close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9580

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 9580
(13) C1
(19)
F 03D 1/00
F 03D 9/00
F 03G 6/00
ВЕТРОГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА КОНДЕНСАТНАЯ
(21) Номер заявки: a 20031217
(22) 2003.12.24
(43) 2005.06.30
(71) Заявитель: Лаврентьев Николай Алексеевич (BY)
(72) Авторы: Лаврентьев Николай Алексеевич; Лаврентьева Юлия Николаевна (BY)
(73) Патентообладатель: Лаврентьев Николай Алексеевич (BY)
(56) Шибалова А.М. и др. О роли нетрадиционных возобновляемых энергоисточников в развитии энергетики.
Обз. инф. Серия 44.09. Энергоресурсы.
Вып. 1, «Ветроэнергетика». - Минск:
БелНИИНТИ, 1991. - С. 52-53.
BY 4390 C1, 2002.
BY 3602 C1, 2000.
SU 1134771 A, 1985.
US 4471617 A, 1984.
FR 2532365 A1, 1984.
GB 2261705 A, 1993.
BY 9580 C1 2007.08.30
(57)
1. Ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная, содержащая ветроэнергетическую установку с вертикальным ветроротором, крыльчатые ветроколеса которого связаны
по вертикали лопастями геликоидально желобчатого исполнения, а через приводной вал с редуктором-мультипликатором и электрогенератором, шатровый концентратор и пространственный концентратор, объединенные сверху и снизу обечайками по внутреннему
периметру ветроприемных экранов, отличающаяся тем, что ветроэнергетическая установка расположена на усеченной пирамидальной опоре с энергоприемными гранями на
Фиг. 1
BY 9580 C1 2007.08.30
солнечной стороне и теплоизолированными гранями с теневой стороны; под энергоприемными гранями выполнен воздуховод с опорным энергоаккумулятором, под которым
вдоль фундамента от теневой стороны к воздуховоду подведена проточная полость; воздуховод в верхней части под шатровым концентратором выполнен с воздухозаборником,
разделенным с воздуховодом перегородкой от наружной стороны энергоприемных граней; воздухозаборник и воздуховод выполнены сходящимися под нижней обечайкой и
ветроротором, в усеченной пирамидальной опоре между теплоизолирующей гранью и
опорным энергоаккумулятором расположена холодильная установка с воздуховодами,
при этом опорный энергоаккумулятор выполнен с теплоизоляцией над проточной полостью и со стороны холодильной установки, под которой в фундаменте ниже проточной
полости выполнена связанная с системой водоснабжения емкость для сбора конденсата.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что на усеченной пирамидальной опоре в
прилегающей к фундаменту части на солнечной стороне выполнен теплоприемный навес,
под которым выполнен фундаментный энергоаккумулятор, а с теневой стороны над проточной полостью выполнен теплоизолирующий навес, примыкающий к теплоизолирующим граням.
3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что опорный энергоаккумулятор выполнен в виде водонапорной емкости для горячего теплоснабжения.
Изобретение относится к механике в области конструирования ветроэнергетических
установок и может быть использовано в различных областях хозяйственной деятельности.
Известны конструкции ветроэнергетических установок, содержащих воронкообразный
конусный концентратор с формирователями вихря на выходе из воронки при входе в трубу, надстроенную над вершиной конуса, и установленные в зоне вихря крыльчатые ветроколеса вертикальной оси вращения, связанной с редуктором-мультипликатором и генератором [3, 4, 5]. Известны также ветроэнергетическое устройство, содержащее крыльчатые
ветроколеса, к крыльям которых прикреплены геликоидальные желобчатые вихреобразующие лопасти [7], образующие цилиндроид вращения, и ветроэнергетическое устройство, содержащее составленный на опоре в вертикальный ряд комплект диафрагменных ветророторов, так называемых роторов Савониуса, связанных с редуктором-мультипликатором и генератором [8]; определен оптимальный угол установки экрана, направляющего
ветровой поток на диафрагмы ротора Савониуса [1, стр. 38; 2].
Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является ветроэнергетическая установка, называемая башней Йена [1, стр. 52-53], содержащая шатровый
конусообразный концентратор, в раструбе которого установлены крыльчатые ветроколеса
вертикальной оси вращения, связанные с редуктором-мультипликатором и генератором, а
над раструбом соосно крыльчатым ветроколесам установлен пространственный концентратор в виде цилиндроида с вертикальными щелевыми проемами и экранами.
Достоинство известного устройства заключается в достаточно высоком значении коэффициента использования энергии ветрового потока, воздействующего на ометаемую
поверхность, включая шатровый и пространственный концентраторы.
Недостатки известной конструкции связаны с непропорционально развитыми габаритами ветроэнергетической установки, вынуждающими исключать из хозяйственного оборота значительные земельные территории, и экономически неоправданными затратами на
чрезвычайно материалоемкое строительство. Эти отрицательные факторы привели к отказу от массового использования как прототипа, так и аналогичных ветроэнергетических
устройств башенного или трубчатого типа с встроенными в раструб шатрового конусообразного концентратора крыльчатыми ветроколесами вертикальной оси вращения. Кроме
того, общим недостатком, включая избранный прототип, является отсутствие работы ветроэнергетической установки при отсутствии ветра. Более того, ни один из перечисленных
2
BY 9580 C1 2007.08.30
прототипов не использует известный прием повышения мощности набегающего ветрового
горизонтального или вертикального потока путем повышения плотности воздуха за счет
увеличения влажности возле водных массивов с высокой концентрацией конденсатных
паров[1], например широко распространенные в мире ветроэнергетические установки
морского базирования на берегу моря или на прибрежном шельфе.
Показатели мощности Ne ветроэнергетических установок зависят от скорости воздействия на ветродвигатель воздушных потоков и от плотности воздушных масс (1, 2), кВт:
N e = ∫ N i dU ,
где Ne - расчетная удельная мощность ветрового потока по градациям ветра dU, Вт/м2,
∆N e
Ni = ƒi
,
100
∆Ne - удельная мощность ветрового потока в градации ветра Ui, Вт/м2:
ρ
∆N e = в U i2 ,
2
где ρв - плотность воздуха при 20 °С, 760 мм.рт.ст.; ρ = 1,226 кг/м3, зависящая от насыщенности влагой воздушного массива, т.е. влажности;
Ui - скорость ветра в градациях (штиль = 0; 1, 2, 3 и т.д.), м/с;
ƒi - распределение ветра по градациям, %;
S - площадь ометаемой ветроколесом поверхности ветрового потока, принимаемая из
технических данных ветроэнергетической установки или расчетная, м2.
В основу изобретения положена задача повышения производительности ветроэнергетической установки.
Поставленная задача решается за счет того, что ветрогелиоэнергетическая установка
конденсатная содержит ветроэнергетическую установку с вертикальным ветроротором,
крыльчатые ветроколеса которого связаны по вертикали лопастями геликоидально желобчатого исполнения, а через приводной вал - с редуктором-мультипликатором и электрогенератором, шатровый концентратор и пространственный концентратор, объединенные
сверху и снизу обечайками по внутреннему периметру ветроприемных экранов. Ветроэнергетическая установка расположена на усеченной пирамидальной опоре с энергоприемными гранями на солнечной стороне и теплоизолированными гранями с теневой стороны выполнен воздуховод с опорным энергоаккумулятором, под которым вдоль фундамента от теневой стороны к воздуховоду подведена проточная полость. Воздуховод в
верхней части под шатровым концентратором выполнен с воздухозаборником, разделенным с воздуховодом перегородкой от наружной стороны энергоприемных граней; воздухозаборник и воздуховод выполнены сходящимися под нижней обечайкой и ветроротором. В усеченной пирамидальной опоре между теплоизолирующей гранью и опорным
энергоаккумулятором расположена холодильная установка с воздуховодами, при этом
опорный энергоаккумулятор выполнен с теплоизоляцией над проточной полостью и со
стороны холодильной установки, под которой в фундаменте ниже проточной полости выполнена связанная с системой водоснабжения емкость для сбора конденсата.
Целесообразно, чтобы на усеченной пирамидальной опоре в прилегающей к фундаменту части на солнечной стороне исполнить теплоприемный навес, под которым выполнен фундаментный энергоаккумулятор, а с теневой стороны над проточной полостью выполнен теплоизолирующий навес, примыкающий к теплоизолирующим граням.
Технологично опорный энергоаккумулятор выполнить в виде водонапорной емкости
для горячего теплоснабжения.
На фиг. 1 приведен общий вид ветрогелиоэнергетической установки конденсатной;
на фиг. 2 - схема работы воздушных потоков установки;
на фиг. 3 - разрез по Б-Б усеченной пирамидальной опоры;
на фиг. 4 - вариант исполнения усеченной пирамидальной опоры в разрезе Б-Б;
на фиг. 5 - вид сверху на ветроротор (схема работы ветрового потока);
3
BY 9580 C1 2007.08.30
на фиг. 6 - общий вид варианта ветрогелиоэнергетической установки на пирамидальной опоре с конусоидальной к солнцу гранью и пристроенным к ней зданием;
на фиг. 7 - разрез по Д-Д пирамидальной опоры по фиг. 6;
на фиг. 8 - общий вид с неосвещенного солнцем торца ветрогелиоэнергетической установки по стрелке N с пристроенным к ней зданием.
Фиг. 9 предназначена для реферата.
Ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная содержит ветроэнергетическую
установку 1 с вертикальным ветроротором 2, крыльчатые ветроколеса 3 которого связаны
по вертикали лопастями 4 геликоидально желобчатого исполнения, а через приводной вал
5 - с редуктором-мультипликатором 6 и электрогенератором 7, шатровый концентратор 8
на фундаменте 9 и пространственным с ветроприемными экранами 10 концентратором 11,
объединенными сверху и снизу обечайками 12 и 13 по внутреннему периметру экранов
10. Ветроэнергетическая установка 1 установлена на усеченную пирамидальную опору 14
с энергоприемными гранями 15 на солнечной стороне и теплоизолированными гранями 16
с теневой стороны. Под энергоприемными гранями 15 выполнен восходящий к ветроротору 2 воздуховод 17 с опорным фундаментным 18 и водяным 19 энергоаккумуляторами,
под которыми к восходящему к ветроротору 2 воздуховоду 17 подведена вдоль фундамента 9 проточная полость 20 от затененной стороны к солнечной. Восходящий воздуховод
17 в верхней части под шатровым концентратором 8 выполнен с воздухозаборником 21,
отделенным перегородкой 22 от наружной стороны энергоприемных граней 15. Воздухозаборник 21 и восходящий тепловой воздуховод 17 выполнены сходящимися под нижней
обечайкой 13. Усеченная пирамидальная опора 14 содержит холодильную установку 23,
установленную с нисходящим 24 и восходящим холодильным 25, насыщенными конденсатными парами рабочим воздушным потоком X и Е в воздуховодах между теплоизолирующей гранью 16 и опорным фундаментным энергоаккумулятором 18, а опорный фундаментный энергоаккумулятор 18 выполнен с теплоизоляцией 26 со стороны холодильной
установки 23 и над проточной полостью 20. Под холодильной установкой 23 в фундаменте 9 ниже проточной полости 20 выполнена для сбора конденсата 27 емкость 28, связанная
с системой 29 водоснабжения и пополнения водяного энергоаккумулятора 19, а проточная
полость с уплотненным водяным аккумулятором 19 конденсатными парами рабочим воздушным потоком Г связана с нисходящим 24 и восходящими к ветроротору 2 воздуховодами тепловым 17 и холодильным 25.
Ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная в прилегающей к фундаменту 9
части на солнечной стороне содержит теплоприемный навес 30, а с теневой стороны к теплоизолирующим граням 16 над проточной полостью 20 примыкает теплоизолирующий
навес 31.
В условиях недостаточной солнечной активности, чтобы ветрогелиоэнергетическая
установка конденсатная на усеченной пирамидальной опоре 15 грани на солнечной стороне были объединены, фиг. 6 и 7, в форме энергоприемной грани 32 переменной конусности с минимальной величиной, близкой к вертикали со стороны восхода Z и заката W
солнца и максимально перпендикулярного угла уклона к солнечным лучам на стороне пика О солнечной активности.
В некоторых случаях (по заказу) водяной энергоаккумулятор 19 может быть выполнен
в виде водонапорной емкости 28 для горячего тепло- и водоснабжения. Для сбора конденсата холодильная установка 23 снабжена желобом 33 и сливным патрубком 34. Емкость 28
изолирована теплогидроизоляцией 35.
В зонах с высокой потребностью работы ветрогелиоэнергетической установки и, соответственно, опорного энергоаккумулятора 20 в ночное время энергоприемные грани 15,
фиг. 3, и 32, фиг. 7, выполненные металлическими, могут быть заменены на остекление
36, фиг. 4.
Для разделения воздействия восходящих воздушных потоков Т и Е с ветровым потоком предназначены воздушные заслонки 37 и 38.
4
BY 9580 C1 2007.08.30
Холодильная установка 23 содержит регулятор 39 по точке «росы», установленный на
охладителе 40, душники 41 для подсоса насыщенных парами воды потоков X воздуха в
нисходящем воздуховоде 24; заслонку 42 над восходящим холодильным воздуховодом 25,
в котором размещен радиатор 43, сбрасывающий тепло в восходящий поток Е.
Работает ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная следующим образом.
В ветреную погоду экраны 10 ветроротора 11, фиг. 5, захватывая ветровой поток В,
собирают и ускоряют его движение в зоне У, воздействуя далее на лопасти 4. Крутящий
момент M1 от воздействия ветрового потока В передается через приводной вал 5 и редуктор-мультипликатор 6 к электрогенератору 7.
В солнечную погоду солнечная радиация С, воздействуя на металлическое зачерненное покрытие 44 энергоприемной грани 15 на фиг. 3, согревает воздушные массы Н и Т
над и под энергоприемными гранями 15 и теплоприемным навесом 30, вызывая их движение в воздуховоде 17 и канале 45 под воздействием выдавливания их более холодным наружным воздухом Г и Ж. Часть тепловой энергии солнца сохраняется в опорном фундаментном и водяном энергоаккумуляторах 19 и 25 и в виде тепла. Это тепло разогревает
воздушные массы Т в канале 45 и воздуховоде 17, которые в ночное время выдавливаются
вверх под воздействием холодного наружного воздуха Ж и Г. При отсутствии ветра и открытых заслонках 37 и 38 воздушные потоки Н, Т и Е концентрируются в воздухозаборнике 21 шатрового концентратора 8, воздействуют с ускорением на крыльчатые ветроколеса 3 и создают на приводном валу 4 крутящий момент М2. При соответствующих
условиях обеспечивается суммарный крутящий момент М = M1 + М2, регулируемый открытием заслонок 37 и 38.
При ограниченном потреблении энергии от ветрогелиоэнергетической установки в
дневное время взамен металлических энергоприемных граней 15 по фиг. 3 используется
остекление 35 по фиг. 4, значительно снижающее отраженное излучение от опорного
фундаментного 18 и водяного 19 аккумуляторов в атмосферу.
Для обеспечения принудительного охлаждения наружного потока воздуха Г и, как
следствие, увеличения скорости движения восходящего потока воздуха Т часть воздушных масс с затененной стороны усеченной пирамидальной опоры 14 подается к охладителю 40 холодильной установки 23 через душник 41 с регулирующей по "точке росы" заслонкой 42. Охлажденный конденсатный воздушный поток X, пополняя поток Г, ускоряет
съем конденсата с охладителя 40 в желоб 33 и далее через сливной патрубок 34 в емкость
28. Скопленная вода из емкости 31 подается через патрубок 32 и задвижку 46 в систему
водоснабжения 29. Часть воды поступает в водяной аккумулятор 19, который может использоваться как накопительная емкость горячего водоснабжения для хозяйственных
нужд. Причем, в зависимости от потребности, доля вырабатываемой воды, особенно для
районов с повышенным дефицитом пресной воды, может быть значительно повышена в
ущерб выработке электроэнергии.
Охлажденный и насыщенный влагой воздушный поток Г + Е частично выдавливает
нагретый радиатором 43 повышенной плотности воздух Е по воздуховоду 25 в зоны работы крыльчатых ветроколес 3 и геликоидных лопастей 4 ветроротора 2. Восходящий тяговый поток Т при насыщении конденсатными парами потока Г создает дополнительный
крутящий момент М3 на приводном валу 6, который при суммировании М = М1 + М2 + М3
обеспечит значительное приращение выработки электроэнергии ветрогелиоэнергетической установкой. Повышение плотности восходящего воздушного тягового потока Т за
счет насыщения его конденсатными водяными парами еще более повысит на величину М4
суммарный крутящий момент М на валу ветроротора 2, откуда М = М1 + М2 + М3 + М4.
В темное время суток остывающий поток Ж выдавливает через воздушный канал 45,
нагреваемый опорным фундаментным 18 и водяным 1 тепловыми аккумуляторами, более
легкий воздух Т, поддерживая работу ветроротора 2 и, соответственно, выработку электроэнергии и накопление в емкости 28 конденсатной воды 27.
5
BY 9580 C1 2007.08.30
Предлагаемое и реализованное изобретение обеспечит электроэнергией и водой близ
расположенные жилые и небольшие производственные строения, причем с затененной
стороны ветрогелиоэнергетической установки конденсатной возможно вплотную к теплоизолированной грани 16 пристроить здание 47 жилого, хозяйственного, производственного, административного назначения, оснащенного вентиляционным каналом 48 и навесами
49 и ветроприемной крышей 50 с концентрирующим ветровой поток прогибом 51.
Источники информации:
1. Шибалова A.M. и др. О роли нетрадиционных возобновляемых энергоисточников в
развитии энергетики: Обз. инф. Серия 44.09. Энергоресурсы. Вып. 1, "Ветроэнергетика". Минск: БелНИИНТИ, 1991. - С. 38, 51, 53.
2. Абрамовский Е.Р. и др. Аэродинамика ветродвигателей. - Днепропетровск: ДГУ,
1987. - С. 168.
3. BY 4390 С1. Ветроэнергетическая установка, 2002.
4. BY 3602 С1. Ветроэнергетическая установка, 2000.
5. SU 1134771 А. Ветроэнергетическая установка, 1985.
6. US 4471617 А. Ветроэнергетическая установка, 1984.
7. FR 2532365 А1. Ветроэнергетическая установка, 1984.
8. GB 2261705 А. Ветроэнергетическая установка, 1993.
9. SU 1089289 А. Ветроэнергетическая установка, 30.04.1984.
10. RU 2178830 С2. Ветроэнергетическая установка, 09.09.1999.
11. СН 638871 А. Ветроэнергетическая установка, 14.10.1983.
12. DT 2540757 А1. Ветроэнергетическая установка, 08.04.1976.
13. DT 303376, МПК F03D 9/00. Ветроэнергетическая установка, 03.09.1982.
Фиг. 2
6
BY 9580 C1 2007.08.30
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
7
BY 9580 C1 2007.08.30
Фиг. 7
Фиг. 8
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
281 Кб
Теги
by9580, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа