроколеса. Для управління надходять природних повітряних потоків в робочу зону напірної труби 1 в останній передбачені штори-заслінки, керовані в ручному або автоматичному режимі роботи.

В одному з варіантів у пристрої для перетворення повітряних потоків нижнє вітрове лопатеве колесо 5 забезпечено пневматичним двигуном 20, який змонтований соосно нижньому вітрового лопатевого колеса 5 (над захоплюваної поверхнею вітроколеса 5 або під захоплюваної поверхнею вітроколеса 5) і виконаний у вигляді пневмокамери 21, в периферійній зоні 22 корпусу 23 якої розміщений струменевий апарат 24 в вигляді діаметрально тангенціально розташованих двох сопел 25 і 26 зустрічного напрямку. Корпус 23 пневматичного двигуна 20 за допомогою підшипникової опори 27 змонтований на валу 28 лопастного вітроколеса 5 з можливістю обертання щодо валу 28 спільно з ветроколесом 5. Сопла 25 і 26 за допомогою радіальних каналів 29 пневматичних з'єднані з магістральним каналом 30 пов'язаним з акумулятором 16 стисненого повітря або з повітряним компресором (не показаний). Пневмодвигун 20 використовують для розкрутки інерційного колеса вітроколеса 5 на період падіння потужності природного повітряного потоку в стовбурі напірної труби 1. При падінні потужності природного повітряного потоку по магістральному каналу 30 подають стиснене повітря високого тиску з акумуляторів 16 стисненого повітря в струменевий апарат 24 сопел 25 і 26 . Завершується з сопел 25 і 26 реактивна повітряний струмінь приводить в обертання (за принципом "сегнерова колеса") корпус 23 пневмодвигателя 20 і разом з ним вітроколесо 5.

Залежно від погодних метеоумов при роботі пристрою враховуються такі чинники:

- Використання сили вітру;

- Використання природного атмосферного тиску;

- Використання різниці температури в підставі напірної труби і в зоні її верхнього зрізу;

- Використання стисненого повітря з резервуарів високого тиску - повітряного акумулятора енергії;

- Варіювання величиною абсолютного тиску всередині напірної труби за рахунок особливостей її конструкції;

- Використання примусових вентиляторів, живиться електричними акумуляторами.

Особливістю конструкції пристрою є виконання напірної труби 1 з внутрішньою поверхнею конусоподібної форми, змонтованої на трьох-, чотириколісні підставі 6. Усередині напірної труби 1 змонтовані вітроколеса 5 з приєднаними інерційними масами (в подальшому інерційні вітроколеса 5), що приводяться в обертання вітровим потоком з урахуванням шести перерахованих вище факторів. Інерційні вітроколеса 5 при обертанні передають енергію обертання електричним генераторам 4 за рахунок однієї з кінематичних схем їх з'єднання з останніми. Якщо генератори 4 розташовані в монтажних гніздах, виконаних всередині стіни напірної труби 1, то генератори 4 приводять в обертання за допомогою фрикційної пари: контактний ролик 18 електрогенератора 4 - обід 19 вітроколеса 5, 9, які працюють за принципом велосипедного генератора. Зачеплення контактного ролика 18 генератора 4 з ободом 19 інерційного колеса 5, 9 відбувається в режимі: підйом і опускання контактного ролика 18 щодо обода 19.

В одному з варіантів генератор 4 може бути розташований співвісно інерційному колесу 5, 9. У цьому випадку використовують електричний генератор 4 виконання 2-х - 3-х і більше режимному в залежності від сили обертання інерційного колеса 5, 9.

У роботу пристрою закладено комбіноване використання шести перерахованих вище факторів.

Перший режим роботи (вітрової)

У перший режим роботи закладено використання сили вітру. Рух атмосферних повітряних мас (повітряний потік) потрапляє на штори-заслінки 31, розташовані в опорах підстави 6 напірної труби 1 і по похилій направляючої 17 надходить в стовбур 2, змушуючи обертатися 2-3 вітрові, наприклад, інерційні колеса 5, які не пов'язані з електричним генератором 4, а служать для посилення повітряного потоку в стовбурі 2 напірної труби 1 і додання повітряному потоку турбулентного (вихрового) руху. За рахунок конусності напірної труби 1 і роботи вітрових інерційних коліс 5 посилений повітряний потік обертає робочі, кінематично пов'язані, наприклад, з електричними генераторами 4 інерційні колеса 9. При відсутності вітрових мас вступає в дію (включається) комбінований режим роботи.

Другий режим роботи (комбінований)

Комбінований режим роботи передбачає використання стисненого повітря з резервуарів 16 високого тиску, які автоматично включаються при відсутності вітру. Запас стисненого повітря високого тиску повинен бути розрахований на період максимального часу затишності-штилю для даної місцевості (при наявності вітру резервуари автоматично наповнюються стисненим повітрям). Аналогічно вступає в роботу накопичувач електричної енергії - акумулятори 15, від яких живляться електричним струмом (включають) примусові вентилятори (не показані), розташовані нижче рівня вітрових інерційних коліс 5. Так само включається і підігрівач повітря (не показаний), який повинен розташований на рівні вітрових інерційних коліс 5, і тим самим підігрівач повітря створює різницю температур в підставі 6 напірної труби 1 і на рівні її верхнього зрізу 11, ніж посилює енергію вітрового напору пристрої, що передбачає застосування охолоджувача повітря, для створення різниці температур всередині стовбура 2 і посилення енергії повітряного потоку. Заявляється пристрій можна використовувати в стовбурах занедбаних шахт.

Гідність пристрою полягає в тому, що воно на відміну від раніше відомих вітрових установок має постійний режим роботи і не залежить від прямих вітрових потоків, як відомі установки, так як у нього передбачений комбінований режим роботи, описаний раніше. Пристрій не вимагає великих витрат на відміну від атомних і гідроелектростанцій, його можна компонувати як каскадом, так і невеликими об'єктами.

Потужність кожного варіанта заявленого пристрою буде визначатися в залежності від потреби в електроенергії споживача і розмірах створюваної установки.

На дату подачі заявки автором проведені макетні випробування пристрою з застосуванням в якості бази для вітроколеса велосипедне колесо. Як електричного генератора були використані велосипедні та автомобільні генератори. Приєднана інерційна маса 7 була розміщена в покришці велосипедного колеса. Лопаті були змонтовані на протилежних спицях велосипедного колеса. У зв'язку з тим, що спиці розташовані в напрямку хорди велоколеса, то лопаті отримали подвійний нахил до площини велоколеса, що відповідало оптимальному куті атаки лопатей вітроколеса 5 по відношенню до висхідного повітряного потоку всередині стовбура 2.

Промислове використання пристрою буде проведено в Білорусі після виявлення кадастру бездіяльних напірних труб котелень, ТЕС і т.п.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Пристрій для перетворення повітряних потоків в електричну енергію, що містить напірну трубу, співвісно з центральним стовбуром шахти якій встановлено вітрової електричний генератор з вітровим лопатевим колесом, а в підставі напірної труби розміщений накопичувач енергії, що відрізняється тим, що вітрове лопатеве колесо електричного генератора забезпечено приєднаної інерційної масою, яка розміщена в периферійній частині вітрового лопатевого колеса.

2. Пристрій за п.1, що відрізняється тим, що воно забезпечене щонайменше двома співісними автономними інерційними нижнім і верхнім вітровими лопатевими колесами.

3. Пристрій за п.1 або 2, який відрізняється тим, що осі обертання електричних генераторів розташовані співвісно і / або перпендикулярно відповідним їм вітровим лопатевим колесам.

4. Пристрій за п.2 або 3, що відрізняється тим, що нижня вітрове лопатеве колесо кінематично не пов'язане з електричним генератором.

5. Пристрій за допомогою одного з пп.2 - 4, який відрізняється тим, що нижня вітрове лопатеве колесо забезпечено пневмодвигуном, змонтованим соосно з нижнім вітровим лопатевим колесом і виконаним у вигляді пневмокамери, в периферійній зоні якої розміщено струменевий апарат у вигляді діаметрально розташованих двох сопел зустрічного напрямку.

Версія для друку
Дата публікації 10.02.2007гг

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