Вертикально-осевая ветровая и гидравлическая турбина с регулированием потока

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к вертикально-осевой ветровой и гидравлической турбине с регулированием потока ветра или жидкости. Турбина содержит правильную шестиугольную структуру (7) радиуса R, в форме параллелепипеда, внутри которой ротор (6) с тремя или более лопатками вращается на вертикальной оси. Ось расположена в центре шестиугольника. Лопатки при вращении образуют окружность радиуса Rt. Турбина дополнительно содержит шесть шарнирно закрепленных направляющих лопастей с подвижной и неподвижной частями 2 и 3. Лопасти захватывают и концентрируют поток воздуха или жидкости, входящий в лопатки ротора (6), со стороны входа потока в турбину, и рассеивают поток, выходящий из лопаток ротора (6), со стороны, противоположной стороне входа потока воздуха или жидкости. Изобретение направлено на повышение скорости и КПД турбины. 17 з.п. ф-лы, 16 ил.

Реферат

Область техники

Раскрыта вертикально-осевая ветровая и гидравлическая турбина с регулированием потока воздуха или воды в соответствии с условиями эксплуатации.

Предшествующий уровень техники

Когда вертикально-осевая ветровая и гидравлическая турбина с регулированием потока работает в ветровом режиме, регулирование потока воздуха осуществляется посредством использования шарнирно соединенных направляющих лопастей с размерами, связанными с шириной лопатки ротора. Каждая шарнирно соединенная направляющая лопасть содержит подвижную направляющую часть и неподвижную направляющую часть, образующие соответственно подвижную направляющую лопасть и неподвижную направляющую лопасть.

Она, как правило, состоит из шести групп подвижных направляющих лопастей, каждая соединенная с неподвижной направляющей лопастью, выполняющих разные функции в динамике текучей среды (воздуха).

Подвижная направляющая лопасть выполнена так, что захватывает большую движущуюся массу воздуха, чем захватывал бы ротор без упомянутых лопастей, а неподвижная направляющая лопасть концентрирует и направляет текучую среду прямо на лопатки ротора быстрее, чем скорость внешнего ветра.

Ротор работает на силе сопротивления; вертикально-осевая ветровая турбина с регулированием потока воздуха имеет значительные преимущества по сравнению с обычными вертикально-осевыми турбинами за счет работы на силе сопротивления и высокой скорости.

Когда вертикально-осевая ветровая и гидравлическая турбина с регулированием потока работает в гидравлическом режиме, находясь в текучей воде, управление потоком осуществляется посредством использования шарнирно соединенных, направляющих лопастей с размерами, связанными с шириной лопатки ротора. Каждая шарнирно соединенная направляющая лопасть содержит подвижную направляющую часть и неподвижную направляющую часть, образующие соответственно подвижную направляющую лопасть и неподвижную направляющую лопасть.

Она, как правило, состоит из шести групп подвижных направляющих лопастей, каждая соединенная с неподвижной направляющей лопастью, выполняющих разные функции в динамике текучей среды (в данном случае жидкостей, таких как вода).

Подвижная направляющая лопасть выполнена так, что захватывает большую движущуюся массу текучей среды, чем захватывал бы ротор без упомянутых лопастей, а неподвижная направляющая лопасть концентрирует и направляет текучую среду прямо на лопатки ротора быстрее, чем скорость внешней текучей среды, в которой турбина гидравлически установлена.

Ротор работает на силе сопротивления; вертикально-осевая турбина с регулированием потока в гидравлическом режиме имеет значительные преимущества по сравнению с обычными вертикально-осевыми турбинными системами за счет работы на силе сопротивления.

О ветровых турбинах

Роторы Савониуса представляют собой вид вертикально-осевой ветровой турбины, используемой для преобразования энергии ветра в крутящий момент на вращающемся валу. Они были изобретены финским инженером Сигурдом Дж. Савониусом в 1922 г.

Турбины Савониуса - одни из самых простых турбин. С точки зрения аэродинамики, они представляют собой устройства, основанные на силе лобового сопротивления или противодействия, содержащие две или три лопасти. Если смотреть на ротор сверху, то лопасти образуют S-образную форму. Благодаря такой кривизне лопасти испытывают меньшее сопротивление при движении против ветра, чем по ветру. Данная разница вынуждает турбину Савониуса вращаться. Как устройство, основанное на лобовом сопротивлении, турбина Савониуса извлекает значительно меньшую силу ветра, чем такие же по размеру турбины, основанные на подъемной силе. С другой стороны, нет необходимости устанавливать турбины в направлении ветра, они лучше выдерживают турбулентность и способны запускать вращение при слабых ветрах. Эта турбина самая дешевая и самая простая в использовании.

Турбины Савониуса используют тогда, когда стоимость важнее, чем эффективность. Например, большинство анемометров представляют собой турбины Савониуса (или производную конструкцию), поскольку эффективность совершенно неважна для данного применения. Турбины Савониуса со значительно большими размерами используются для генерирования электроэнергии в глубоководных буях, которые нуждаются в малых объемах электроэнергии и требуют очень малого технического обслуживания. Самым распространенным применением турбины Савониуса является вентилятор Флетнера, который обычно виден на крышах фургонов и автобусов, используемый в качестве охлаждающего устройства. Данный вентилятор был создан немецким инженером Антоном Флетнером. В настоящее время турбину Савониуса все больше используются для приведения в действие небольших электроприборов.

Ветровая турбина Дарье представляет собой вид вертикально-осевой турбины, которая используется для генерирования электроэнергии из энергии, переносимой ветром. Данная турбина содержит ряд подъемных поверхностей, обычно, но не всегда, вертикально закрепленных на вращающемся валу или раме. Данное устройство ветровой турбины было запатентовано французским инженером Жоржем Жаном-Мари Дарье в 1931 г.

Обычные дифференциальные системы Савониуса и Дарье создают турбулентность и переменные нагрузки на роторе, приводящие к паразитным усилиям и вибрациям, которые ограничивают КПД и управление системой.

Патент США 6824349 относится к ротору, работающему при малых скоростях ветра, который содержит основание, раму ротора, вращательно закрепленную на упомянутом основании для вращения вокруг вертикальной оси по часовой стрелке, и множество поворотных щитков для приема ветра, поворотно установленных на упомянутой раме ротора, для вращения вокруг вертикальной оси по часовой стрелке между первым закрытым положением и вторым открытым положением, причем основные отличия между объектом настоящего изобретения и объектом патента США 6824349 заключаются в том, что последний представляет собой устройство прямого действия без усилителя воздушного потока; оно также включает в себя движущиеся части в роторе, которые уменьшают скорость и КПД, оно представляет собой сложный механизм, подверженный эрозии и износу с проблемами смазки. Кроме того, упомянутая система является шумящей и медленной, что не вносит значительного вклада в общий КПД.

Патент США 4468169 относится к ветровой турбине с гибкими лопастями с регулируемым высоким крутящим моментом, которая состоит из горизонтально закрепленного ветроколеса, которое содержит раму, приспособленную для вращения в горизонтальной плоскости вокруг перпендикулярной центральной оси, множество вспомогательных осей, закрепленных с возможностью вращения на упомянутой раме около ее периферии, лопасть, закрепленную около ее одного конца каждой вспомогательной оси, множество ограничителей лопастей на упомянутой раме, радиально размещенных внутри от осей, чтобы ограничивать вращение лопастей, причем каждая из упомянутых вспомогательных осей приспособлена для вращения около оси, которая расположена под углом относительно вертикали упомянутой горизонтальной плоскости, в результате чего каждая лопасть имеет предпочтительное, заданное исходное положение, определяемое направлением наклона каждой оси от вертикальной линии; основные отличия между объектом настоящего изобретения и объектом патента США 4468169 заключаются в том, что последний также относится к устройству прямого действия без усилителя воздушного потока, он также включает в себя движущиеся части в роторе, которые уменьшают скорость и КПД, он представляет собой сложный механизм, подверженный эрозии и износу с проблемами смазки, и данная система является шумящей и медленной, имеющей низкий общий КПД.

Патент США 7083382 относится к вертикально-осевой ветровой турбине, причем упомянутое изобретение обеспечивает главный двигатель для использования энергии потока текучей среды, причем упомянутый главный двигатель содержит вал, имеющий, ось вращения, приспособленный для вращательного прикрепления к основанию, причем упомянутый вал содержит по меньшей мере одну консоль, продолжающуюся радиально из упомянутого вала, причем упомянутая консоль или каждая консоль содержит по меньшей мере одну лопасть, причем упомянутая лопасть или каждая лопасть расположена так, что воздействие потока на лопасть оказывает влияние на ось вращения, причем упомянутая лопасть или каждая лопасть подвижно закреплена на консоли и при этом каждая лопасть выполнена с возможностью перемещения из первого положения, обеспечивающего первое лобовое сопротивление, во второе положение, которое обеспечивает второе лобовое сопротивление, причем упомянутое первое лобовое сопротивление выше, чем упомянутое второе лобовое сопротивление.

Привод упомянутого главного двигателя обеспечивает значительно уменьшенное лобовое сопротивление потоку текучей среды, и увеличенный крутящий момент на выходе, по сравнению с двигателями или главными турбинами известного уровня техники, однако основные отличия от объекта настоящего изобретения заключаются в том, что ветровая турбина, описанная в патенте США 7083382, представляет собой устройство прямого действия без усилителя воздушного потока, содержащее множество движущихся частей, которые уменьшают скорость и КПД, оно содержит сложный механизм, подверженный износу в результате эрозии, и имеет проблемы смазки, приводящие в результате к шумящему и медленному оборудованию, имеющему низкий общий КПД.

Публикация испанской заявки 2161650 относится к системе для использования энергии ветра, которая содержит ветряк с вертикальной осью, из которой выступает множество радиальных консолей, причем консоли каждой пары являются противоположными друг другу, и на конце каждой из данных консолей, закрепленных на шарнире, расположена прямоугольная лопасть, вертикально установленная в плоскости, перпендикулярной соответствующей радиальной консоли, на которой она шарнирно закреплена. Противоположные лопасти пары находятся в неподвижном состоянии, расположенные перпендикулярно направлению ветра, позволяя выдерживать осевое давление и отклоняя данную пару лопастей, ограничивая угол отклонения данных лопастей посредством ограничителя. Каждая из упомянутых лопастей соединена с элементом восстановления, который устанавливает упомянутую лопасть упомянутой верхней консоли перпендикулярно шарнирно соединенной с ней консоли, когда осевое давление прекращается; основные отличия между настоящим изобретением и объектом испанской публикации 2161650 заключаются в том, что последний не содержит усилителя или концентратора потока, он содержит движущиеся части в роторе, он содержит механизм прямого действия с регулированием ротора, который активируется при каждом обороте, который неэффективен в заснеженных районах вследствие потерь энергии, он не приспособлен для полного закрытия в случае ураганных ветров, он имеет проблемы смазки, шум, низкий КПД, износ, низкую скорость, невозможно регулировать скорость, невозможно полностью выключить его для ремонта, и обеспечивает низкую конечную скорость.

Публикация испанской заявки, соответствующая ES 2020711, относится к вращающемуся валу для ветровых турбин, который содержит неподвижную башню, приспособленную для установки на земле, размещая основную ось вертикально, причем на ее верхнем конце и выше упомянутой башни множество радиальных и горизонтальных консолей закреплены вместе, с равномерным распределением, каждая из которых содержит одну или несколько пластин или лопастей, которые образуют средства, воспринимающие воздействие ветра, причем упомянутая турбина отличается тем, что упомянутые лопасти прикреплены шарнирно к упомянутым консолям при помощи вертикальных осей поворота и выполнены с возможностью приспосабливаться к таким консолям, при помощи защитной оболочки, во время полупериода, в котором упомянутая действующая консоль захватывает ветер, и принимать конфигурацию, параллельную упомянутому направлению ветра во время нерабочего полупериода, осуществляя поворот упомянутой консоли против направления ветра, основные отличия между настоящим изобретением и объектом испанской публикации 2020711 заключаются в том, что последний содержит механизм прямого действия с регулированием ротора и движущимися частями, который активируется при каждом обороте, существуют потери энергии, и неэффективен в заснеженных участках, не приспособлен для полного закрытия в случае ураганных ветров, а также имеет проблемы смазки, шум, износ, низкий КПД, невозможно также регулировать скорость и отключить его полностью для закрепления, и, наконец, упомянутый вращающийся вал для ветровых турбин имеет низкую конечную скорость в соответствии с его конфигурацией.

Испанская публикация ES 2310965 относится к ветровой или гидравлической турбине, содержащей множество сопел в тонкой вертикальной стенке, которые образуют неподвижную структуру турбины.

В данной структуре предусмотрено рабочее колесо с вертикальной осью, содержащее лопасти, поворотно прикрепленные к консолям, жестко прикрепленным к упомянутому рабочему колесу, которые способны принимать промежуточные положения между максимальным и минимальным открытием, в зависимости от скорости набегающих потоков. Постепенное открытие лопастей для полного использования соответствующих энергий осуществляется автоматически посредством натяжных устройств, таких как натяжное устройство, состоящее из намоточного барабана и троса, при этом его концы прикреплены к его лопасти и барабану, прикрепленным к рабочему колесу. Радиальная турбина заканчивается крышкой, которая опирается на пластину или разветвляющиеся балки стенок с соплами, причем упомянутая турбина может быть использована для улавливания кинетической энергии воздуха или воды в движении, основные отличия между настоящим изобретением и объектом испанской публикации 2310965 заключаются в том, что данная конструкция не содержит усилителя потока и содержит движущиеся элементы в роторе, которые порождают шум, износ, проблемы смазки и подвергание воздействию абразивных веществ, причем упомянутое устройство обеспечивает низкий общий КПД системы и является очень сложным с точки зрения технического обслуживания, поскольку оно представляет собой подвижное устройство, которое активируется с каждым вращением; его конструкция определяет значительные потери энергии, что делает его неэффективным в заснеженных участках, оно также не приспособлено для полного закрытия в случае ураганных ветров.

Испанская публикация ES 2149638 относится к вертикально-осевой установке для улавливания, концентрирования, направления и использования энергии текучих сред в движении, разрез в плоскости, перпендикулярной оси его ротора, показывает внешнюю зону неподвижных радиальных вертикальных поверхностей, которая улавливает текучую среду, отводя ее в промежуточную зону неподвижных наклонных вертикальных поверхностей, направляющую данную текучую среду к внутренней зоне, где расположен вертикально-осевой ротор, который будет вращаться в направлении ударного действия текучей среды; конструкция упомянутого устройства представляет собой легко приспосабливаемую систему, поскольку она способна использовать ветер или движущуюся воду для вращения ротора; вращение ротора может быть использовано для получения электроэнергии или механической энергии, пригодной для соответствующего использования, основные отличия между настоящим изобретением и объектом испанской публикации 214 9638 заключаются в том, что данная конструкция состоит из неподвижных структур, не связанных с самой системой, она не содержит генератора, поскольку она состоит из изолированных частей без структурного взаимодействия между ними, она не содержит механизма усиления потока, она не приспособлена для полного закрытия для ремонта и в случае ураганного ветра, воздействию которого подвергается ротор, она сложна в изготовлении и требует много пространства для установки; ее форма не позволяет осуществлять установку в зданиях или небольших площадках, таких как платформенные суда, или использование в качестве портативного устройства.

Публикация США 2008/0007067 относится к ветровой турбине и является ближайшим прототипом к объекту настоящего изобретения, причем упомянутая ветровая турбина включает в себя опорный узел, содержащий блок нижнего основания и выступающую цилиндрическую часть, вращающийся цилиндр, поворотно поддерживаемый посредством упомянутой выступающей части, вращающийся вал, продолжающийся из центра упомянутого вращающегося цилиндра, для вращения в том же направлении, верхний подшипник, установленный в упомянутом выступе, для поддержки вращающегося цилиндра, множество лопастей размещены вдоль внешней окружности вращающегося цилиндра с регулярными угловыми интервалами, и открывается наружу относительно вращающегося цилиндра или закрывается так, чтобы находиться в плотном контакте с внешней окружностью вращающегося цилиндра, в соответствии с положением относительно направления ветра, средство, ограничивающее угол, предотвращает открытие каждой лопасти за пределы заданного угла, основные отличия между настоящим изобретением и объектом публикации США 2008/0007067 заключаются в том, что последний не содержит усилителя воздушного потока и, следовательно, может быть достигнут низкий КПД захвата воздуха, система также подвержена воздействию ураганных ветров.

О гидравлических турбинах

В последние годы получение возобновляемой энергии из природных источников представляет собой область значительного интереса и интенсивных разработок. К числу видов энергии, доступных для вертикальных гидравлических турбин, относятся энергия волн и энергия течений.

Энергию волн получают, используя приливы и отливы, посредством подсоединения генератора переменного тока система может быть использована для генерирования электроэнергии, более надежного и пригодного вида энергии. Это один из видов возобновляемой энергии, поскольку основной источник энергии при использовании не истощается, и является чистой, поскольку при преобразовании энергии не возникает твердых, жидких или газообразных загрязняющих побочных продуктов. Однако соотношение между количеством энергии, которое может быть получено при использовании современных средств, и экономическими и экологическими издержками размещения устройств для осуществления технологического процесса, препятствует значительному внедрению данного вида энергии.

Существующий потенциал включает использование кинетической энергии водных течений. Процесс получения основан на преобразователях кинетической энергии, подобных ветровым турбинам, в данном случае с использованием подводных установок.

Гидравлическая турбина представляет собой гидравлическую турбомашину, которая использует энергию текучей среды, проходящей через нее, для получения вращательного движения, которое передается посредством вала, непосредственно приводит в действие машину или генератор, который превращает механическую энергию в электроэнергию, и таким образом он является ключевым элементом гидроэлектрической установки.

К числу известных гидравлических турбин относится турбина Пелтона, одна из самых эффективных гидравлических турбин. Она представляет собой активную турбомашину поперечного тока с частичным впуском. Она состоит из колеса (рабочего колеса или ротора), содержащего ковши на его периферии, которые специально приспособлены для преобразования энергии водяной струи, сталкивающейся с упомянутыми ковшами.

Турбины Пелтона приспособлены для использования гидравлических прыжков при переходе потока от бурного состояния в спокойное. Гидроэлектрические установки, оборудованные турбиной данного типа, большую часть времени, содержат длинную трубу, называемую напорным каналом, для перемещения текучей среды с больших высот, иногда на больше чем двести метров. В конце напорного канала вода подается на турбину через один или несколько игольчатых клапанов, называемых также инжекторами, которые имеют форму сопла, чтобы увеличить скорость потока, падающего на ковши. Турбины Пелтона имеют недостаток в том, что требуют больших разностей высот (гидравлических прыжков) для преобразования гидравлической энергии в электрическую энергию и не имеют регулирования потока текучей среды.

Турбина Френсиса была разработана Джеймсом Б. Френсисом. Она представляет собой реактивную радиально-осевую турбомашину.

Турбины Френсиса представляют собой турбины, которые могут быть приспособлены для широкого диапазона прыжков и потоков, будучи способными работать в диапазонах высот от шести метров до нескольких сотен метров. Это, наряду с ее высокой эффективностью, сделало турбину данного типа самой широко используемой в мире, преимущественно для генерирования электроэнергии посредством гидроэлектрических установок. Турбины Френсиса не имеют регулирования потока текучей среды.

Турбина Турго представляет собой импульсную водяную турбину, приспособленную для прыжков со средним градиентом. Она была разработана компанией Gilkes в 1919 г. на основе модификации турбины Пелтона.

Турбина Турго представляет собой импульсную турбину. Давление воды не изменяется, когда она проходит через лопатки турбины. Потенциальная энергия воды превращается в кинетическую энергию во впускном сопле или инжекторе. Струя воды направляется с высокой скоростью на лопатки турбины, чтобы отклонять и поворачивать обратно поток. Образующийся в результате импульс вращает рабочее колесо турбины, передавая энергию на ось турбины. В конце концов вода выходит с очень малой энергией. Рабочие колеса турбины Турго могут иметь КПД свыше 90%.

Рабочее колесо турбины Турго выглядит так же, как рабочее колесо турбины Пелтона, разделенное пополам. При одинаковой мощности, диаметр рабочего колеса турбины Турго в два раза меньше диаметра рабочего колеса турбины Пелтона, при этом обеспечивая вдвое большую удельную скорость. Рабочее колесо турбины Турго может переносить больший поток воды, чем рабочее колесо турбины Пелтона, поскольку вода выходя не сталкивается со смежными лопатками.

Удельная скорость рабочих колес турбин Турго складывается из скорости турбин Френсиса и Пелтона. Может быть использовано одно или несколько сопел или инжекторов. Увеличение количества инжекторов увеличивает удельную скорость рабочего колеса на квадратный корень из количества струй (четыре струи дают увеличение вдвое удельной скорости струи для данной турбины). Турбина Турго не имеет регулирования потока текучей среды.

Упомянутая выше испанская публикация ES 2310965 относится к ветровой или гидравлической турбине, содержащей множество сопел в вертикальной тонкой стенке, которые образуют неподвижную структуру турбины.

В данной структуре предусмотрено рабочее колесо, с вертикальной осью, содержащее лопасти, шарнирно соединенные с консолями, жестко прикрепленными к упомянутому рабочему колесу, которые способны принимать промежуточные положения между максимальным и минимальным открытием, в зависимости от скорости набегающих потоков. Постепенное открытие лопастей для максимального использования соответствующих энергий осуществляется автоматически посредством натяжных устройств, таких как натяжное устройство, состоящее из намоточного барабана и троса, при этом его концы прикреплены к его лопасти и барабану, прикрепленным к рабочему колесу. Радиальная турбина заканчивается крышкой, которая опирается на пластину или разветвляющиеся балки в стенках с соплами, причем упомянутая турбина может быть использована для улавливания кинетической энергии воздуха или воды в движении, основные отличия между настоящим изобретением и объектом испанской публикации 2310965 заключаются в том, что данная конструкция не содержит усилителя потока и содержит подвижные элементы в роторе, которые порождают вибрацию, износ, проблемы смазки; причем упомянутое устройство обеспечивает низкий общий КПД системы и является очень сложным с точки зрения технического обслуживания, поскольку оно представляет собой подвижное устройство, которое активируется с каждым вращением; его структура определяет значительные потери энергии, оно также не приспособлено для полного закрытия в случае остановки на техническое обслуживание.

Упомянутая выше испанская публикация ES 2149638 относится к вертикально-осевой установке для улавливания, концентрирования, направления и использования энергии текучих сред в движении, при этом разрез в плоскости, перпендикулярной оси ее ротора, показывает внешнюю зону, неподвижных радиальных вертикальных поверхностей, которая улавливает текучую среду, отводя ее в промежуточную зону, неподвижных наклонных вертикальных поверхностей, направляющую данную текучую среду к внутренней зоне, где находится вертикально-осевой ротор, который будет вращаться в направлении ударного воздействия текучей среды; конструкция упомянутого устройства представляет собой легко приспосабливаемую систему, поскольку она способна использовать ветер или движущуюся воду для вращения ротора; вращение ротора может быть использовано для получения электроэнергии или механической энергии, пригодной для соответствующего использования, основные отличия между настоящим изобретением и объектом испанской публикации 2149638 заключаются в том, что данная конструкция состоит из неподвижных структур, не связанных с самой системой, она не содержит генератора, поскольку она состоит из изолированных частей без структурного взаимодействия между ними, она не содержит механизма усиления потока, она не приспособлена для полного закрытия для ремонта и в случае ураганного ветра, воздействию которого подвергается ротор, она сложна в изготовлении и требует много пространства для установки; ее форма не позволяет осуществлять установку в зданиях или небольших площадках, таких как платформенные суда, или использование в качестве портативного устройства.

Публикация заявки на патент GB 2485574 относится к вертикально-осевой водяной турбине, установленной внутри вертикальной башни, которая может быть закреплена на дне моря или реки, ротор имеет прямое действие без концентратора потока воды, ротор представляет собой устройство с низким КПД, поскольку тангенциальная составляющая его скорости равна скорости потока, в центральной зоне ротора возникает турбулентность с потерями энергии, противоток может создаваться в значительной части вращения ротора с противоположно направленными потоками и блокированием захватных входных отверстий башни. Система крепления функционирует на заданной глубине, что не допускает отклонения в изменениях глубины потока в воде, якорь однонаправленный или допускает поток воды только в одном направлении.

Публикация заявки на патент GB 2486697 относится к энергетическому оборудованию, такому как турбина для генерирования электроэнергии из волн или течений рек, содержащей опорную конструкцию на дне реки или водоеме, плавающий генератор энергии и коленчатый вал для перемещения ремня, причем данный генератор энергии содержит прямую систему без усилителя с трудно решаемыми проблемами изоляции, без автоматической трассировки и с высокой стоимостью эксплуатации, с дорогостоящими линиями передачи с риском повреждения и аварий.

Публикация заявки на патент GB 2486911 относится к способу и устройству для генерирования энергии из струйного течения воды, система содержит крепление генератора, поддерживаемое посредством швартовки удерживающими средствами, например, между дном океана и поверхностью воды; узел генератора может вращаться на своей вертикальной оси и представляет собой систему прямого действия без усилителя, с ориентацией потока в малом диапазоне, которая создает вихри и турбулентность, которые снижают эффективность группы двигателей, противоположная циркуляция которых генерирует паразитные поперечные токи. Генератор расположен ниже уровня воды, создавая проблемы изоляции и передачи, функционирует только с текучими средами, перемещающимися с высокой скоростью, при этом тангенциальная составляющая скорости ротора равна скорости потока жидкости.

Патент США 3986787 относится к турбине для рек, которая представляет собой колесную турбину на горизонтальном валу, закрепленном коаксиально в основном сопле, приспособленную для удерживания в течении реки под платформой, которая содержит оборудование для генерирования электроэнергии. Вал турбины и основное сопло находятся в подводном положении и приспособлены пропускать часть потока течения реки через сопло и через колесо турбины. Данная турбина представляет собой дифференциальный силовой исполнительный механизм и ускоряет выходной поток посредством сужения основного сопла; система, усложненная и дорогая с точки зрения технического обслуживания, и подвержена воздействию кавитации вследствие прихватывания ила. Отсутствие улучшения, связанного с КПД или увеличением потока, принимаемого пропеллером, по существу, это неэффективная и непрочная роторная система, при этом невозможно регулирование глубины эксплуатации. Система сложна для крепления и направления и пригодна только для однонаправленных течений.

Патент США 4104536 относится к силовой турбине для течения или реки, содержащей удлиненный цилиндр с радиально продолжающимися лопастями, причем каждая лопасть содержит на своих опорах множество аксиально разнесенных клапанов с ребрами, которые открывают и закрывают их соответствующие отверстия. Данные клапаны открываются автоматически, так что лопасти проникают в хвост волны или сбрасывают давление на нем. Это система прямого действия с горизонтальной осью без усилителя потока, содержащего подвижные лопатки, подверженная большому износу, притом что является шумящей, что не обеспечивает преимуществ по КПД, поскольку она размещается вне водной поверхности, и достигаемая высота минимальная. Она содержит электрогенератор, незащищенный от воздействия влаги, трудно доступный для ремонта.

Патент США 4205943 относится к гидроэлектрическому генератору, в котором его КПД увеличен за счет наличия башенных труб с открытыми концами, содержащих впускные концы рядом с осью и выпускные концы рядом с периферией турбины лопастного вентилятора. Струи воды, создаваемые турбиной лопастного вентилятора, направлены на лопатки турбины на периферии лопастей вентилятора. Данное устройство особенно пригодно для установки на водотоках, таких как реки и океаны. Это сложная и низкоэффективная система из-за потерь энергии при подъеме водяного столба посредством прямого действия без концентратора потока воды. Она сложная для установки и неустойчивая.

Патент США 4236866 относится к системе для получения и регулирования энергии воздуха или морского или речного течения, включающей в себя циклонный преобразователь, состоящий из трех концентрических вращающихся корпусов, любой из них на лопастях или цилиндрических направляющих. Установленная на роликах или другая электромагнитная система делает возможным вращение упомянутого узла вокруг воображаемой или реальной геометрической оси, это система с низким КПД, поскольку она является устройством прямого действия, она демонстрирует турбулентность потока, поскольку она функционирует в плотной среде, такой как вода, энергия теряется в результате увеличения объема водяного столба в центре оборудования. Это система, которая испытывает трудности изоляции и технического обслуживания при использовании в воде.

Патент США 7105942 относится к энергетической установке с вращающимся элементом для генерирования электроэнергии в толще воды, содержащей неподвижно установленную плавающую конструкцию и множество сменных генераторных блоков, поддерживаемых посредством упомянутой конструкции, управление которыми осуществляется посредством течений воды. Это дифференциальная активная система, использующая пропеллеры с изменяющейся кривизной; генератор находится под поверхностью воды с риском воздействия влаги и просачиваний; она содержит переменный пропеллер, подверженный эрозии, она представляет собой дорогостоящий и непрочный механизм, который не является самоустанавливающимся.

Патент США 7471009 относится к устройству, которое описано как турбина для генерирования электроэнергии из текучей среды, например, воды или воздуха, содержащая по меньшей мере один дисковый ротор с множеством лопаток в «гидрокрыле», установочные лопасти, цилиндрический корпус и генерирующие средства. Она представляет собой дифференциальную активную систему с генератором, содержащимся в конце лопаток ротора, ее использование в качестве гидравлической турбины является дорогим и демонстрирует низкий КПД, она сложна для изолирования и в случае ремонта необходимо перемещать всю систему. Крепление является усложненным и неустойчивым в водотоке; она содержит электрическое устройство, незащищенное от течений.

Патент США 8210805 относится к турбине, содержащей рабочее колесо, закрепленное на валу. Рабочее колесо содержит центральное цилиндрическое колесо, закрепленное на валу и множество лопаток, продолжающихся радиально из центра колеса. Лопатки приварены к центру колеса с концевыми пластинами на каждом конце рабочего колеса. Образованы водонепроницаемые камеры для приема воды посредством смежных лопаток, центра колеса и концевых пластин. Впускное отверстие направляет воду к ротору для его вращения. Лопатки имеют изогнутую форму, при этом отсутствует часть лопатки, продолжающаяся под самой высокой частью впускного отверстия, когда другой край лопатки выровнен с верхней частью впускного отверстия. Данная система представляет собой горизонтально-осевую турбину, которая может быть использована только на поверхности воды; она непригодна для глубоких морских течений, крепление сложное, установка трудоемкая, система дорогая и неавтоматическая.

В качестве предшествующего уровня техники также выбраны документ KR 20110136262 А и документ JP 2002322975 А.

В документе KR 20110136262 раскрыто устройство усиления ветра для ветряных двигателей с повышенным КПД, основанное на отсекании ветра, нарушающего вращение лопаток. Устройство усиления ветра для ветряных двигателей содержит блок усиления ветра и блок направления/отсекания. Блок усиления ветра содержит по меньшей мере одну усиливающую ветер лопатку (21) и обеспечивает подачу сжатого воздуха на лопатки (12) ветряного двигателя. Блок направления/отсекания расположено на ребре блока усиления ветра и направляет или отсекает ветряной поток.

В документе JP 2002322975 раскрыто устройство генерирования мощности, использующее энергию волн, приливных, отливных волн, океанского течения и ветра. Устройство генерирования мощности, использующее энергию волн, в том числе приливных и отливных волн, содержит генератор, гидравлическую турбину, подключенную к генератору, погружаемые в морскую воду лопатки, соединенные с плавучим корпусом, и привязной или швартовочный якорь для предварительной установки структуры, состоящей из вышеуказанных элементов, на морской поверхности. Другой целью устройства генерирования мощности является использование энергии ветра, данное устройство содержит генератор, ветряную турбину, напрямую соединенную с генератором и лопатки для подачи и фокусировки ветра, размещенные вокруг турбины. Документ KR 20110136262 А выбран в качестве прототипа.

Краткое описание чертежей

Вертикально-осевая ветровая и гидравлическая турбина с регулированием потока, описанная в данном документе, способна работать в ветровом или гидравлическом режиме с регулированием потока.

Когда данная турбина работает в ветровом режиме, она изображена в приведенных ниже чертежах 1-12 и в дальнейшем она будет называться «вертикально-осевой ветровой турбиной с регулированием потока».

Фиг. 1 представляет собой вид сверху вертикально-осевой ветровой турбины с регулированием потока воздуха, в котором показаны открытые шарнирно закрепленные направляющие лопас