Вихревая ветроустановка

Вихревая ветроустановка

Реферат

 

Использование: в ветроэнергетике, для создания ветряных двигателей с вертикальной осью вращения 7. Сущность изобретения: вихревая ветроустановка содержит вытяжную башню с кольцевым воздухозаборником у основания, направляющий аппарат, выполненный из нескольких коаксиально расположенных обечаек 2, каждая из которых имеет вид усеченного гиперболоида 1, сужающегося к выходу, ветроколесо и вытяжное устройство. Радиусы отверстий верхнего R_bi и нижнего R_нi оснований усеченных гиперболоидов связаны соотношением: R_biR(H₃i); R_bi(0,8-0,9) R_bi+1; R_нi(0,8-0,9)R_нi+1. В зазорах между обечайками размещены вертикальные, закрученные по спирали перегородки. Ветроколесо 4 выполнено с жесткими профилированными лопастями 5 в виде тела вращения. Вытяжное устройство выполнено в виде сегмента 6, а нижнее основание башни - в виде усеченного гиперболоида с эжекционным отверстием 7 сверху. 1 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для создания ветряных двигателей с организующими и направляющими устройствами для воздушного потока.

Известен ветродвигатель с лопаточным ветроколесом с вертикальной осью вращения (А.с. 1245744, кл. F 04 Д 5/00, 1984 г.) Его недостаток - относительно низкий КПД, обусловленный, в частности, большим моментом трогания, что приводит практически к прекращению преобразования энергии на скорости ветра меньше 4.5 м/c. Кроме того, это устройство подвержено воздействию гироскопических нагрузок.

Более эффективен другой известный ветродвигатель (А.с. 1765492, кл. F 04 Д 3/03, 1992 г.), с нижним кольцевым воздухозаборником, с расположенным в корпусе направляющим устройством для воздушного потока в виде вертикальных перегородок, изогнутых по винтовым линиям, вытяжного цилиндрического канала, ветроколеса и диффузорного вытяжного устройства.

Однако этот ветродвигатель не может работать от восходящих тепловых потоков и совершенно нет защиты от низкочастотных шумовых составляющих, возникающих во время его работы.

Цель изобретения повышение коэффициента использования энергии ветра, возможность работы от восходящих тепловых потоков и снижение влияния низкочастотных шумовых составляющих при работе данной ветроустановки.

Поставленная цель достигается тем, что в корпусе установки расположено направляющее устройство, выполненное в соответствии с патентом N 2002981 (опубл. в БИ N 41-1993 г.) "Способ формирования закрученных потоков" в виде набора сужающихся кверху усеченных полых гиперболоидов с профилированными вертикальными перегородками, размещенными внутри каждого конуса и закрученными по спиральной кривой с радиусом нижнего сечения R_нi и R_bi - верхнего, вместе образующими т.н. "генераторы вихря". R_biR_нi, R_bi+1R_нi+1. i=1,2,3,n, где n номер "генератора вихря", причем радиусы i-х "генераторов вихря" связаны соотношениями R_bi(0,8.0,9)R_bi+1, R_bi+1(0,8.0,9)R_bi+2 и т.д. и, соответственно, R_нi(0,8.0,9)R_нi+1, R_нi+1(0,8.0,9)R_нi+2 и т.д.

Форма "генераторов вихря" обеспечивает движение воздушного потока по криволинейным пространственным траекториям в соответствии с патентом N 2002981.

Кроме того, вместо вытяжной башни внутри каждого "генератора вихря" с помощью внутренних торцов вертикальных спиральных перегородок сформированы вытяжные цилиндрические каналы с радиусами R_bi, R_bi+1, R_bi+2, Устройство съема энергии с раскрученного потока воздуха в ветроустановке выполнено в виде профилированного диффузора с жесткими профилированными лопастями (А.с. N 204290, 1983 г.) Конструкция ветродвигателя завершается сегментным (чашеобразным) вытяжным устройством для выброса отработанного в ветродвигателе потока воздуха (А.с. N 247798, 1986 г.) В основании нижнего "генератора вихря" сформирован вертикальный осесимметричный канал (в виде усеченного гиперболоида) эжекции дополнительного потока воздуха окружающей среды, который подмешивается к образованному "генератором вихря" закрученному потоку.

Анализ научно-технической литературы показал, что до даты подачи заявки отсутствовали устройства с указанной совокупностью существенных признаков, которые в известной литературе не обнаружены. Следовательно, предложение отвечает критерию существенных отличий.

Кроме того, требуемый технический результат достигается вновь введенной совокупностью признаков, которая в известной литературе не обнаружена, следовательно, предложение отвечает требованию изобретательского уровня. При этом элементы конструкции устройства являются либо известными до даты подачи заявки, либо их конструктивное выполнение приведено в материалах заявки.

В соответствии с этим предложение отвечает требованию промышленной применимости.

На чертеже представлена конструкция вихревой ветроустановки. Ветроустановка состоит из корпуса, набранного из усеченных полых гиперболоидов 1 с профилированными вертикальными перегородками 2 внутри гиперболоидов, закрученными по спирали, вместе образующими "генераторы вихря".

Торцы вертикальных профилированных перегородок внутри каждого "генератора вихря" формируют вытяжные цилиндрические каналы 3.

Ветроколесо установки 4 выполнено в виде тела вращения с жесткими профилированными лопастями 5.

Над ветроколесом расположено вытяжное устройство для отсоса отработанного потока воздуха, выполненное в виде сегмента (чаши) 6 с заданными: внешним диаметром Д_н, радиусом закругления r_л, глубиной h_л.

В основании нижнего "генератора вихря" выполнен эжектор 7 в виде усеченного гиперболоида.

Воздухозаборник ветроустановки образуют: основание гиперболоида верхнего "генератора вихря" 1 и основание нижнего "генератора вихря" 8.

Под основанием нижнего "генератора вихря" 8 размещается эл. генератор 9.

Работает вихревая ветроустановка следующим образом. Поток воздуха (ветер) через воздухозаборник поступает в "генератор вихря" 1,2, в котором, приобретая скорость и направление движения, образует в вытяжных цилиндрических каналах 3 вихревой поток, под действием этого потока ветроколесо 4 приводится во вращение. В вихревой поток подмешивается дополнительный поток воздуха, который входит через эжектор 7, инициируемый пониженным давлением внутри вытяжных цилиндрических каналов 3 за счет закрученного движения потока воздуха. После ветроколеса 4 отработанный воздух поступает в вытяжное устройство 6, которое, используя энергию ветра, отсасывает этот отработанный воздух.

Повышение коэффициента использования энергии ветра обеспечивается особенностями конструкции ветроустановки возможностью работы от малых ветров и восходящих тепловых потоков.

Формула изобретения

Вихревая ветроустановка, содержащая вытяжную башню с кольцевым воздухозаборником у основания, направляющий аппарат, ветроколесо, установленное на выходе направляющего аппарата, и вытяжное устройство, отличающаяся тем, что направляющий аппарат снабжен двумя или более коаксиально расположенными в башне обечайками в виде усеченных гиперболоидов, сужающихся к выходу, радиусы отверстий верхних P_вi и нижних P_нi оснований которых связаны соотношением P_вi P_нi, причем P_вi (0,8 0,9)P_вi+1, R_нi (0,8 0,9)R_нi+1 с вертикальными закрученными по спирали перегородками, размещенными в зазорах между обечайками, при этом ветроколесо выполнено с жесткими профилированными лопастями в виде тела вращения, вытяжное устройство выполнено в виде сегмента, а нижнее основание башни в виде усеченного гиперболоида с эжекционным отверстием сверху, посредством которого полость направляющего аппарата сообщена с окружающей средой.

РИСУНКИ

Рисунок 1