Ортогональный энергетический агрегат двойного действия

Авторы патента:

F03D3/00 - Ветряные двигатели с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра (регулирование F03D 7/00)

Владельцы патента RU 2661221:

Лятхер Виктор Михайлович (RU)

Изобретение относится к области энергетического машиностроения. Ортогональный энергетический агрегат двойного действия содержит ортогональную турбину с одной или несколькими лопастями аэродинамического профиля, установленными посредством траверс на концевых полувалах, и электрогенератор, вал которого соединен с одним из полувалов ортогональной турбины, при этом полувалы расположены соосно, а лопасти и оси полувалов ориентированы поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, при этом каждая лопасть, выполненная с аэродинамическим профилем, снабжена симметрично относительно оси вращения указанной лопасти лопастью с профилем лопасти активной турбины, также ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, и расположенную от оси вращения лопасти, выполненной с аэродинамическим профилем на расстоянии, составляющем от 0,35 до 0,5 от расстояния, на котором расположена от оси вращения лопасть с аэродинамическим профилем, причем все лопасти выполнены с выступающими над наружной поверхностью лопастей перегородками, ориентированными перпендикулярно оси вращения ортогональной турбины. Изобретение направлено на повышение производительности работы ортогонального энергетического агрегата двойного действия и предотвращения остановки турбины при снижении скорости вращения лопасти ниже оптимальной. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при сооружении электростанций на потоках воды или воздуха.

Известен энергетический агрегат, содержащий ортогональную турбину с лопастями гидродинамического профиля, установленными посредством траверс вокруг вала вдоль него, и электрогенератор, вал которого соединен с валом ортогональной турбины, а вал турбины и лопасти ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину (см. патент US №7586209, кл. F03B 13/00, опубл. 08.09.2009).

Однако конструкция данного энергетического генератора предполагает использование вспомогательного энергетического оборудования для выработки электроэнергии в случае отсутствия потока или его незначительного напора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ортогональный энергетический агрегат, содержащий ортогональную турбину с одной или несколькими лопастями аэродинамического профиля, установленными посредством траверс на концевых полувалах, и электрогенератор, вал которого соединен с одним из полувалов ортогональной турбины, при этом полувалы расположены соосно, а лопасти и оси полувалов ориентированы поперек потока, набегающего на ортогональную турбину (см. патент RU №2616334, кл. F03D 3/06, опубл. 14.04.2017).

Однако описанная выше конструкция турбины не позволяет обеспечить высокую энергетическую эффективность, что связано с тем, что максимальная тянущая сила лопастей таких турбин наблюдается в районе пересечения лопастями трассы потока. Однако возможна неустойчивость работы описанной выше турбины в режимах, когда мощность турбины ниже максимального значения, т.е. когда скорость вращения лопастей ниже оптимальной, а тормозной момент генератора слабо зависит от частоты вращения. Это вызывает затруднения с разгоном турбины из состояния покоя и может вызывать остановку турбины при ее перегрузке.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение указанных выше недостатков.

Технический результат заключается в том, что достигается повышение производительности работы ортогонального энергетического агрегата двойного действия, за счет более эффективного преобразования кинетической энергии потока среды, набегающего на лопасти ортогональной турбины в механическую энергию вращения вала ортогональной турбины и таким образом предотвращения остановки турбины при снижении скорости вращения лопасти ниже оптимальной.

Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что ортогональный энергетический агрегат двойного действия содержит ортогональную турбину с одной или несколькими лопастями аэродинамического профиля, установленными посредством траверс на концевых полувалах, и электрогенератор, вал которого соединен с одним из полувалов ортогональной турбины, при этом полувалы расположены соосно, а лопасти и оси полувалов ориентированы поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, при этом каждая лопасть, выполненная с аэродинамическим профилем, снабжена симметрично относительно оси вращения указанной лопасти лопастью с профилем лопасти активной турбины, также ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, и расположенную от оси вращения лопасти, выполненной с аэродинамическим профилем на расстоянии, составляющем от 0,35 до 0,5 от расстояния, на котором расположена от оси вращения лопасть с аэродинамическим профилем, причем все лопасти выполнены с выступающими над наружной поверхностью лопастей перегородками, ориентированными перпендикулярно оси вращения ортогональной турбины.

Лопасти предпочтительно выполнены по винтовой линии.

Лопасти предпочтительно выполнены с прямой или дугообразной хордой, изогнутой вдоль траектории движения лопастей вокруг оси их вращения.

Ортогональная турбина может быть снабжена, по меньшей мере, одной дополнительной лопастью, выполненной с аэродинамическим профилем и снабженной симметрично относительно оси вращения указанной лопасти дополнительной лопастью с профилем лопасти активной турбины.

Было выявлено, что представляется возможность использовать тянущую силу потока, плавно обтекающего носок хорошо обтекаемого аэродинамического профиля на участках его обтекания с относительно большой скоростью, и использовать толкающую силу потока, обгоняющего другую лопасть, выполненную с профилем лопасти активной турбины, также ориентированной поперек потока, и обтекающего ее с отрывом струй. Таким образом на симметрично расположенных обтекаемых лопастях, установленных с разным указанным выше расстоянием от общей для лопастей, выполненных с разным профилем, оси вращения фазы максимального действия силы набегающего на лопасти потока среды и моменты вращения различны, что улучшает энергетическую характеристику турбины и расширяет зону частот устойчивого вращения турбины.

Таким образом, использование в одной ортогональной турбине двух видов лопастей с различным профилем позволило по существу объединить в одной ортогональной турбине две различные по взаимодействию с набегающим на турбину потоком ортогональные турбины и таким образом создать ортогональный энергетический агрегат двойного действия.

Кроме того, выполнение ортогональной турбины с двумя полувалами позволило уменьшить гидравлическое сопротивление набегающему на ортогональную турбину потоку, что также способствовало улучшению энергетической характеристики ортогональной турбины.

Кроме того, выступающие над наружной поверхностью лопастей перегородки, ориентированные перпендикулярно оси вращения ортогональной турбины, препятствуют перетеканию набегающей на лопасти ортогональной турбины среды, в частности жидкости или газообразной среды, по поверхности лопасти в направлениях, параллельных оси вращения ортогональной турбины. В результате достигается повышение производительности работы ортогонального энергетического агрегата, за счет более эффективного преобразования кинетической энергии потока среды, набегающего на лопасти ортогональной турбины в механическую энергию вращения вала ортогональной турбины, а соответственно, увеличению количества вырабатываемой электрогенератором электрической энергии.

На фиг. 1 представлен ортогональный энергетический агрегат двойного действия.

На фиг. 2 схематически показано поперечное сечение описываемой ортогональной турбины.

Ортогональный энергетический агрегат двойного действия содержит ортогональную турбину 1 с одной или несколькими лопастями аэродинамического профиля 2 (на фиг. 1 показана одна лопасть аэродинамического профиля), установленными посредством траверс 3 на концевых полувалах 4, и электрогенератор 5, вал которого соединен с одним из полувалов 4 ортогональной турбины.

Полувалы 4 расположены соосно, а лопасть или лопасти аэродинамического профиля 2 и оси полувалов 4 ориентированы поперек потока, набегающего на ортогональную турбину 1.

Каждая лопасть 2, выполненная с аэродинамическим профилем, снабжена симметрично относительно оси вращения 6 указанной лопасти 2 лопастью 7 с профилем лопасти активной турбины, также ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину 1, и расположенную от оси вращения 6 лопасти 2, выполненной с аэродинамическим профилем, на расстоянии (R/3 на фиг. 1 и 2), составляющем от 0,35 до 0,5 от расстояния (R на фиг. 1 и 2), на котором расположена от оси вращения 6 лопасть с аэродинамическим профилем 2, причем все лопасти 2 и 7 выполнены с выступающими над наружной поверхностью лопастей 2 и 7 перегородками 8, ориентированными перпендикулярно оси вращения 6 ортогональной турбины 1.

Лопасти 2 и 7 предпочтительно выполнены по винтовой линии.

Лопасти 2 и 7 предпочтительно выполнены с прямой или дугообразной хордой, изогнутой вдоль траектории движения лопастей 2 и 7 вокруг оси 6 их вращения (на фиг. 2 показаны лопасти 2 и 7 с дугообразной хордой).

Ортогональная турбина может быть снабжена, по меньшей мере, одной дополнительной лопастью (не показано на чертежах), выполненной с аэродинамическим профилем и снабженной симметрично относительно оси вращения указанной лопасти дополнительной лопастью (не показано на чертежах) с профилем лопасти активной турбины.

Ортогональный энергетический агрегат двойного действия работает следующим образом.

Под действием набегающего на лопасти 2 и 7 ортогональной турбины 1 потока среды, например потока воды, лопасти 2 и 7 начинают вращаться. В результате вращения лопастей 2 ортогональной турбины 1 ее вращение передается полувалам 4 и, по крайней мере, от одного из полувалов 4 к валу электрогенератора 5 и последний начинает вырабатывать электрическую энергию, которая по кабелю (не показан) передается от электрогенератор 5а потребителю.

Настоящее изобретение может быть использовано для создания экологически чистых энергоустановок.

1. Ортогональный энергетический агрегат двойного действия, содержащий ортогональную турбину с одной или несколькими лопастями аэродинамического профиля, установленными посредством траверс на концевых полувалах, и электрогенератор, вал которого соединен с одним из полувалов ортогональной турбины, при этом полувалы расположены соосно, а лопасти и оси полувалов ориентированы поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, отличающийся тем, что каждая лопасть, выполненная с аэродинамическим профилем, снабжена симметрично относительно оси вращения указанной лопасти лопастью с профилем лопасти активной турбины, также ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, и расположенную от оси вращения лопасти, выполненной с аэродинамическим профилем на расстоянии, составляющем от 0,35 до 0,5 от расстояния, на котором расположена от оси вращения лопасть с аэродинамическим профилем, причем все лопасти выполнены с выступающими над наружной поверхностью лопастей перегородками, ориентированными перпендикулярно оси вращения ортогональной турбины.

2. Ортогональный энергетический агрегат по п. 1, отличающийся тем, что лопасти выполнены по винтовой линии.

3. Ортогональный энергетический агрегат по п. 1, отличающийся тем, что лопасти выполнены с прямой или дугообразной хордой, изогнутой вдоль траектории движения лопастей вокруг оси их вращения.

4. Ортогональный энергетический агрегат по п. 1, отличающийся тем, что ортогональная турбина снабжена, по меньшей мере, одной дополнительной лопастью, выполненной с аэродинамическим профилем и снабженной симметрично относительно оси вращения указанной лопасти дополнительной лопастью с профилем лопасти активной турбины.

Похожие патенты:

Карусельное ветроколесо // 2659680

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо содержит лопасти и демпферы, расположенные между двумя плоскостями, на которых закреплены лопасти с возможностью поворота вокруг оси.

Ротор ветродвигателя // 2656516

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ротор ветродвигателя содержит вертикальную ось, по меньшей мере одну пару лопастей, размещенных диаметрально противоположно друг другу и включающих в себя верхние и нижние ветроприемные пластины, закрепленные соответственно на верхнем и нижнем горизонтальных валах со смещением их кромок относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей на величину, обеспечивающую перекрытие расстояния между горизонтальными валами ветроприемными пластинами одной лопасти при горизонтальном положении ветроприемных пластин другой лопасти.

Вихревой ветротеплогенератор // 2656515

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Вихревой ветротеплогенератор для нагрева жидкого теплоносителя систем отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений в условиях Арктики, содержащий ортогональный ветродвигатель, преобразователь механической энергии в тепловую энергию в виде мешалки с подвижными лопастями, работающими по принципу регулятора Уатта, тепловой аккумулятор, теплообменник и трубопроводы для циркуляции теплоносителя в системах отопления различных объектов.

Ветрогенераторная башня с турбиной гиромилл (варианты) // 2654550

Изобретение относится к башне ветрогенератора (варианты). Башня ветрогенератора включает ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра, где ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии; внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие показатель относительной скорости конца лопасти (TSR) в диапазоне от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин; участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями в центре башни ветрогенератора и делится на четыре равные части относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями с первой по четвертую.

Вертикально-осевая ветротурбина // 2653641

Изобретение относится к ветроэнергетике. Вертикально-осевая ветротурбина содержит ветроротор с базой для лопастей и лопастями, закрепленный на вертикальном валу, оперение, покрытие нерабочей стороны ветроротора, соосное с валом и выполненное с возможностью ориентации по ветру оперением в горизонтальной плоскости, противовесы оперения и покрытия.

Ветроустановка с вертикальной осью // 2652262

Изобретение относится к ветроэнергетике. Устройство преобразования энергии ветра в механическую или электрическую энергию содержит основание, полую мачту, установленную на основании и расположенную вдоль вертикальной оси, по меньшей мере один модуль, имеющий общую форму тела вращения вокруг оси, расположенный коаксиально вокруг мачты и выполненный с возможностью вращения вокруг этой мачты, при этом указанный модуль содержит по меньшей мере одну лопасть, проходящую между концом, соединенным при помощи поворотной связи, и свободным концом, при этом указанная лопасть выполнена с возможностью перемещения вокруг поворотной связи между убранным положением и развернутым положением, средства перемещения лопасти между ее развернутым и убранным положениями в зависимости от углового положения этой лопасти вокруг мачты, причем указанные средства перемещения выполнены с возможностью отключения, вал, расположенный в полой мачте коаксиально с модулем, связанный во вращении с этим модулем вокруг указанной оси и взаимодействующий с преобразователем механической энергии вращения вала в механическую или электрическую энергию.

Роторный ветродвигатель // 2650014

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающееся основание, траверсы, приемники энергии и центральную стойку.

Вертикально-осевая ветровая и гидравлическая турбина с регулированием потока // 2645187

Изобретение относится к вертикально-осевой ветровой и гидравлической турбине с регулированием потока ветра или жидкости. Турбина содержит правильную шестиугольную структуру (7) радиуса R, в форме параллелепипеда, внутри которой ротор (6) с тремя или более лопатками вращается на вертикальной оси.

Ветрогидроэнергетическая установка на основе использования эффекта магнуса // 2642996

Изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики. Ветрогидроэнергетическая установка состоит из ветроколеса, содержащего вращающиеся цилиндры, из привода цилиндров, источника питания, электрогенератора, кинематически связанного с ветроколесом, причем оси цилиндров, расположенные вертикально, размещены в верхних и нижних подшипниковых опорах, соединенных с гибкими связями цилиндров.

Ветрогенераторная башня // 2642706

Изобретение относится к башне ветрогенератора. Башня ветрогенератора включает ветросборный участок и участок преобразования энергии, имеет множество уровней ветрозаборников, через которые поступает ветер, проходит далее через внутренний объем башни ветрогенератора и выводится наружу, при этом ветросборный участок имеет множество ветрозаборников и множество ветровых выходов, причем вокруг центра башни ветрогенератора радиально расположено множество ветронаправляющих стенок таким образом, что ветер, поступающий через ветрозаборники, течет радиально в направлении участка преобразования энергии через ветровые выходы, ветровая турбина с вертикальным валом, имеющая вертикальные лопасти в пространстве, образуемом в центре каждого из уровней башни ветрогенератора, установлена в участке преобразования энергии таким образом, что между ветронаправляющими стенками и вертикальными лопастями образован ветровой канал длиной не менее 1 м, и ветер, поступающий через ветрозаборники и ветровые выходы ветросборного участка, течет по ветровому каналу, образованному радиально в направлении участка преобразования энергии, и выводится наружу от башни ветрогенератора.

Преобразователь энергии потока // 2659874

Изобретение относится к энергетике, гидравлике и может быть использовано в области преобразования энергии потока жидкости во вращательное движение, с целью передачи на электрогенератор или ее аккумулирования.

Генератор тяги // 2655889

Способ, система и устройство для создания тяги с помощью вращающегося колеса с использованием насоса. Способ, система и устройство могут включать в себя топливо, которое может быть ускорено в одно или несколько отверстий на вращающемся колесе.

Береговая гидроэлектрическая установка для генерирования электрической энергии // 2644793

Изобретение относится к береговой гидроэлектрической установке для генерирования электрической энергии. Установка расположена над потоком и содержит корпусную секцию, секцию водяного колеса, подвижную секцию передачи энергии, соединенную с водяным колесом, и секцию генерирования электрической энергии.

Поплавковая блочная гидроэлектростанция на основе подливных водяных колес с активными лопастями // 2616333

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии без строительства плотин. Гидроэлектростанция содержит идентичные блоки.

Сироты плавсредство на реке // 2613072

Изобретение относится к плавсредствам, предназначенным для использования на реках. Плавсредство на реке состоит из нескольких плавсредств с закреплёнными на них турбинами для отбора кинетической энергии из течения реки.

Гидроэлектростанция // 2607142

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при производстве электроэнергии на реках. Гидроэлектростанция состоит из одного и более рядов цепочек плавучих гидротурбинных модулей, приводящих во вращение электрогенератор.

Альтернативная гидроэлектростанция // 2597378

Изобретение относится к конструкциям для получения электроэнергии из возобновляемых источников. Альтернативная гидроэлектростанция содержит водохранилище верхнего бьефа 2, конструкцию для его размещения на необходимой высоте, в которую включено здание с машинным залом, гидротурбину, устройство подвода воды к гидротурбине, ветродвигатель 7 с вертикальной осью вращения, водохранилище нижнего бьефа 1.

Преобразователь энергии "двужильный" // 2585993

Преобразователь энергии содержит плотину с уровнем воды, которая содержит по меньшей мере одно окно, которое соединяет наливную емкость с выпускной емкостью через кран.

Устройство превращения энергии свободного течения воды в электроэнергию // 2563560

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к малым гидроэлектростанциям. Устройство превращения энергии свободного течения воды в электроэнергию содержит корпус 1, в котором на валу 2 установлено гидроколесо.

Приливный и ветроэлектрический генератор с регулируемыми лопастями и повышенным кпд // 2562337

Заявленное изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики и может быть использовано для генерирования электроэнергии. Приливный и ветроэлектрический генератор содержит установочную раму (10), вертикальный вращающийся вал (20), установочные планки лопастей (30) и (30′), опорные кольца (40) и (40′), вертикальные опорные стержни (50); лопасти (60) и (60′), вертикальные опорные рамы (70), горизонтальные рамы (80), установочный элемент (20′), тросовую опору (50′), средство (90) регулирования степени развертывания лопастей, средство (100) повышения кпд генератора и генераторное средство (200), которое связано с нижним концом вертикального вращающегося вала.

Шаровой ортогональный энергетический агрегат // 2661225

Изобретение относится к области энергетического машиностроения при сооружении электростанций на потоках воды или воздуха. Шаровой ортогональный энергетический агрегат для круглого в поперечном сечении канала содержит ортогональную турбину с изогнутыми вдоль сферической поверхности лопастями, концы которых с каждой стороны закреплены в ступице, и электрогенератор, при этом каждая ступица соединена с валом или со своим концевым полувалом, вал электрогенератора соединен с валом или с полувалом ортогональной турбины, при этом полувалы ортогональной турбины расположены вдоль одной оси вращения, ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, лопасти выполнены по винтовой линии, концевые участки каждой лопасти имеют в поперечном сечении профиль лопасти активной турбины, средняя часть каждой лопасти выполнена в поперечном сечении с аэродинамическим профилем, а в месте перехода одного профиля лопасти в другой и в центральной части лопасти установлены плоские тонкие выступы, перпендикулярные оси вращения ортогональной турбины. Изобретение направлено на повышение производительности работы шарового ортогонального энергетического агрегата, за счет более эффективного преобразования кинетической энергии потока среды, набегающего на лопасти ортогональной турбины, в механическую энергию вращения вала ортогональной турбины. 3 ил.