ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2285149

ВИХРЕВАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

ВИХРЕВАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА "ЯЛЫНКА"

Имя изобретателя: Гусак Станислав Иванович (UA); Ганзелинский Сергей Николаевич (UA); Дементиенко Александр Викторович 
Имя патентообладателя: Гусак Станислав Иванович (UA); Ганзелинский Сергей Николаевич (UA); Дементиенко Александр Викторович
Адрес для переписки: 49005, Украина, г.Днепропетровск, ул.Симферопольская, 19, кв.64, С.И.Гусаку
Дата начала действия патента: 2004.11.16 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к вихревым ветроэнергетическим установкам, снабженным направляющими конфузорными каналами. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия (кпд) установки и обеспечении формирования стойкого вихревого потока без его срывов за счет образования на выходных отверстиях в зоне формирования вихревого потока плотного и ламинарного течения. Вихревая ветроэнергетическая установка содержит вверху в трубе ветроколесо с вертикальной осью, кинематически соединенное с преобразователем энергии в виде электрогенератора, ярусы направляющих конфузорных каналов, которые в каждом ярусе расположены спиралеподобно вокруг вертикальной оси и винтообразно вдоль нее, при этом суженные сечения каналов образуют зону формирования вихревого потока.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к вихревым ветроэнергетическим установкам, которые снабжены направляющими конфузорными каналами, и может быть использовано для получения экологически чистой электроэнергии на ветроэлектростанциях средней, большой и сверхбольшой мощности.

Известна вихревая ветроэнергетическая установка по патенту Российской Федерации №2043536, опубл. 1995.09.10, МПК 6 F 03 D 9/00, которая содержит вверху в конфузоре ветроколесо с вертикальной осью, которое кинематически соединено с преобразователем энергии, соосно с конфузором и под ним расположен на фундаменте наземный ярус направляющих конфузорных каналов, которые образованы экранами-щитами и которые расположены по касательной к цилиндрической части с равномерно расположенными входными отверстиями ветрового потока. Вертикальные стенки этой цилиндрической части создают целостное спиральное кольцо с одним выходным отверстием в зону формирования вихревого потока. При этом ветровой поток по вертикали создается конически спрофилированной поверхностью фундамента по вертикальной оси.

Основным недостатком этой установки является низкая стойкость формирования вихревого потока (его рабочего кольца), что обусловлено потерей ветровым потоком скорости при прохождении его в целостном спиральном кольце, а также наличием одного выходного отверстия в зону формирования вихревого потока.

Вторым недостатком является недостаточная скорость ветрового потока по вертикали, что обусловлено использованием для этого конически спрофилированной поверхности фундамента, что также приводит к неустойчивому формированию рабочего кольца вихревого потока.

Известная вихревая ветроэнергетическая установка по патенту Российской Федерации №2070661, опубл. 1996.12.20, МПК 6 F 03 D 3/04, которая содержит вытяжную трубу с расположенными в середине ее четырьмя ветроколесами с вертикальной осью и которые кинематически соединены с преобразователем энергии, соосно с вытяжной трубой, с внешней ее стороны, расположенны четыре яруса направляющих конфузорных каналов, которые в ярусе расположены винтообразно вдоль вертикальной оси, а вокруг нее по криволинейным в плане поверхностям, которые имеют форму цилиндрических поверхностей, при этом суженные в плане внутренние сечения направляющих конфузорных каналов соединены с соответствующими выходными отверстиями в вытяжной трубе, над которыми расположено соответствующее ветроколесо этого яруса, а широкие в плане внешние сечения направляющих конфузорных каналов являются входными отверстиями ветрового потока. В этой установке винтообразность направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси есть разница между большим наклоном их нижней поверхности вверх и меньшим наклоном их верхней поверхности вниз. Также уплотненный ветровой поток внутри каждого канала проходит вдоль внешней стороны его цилиндрической поверхности и попадает в зону формирования вихревого потока (его рабочего кольца) практически радиально.

Преимуществом этой установки относительно предыдущей есть то, что каждый направляющий конфузорный канал с цилиндрическими вертикальными поверхностями занимает лишь небольшую часть целостного круга, что тем самым снижает возможность срыва формирования вихревого потока.

Вместе с тем и эта установка имеет низкую стойкость формирования вихревого потока (его рабочего кольца), что обусловлено использованием цилиндрической формы вертикальных поверхностей, с вогнутостью к вертикальной оси, в направляющих конфузорных каналах, при которой уплотненный ветровой поток попадает в зону формирования вихревого потока практически радиально.

Низкая стойкость формирования вихревого потока (его рабочего кольца) обусловлена и возможным срывом вихревого кольца в верхней части каждого яруса после прохождения и отдачи своей энергии на ветроколесе этого яруса из-за уменьшения кинетической энергии вихревого потока при этом.

Вторым недостатком этой установки является то, что части каждого направляющего конфузорного канала, в области их входных отверстий, имеют в плане цилиндрическую форму, что уменьшает общую площадь ветрового потока в этих отверстиях и, как следствие, уменьшается скорость ветрового потока в зоне формирования вихревого потока.

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является вихревая ветроэнергетическая установка по патенту Российской Федерации №2059881, опубл. 1995.05.10, МПК 6 F 03 D 9/00, которая содержит расположенное вверху в трубе по крайней мере одно ветроколесо, которое кинематически соединено с преобразователем энергии, под трубой первый ярус направляющих конфузорных каналов, которые в ярусе расположены винтообразно вдоль вертикальной оси, а вокруг нее - по криволинейным поверхностям внешней и внутренней сторон каждого направляющего конфузорного канала, при этом суженные в плане сечения направляющих конфузорных каналов являются выходными отверстиями, которые образуют вокруг вертикальной оси зону формирования вихревого потока, а широкие в плане сечения направляющих конфузорных каналов являются входными отверстиями ветрового потока. В этой установке криволинейные поверхности имеют цилиндрическую форму, которая приближается к линейной форме и имеет вогнутость от вертикальной оси. По высоте установки расположены несколько ярусов направляющих конфузорных каналов, причем первая часть их расположена под трубой с ветроколесом, а вторая часть - на уровне с ней и обеспечивает подсасывание ветрового потока для создания над ветроколесом разрежения.

Преимуществом этого прототипа относительно предыдущей установки является уменьшение возможности срыва формирования вихревого потока (его рабочего кольца) за счет выполнения криволинейных поверхностей цилиндрической формы с вогнутостью от вертикальной оси.

Вместе с тем и эта установка не обеспечивает достаточного снижения возможности срыва формирования вихревого потока (его рабочего кольца), что обусловлено тем, что при цилиндрической форме выполнения внешней и внутренней сторон направляющих конфузорных каналов с вогнутостью от вертикальной оси ветровой поток вдоль обеих этих сторон объединяется под острым углом в выходных отверстиях направляющих конфузорных каналов. А это характеризуется нестационарностью линий потока, их резкими выгибаниями и, как следствие этого, образованием вторичных вихревых течений, что приводит или к срыву формирования вихревого потока в зоне его формирования или к потере им энергии и снижению кпд установки.

В основу изобретения положена задача создания эффективной вихревой ветроэнергетической установки путем обеспечения в выходных отверстиях каждого направляющего конфузорного канала ламинарного потока для формирования стойкого вихревого потока, без его срывов, что в свою очередь, позволит повысить энергию этого потока и повысить кпд установки. Кроме того, обеспечивается повышение захватывания объема ветрового потока, снижается возможность запирания его по высоте в зоне формирования вихревого потока без его срывов.

Поставленная задача решается тем, что вихревая ветроэнергетическая установка, содержащая расположенное вверху в трубе по крайней мере одно ветроколесо, которое кинематически соединено с преобразователем энергии, под трубой первый ярус направляющих конфузорных каналов, которые в ярусе расположены винтообразно вдоль вертикальной оси, а вокруг нее - по криволинейным поверхностям внешней и внутренней сторон каждого направляющего конфузорного канала, при этом суженные в плане сечения направляющих конфузорных каналов являются выходными отверстиями, которые образуют вокруг вертикальной оси зону формирования вихревого потока, а широкие в плане сечения направляющих конфузорных каналов являются входными отверстиями ветрового потока. В установке криволинейные поверхности внешней и внутренней сторон каждого направляющего конфузорного канала вокруг вертикальной оси выполнены спиралеподобно. Кроме того, относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси увеличивается в ярусе от одного направляющего конфузорного канала ко второму вокруг вертикальной оси. Каждый направляющий конфузорный канал в вертикальной плоскости выполнен суженным от входного отверстия к выходному. При этом спиралеподобная часть каждого направляющего конфузорного канала в области входных отверстий плавно переходит в радиальную часть. А радиальная часть внешней стороны каждого направляющего конфузорного канала выполнена с возможностью ее дополнительного регулируемого радиального увеличения. Кроме того, на внутренней поверхности спиралеподобной внешней стороны каждого направляющего конфузорного канала, вдоль ветрового потока, расположены пластины обтекаемой формы, высота которых плавно от нуля увеличивается в направлении зоны формирования вихревого потока. Внутреннее сечение каждого направляющего конфузорного канала выполнено со скругленными углами. А в суженном в плане сечении каждого направляющего конфузорного канала расположена регулируемая заслонка для обеспечения возможности перекрытия этого сечения. Также установка содержит соосно с первым ярусом направляющих конфузорных каналов по крайней мере второй ярус направляющих конфузорных каналов. При этом все ярусы направляющих конфузорных каналов выполнены в виде срезанного конуса, верхняя и нижняя поверхности которого имеют форму кольца также срезанного конуса, при этом нижняя большая поверхность верхнего яруса направляющих конфузорных каналов соединена с меньшей верхней поверхностью нижнего яруса направляющих конфузорных каналов. А зона формирования вихревого потока выполнена суженной от низа установки к ее верху. Относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси увеличивается от одного яруса ко второму в направлении вверх. В ярусах направляющих конфузорных каналов снизу вверх количество направляющих конфузорных каналов уменьшается. Вверху трубы расположен раструб с рассекателями вихревого потока. Кроме того, направляющие конфузорные каналы спиралеподобно расположены вокруг вертикальной оси против хода часовой стрелки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки в южном полушарии Земли. При этом относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси увеличивается в каждом ярусе от одного направляющего конфузорного канала ко второму и от одного яруса ко второму в направлении вверх против хода часовой стрелки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки в южном полушарии Земли.

Выполнение криволинейных поверхностей внешней и внутренней сторон каждого направляющего конфузорного канала вокруг вертикальной оси спиралеподобными позволяет обеспечить ламинарное течение ветрового потока как в каждом направляющем конфузорному канале, так и в их выходных отверстиях, которыми являются суженные в плане внутренние сечения каждого направляющего конфузорного канала на границе в зону формирования вихревого потока в виде рабочего кольца. Это обеспечивается тем, что при прохождении ветрового потока по спиралеподобному направляющему конфузорному каналу он за счет тангенциальных сил инерции уплотняется вдоль внешней стороны его спиралеподобной части. Такой уплотненный поток и поступает в зону формирования вихревого потока, что обеспечивает снижение возможности создания вторичных вихревых течений и, как следствие этого, обеспечивает более стойкое формирование кольца вихревого потока в этой рабочей зоне. А это также позволяет повысить энергию этого кольцевого рабочего потока как за счет снижения вторичных вихревых течений, так и потому что в уплотненном потоке все составляющие его проходят параллельно друг другу и линейно складываются, а не под углом, как это имеет место в прототипе, кпд установки при этом увеличивается.

Выполнение относительно горизонтальной плоскости угла винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси таким, что увеличивается в ярусе от одного направляющего конфузорного канала ко второму вокруг вертикальной оси, позволяет плавно повысить скорость рабочего кольца вихревого потока по высоте в пределах одного яруса, что тем самым также способствует стойкому формированию и перемещению этого рабочего кольца по высоте, без его срывов.

Выполнение каждого направляющего конфузорного канала в вертикальной плоскости суживающим от входного отверстия к выходному позволяет выполнить уплотнение ветрового потока по высоте этого канала и тем самым еще повысить стойкость формирования вихревого потока в виде его рабочего кольца.

Выполнение с плавным переходом спиралеподобной части каждого направляющего конфузорного канала в области входных отверстий в радиальную часть позволяет повысить объем захватывания установкой внешнего ветрового потока.

Выполнение радиальной части спиралеподобной внешней стороны каждого направляющего конфузорного канала с возможностью ее дополнительного регулируемого радиального увеличения позволяет также осуществить регулируемое увеличение объема захватывания ветрового потока при уменьшении его скорости.

Выполнение на внутренней поверхности спиралеподобной внешней стороны каждого направляющего конфузорного канала вдоль ветрового потока пластин обтекаемой формы позволяет повысить ламинарность течения уплотненного вдоль внешней стороны спиралеподобной части каждого направляющего конфузорного канала, что еще больше уменьшает возможность создания вторичных вихревых течений. А это также обеспечивает еще более стойкое формирование, без срывов, рабочего кольца вихревого потока. А выполнение высоты этих пластин такими, что плавно от нуля увеличиваются в направлении зоны формирования ветрового потока позволяет при этом уменьшить их сопротивление ветровому потоку.

Выполнение внутреннего сечения каждого направляющего конфузорного канала со скругленными углами или элипсовидными также позволяет уменьшить возможность создания вторичных вихревых течений и тем самым направленно на уменьшение возможности срыва рабочего кольца вихревого потока.

Расположение регулируемой заслонки в суженном в плане сечении каждого направляющего конфузорного канала позволяет уменьшить или совсем перекрыть выходные отверстия в зону формирования вихревого потока при повышении величины внешнего ветрового потока к штормовому.

Выполнение соосно с первым ярусом направляющих конфузорных каналов по крайней мере второго яруса направляющих конфузорных каналов позволит выполнить установку многоярусной, что в свою очередь позволит использовать не только приземные малоскоростные ветровые потоки, но и ветровые потоки с большей скоростью на высоте.

Выполнение всех ярусов направляющих конфузорных каналов в виде срезанного конуса, верхняя и нижняя поверхности которых имеют также форму срезанного конуса в виде кольца, причем нижняя большая поверхность верхнего яруса соединена с меньшей верхней поверхностью нижнего яруса, позволяет выполнить установку в виде как срезанного конуса всей установки, так и с одинаковыми широкими конусами, расположенными ступенчато в нижней части установки, где действуют малоскоростные ветровые потоки, и в виде срезанного конуса в верхней ее части. Это обеспечивает захватывания большего объема ветрового потока по высоте для поддержки стойкого рабочего кольца вихревого потока в зоне формирования вихревого потока.

Выполнение зоны формирования вихревого потока суженной от низа установки к ее верху позволяет обеспечить повышение уплотнения рабочего кольца вихревого потока в этой зоне по высоте с максимальным повышением его энергии вверху, в зоне расположения ветроколеса, которое может быть выполнено в виде нескольких турбин, расположеных на вертикальной оси в трубе одна над одной.

Выполнение относительно горизонтальной плоскости угла винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси таким, что увеличивается от одного яруса ко второму в направлении вверх установки, позволяет с высотой повышать вертикальную скорость перемещения рабочего кольца вихревого потока, что тем самым снижает возможность запирания по высоте зоны формирования вихревого потока, которое обусловлено разными скоростями внешнего ветрового потока внизу и вверху многоярусной установки. А это способствует оптимизации перемещение вихревого потока по высоте установки, без срывов этого потока.

Выполнение установки, в которой количество направляющих конфузорных каналов в ярусах уменьшается по высоте установки, также направлено на снижение возможности запирания по высоте зоны формирования вихревого потока из-за разных скоростей внешнего ветрового потока внизу и вверху многоярусной установки, что также способствует оптимизации перемещение вихревого потока по высоте установки, без срывов этого потока.

Выполнение сверху трубы раструба с рассекателями позволяет рассеять отработанный вихревой поток.

Закрутка направляющих конфузорных каналов спиралеподобно вокруг вертикальной оси против хода часовой стрелки при расположении установки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки при расположении установки в южном полушарии Земли позволяет использовать для повышения закрутки ветрового потока в ярусах установки Кориолиса ускорения, которое обусловлено вращением Земли.

А выполнение относительно горизонтальной плоскости угла винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси таким, что увеличивается в каждом ярусе от одного направляющего конфузорного канала ко второму и от одного яруса ко второму ярусу в направлении вверх установки против хода часовой стрелки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки в южном полушарии Земли, позволяет также использовать для повышения скорости рабочего кольца вихревого потока по высоте установки Кориолиса ускорения.

Изложенное выше подтверждает наличие причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом.

Данная совокупность существенных признаков позволяет по сравнению с прототипом вихревой ветроэнергетической установки обеспечить формирование стойкого вихревого потока в виде рабочего кольца без его срывов за счет обеспечения в выходных отверстиях каждого направляющего конфузорного канала уплотненного и ламинарного ветрового потока. А это обеспечивает повышение энергии этого потока и соответствующее повышение кпд установки. Кроме того, обеспечивается повышение захватывания объема ветрового потока с возможностью регулирования этого повышения. Также обеспечивается снижение возможности запирания по высоте зоны формирования вихревого потока без его срывов. Обеспечивается и повышение уплотнения рабочего кольца вихревого потока по высоте установки.

По мнению авторов, заявляемое техническое решение отвечает критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень", потому что совокупность существенных признаков, которые характеризуют заявляемую вихревую ветроэнергетическую установку, является новой и не вытекает явным образом из известного уровня техники.

ВИХРЕВАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА "ЯЛЫНКА"
 
ВИХРЕВАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА "ЯЛЫНКА"
 

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых одинаковые элементы имеют одинаковые цифровые обозначения и где на фиг.1 изображена вихревая ветроэнергетическая установка, общий вид; на фиг.2 - то же, разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - то же, вертикальный разрез на фиг.1, без направляющих конфузорных каналов; на фиг.4 изображено расположение регулируемой заслонки в выходном отверстии; на фиг.5 изображено расположение дополнительной радиальной плоскости на внешней стороне каждого направляющего конфузорного канала.

Предпочтительный вариант вихревой ветроэнергетической установки в соответствии с фиг.1, 2, 3, выполнен в виде многоярусной установки пирамидоподобной формы, например семиярусной, которая содержит расположенную вверху вертикальную трубу 1, в середине которой расположено на вертикальной оси 2 ветроколесо 3, которое кинематически соединено с преобразователем (не показано) энергии, соосно с трубой 1 и ветроколесом 3 и под ними на фундаменте 4 расположены ярусы 5-11 с зоной 12 формирования вихревого потока в виде рабочего кольца. В каждом ярусе 5-11 спиралеподобно в плане вокруг оси 2 и винтообразно вдоль нее расположены направляющие конфузорные (суженные) каналы (НКК) 13-19, каждый из которых имеет внешнюю 20 и внутреннюю 21 вертикальные стороны, криволинейные в плане поверхности которых в соответствии с фиг.2 выполнены спиралеподобно. Каждый НКК 13-19 имеет соответствующие входные 22 и выходные 23 отверстия. При этом в области входных отверстий 22 спиралеподобная часть каждого НКК 13-19 плавно переходит в свою радиальную часть соответственно с радиальными внешней 24 и внутренней 25 сторонами. В соответствии с фиг.5, радиальные внешние 24 стороны каждого НКК 13-19 выполнены с возможностью их дополнительного регулируемого радиального увеличения выдвиганием плоскостей 26. Вблизи каждого выходного отверстия 23, в соответствии с фиг.4, расположена регулируемая заслонка 27 для обеспечения возможности перекрытия суженного в плане сечения каждого НКК 13-19. Зона 12 формирования вихревого потока фактически является вытяжной трубой, которая выполнена суженной от низа установки к ее верху, места расположения ветроколеса 3. А в верхней части трубы 1 расположен раструб 28 с рассекателями (не показано) вихревого потока. При этом относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных НКК вдоль вертикальной оси увеличивается в каждом ярусе от одного НКК ко второму и от одного яруса ко второму в направлении вверх установки.

В качестве ветроколеса 3 применены несколько турбин, которые расположены одна над одной на вертикальной оси 2.

В качестве преобразователя энергии в предпочтительном варианте применен мощный электрогенератор с маховиком. А в другом варианте может быть применен преобразователь механической энергии вращения ветроколеса 3 в тепловую энергию или другое.

В одном из вариантов выполнения установки на внутренней поверхности 29 спиралеподобной внешней стороны 20 каждого НКК 13-19 и вдоль направления ветрового потока расположен ряд небольших по высоте пластин обтекаемой формы (не показано), высота которых плавно от нуля увеличивается в направлении зоны 12 формирования вихревого потока и которая может быть выполнена регулируемой.

Также в одном из вариантов каждый НКК 13-19 в вертикальной плоскости выполнен суженным от входных отверстий 22 к выходным отверстиям 23.

Внутреннее сечение каждого НКК 13-19 в предпочтительном варианте выполнено со скругленными углами. В других вариантах это сечение может быть выполнен в виде эллипса, круга, полуэллипса.

В одном из вариантов установка может быть выполнена в виде срезанного конуса с соответственно расположенными друг над другом ярусами 5-11 в виде также срезанных конусов пирамидальной или конусообразной верхней частью.

Также установка может быть выполнена в виде ступенчато расположенных в нижней ее части широких и одинаковых в плане ярусов, которые расположены друг над другом.

При расположении установки в северном полушарии Земли НКК направлены спиралеподобно вокруг вертикальной оси против хода часовой стрелки, а при расположении установки в южном полушарии Земли - по ходу часовой стрелки для того, чтобы использовать для ускорения в плане ветрового потока в НКК Кориолиса ускорение. При этом относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных НКК вдоль вертикальной оси увеличивается в каждом ярусе от одного НКК ко второму и от одного яруса ко второму в направлении вверх установки против хода часовой стрелки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки в южном полушарии Земли также для того, чтобы использовать Кориолиса ускорение для ускорения ветрового потока по высоте установки в зоне 12 ФВП.

Во внешних и внутренних боковых стенках НКК 13-19 могут быть выполнены технологические каналы для размещения коммуникаций и доступа для обслуживания.

ВИХРЕВАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

Поток ветра (показано стрелками) любого направления набегает на корпус установки и захватывается НКК 13-19, в которых он уплотняется за счет сужения этих каналов и закручивается по спирали. При этом скорость его перемещения повышается во столько раз, во сколько раз сечение входных отверстий 22 превышает сечение выходных отверстий 23. Через выходные отверстия 23 закрученный ветровой поток поступает в зону 12 формирования вихревого потока (ФВП) по восходящей спирали за счет винтообразного выполнения каждого НКК 13-19 вдоль вертикальной оси 2. В зоне 12 ФВП ветровой поток формируется в вихревое рабочее кольцо с максимальной плотностью, которое поднимается по высоте зоны 12 ФВП, которая выполняет функцию вытяжной трубы, и за счет ее сужения по высоте еще больше уплотняется. При этом скорость перемещения рабочего кольца вихревого потока по высоте растет также и за счет увеличения угла винтообразного выполнения, как в каждом верхнем ярусе НКК по сравнению с нижним, так и увеличения этого угла в соседних НКК в каждом ярусе, что способствует отсутствию запирания перемещения рабочего кольца вихревого потока по высоте зоны 12 ФВП. В вертикальной трубе 1 энергия рабочего кольца вихревого потока превращается в энергию вращения ветроколеса 3 и далее в электрогенераторе - в электрическую энергию.

При росте скорости вращения рабочего кольца вихревого потока имеет место подсасывания ветрового потока из всех НКК 13-19, что еще больше повышает энергию этого рабочего кольца.

Энергия рабочего кольца также повышается и за счет большего захватывания ветрового потока радиальными частями НКК 13-19, которые дополнительно радиально еще увеличиваются выдвиганием плоскостей 26 при уменьшении скорости ветрового потока.

При росте скорости ветрового потока выше критической в каждом НКК 13-19 выдвигаются заслонки 27, которые частично или полностью перекрывают выходные отверстия 23 для обеспечения поступления только необходимого объема ветрового потока на ветроколесо 3, что обеспечивает работу электрогенератора в номинальном режиме.

При выполнении установки, в которой от яруса к ярусу количество НКК 13-19 в направлении снизу вверх снижается, также способствует отсутствию запирания перемещения рабочего кольца вихревого потока по высоте зоны 12 ФВП за счет того, что при этом учитывается большая скорость ветрового потока вверху установки, чем в нижней ее части.

Хотя здесь показаны и описаны варианты, которые признаны лучшими для осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной отрасли техники будет понятно, что можно осуществлять разнообразные изменения и модификации, и элементы можно заменять на эквивалентные не выходя при этом за пределы объема притязаний по настоящему изобретению.

Соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "промышленная применимость» подтверждается указанными примерами выполнения вихревой ветроэнергетической установки.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Вихревая ветроэнергетическая установка, содержащая расположенное вверху в трубе, по крайней мере, одно ветроколесо, которое кинематически соединено с преобразователем энергии, под трубой - первый ярус направляющих конфузорных каналов, которые в ярусе расположены винтообразно вдоль вертикальной оси, а вокруг нее - по криволинейным поверхностям внешней и внутренней сторон каждого направляющего конфузорного канала, при этом суженные в плане сечения направляющих конфузорных каналов являются выходными отверстиями, которые образуют вокруг вертикальной оси зону формирования вихревого потока, а широкие в плане сечения направляющих конфузорных каналов являются входными отверстиями ветрового потока, отличающаяся тем, что криволинейные поверхности внешней и внутренней сторон каждого направляющего конфузорного канала вокруг вертикальной оси выполнены спиралеподобно.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси увеличивается в ярусе от одного направляющего конфузорного канала ко второму вокруг вертикальной оси.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каждый направляющий конфузорный канал в вертикальной плоскости выполнен суженным от входного отверстия к выходному.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что спиралеподобная часть каждого направляющего конфузорного канала в области входных отверстий плавно переходит в радиальную часть.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что радиальная часть внешней стороны каждого направляющего конфузорного канала выполнена с возможностью ее дополнительного регулируемого радиального увеличения.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности спиралеподобной внешней стороны каждого направляющего конфузорного канала вдоль ветрового потока расположены пластины обтекаемой формы, высота которых плавно от нуля увеличивается в направлении зоны формирования вихревого потока.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутреннее сечение каждого направляющего конфузорного канала выполнено со скругленными углами.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в суженном в плане сечении каждого направляющего конфузорного канала расположена регулируемая заслонка для обеспечения возможности перекрытия этого сечения.

9. Установка по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что содержит соосно с первым ярусом направляющих конфузорных каналов, по крайней мере, второй ярус направляющих конфузорных каналов.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что все ярусы направляющих конфузорных каналов выполнены в виде срезанного конуса, верхняя и нижняя поверхности которого имеют форму кольца также срезанного конуса, при этом нижняя большая поверхность верхнего яруса направляющих конфузорных каналов соединена с меньшей верхней поверхностью нижнего яруса направляющих конфузорных каналов.

11. Установка по п.9, отличающаяся тем, что зона формирования вихревого потока выполнена суженной от низа установки к ее верху.

12. Установка по п.9, отличающаяся тем, что относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси увеличивается от одного яруса ко второму в направлении вверх.

13. Установка по п.9, отличающаяся тем, что в ярусах направляющих конфузорных каналов снизу вверх количество направляющих конфузорных каналов уменьшается.

14. Установка по п.9, отличающаяся тем, что вверху трубы расположен раструб с рассекателями вихревого потока.

15. Установка по п.9, отличающаяся тем, что направляющие конфузорные каналы спиралеподобно расположены вокруг вертикальной оси против хода часовой стрелки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки в южном полушарии Земли.

16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что относительно горизонтальной плоскости угол винтообразно расположенных направляющих конфузорных каналов вдоль вертикальной оси увеличивается в каждом ярусе от одного направляющего конфузорного канала ко второму и от одного яруса ко второму в направлении вверх против хода часовой стрелки в северном полушарии Земли или по ходу часовой стрелки в южном полушарии Земли.

Версия для печати
Дата публикации 17.01.2007гг


вверх