close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14610

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14610
(13) C1
(19)
F 03D 3/00
(2006.01)
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ
УПРАВЛЕНИЯ ОТБОРОМ МОЩНОСТИ ВЕТРОВОГО ПОТОКА
(21) Номер заявки: a 20070377
(22) 2007.04.10
(43) 2008.12.30
(71) Заявитель: Лаврентьев Николай Алексеевич (BY)
(72) Авторы: Лаврентьев Николай Алексеевич; Лаврентьева Юлия Николаевна (BY)
(73) Патентообладатель: Лаврентьев Николай Алексеевич (BY)
(56) BY a20031218, 2005.
RU 2178830 C2, 2002.
RU 2138684 C1, 1999.
RU 2111381 C1, 1998.
BY 14610 C1 2011.08.30
(57)
1. Ветроэнергетическая установка, содержащая трубчатую опору, ветророторы вертикальной оси вращения с горизонтальными крыльчатыми ветроколесами, связанными
по вертикали желобчато-геликоидными лопастями и приводным валом с редуктороммультипликатором, электрогенератором, пространственным концентратором с принудительно-поворотными, регулирующими захват ветрового потока ветроприемными экранами,
оснащенными по наружному периметру сдвоенными флюгарками, шатровый фундаментный концентратор с энергоприемными гранями на освещенной солнцем стороне, а от энергоприемных граней выполнен восходящий вдоль осей вращения ветророторов тяговый
воздуховод, соединенный с проточной полостью, подведенной от шатрового фундаментного концентратора, отличающаяся тем, что в шатровом фундаментном концентраторе выполнены проточные полости с возможностью подвода по ним теплой газовоздушной смеси
Фиг. 1
BY 14610 C1 2011.08.30
от газогенератора для уплотнения и пополнения потока, восходящего вдоль осей ветророторов по проточной полости в тяговом воздуховоде трубчатой опоры, а тяговый воздуховод при этом выполнен из каскада горизонтально-поворотных ветроприемных экранов,
регулирующих захват ветрового потока, внутри которых установлены ветророторы,
связанные по вертикали желобчато-геликоидных лопастей с приводными валами горизонтальных крыльчатых ветроколес, из которых каждое обеспечивает использование дополнительной восходящей силы газовоздушной смеси покаскадно от нижнего к верхнему
крыльчатому ветроколесу.
2. Способ управления отбором мощности ветрового потока, ометаемого ветророторами ветроэнергетической установки по п. 1, включающий формирование вихревой воронки, уплотненной по периметру в зоне, примыкающей к ветророторам, и формируемого
геликоидными непрерывными восходящими воздушными струями с принудительным
подсосом по периметру ветророторов от наветренной к подветренной зоне ветрового потока, ометаемого ветророторами, причем вихревой поток снизу вдоль разреженной вертикально-осевой зоны пониженного давления пополняют теплым восходящим потоком
перегоревшей уплотненной газо-воздушной смеси, а сверху в зоне взаимодействия вихревого потока с теплым восходящим потоком перегоревшей уплотненной газовоздушной
смеси регулируют интенсивность воздействия ветрового потока на зону взаимодействия
перегоревшей уплотненной газовоздушной смеси с геликоидными непрерывными восходящими воздушными струями, при этом вихревой поток снизу вверх вдоль разреженной
вертикально-осевой зоны пониженного давления удлиняют и регулируют интенсивность
удлинения поярусно, для этого ветровой поток направляют под углом к геликоидным ветровым струям, ометаемую поверхность расширяют относительно сформированного вихревого потока в периметре ветророторов от наветренной к подветренной зоне, а в зоне
расширения захвата ветрового потока с наветренной стороны изменяют направление ветрового потока к ветророторам за пределами наветренной зоны к вертикально-осевой зоне
ветророторов.
Изобретение относится к механике в области конструирования ветроэнергетических
установок и может быть использовано в различных областях хозяйственной деятельности.
Известен способ управления отбором мощности ветрового потока путем создания
вихревого потока во внутренней полости ветроротора, обеспечивающего подтягивание
ветрового потока внутрь ветроротора по принципу ветряного турбонасоса с дополнительным формированием вихря, уплотненного по своему периметру в зоне, примыкающей к
ветроротору, а вихрь формируют геликоидными непрерывными ветровыми струями в
форме вихревой воронки. Во внутренней полости ветроротора принудительно создают
разрежение, а на входе во внутреннюю полость ветроротора образуют принудительный
подсос воздушной массы с разрежением вдоль оси вихря [8].
Известен также способ получения электроэнергии на входе в вертикальную трубу под
воздействием восходящего в трубе воздушно-тягового, подогретого в солнечном тепловом
аккумуляторе-парнике потока воздуха [2].
Известны конструкции ветроэнергетических установок, содержащие воронкообразный
конусный концентратор с формирователями вихря на выходе из воронки при входе в трубу, надстроенной 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 редуктором2
BY 14610 C1 2011.08.30
мультипликатором и генератором [8]; определен оптимальный угол установки экрана,
направляющего ветровой поток на диафрагмы ротора Савониуса [1, с. 38; 2]. Известны
воздушно-тяговые устройства, преобразующие в электрический ток подъемную силу тяговых потоков нагретых воздушных масс, восходящих в трубе высотой 0,5…1,0 км и содержащих электрогенератор с приводом от воздушной турбины, установленный внутри
трубы.
Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ
получения энергии под воздействием восходящего в трубе воздушно-тягового подогретого потока воздуха воздушно-вакуумной электростанцией [4] для производства электроэнергии, содержащей вертикальную трубу, установленную на опоре, размещенную на
входе в трубу воздушную турбину с электрогенератором, трансформатором и теплоэлектронагревательными элементами для подогрева воздушного потока в трубе; опора трубы
выполнена в виде помещения с двумя этажами.
Достоинство известных способа и устройства заключается в достаточно высоком значении коэффициента использования энергии восходящего воздушного тягового потока,
воздействующего на воздушную турбину. Недостатки известных способа и конструкции
связаны с нерациональной реализацией нагрева тяговых воздушных масс, не совмещенных с другими источниками подогрева воздуха, и отсутствием оптимизации способов и
технической реализации такого совмещения.
В основу изобретения положена задача реализации способа и технического решения
выработки электроэнергии под совместным воздействием ветра и подъемной силы тяговых паровоздушных масс и оптимизации способов и технической реализации такого совмещения.
Поставленная задача решается за счет того, что ветроэнергетическая установка содержит трубчатую опору, ветроротор вертикальной оси вращения с крыльчатыми ветроколесами, связанными по вертикали желобчато-геликоидными лопастями и приводным валом
с электрогенератором, пространственным концентратором с принудительно-поворотными, регулирующими захват ветрового потока ветроприемными экранами. Трубчатая опора
выполнена в виде восходящего к ветроротору тягового паропровода с охладительным
водным бассейном градирни, содержащего под ветроротором устройство охлаждения паровоздушной смеси и устройство охлаждения воздушных масс, а электрогенератор оснащен устройством преобразования электрогенератора в электродвигатель вращения
ветроротора в попутном или реверсивном направлении ветровому потоку с регулятором
скоростей вращения ветроротора.
Целесообразно, чтобы способ управления отбором мощности ветрового потока, сметаемого ветроротором ветроэнергетической установки, включал захват ометаемого ветроротором ветрового потока, формирование вихревой воронки, уплотненной по периметру в зоне,
примыкающей к ветроротору, и формирование воздушного потока непрерывными восходящими геликоидными воздушными струями с принудительным подсосом по периметру
ветроротора от наветренной к подветренной зоне. Вихревую воронку пополняют созданными работающим в режиме производства электроэнергии ветроротором непрерывными восходящими геликоидными воздушными струями паровоздушной смеси, уплотненной в
трубчатой опоре от переполненного водой охладительного водного бассейна градирни. При
недостатке воды в охладительном водном бассейне градирни сверху в трубчатой опоре в
зоне взаимодействия захватываемого ветрового потока с восходящими геликоидными воздушными струями уплотненной паровоздушной смеси для регулирования интенсивности
взаимодействия изменяют направление воздействия геликоидных воздушных струй ветроротора на обратное и направленное вниз, при этом в зоне, примыкающей снизу, создается
нисходящий воздушный поток в виде опрокинутой вихревой воронки, насыщенной и искусственно охлажденной паровоздушной смесью из атмосферы.
3
BY 14610 C1 2011.08.30
Технологично, чтобы захватываемый ветровой поток направлялся под изменяемым
углом к геликоидным воздушным струям, при этом расширяют зону захвата ветрового потока в периметре от наветренной стороны к подветренной и в расширенной зоне захвата
ветрового потока с наветренной стороны изменяют направление его воздействия на ветроротор из-за пределов наветренной в вертикально-осевую зону к сформированному
восходящему или к сформированному нисходящему воздушным потокам, а затем направленный к геликоидным воздушным струям уплотненной воздушной смеси сформированный воздушный поток охлаждают до уровня образования в нем конденсата и пополняют
этим конденсатом охлаждаемую воду в водном бассейне градирни.
На фиг. 1 приведен общий вид ветроэнергетической установки;
на фиг. 2 - общий вид градирни;
на фиг. 3 - схема создания тягового Т потока градирней в продольном сечении;
на фиг. 4 - схема совместной работы ветрового В и тягового Т потоков в продольном
сечении ветроэнергетической установки в номинальном ветровом режиме;
на фиг. 5 - продольное сечение ветроротора с пространственным концентратором ветроэнергетической установки по фиг. 1;
на фиг. 6 - схема работы ветрового В потока в сечении Г-Г по фиг. 4;
на фиг. 7 - схема совместной работы ветрового В и тягового Т потоков в продольном
сечении ветроэнергетической установки в оптимальном ветровом режиме;
на фиг. 8 - поперечное сечение Н-Н геликоидо-желобчатой лопасти по фиг. 5;
на фиг. 9 - поперечные сечения Е-Е и К-К крыльчатой лопасти в крутке по фиг. 5.
Ветроэнергетическая установка по фиг. 1, 4 и 5 содержит трубчатую опору 1, ветроротор 2 вертикальной оси вращения с крыльчато-лопастными ветроколесами 3, связанными
по вертикали желобчато-геликоидоными лопастями 4 и приводным валом 5 с электрогенератором 6, пространственным концентратором 7 с принудительно-поворотными, регулирующими захват ветрового потока В ветроприемными поворотными экранами 8.
Привод 9 обеспечивает разворот ветроприемных поворотных экранов 8 на шарнирах 10.
По фиг. 5 обечайка 11 снаружи соединена кронштейнами 12 с шарнирами 10 поворотных ветроприемных экранов 8 и с ребрами 13, связанными с нижним кольцевым основанием 14, соединенным поребриками 15 крепления электрогенератора 6 трубчатой опоры
1. К обечайке 11 внутри крепятся тяги 16 с талрепами 17 и вертлюгом 18, центрирующими
приводной вал 5 ветроротора 2. Пространственный концентратор 7 оснащен приводом 9 с
блоком управления 19 вращением ветроприемных поворотных экранов 8 и установлен на
бандаже 20 трубчатой опоры 1.
Трубчатая опора 1 выполнена в виде восходящего к ветроротору тягового паропровода
21 с охладительным водным бассейном 22, содержащего под ветроротором устройство
охлаждения паровоздушной смеси П, например градирню 23 (фиг. 2), с завихрительным
воздухозаборником 24 и (фиг. 3) без завихрителя. Для лучшего охлаждения паровоздушной
смеси Е ветроротор 2 оснащен устройством 25 охлаждения по фиг. 4. Электрогенератор 6 к
ветроротору 2, оснащенный устройством функционального преобразования 26 электрогенератора 6 в электродвигатель 27 попутного и реверсивного вращения ветроротора 2, содержит регулятор 28 скоростей попутного и реверсивного вращения ветроротора 2.
На фиг. 8 в сечении Н-Н по фиг. 6 изображена желобчато-геликоидная лопасть 4 с желобом 30.
На фиг. 9 крыльчатые лопасти 31 крыльчато-лопастных ветроколес с круткой по сечениям К-К и Н-Н по фиг. 5 имеют каплевидный аэродинамический профиль.
Работает ветроэнергетическая установка следующим образом.
Управление отбором мощности ветрового потока В, ометаемого ветроротором 2, в оптимальном ветровом режиме, когда скорость ветрового потока в зоне У достигает значений
более 8 м/с, осуществляется ограничивающим захват ветрового потока В вращением ветроприемных поворотных экранов 8 и включает формирование вихревой воронки С (фиг. 7),
4
BY 14610 C1 2011.08.30
уплотненной по периметру в зоне, примыкающей к ветроротору 2 между ребрами 13 и желобчато-геликоидными лопастями 4. Формируется вихревая воронка С геликоидными непрерывными восходящими воздушными струями П с принудительным подсосом по
периметру ветроротора от наветренной к подветренной зоне ветрового потока, ометаемого
ветроротором. Вихревую воронку снизу вдоль разреженной вертикально-осевой зоны Р пониженного давления пополняют теплым восходящим потоком уплотненной в трубчатом
пространстве паропровода 21 паровоздушной смеси П от охладительного водного бассейна
22. Сверху в зоне взаимодействия ветрового потока В с теплым восходящим потоком Е, содержащим тяговый воздушный поток Т и паровоздушную смесь П, интенсивность взаимодействия регулируют устройством регулирования скоростями 28 воздействием ветрового
потока попутно вращению ветроротора 2, через электрогенератор 6.
Управление отбором мощности ветрового потока В, ометаемого ветроротором 2, в номинальном ветровом режиме, когда скорость ветрового потока в зоне У не достигает значений более 8 м/с и формирование вихревой воронки отсутствует (фиг. 4), имеется только
завихрение шлейфа Ш уплотненной по периметру, восходящей в зону паровоздушной смеси Е к ветроротору 2 между ребрами 13 и желобчато-геликоидными лопастями 4, осуществляется расширяющим захват ветрового потока В вращением ветроприемных поворотных
экранов 8.
Ветровой поток В попутного воздействия направляют под переменным углом β к геликоидным ветровым струям Ж. Ометаемую поверхность расширяют пространственным
концентратором 7 относительно вертикально-осевой зоны в периметре ветроротора 2 от
наветренной к подветренной зоне. В зоне расширения захвата ветрового потока В с наветренной стороны, регулируя блоком управления 19, приводом 9 изменяют направление
ветрового потока В к ветроротору 2 из-за пределов наветренной зоны в вертикальноосевую зону по направлению к паровоздушной смеси Е вращением ветроприемных поворотных экранов 8.
В безветрие и при недостаточном, особенно в летнее время, охлаждении конденсируемого пара П и соответственно недостаточном пополнении воды в охладительном водном
бассейне 22 ветроротор 2 работает в режиме нагнетания охлаждаемого устройством охлаждения воздушных масс 25 до уровня образования конденсата. При этом электрогенератор 6 устройством функционального преобразования 26 переключается в режим работы
электродвигателем 27 реверсивного вращения ветроротора 2, т.е. нагнетателя воздушных
масс. Однако в дождливую погоду, особенно в ливневых условиях, возможно переключение ветроротора 2 на режим попутного направления вращения, т.е. на откачивание чрезмерно насыщенных влагой воздушных масс.
В жарких климатических условиях, особенно в ночное время, предлагаемая ветроэнергетическая установка может использоваться функционально по другому назначению,
преимущественно для сбора и поставки потребителям конденсатной воды.
Источники информации:
1. Аэродинамический завихритель для повышения охлаждающей способности градирен тепловых и атомных электростанций. Новые аспекты влияния тепловых и атомных
электростанций на экологию. - Минск: Государственное научное учреждение "Институт
тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова" НАН Беларуси, 2001. - С. 14.
2. Шибалова А.М. и др. О роли нетрадиционных возобновляемых энергоисточников в
развитии энергетики: Обзорная информация. Серия 44.09. Энергоресурсы. Выпуск 1. Ветроэнергетика. - Мн.: БелНИИНТИ, 1991. - С. 38, 52…53, рис. 8.
3. Солнечная башня. Чудеса XXI века. - М.: Комсомольская правда в Белоруссии,
22.09.2002.
4. Патент России 2111381 C1, МПК 6 F 03D 3/04 (05.04.1994). Воздушно-вакуумная
электростанция для производства электроэнергии.
5
BY 14610 C1 2011.08.30
5. Патент Германии 303376, МПК F 03D 9/00 (03.09.1989). Ветроэнергетическая установка.
6. А.с. СССР 1451329. Ветроэнергетическая установка // БИ. - № 2. - 1989.
7. Патент России 2138684, МПК 6 F 03D 7/00 (23.06.1998). Устройство для переработки
воздушных потоков для производства электроэнергии.
8. Патент России 2178830 C2, МПК 7 F 03D/00 (09.09.1999). Способ управления отбором мощностью ветрового потока и ветроэнергетическое устройство.
9. Патент России 10426, доп. к RU 1654, 88 с., 1 и 21C, 50D (30.09.1926). Ветроэнергетическое устройство.
10. Патент Беларуси 9025, МПК 7 F 03D 3/00. Ветроэнергетическая установка.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
6
BY 14610 C1 2011.08.30
Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
Фиг. 9
7
BY 14610 C1 2011.08.30
Фиг. 10
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 388 Кб
Теги
by14610, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа