Устройство для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию


 


Владельцы патента RU 2552635:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (RU)

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветросиловой турбине. Горизонтальная ветросиловая турбина содержит раму и средство направления потока воздуха.

Ветроэнергетическая установка относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам с вертикальной осью вращения ротора, используемым для получения механической и электрической энергии.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения воды путем конденсации ее паров из атмосферного воздуха при сохранении функции установки как электростанции в полной мере.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэлектрических станциях высокой мощности. Ветроэлектростанция, включающая модуль, содержит смонтированную в подшипниковых опорах, верхней и нижней, вертикальную ось с лопастями, платформу, смонтированную на опорах, на платформе закреплена нижняя подшипниковая опора вертикальной оси, установлен прикрывающий часть лопастей от воздействия ветра дуговой экран с по меньшей мере одним опорным колесом, сообщенным трансмиссией с двигателем, осесимметричную поверхность, взаимодействующую с колесом.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ регулирования угловой скорости вращения ветротурбины с вертикальной осью, в котором лопасти ветротурбины при изменении скорости ветра радиально перемещают, меняя расстояние между лопастью и осью вращения ветротурбины, а при ураганах принудительно приближают лопасти к оси вращения ветротурбины.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветровая электростанция на постоянном воздушном потоке включает множество ветроэнергетических установок и аэродинамическую трубу.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ регулирования величины вращающего момента, угловой скорости вращения вертикально-осевой ветротурбины, в котором лопасти ветротурбины при изменении скорости ветра радиально перемещают, меняя расстояние между лопастью и осью вращения ветротурбины.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель карусельного типа с вертикальной осью вращения содержит вертикальный вал.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям, предназначенным для преобразования энергии ветра в механическую энергию, а также для выработки электроэнергии.

Изобретение относится к ветряным двигателям. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано как ветро(гидро)генератор, не имеющий лопастей. Изобретение основано на новом принципе построения энергетической установки на базе аэродинамического элемента (1) в виде крыла. Аэродинамический элемент (1) имеет симметричный профиль с эжекционными щелями (2) на его выпуклых поверхностях. Внутри аэродинамического элемента (1) сформирован канал с входом (3) на его торцевой поверхности, соединенный с эжекционными щелями (2). Канал выполнен с возможностью подачи проходящего по нему потока воздуха на турбину, соединенную с одним или несколькими электрогенераторами. Техническим результатом изобретения является уменьшение отрицательного влияния на окружающую среду со стороны энергетической установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к турбинам на текучей среде и, в частности, к турбинам на текучей среде, имеющим вертикальную ось. Турбина (100) представляет собой имеющую вертикальную ось ветровую турбину, предназначенную для получения электроэнергии из энергии ветра. Система (100) имеет лопаточный узел (140). Узел (140) имеет лопатки (142, 144, 146, 148), выполненные с возможностью вращения вокруг оси (Y). Система (100) имеет концентратор (120), выполненный с возможностью размещения с наветренной стороны и перед возвратной стороной узла (140). Концентратор (120) может образовывать выпуклую поверхность, обращенную к ветру. Система (100) имеет регулируемый концентратор (110), выполненный с возможностью позиционирования с наветренной стороны по отношению к толкательной стороне узла (140). Концентратор (110) выполнен с возможностью перевода между первой позицией и второй позицией, причем концентратор (110) способен отклонять больше ветра к турбине (100) в первой позиции, чем во второй позиции. Изобретение направлено на увеличение КПД. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к ветродвигателям, а именно к ветродвигателям роторного типа с вертикальным валом вращения. Роторный ветродвигатель с кольцевым концентратором воздушного потока, содержащий опорную ферму, состоящую как минимум, из трех опор, к которым прикреплены соответственно верхняя и нижняя опорные площадки с отверстиями в центре. К опорным площадкам соосно с отверстиями прикреплены корпуса верхнего и нижнего подшипников. Вокруг опорной фермы установлены радиально вертикальные направители воздушного потока. Вокруг верхней и нижней опорных площадок установлены конусные направители воздушного потока. Вертикальные направители и конусные направители воздушного потока жестко скреплены с опорной фермой и между собой, образуя кольцевой концентратор воздушного потока. Опорная ферма внутри разделена дополнительными площадками с отверстиями в центре и установленными на них подшипниковыми корпусами с подшипниками на секции, количество которых равно количеству установленных в опорной ферме роторов, каждый из которых имеет свой вал. На одном конце вала имеется посадочное место под подшипник и хвостовик. На другом конце вала имеется только хвостовик. Роторы по секциям концами валов, имеющих посадочное место и хвостовик, установлены в подшипники, находящиеся в подшипниковых корпусах, установленных на опорных площадках. Концы валов роторов, расположенных в смежных секциях фермы, имеющимися хвостовиками, расположенными друг напротив друга, соединены между собой шарнирной связью. Хвостовик на конце вала ротора, установленного в верхней секции, соединен шарнирной связью с хвостовиком валика, который посадочным местом закреплен в верхнем подшипнике, находящемся на верхней опорной площадке в подшипниковом корпусе. Хвостовик, находящийся на конце вала ротора, установленного в нижней секции фермы, соединен шарнирной связью с валом потребителя механической энергии. Изобретение направлено на увеличение мощности и повышение работоспособности роторного ветродвигателя и, как следствие, на увеличение срока службы без поломок. 3 ил.

Изобретение относится к области вихревых энергетических установок. Вихревая газо-ветроэнергетическая установка содержит корпус гиперболической формы, вытяжное устройство, одноступенчатую осевую турбину, электрогенератор, входной направляющий аппарат с воздушными каналами, осесимметричный канал в основании входного направляющего аппарата. Воздушные каналы разделены вертикальными перегородками и выполнены в виде гиперболоидов вращения. Турбина соединена общим валом с ротором электрогенератора. Осесимметричный канал соединен с выхлопным газоходом газотурбинной установки и снабжен завихривающими направляющими. В верхней части корпуса расположен кожух обтекателя с размещенным в нем электрогенератором. В кольцевом газовоздушном зазоре между корпусом и кожухом обтекателя установлены лопатки осевого направляющего аппарата и одноступенчатая осевая турбина. Вытяжное устройство выполнено в виде трубы Вентури, установленной через подшипник на корпусе установки и снабженной направляющим устройством воздушного потока. Изобретение позволяет вырабатывать электроэнергию с использованием кинетической энергии потоков отходящих газов и набегающего ветрового потока. 2 ил.

Изобретение относится к способу генерации электроэнергии, использующему природную энергию, на основе накопления и хранения энергии и соответствующей системе генерации электроэнергии. Система сначала генерирует электроэнергию, используя природную энергию, такую как энергия ветра или солнечная энергия, и затем сжимает воздух или непосредственно сжимает воздух, а затем генерирует электроэнергию в электрическую энергосистему, используя сжатый воздух в качестве энергетического ресурса. Использующая объединенную энергию электростанция генерирует электроэнергию для приведения в действие устройства сжатия воздуха, а сжатый воздух затем используют в качестве аккумулирующей энергию среды и хранят сжатый воздух в устройстве для хранения воздуха. Затем сжатый воздух рассматривают как основной или вспомогательный источник энергии для другой электростанции, так что может быть реализована функция стабилизации регулирования пиковой нагрузки. Изобретение направлено на повышение производительности электростанции. 3 н. и 19 з.п. ф-лы,9 ил.
Наверх