Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока



Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока
Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока
Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока

Владельцы патента RU 2639822:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) (RU)

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока, содержащая ветроприемное устройство с ускорителем ветрового потока, выполненным в виде трубки Вентури, отличающаяся тем, что включает в себя полый кольцевой концентратор, в котором ускоряется воздушный поток, размещенный в центре ветроприемного устройства с расположенным внутри концентратора завихрителем воздушного потока, а также вихревым эжектором потоков воздуха, состоящим из n модулей. Изобретение направлено на преобразование кинетической энергии воздушных потоков с минимальными потерями. 3 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для создания ветроэлектростанций, работающих на низкопотенциальных набегающих воздушных потоках, а также на термоиндуцированных восходящих воздушных потоках.

Известны ветродвигатели, где используемый поток воздуха формируется в устройстве в виде аэродинамической трубы Вентури, данный способ предположительно позволяет повысить мощность ветродвигателя за счет увеличения скорости потока в узком сечении конуса по сравнению с его скоростью в широком сечении у входа в раструб (патент РФ №2103545, кл. F03D 1/02, опубл. 27.01.1998, патент РФ №2101550, кл. F03B 1/04).

Недостатками данных двигателей являются низкий КПД, малое значение коэффициента использования ветра ξ вследствие образования воздушной подушки на входе в раструб за счет подпора, создаваемого ветроколесом, и обтекания частью воздушного потока конуса по его внешней поверхности.

Известны изобретения, использующие «вихревой эффект». «Вихревой эффект» был открыт Ж.Ж. Ранком (патент Франции №743111, кл. K85F 4, приоритет 1931 г., публикация в 1933 г.), а применен в промышленности в 70-е годы XX столетия Меркуловым А.П. (Вихревой эффект и его применения в технике, М.: Машиностроение, 1969 г.). «Вихревой эффект» проявляется в закрученном потоке вязкой сжимаемой жидкости или газа и реализуется в очень простом устройстве, называемом вихревой трубой. В настоящее время разработаны различные конструкции ветроустановок, принцип работы которых основан на использовании вихревого эффекта. Так, например, известны ветроустановки в которых эффективно используется энергия ветра (патент РФ №84475, МПК F03D 3/04, патент РФ №2375603 МПК F03D 7/00, патент РФ №2285149, МПК F03D 3/00). Набегающий поток воздуха даже при небольшой силе ветра преобразуется с помощью профилированных входных каналов, образованных спиралеобразными направляющими перегородками, закручивается и ускоряется. Таким образом, кинетическая энергия воздушного потока преобразуется в энергию вихря, которая, в свою очередь, преобразуется при помощи ветроколеса в механическую, а затем в электрическую энергию. Недостатками данных вихревых ветроэнергетических установок являются низкий КПД, малое значение эксергии воздушного потока ξ, а также то, что конструкции таких ветроустановок очень громоздки, металлоемки и сложны в обслуживании.

Известно физическое явление, используемое в некоторых ветроустановках, связанное со значительным падением давления внутри потока (патент DE 20201004335, МПК F02K 3/02, F05D 222074, F02K 3/025, USD 681793 S1, МПК D 23/370, CN 102966607 МПК F24H 3/04, F04F 5/16). Внешняя среда пытается выровнять возникший дисбаланс. В область низкого давления устремляется атмосферный воздух. В итоге происходит многократное возрастание расхода воздуха через кольцевой диффузор (безлопастный вентилятор), эффективность которого можно увеличить, пропуская поток воздуха через щель толщиной всего 1,3 м, расположенную по всему периметру внутренней поверхности кольца. Таким образом, создается равномерный воздушный поток без использования лопастей. Работает это устройство следующим образом, воздух всасывается в основание прибора, скапливается в полости внутри кольца, после чего мощный поток выходит из узкой щели и равномерно обтекает аэродинамический профиль. При этом в центре кольца создается область низкого давления, втягивающая и создающая направленный поток воздуха. В результате, на выходе объем воздуха увеличивается пятнадцатикратно, при этом создается мощный и равномерный воздушный поток.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является ветроэнергетическая установка с пассивным ускорителем ветрового потока (патент РФ №143120, МПК F03D 1/04, опубл. 10.06.2014). Установка содержит ускоритель ветрового потока, расположенный в центре горизонтально-осевого ветроприемного устройства и выполненный в виде трубки Вентури, на суженном участке которого установлены патрубки для всасывания наружного воздушного потока внутрь сопла.

Недостатком данной установки является то, что эффективность ветроэнергетической установки увеличивается незначительно и зависит от скорости поступающего ветрового потока.

В основу изобретения была положена задача разработки такого конструктивного решения ветроустановки, который при относительной простоте конструкции обладал бы высокой эффективностью преобразования кинетической энергии низкопотенциальных воздушных потоков и термоиндуцированных восходящих воздушных потоков и, одновременно, обеспечивал бы осуществление этого преобразования с минимальными потерями, расширяя эксплуатационные возможности предлагаемого устройства в целом.

В результате использования предлагаемого изобретения ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока, включающая горизонтально-осевое ветроколесо (ветроприемное устройство), кольцевой концентратор-ускоритель воздушного потока, размещенный в центре горизонтально-осевого ветроприемного устройства, подкачивающий и подтягивающий воздушный поток, увеличивая его скорость, содержит расположенный внутри концентратора потока завихритель этого воздушного потока, конструкция которого образована тонкостенным цилиндрическим корпусом с размещенными внутри криволинейными лопастями-направляющими, формирующими закрученный поток сплошной среды, который с минимальными потерями также формирует, закручивает, поддерживает и увеличивает скорость движения воздушного потока, а также вихревой эжектор потоков сплошной среды (потоков воздуха), конструкция которого сформирована из n модульно расположенных устройств, для генерации закрученного потока сплошной среды, каждое из которых выполнено, по меньшей мере, из двух коаксиально установленных в устройстве полых элементов, размещенных один в другом в форме усеченных конусообразных гиперболоидов вращения с размещенными внутри каналами для протекания и формирования закрученного потока, задачей которого является преобразование ветрового потока в закрученный поток с минимальными энергетическими потерями, генерации стабильного, с повышенной скоростью воздушного потока и подача его в полость кольцевого концентратора-ускорителя установки.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемая ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока, содержащая ветроприемное устройство с ускорителем ветрового потока, выполненным в виде трубки Вентури, включает в себя полый кольцевой концентратор, в котором ускоряется воздушный поток, размещенный в центре ветроприемного устройства с расположенным внутри концентратора завихрителем воздушного потока, а также вихревым эжектором потоков воздуха, состоящим из n модулей.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1., фиг. 2 и фиг. 3.

На фиг. 1 представлена общая схема ветроустановки с вихревыми преобразователями воздушного потока.

На фиг. 2 - схематическое изображение завихрителя.

На фиг. 3 - изображение вихревого эжектора потоков сплошной среды.

Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока содержит последовательно связанные между собой горизонтально-осевое ветроприемное устройство 1, размещенный в его центре активный кольцевой концентратор-ускоритель воздушного потока 2 с расположенным внутри завихрителем воздушного потока 3, а также вихревой эжектор потоков сплошной среды 4.

Такое конструктивное выполнение ветроустановки обеспечивает предлагаемому техническому решению следующие преимущества.

Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока работает следующим образом.

Ветровой поток одновременно поступает на ветроприемное устройство 1 установки и во входные каналы 5 вихревого эжектора 4, состоящего из n+1 модулей, в котором воздушный поток трансформируется в единый ускоренный и закрученный поток, поступаемый в полый концентратор-ускоритель потока 2, откуда через кольцевую узкую щель 6 этот воздушный поток эжектируется внутрь кольца в завихритель 3, в котором, закручиваясь и концентрируясь, поток значительно увеличивает скорость и, одновременно, создает большое отрицательное давление (- Δp) в «зоне разряжения» устройства.

Предлагаемое изобретение наиболее эффективно может быть промышленно реализовано при использовании в качестве источника первичной энергии низкопотенциальных и термоиндуцированных восходящих воздушных потоках со значительно увеличенной скоростью этого потока сплошной среды за счет реализации в установке вихревых аэродинамических преобразователей потоков сплошной среды: - в железнодорожном транспорте (средняя скорость набегающего потока воздуха, при отсутствии ветра 60 км/час) для автономного (аварийного) энергоснабжения; - в автомобильном транспорте для подзарядки аккумуляторов, в качестве автономного источника энергообеспечения, например, рефрижераторов; - в авиационных транспортных средствах в качестве малогабаритного автономного источника энергоснабжения и т.д.

Необходимо отметить, что с увеличением направленного набегающего воздушного потока пропорционально повышается эффективность использования вихревых аэродинамических преобразователей энергии при одновременном упрощении его конструкции и уменьшении габаритных параметров.

Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока, содержащая ветроприемное устройство с ускорителем ветрового потока, выполненным в виде трубки Вентури, отличающаяся тем, что включает в себя полый кольцевой концентратор, в котором ускоряется воздушный поток, размещенный в центре ветроприемного устройства с расположенным внутри концентратора завихрителем воздушного потока, а также вихревым эжектором потоков воздуха, состоящим из n модулей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроэнергетике. Автономная энергетическая установка, содержащая ветроэлектрогенератор башенного типа с движителем в виде трехлопастного ротора с горизонтальной осью вращения, солнечный фотоэлектрический панельный генератор, дизельный электрогенератор с блоком для плавного регулирования мощности, группу мачтовых вибрационно-индукторных электрогенераторов для резервной подпитки установки, ванадиевую проточную батарею элементов окислительно-восстановительного цикла с емкостями для анодного и катодного электролитов и циркуляционными насосами или батарею твердооксидных топливных элементов проточного типа с электролизером водорода в метан или электролизером водорода в металлогидридные соединения, насосами для закачки метана, водорода и кислорода в ресиверы, коммутатор с функцией интеллектуального управления источниками и защиты сети от коротких замыканий и перенапряжений, литий-ионную аккумуляторную батарею, при этом каждые из вышеуказанных генераторов и батарей используются как основной или как резервный источник питания потребителей по факту выработки электроэнергии или ее накопления в количестве, соответствующем потребности потребителей в энергоснабжении.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Аэростатно-привязная ветротурбина, содержащая воздухоплавательный модуль положительной плавучести из четного числа газонаполненных баллонов, уложенных поперек на арочной мостовой ферме, ветросиловые блоки, каждый с гондолой в составе планетарного мультипликатора и генератора, а также с радиально-лопастным ротором, ось вращения которого совпадает с направлением ветра, тросовые и трос-кабельная связи с наземным причальным узлом, на поворачивающейся платформе узла находятся трос-кабельная бухта и программно управляемые лебедки.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Наземно-генераторный ветродвигатель, содержащий идентичные по габаритам ортогонально-лопастные виндроторы, поднятые в воздух газонаполненной аэростатной оболочкой положительной плавучести, механизм зубчато-конической передачи вращения на гибкий вал, натянутый вниз к свободно раскачивающемуся генератору, расположенному на поворотной платформе наземного причального узла.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Виндроторный аэростатно-плавательный двигатель содержит аэростатно-плавательный модуль в составе аэростатной оболочки, ветросилового блока, включающего генератор и ортогонально-лопастные виндроторы, тросов, трос-кабеля, и причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта, при этом к днищу аэростатной оболочки в форме газонаполненного шара при помощи меридианных лент прижато кольцо с плоскостными флюгерами на кронштейнах, в диаметральной и перпендикулярной ветру плоскости кольца закреплена Н-образная рама, при этом кронштейны с плоскостными флюгерами выдвинуты под прямым углом от рамных боковин в подветренную сторону, при этом по середине горизонтальной перекладины рамы установлен генератор, горизонтальный вал которого выступает с обоих торцов генератора и сопряжен с соосными ему ортогонально-лопастными виндроторами, одинаково вынесенными за пределы рамы и вращающимися в подшипниках, встроенных в рамные боковины, при этом трос-кабель закреплен по середине горизонтальной перекладины рамы, тросы натянуты вниз к лебедкам от нижних оконечностей боковин Н-образной рамы.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Высотная ветроэнергетическая станция воздушного размещения, содержащая магнитоэлектрический генератор, ротор которого расположен вертикально и стационарно в центре неподвижной площадки, а верхний и нижний статоры смонтированы сверху и снизу неподвижной площадки, при этом статоры выполнены в виде колец торовой формы и имеют противоположные направления вращения относительно друг друга, к статорам одним концом прикреплены лопасти, другим концом лопасти шарнирно прикреплены к валу ротора, при этом лопасти и торовые кольца статоров выполнены надувными и наполнены гелием.

Изобретение относится к мобильным ветроустройствам для обеззараживания обочин разбрызгиванием. Мобильное ветроустройство для обеззараживания обочин разбрызгиванием содержит ветроколесо на вертикальной трубчатой оси с закрепленными на ней стаканом-дозатором и телескопической штангой.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроэлектроагрегат сегментного типа содержит башню, ветроколесо с горизонтальной осью вращения и роторными элементами, поворотное основание со ступичным узлом и стабилизатором, статорные элементы.

Изобретение относится к ветроколесам ветросиловых и ветроэлектроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения. Ветроколесо ветроэлектрогенератора содержит втулку, спицы, парусные лопасти.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии. Изобретение направлено на улучшение эксплуатационных характеристик за счет уменьшения массы, применения широко распространенных чашечных магнитопроводов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя механической энергии воздушного потока (например, энергии набегающего воздушного потока при использовании на подвижных локальных объектах, энергии ветра при использовании на неподвижных локальных объектах), в электрическую энергию постоянного тока.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель имеет вертикальную ось вращения, как минимум две лопасти и крепления, соединяющие лопасти и вал, в горизонтальной плоскости лопасти имеют форму вытянутой капли.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Наземно-генераторный ветродвигатель, содержащий идентичные по габаритам ортогонально-лопастные виндроторы, поднятые в воздух газонаполненной аэростатной оболочкой положительной плавучести, механизм зубчато-конической передачи вращения на гибкий вал, натянутый вниз к свободно раскачивающемуся генератору, расположенному на поворотной платформе наземного причального узла.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Виндроторный аэростатно-плавательный двигатель содержит аэростатно-плавательный модуль в составе аэростатной оболочки, ветросилового блока, включающего генератор и ортогонально-лопастные виндроторы, тросов, трос-кабеля, и причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта, при этом к днищу аэростатной оболочки в форме газонаполненного шара при помощи меридианных лент прижато кольцо с плоскостными флюгерами на кронштейнах, в диаметральной и перпендикулярной ветру плоскости кольца закреплена Н-образная рама, при этом кронштейны с плоскостными флюгерами выдвинуты под прямым углом от рамных боковин в подветренную сторону, при этом по середине горизонтальной перекладины рамы установлен генератор, горизонтальный вал которого выступает с обоих торцов генератора и сопряжен с соосными ему ортогонально-лопастными виндроторами, одинаково вынесенными за пределы рамы и вращающимися в подшипниках, встроенных в рамные боковины, при этом трос-кабель закреплен по середине горизонтальной перекладины рамы, тросы натянуты вниз к лебедкам от нижних оконечностей боковин Н-образной рамы.

Изобретения относятся к области авиационной техники и могут быть использованы в управляемых ракетах, снарядах и бомбах и других беспилотных летательных аппаратах (ЛА).

Изобретение относится к вертикально-осевым ветроэнергетическим установкам карусельного типа. Ветроэнергетическая установка содержит подставку, генератор, устройство для преобразования крутящего момента в электрическую энергию и сообщенный с ним вертикальный вал, на котором расположены не менее двух полусферических лопастей.

Изобретение относится к ветряным двигателям. Ветроэнергетическая установка содержит, по меньшей мере, одну ветротурбину и электрогенератор 1, валы которых соединены на одной оси, установленные на устройстве подвеса.

Изобретение относится к ветросиловым установкам для преобразования ветряной энергии в электрическую энергию. Автономная ветряная электростанция содержит вертикальный вал вращения (2), у которого рабочими органами являются лопасти (3), выполненные в виде части полой сферы или части полого цилиндра, закрепленные на вертикальном валу.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветроэнергетической установки (ВЭУ) с использованием ветророторов барабанного типа. Модульная ветроэнергетическая установка, содержащая вертикально установленную поворотную мачту с зафиксированными на ней двумя параллельными траверсами, концы которых соединены вертикальными перекладинами, и по меньшей мере один ветромодуль, состоящий из четырех ветророторов, объединенных в пары и установленных с двух сторон от мачты.

Изобретение относится к способу получения и использования углеводородного топлива. Способ включает либо добычу СO2 из дымового газа объекта, сжигающего покупное углеводородное топливо, либо CO2 со стороны, либо добычу СО2 из воздуха, либо одновременное или частичное использование всех трех указанных источников СО2, и включающего добычу Н2 из воды способом ее электролиза с использованием электроэнергии ветровой энергетической установки (ВЭУ), с последующим соединением СО2 и Н2, реакция которых дает углеводородное топливо.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в гидроэнергетике, но может быть использовано и в других отраслях техники. Способ придания движения рабочему колесу состоит в том, что крутящий момент образуют с максимальным использованием реакции втекающей жидкости.

Изобретение относится к ветряным двигателям. Ветротурбинная установка содержит установленный в корпусе ротор, выполненный в виде центробежной крыльчатки с лопатками, и ветроуловитель, содержащий вертикально ориентированные изогнутые в сторону ветропотока лопасти, смещенные относительно друг друга с последовательным перекрытием друг друга с образованием между ними вертикального воздуховода.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока, содержащая ветроприемное устройство с ускорителем ветрового потока, выполненным в виде трубки Вентури, отличающаяся тем, что включает в себя полый кольцевой концентратор, в котором ускоряется воздушный поток, размещенный в центре ветроприемного устройства с расположенным внутри концентратора завихрителем воздушного потока, а также вихревым эжектором потоков воздуха, состоящим из n модулей. Изобретение направлено на преобразование кинетической энергии воздушных потоков с минимальными потерями. 3 ил.

Наверх