Устройство для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию

Изобретение относится к устройствам, преобразующим кинетическую энергию ветрового потока в механическую энергию, и может быть использовано для получения электрической энергии, потенциальной энергии сжатого воздуха, потенциальной энергии жидкости. Устройство содержит раструб и расположенный в нем ротор. Ротор выполнен в виде вала с закрепленными на нем лопастями с частичным выступом их из нижней части раструба. Техническим результатом является упрощение конструкции и технологии эксплуатации. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам, преобразующим кинетическую энергию ветрового потока в механическую энергию, и может быть использовано для получения электрической энергии, потенциальной энергии сжатого воздуха, потенциальной энергии жидкости. Устройство может найти применение в качестве резервного источника электроэнергии на крышах высотных зданий, в полевых условиях для энергообеспечения силовых структур, фермерских хозяйств, ретрансляторов сотовой связи. Возможно также его применение для резервного энергообеспечения как нефтегазодобывающих платформ, так и судов.

Известные ветропреобразующие устройства, например, ветряные мельницы и на их основе лопастные современные ветроэлектростанции (А. Соловьев, Наука и жизнь, №7, 2013 г. с.42-47).

Известно устройство для преобразования энергии ветрового потока, включающее закрепленное на башне рабочее колесо (рабочий орган) с лопастями и закрепленный также на башне раструб, расположенный за колесом и содержащий боковые отверстия в виде кольцевых щелей, образованных рядом колец фигурного сечения, соединенных между собой продольными наружными полосами (а.с. СССР №40280, кл. 88 с., 1934 г.).

Наличие такого раструба позволяет создать за счет возникающего в нем разрежения перепад давления перед и за колесом и тем самым увеличить поток воздуха через ветряное колесо. Однако раструб сложен в исполнении и, кроме того, возникают технологические сложности в работе установки из-за необходимости ее ориентации по направлению ветра.

Техническим результатом является упрощение конструкции и технологии эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что устройство включает раструб и расположенный в нем ротор, выполненный в виде вала с закрепленными на нем лопастями частичным выступом их из нижней части раструба.

Предпочтительной формой раструба является усеченный конус или цилиндр, переходящий в усеченный конус.

Предпочтительным расположением ротора является его расположение по вертикальной оси раструба или параллельно ему.

Лопасти могут быть соединены с валом посредством одного или нескольких соединительных дисков.

Ротор может быть установлен на опорах с высотой опор, определяющих возможность прохождения воздуха.

Вал ротора может быть соединен с устройством нагрузки.

В качестве устройства нагрузки может быть использован генератор ЭДС.

В качестве устройства нагрузки может быть использован компрессор.

В качестве устройства нагрузки может быть использована помпа.

На фиг.1 представлен общий вид устройства в поперечном сечении, где 1 - верхняя часть раструба, 2 - нижняя часть раструба, 3 - устройство нагрузки, например генератор ЭДС, 4 - вал ротора, 5 - диск, 6 - лопасти ротора,, 7 - выступ лопастей ротора, 8 - опоры устройства, 9 - узел соединения опор с валом ротора, выполненный с возможностью осуществлять валом осевое вращение.

Устройство работает следующим образом.

При обдуве ветром выступа лопастей ротора (5) вал ротора (3) начинает вращаться, создавая перепад скоростей ветрового потока в нижней и верхней частях раструба вследствие образования вихревого потока согласно уравнению Д. Бернулли, из которого следует, что давление у основания будет выше, чем в верхней части Р₂>P₁, создавая разрежение, в результате чего образуется дополнительный воздушный поток через ротор (3). Это ведет к увеличению частоты вращения ротора и тем самым увеличению энергетических показателей преобразования (ЭДС генератора, потенциальной энергии сжатого воздуха компрессором или жидкости, перекачанной помпой, и т.д.)

Ниже приведен пример осуществления изобретения.

Пример

Установка выполнена со следующими параметрами: раструб выполнен в виде цилиндра диаметром 2200 мм и высотой 230 мм, переходящим в усеченный конус с его верхним диаметром 800 мм и высотой 450 мм, диаметр ротора с лопастями, выполненными в виде вогнутых лепестков, - 2000 мм, диаметр ротора без лопастей - 600 мм, выступ лопастей ротора из нижней части раструба составляет 60 мм, вал ротора соединен в верхней части с индукционным генератором марки ЛК 9м2 /14в 95А/ (ГОСТ 3940-84), а в нижней части с опорой высотой выступа - 400 мм.

При скорости ветра в 7 м/сек величина ЭДС составляет 470 Вт/час.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет преобразовать энергию ветра в ЭДС с мощностью, сопоставимой с классическими ветряными устройствами.

1. Устройство для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, характеризующееся тем, что включает раструб и расположенный в нем ротор, выполненный в виде вала с закрепленными на нем лопастями частичным выступом их из нижней части раструба.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что раструб выполнен в виде усеченного конуса или цилиндра, переходящего в усеченный конус.

3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что вал ротора расположен параллельно или по вертикальной оси раструба.

4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что лопасти соединены с валом посредством соединительных дисков.

5. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что ротор имеет опоры.

6. Устройство по п.5, характеризующееся тем, что высота опор определяется возможностью прохождения воздуха.

7. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что вал ротора соединен с устройством нагрузки.

8. Устройство по п.7, характеризующееся тем, что в качестве устройства нагрузки использован генератор ЭДС.

9. Устройство по п.7, характеризующееся тем, что в качестве устройства нагрузки использован компрессор.

10. Устройство по п.7, характеризующееся тем, что в качестве устройства нагрузки использована помпа.