| 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) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2253037
ВЕТРОПНЕВМОТУРБІННАЯ ВСТАНОВЛЕННЯ З вітродвигун, У ЯКИХ дифузор, і компресором У пневмомагистрали
Ім'я винахідника: Янсон Р.А. (RU); Гасилов А.В.
Ім'я патентовласника: Янсон Річард Олександрович (RU); Гасилов Олексій Володимирович
Адреса для листування: 121309, Москва, вул. Б. Филевская, 17, кв.148, Р.А.Янсону
Дата початку дії патенту: 2003.05.29
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, збільшення коефіцієнта використання енергії вітру, зменшення маси порожнистої лопаті, що досягається, по-перше, за рахунок установки компресора між входом в порожнисті лопаті вітродвигуна і виходом з пневмомагистрали і, по-друге, за рахунок розміщення вітродвигуна всередині атмосферного дифузора при вході в нього. Дифузор має кільцеву щілину для вдуву зовнішнього вітрового потоку і торцевої фланець. При обертанні вітродвигуна розвивається їм корисна потужність витрачається на прокачування повітря всередині порожнистих лопатей і на обертання через підвищувальний редуктор компресора. Компресор має пристрій регулювання йде через нього витрати повітря. В результаті спільної дії двох ступенів стиснення повітря (порожнистих лопатей і компресора) 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.
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 збільшений розмір хорди лопаті і знижений ККД пневмопередачі, що становить величину порядку 0,5. Збільшення розміру хорди лопаті, особливо на її периферії, обумовлено перебігом всередині лопаті з допустимою швидкістю необхідної кількості повітря. Збільшення хорди лопаті викликає збільшення профільних втрат, що веде до зниження ККД вітродвигуна, і знижує розрахункове значення аеродинамічного коефіцієнта підйомної сили профілю Су, 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 кінетичну енергію, що йде 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 ([2] стор.134 і далі). Одним з недоліків цього ветроагрегата є розташування електромеханічного обладнання на башті, над землею, що ускладнює монтаж, обслуговування і ремонт.
Завданням винаходу, на вирішення якої спрямовано пропоновані нижче технічні рішення, є збільшення ефективності роботи горизонтально-осьової вітроустановки з пневматичним способом передачі потужності вітрового потоку до споживача за допомогою вітродвигуна 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 пневмотрасси, тиск повітря в якій менше атмосферного.
Технічним результатом є збільшення ККД пневмопередачі, збільшення коефіцієнта використання енергії вітру, зменшення маси порожнистої лопаті.
Рішення поставленого завдання по досягненню заявленого технічного результату здійснюється наступними способами:
1). У схему пневмопередачі прототипу [1] додається другий ступінь стиснення повітря у вигляді компресора, наприклад, осьового або відцентрового (з пристроєм регулювання йде через нього витрати повітря), розташованого в пневмомагистрали, безпосередньо в гондолі, при вході в порожнисті лопаті вітроколеса, і механічно пов'язаного з ветроколесом за допомогою підвищувального частоту обертання редуктора. На відміну від прототипу двоступенева схема стиснення повітря дає можливість збільшити розрядження за повітряною турбіною, тобто величину ступеня зниження повного тиску в повітряній турбіні при незмінному заданому значенні її потужності. Це дозволяє істотно (приблизно в 1,3 ... 1,6 рази) зменшити витрату повітря всередині лопаті, в результаті чого зменшується сумарна втрата кінетичної енергії, що йде з лопаті струменя повітря, зменшується хорда лопаті, її маса, зменшуються профільні втрати і в внаслідок зростають як ККД вітродвигуна, так і ККД пневмопередачі, незважаючи на необхідність додаткових витрат потужності на подолання механічних втрат в редукторі і здійснення процесу стиснення в компресорі. 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 Су і дозволяє знизити перевантаження вітродвигуна при збільшенні швидкості вітру вище розрахункової.
2). У схему вітроустановки прототипу [1] додається атмосферне дифузор. Так само, як і в випадку аналога [2] установка за ветродвігателем дифузора 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] з ветродвігателем, які мають суцільні лопаті, це призводить до досягнення нового технічного результату, а саме до збільшення ступеня підвищення тиску в процесі стиснення повітря всередині каналу порожнистої лопаті, тобто до збільшення ступеня зниження тиску в повітряній турбіні і в кінцевому рахунку до досягнення того ж позитивного результату, що і в попередньому пункті 1).
Установка дифузора у вітродвигуна з порожніми лопатями на відміну від аналога [2], що має вітродвигун з суцільними лопатями, і призводить до досягнення 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. Утворюючи всередині дифузора поблизу його внутрішніх стінок спіральної вихрову завісу, струменя повітря виконують роль генераторів вихорів, турбулізіруєт потік при вході в дифузор, що, як відомо, збільшує його ефективність при великих кутах розкриття стінок.
На кресленні зображена принципова конструктивна схема ветропневмотурбінной установки з ветродвігателем, які мають дифузор, і компресором в пневмомагистрали.
 |
Ветропневмотурбінная установка складається з наступних основних вузлів: вітродвигуна 2, компресора 11, розташованого усередині дифузора 5 між входом в порожнисті лопаті 3 вітродвигуна і виходом 9 пневмомагистрали 12 з пристроєм регулювання витрати повітря, атмосферного дифузора 5, пневмомагистрали 12, що з'єднує порожнисті лопаті вітроколеса і повітряну турбіну 14, наземної повітряної турбіни 14, що виробляє корисну потужність, електрогенератора 16. вітрових 2 має порожнистий ротор 1 і порожнисті лопаті 3, в периферійній частині яких розташовуються отвори 4 для виходу повітря. Ротор 1 обертається в підшипникових опорах 8 і механічно з'єднується за допомогою підвищувального редуктора 10 з компресором 11. Порожні лопаті 3 через порожнистий ротор 1 і патрубок 9 з'єднані аеродинамічний з проточною частиною компресора 11, який, в свою чергу, аеродинамічний через пневмомагистраль 12 з'єднаний з повітряної наземної турбіною 14. Турбіна 14 механічно, можливо через редуктор 15, з'єднана з електрогенератором 16. Ветропневмотурбінная установка працює наступним чином. За допомогою поворотної опори 13 ветроустановка орієнтується на напрямок вітру. Вітровий потік розкручує вітродвигун 2, в результаті чого розвивається на роторі 1 корисна потужність витрачається на прокачування повітря всередині порожнистих лопатей 3 і на обертання через редуктор 10 компресора 11, з якого стиснене повітря через патрубок 9 направляється до будинку полого ротора 1 і далі до порожнистим лопатей 3. в результаті спільної дії двох ступенів стиснення повітря (порожнистих лопатей 3 і компресора 11) в пневмомагистрали 12 встановлюється тиск нижче атмосферного, що дає можливість наземної повітряної турбіни 14 працювати за рахунок використання перепаду тиску між атмосферним тиском і тиском в пневмомагистрали 12. Повітряна турбіна 14 приводить в обертання електрогенератор 16. для збільшення ефективності процесу стиснення в дифузорі 5 передбачені кільцева щілина 6 для вдуву через стінки дифузора 5 зовнішнього вітрового потоку і торцевої фланець 7 для збільшення розрядження за дифузором 5. Регулювання витрати повітря через компресор 11 (наприклад, за допомогою поворотних лопаток) є додатковим способом регулювання вітродвигуна. |
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.с 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. Вruce Cole. New turbine could offer low cost wind power. "Modem Rotor Systems". August 1977. - P.27-30.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Ветропневмотурбінная установка з ветродвігателем, які мають дифузор, і компресором в пневмомагистрали, що містить вітроколесо з порожніми лопатями, атмосферний дифузор, повітряну турбіну, розташовану на землі і виробляє корисну потужність, і пневмомагистраль, що сполучає порожнисті лопаті вітроколеса і повітряну турбіну, при цьому всередині дифузора, в гондолі, між входом в порожнисті лопаті вітродвигуна і виходом з пневмомагистрали встановлений компресор з пристроєм регулювання йде через нього витрати повітря і приводиться в обертання вітроколеса через підвищувальний редуктор.
Версія для друку
Дата публікації 05.04.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.