Система вертикальной турбины с направителями потока

Изобретение относится к вертикальным генераторам электроэнергии. Система вертикальной турбины содержит вертикальную турбину (1), на которой установлен ротор (3), содержащий лопасти (4), которые соответствуют для приема флюидного потока, перекрытие (6), расположенное над турбиной (1), по крайне мере частично покрывая сверху, передний направитель флюидного потока (5) для перенаправления главного флюидного потока (X), размещенный спереди турбины (1) и частично покрывает ее, кроме того, передний направитель флюидного потока (5) сконфигурирован таким образом, чтобы перенаправлять упомянутый главный флюидный поток (X) в бок на открытые лопасти (4) турбины (1) и над перекрытием (6), а так же под турбину (1), также система вертикальной турбины дополнительно содержит задний направитель флюидного потока (10), который размещен за турбиной (1) и который сконфигурирован так, чтобы перенаправлять протекающий над перекрытием (6) флюидный поток (X'') в заднюю часть турбины (1), создавая в лопастях (4) турбины (1) вторичный флюидный поток (Y). Изобретение направлено на повышение КПД. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Данное изобретение относится к вертикальным генераторам электроэнергии, главным образом к вертикальным генераторам с направителями потока. Упомянутый генератор способен работать в разных средах - в воздухе или в воде.

Анализ технического уровня

Имеющийся технический уровень предлагает различные вертикальные ветровые генераторы. Наиболее распространенным вариантом является вертикальный ветровой генератор, содержащий вертикальную колонну или ось, на которой монтирован ротатор, на котором, в свою очередь, размещены лопасти.

Одна из основных проблем, с которой сталкиваются вертикальные ветровые генераторы, является тем, что только одна сторона лопастей ротатора производят полезное действие. Вторая сторона перемещается противоположно потоку ветра и тормозит ротатор. Таким образом, уменьшается эффективность ветрового генератора.

Для решения этой проблемы, предлагаются вертикальные ветровые генераторы, в которых сторона, работающая против ветра, покрывается ветровым направителем. Соответственно поток ветра попадает только на те лопасти ветрового генератора, которые производят эффективное действие.

Такое решение описано в патенте США № US 4017204, где сторона ротора, работающая против ветрового потока, покрыта. Поток ветра перенаправляется от турбины либо в ту часть турбины, где лопасти перемещаются в направлении потока ветра.

Известны вертикальные ветровые генераторы, которые содержат две турбины, и в которых используется ранее упомянутый принцип покрытия части, вращающейся в противоположном направлении. Соответственно между обеими турбинами внутри их размещены направители ветра. Данные решения описаны в патенте США №4156580 и в заявке Японского патента № JP 1193084 А.

Кроме того в патенте США № US 7488150 В описан вертикальный ветровой генератор с профилированным впускным каналом. Над ветровой турбиной размещен направитель потока воздуха похожий на парус, который перенаправляет поток ветра, протекающий над турбиной, в верхнюю часть турбины. Упомянутый поток ветра поступает перпендикулярно движению лопастей, что значительно уменьшает эффективность перенаправленного потока или даже исключает его.

В Австралийском патенте № AU 2005203573 B2 описан вертикальный ветровой генератор, который содержит одну полностью покрытую вертикальную турбину. Турбина открыта в части притока и выпуска ветра. Дополнительно этому в верхней части вертикальной турбины размещен направитель ветра, который перенаправляет по верху текущий воздух в турбину перпендикулярно направлению движения лопастей. Упомянутый направитель воздуха предусмотрен для ограничения скорости ротации, так как поступающий перпендикулярно лопастям поток тормозит турбину.

Изложение изобретения

Целью изобретения является создание вертикального генератора или систему вертикальной турбины, которая для полезной работы использовала бы всю вертикальную турбину, таким образом, создавая более эффективный генератор, т.е., генератор с более высоким коэффициентом полезного действия.

Упомянутая цель достигается, создав систему вертикальной турбины, которая содержит такие главные элементы как вертикальную турбину, передний направитель флюидного потока для перенаправления флюидного потока и задний направитель флюидного потока, который предназначен для перенаправления флюидного потока позади турбины, образовывая вторичный флюидный поток. Вторичный флюидный поток протекает внутри генератора противоположно главному флюидному потоку, создавая дополнительную полезную работу на турбинные лопасти.

В изобретении поток ветра или поток воды называется флюидным потоком. Соответственно указывается, что упомянутая система способна работать в воздухе, как система вертикальной ветровой турбины, или в воде, как система турбины водного потока. Соответственно упомянутую систему возможно использовать в реках, морях или других водоемах, в которых наблюдается поток водной массы.

Вертикальная ветровая турбина содержит вертикальную ось, на которой установлен ротор, на котором размещены лопасти. Упомянутые лопасти сконфигурированы таким образом, чтобы принимать на них направленный флюидный поток.

Система вертикальной турбины, содержащая перекрытие, которое размещено над турбиной, по крайне мере частично покрывая ее сверху. Дополнительно встроен передний направитель флюидного потока для перенаправления главного флюидного потока. Он размещен внутри турбины и частично покрывает ее. Кроме того, передний направитель флюидного потока сконфигурирован таким образом, чтобы перенаправлять упомянутый главный флюидный поток в бок на открытые лопасти турбины и под перекрытием, а так же под турбину. Система вертикальной турбины дополнительно содержит задний направитель флюидного потока, который размещен позади турбины, и который сконфигурирован таким образом, чтобы перенаправлять над перекрытием текущий флюидный поток в заднюю часть турбины, создавая в лопастях турбины вторичный флюидный поток.

Возможен также вариант, что система содержит две турбины, размещенные одна рядом с другой. Единственное различие от системы с одной турбиной - наличие двух турбин. Система двух турбин в своем роде образовывает зеркальное отражение системы с одной турбиной.

Система вертикальной турбины, которая дополнительно содержит две вертикальные турбины, размещенные одна рядом с другой, схоже, как в случае системы с одной турбиной, содержит перекрытие, которое размещено над турбинами, по крайней мере, частично покрывая их сверху. Передний направитель флюидного потока для перенаправления главного флюидного потока, который размещен в передней части обеих турбин и частично покрывает каждую из упомянутых турбин. Притом передний направитель флюидного потока сконфигурирован таким образом, чтобы перенаправить упомянутый главный флюидный поток на оба бока на открытые лопасти турбин и над перекрытием, а так же под турбинами. Также содержит задний направитель флюидного потока, который размещен позади турбин, и который сконфигурирован таким образом, чтобы перенаправлять над перекрытием протекающий флюидный поток в заднюю часть турбин, образовывая в лопастях турбин вторичный флюидный поток.

К тому же вертикальные оси турбин против горизонтальной плоскости могут быть направленны от 0 до 10 градусов, желательно от 0 до 5 градусов. Значение направленности определяет вторичный флюидный поток, идущий из заднего направителя флюидного потока. Желательно, чтобы вторичный флюидный поток был параллелен направлению ротации лопастей турбин.

Возможен также вариант, что направленна является не вертикальная ось турбины, а лопасти турбины. В таком случаи ось турбины перпендикулярна против горизонтальной плоскости, а лопасти направленны от 0 до 10 градусов, желательно от 0 до 5 градусов. Также в этом случаи угол направленности определяет вторичный флюидный поток, идущий из заднего направителя флюидного потока.

Передний направитель флюидного потока для перенаправления главного флюидного потока размещен в передней части турбины или обеих турбин и частично покрывает каждую из упомянутых турбин ветра. Частичное покрытие включает покрытие турбины в одну сторону от ее оси. Дополнительно к этому с передней частью предполагается часть, которая первая вступает в контакт со сверху текущим флюидным потоком, конкретно главным флюидным потоком. Кроме того, передний направитель сконфигурирован таким образом, чтобы перенаправлять упомянутый главный флюидный поток вбок на лопасти турбины и над перекрытием, а так же под турбины. В каждой стороне имеющееся турбина размещена так, чтобы вдоль боков протекающий флюид, т.е., разделенный боковой флюидный поток на лопастях, имеющихся на каждой стороне, был одинаковый.

Система турбины характерна тем, что дополнительно содержит задний направитель, который размещен за одной или обеими турбинами. Задний направитель сконфигурирован таким образом, чтобы перенаправлять над турбиной или турбинами протекающий главный флюидный поток в заднюю часть турбин, создавая в лопастях турбин вторичный флюидный поток. Наличие именно заднего направителя и конфигурация обеспечивает то, что ветровая турбина работает на полную мощность, так как используются все лопасти турбины.

Кроме того, в случае наличия двух турбин находящихся одна рядом с другой, задний направитель сконфигурирован таким образом, что главный флюидный поток перенаправляется позади турбин между вертикальных осей обеих турбин, образовывая на лопастях, имеющихся внутри системы вертикальных турбин, вторичный флюидный поток. Вторичный флюидный поток протекает, по сути, параллельно направлению ротации лопастей и противоположно главному флюидному потоку.

Возможно решение, в котором задний направитель флюидного потока содержит лопасти направления потока, которые помогают плавно перенаправить флюидный поток, входящий в задний направитель флюидного потока, в заднюю часть турбин, образовывая вторичный флюидный поток.

Дополнительно к этому, задний направитель флюидного потока в нижней части содержит выступ, который простирается под турбинами, по крайне мере частично их покрывая. Возможны варианты, когда упомянутый выступ простирается до оси турбины или турбин, или над них или заканчивается до этого.

Над самой турбиной или турбинами размещено перекрытие, которое по крайне мере частично покрывает их сверху. Кроме того, верхнее перекрытие соединено с упомянутым передним направителем флюидного потока и простирается до заднего направителя флюидного потока. Таким образом, поток, перенаправленный вверх с переднего направителя флюидного потока, протекает через перекрытие до заднего направителя флюидного потока. Флюидный поток, протекающий над перекрытием, входит в задний направитель флюидного потока, где тот переходит во вторичный флюидный поток.

Кроме того передний направитель флюидного потока сконфигурирован таким образом, что покрывает зону имеющуюся между вертикальными осями ветровых турбин, чтобы главный флюидный поток был перенаправлен только на лопасти, имеющиеся на внешних краях обеих ветровых турбин, и над турбинами. Один из вариантов допускает, что передний направитель ветра направлен вниз из турбины или турбин, таким образом дополнительно покрывая нижнюю часть системы, которая содержит дополнительно нижние боковые стены и нижнее перекрытие.

Передний направитель создан таким образом, чтобы перенаправлять вторичный флюидный поток, проходящий сквозь турбины вниз от турбин, т.е., снаружи системы.

Оба направителя флюидного потока по форме и строению сконфигурированы таким образом, чтобы потенциал бокового(-ых) флюидного(-ых) потока(-ов), протекающего снаружи вдоль одного (в случаи с одной турбиной) или обоих боков (в случаи с двумя турбинами), был бы равен вторичному флюидному потоку. Соответственно потенциал флюидных потоков, протекающих на лопастях имеющихся снаружи, равен потенциалу протекающего флюидного потока, протекающего на лопастях имеющихся внутри.

Изложение изобретения концентрированный рисунками

Приложенные рисунки иллюстрируют примеры технического решения, где каждое изображение иллюстрирует следующее:

Фиг. 1А иллюстрирует систему вертикальной турбины спереди в аксонометрии;

Фиг. 1В иллюстрирует систему вертикальной турбины сзади в аксонометрии;

Фиг. 2 иллюстрирует систему вертикальной турбины вид снизу, где особенно виден выступ 12 и нижнее перекрытие 5' и нижними боковыми стенами 5'';

Фиг. 3 иллюстрирует систему вертикальной турбины вид спереди;

Фиг. 4 иллюстрирует систему вертикальной турбины вид сбоку, где для наглядности снято боковое перекрытие, чтобы можно было видеть турбину 1 с лопастями 4;

Фиг. 5 иллюстрирует систему вертикальной турбины вид сверху;

Фиг. 6 иллюстрирует систему вертикальной турбины, характерную двумя находящимися рядом турбинами;

Фиг. 7А иллюстрирует систему вертикальной турбины вид снизу;

Фиг. 7В иллюстрирует систему вертикальной турбины вид снизу, где особенно виден выступ 12 и нижнее перекрытие 5' с нижними боковыми стенами 5'';

Фиг. 8 иллюстрирует систему вертикальной турбины вид спереди;

Фиг. 9 иллюстрирует принципиальную схему системы вертикальной турбины вид сбоку;

Фиг. 10 иллюстрирует систему вертикальной турбины вид сверху;

Фиг. 11 иллюстрирует вариант системы вертикальной турбины, где передний направитель флюидного потока 5 покрывает переднюю часть турбины 1 между осями и только от верха до низа.

Направитель переднего потока 5 не выдвигается ниже, чем плоскость нижней части ветровой турбины.

Примеры желаемых вариантов реализации

Как наблюдается от Фиг. 1А до Фиг. 5 система вертикальной турбины содержит вертикальную ветровую турбину 1. Турбина 1 содержит вертикальную ось 2, на которой установлен ротор 3 с лопастями 4, которые соответствуют для приема флюидного потока. Турбинная система содержит передний направитель флюидного потока 5 для перенаправления главного флюидного потока X и перекрытие 6 для покрытия верхней части турбины 1. Турбинная система характерна тем, что дополнительно содержит задний направитель флюидного потока 10 для приема над перекрытием 6 протекающего флюидного потока Xʺ и для перенаправления на ветровую турбину 1, образовывая вторичный флюидный поток Y. Таким образом, создается вторичный флюидный поток Y, который перемещается противоположно главному флюидному потоку X, а так же противоположно боковому флюидному потоку X'. В упомянутом варианте как флюид используется воздух.

В Фиг. 6, Фиг. 10 и Фиг. 11 иллюстрирована система вертикальной турбины, которая характерна тем, что дополнительно одной турбине 1 содержит вторую, расположенную рядом, турбину 1. Данная система вертикальной турбины содержит две, расположенные рядом, вертикальные турбины 1. Каждая турбина 1 сдержит вертикальную ось 2, на которой установлен ротор 3 с лопастями 4, которые соответствуют для приема флюидного потока. Турбинная система содержит передний направитель флюидного потока 5 для перенаправления главного флюидного потока X и перекрытие 6 для покрытия верхней части турбин 1. Турбинная система дополнительно содержит задний направитель флюидного потока 10 для приема над перекрытием 6 протекающего флюидного потока Xʺ и для перенаправления на турбины 1, образовывая вторичный флюидный поток Y. Таким образом, создается вторичный флюидный поток Y, который перемещается противоположно главному флюидному потоку X, а так же противоположно боковому флюидному потоку X'.

Упомянутый передний направитель флюидного потока 5 расположен в передней части обеих турбин 1 и частично покрывает каждую из упомянутых турбин 1. Таким образом, покрывается имеющаяся площадь между осями 2 обеих турбин 1. Открытые остаются имеющиеся на внешнем краю лопасти 4 турбин 1, на которые воздействует боковой флюидный поток X'. Передний направитель флюидного потока 5 сконфигурирован таким образом, чтобы разделять упомянутый главный флюидный поток X на несколько флюидных потоков: на два пропорциональных боковых флюидных потока X', над перекрытием 6 протекающий флюидный поток Xʺ и снизу протекающий нижний флюидный поток X'''.

Система вертикальных турбин дополняема дополнительными перекрытиями 5' и выступами 12, как это видно в Фиг. 7В. Фиг. 7А иллюстрирована система вертикальной турбины, у которой в нижней части отсутствуют перекрытия. Возможен вариант (Фиг. 7В), когда ранее описное решение дополнено выступами 12. Упомянутый задний направитель флюидного потока 10 оснащен в нижней части выступом 12. Упомянутый выступ простирается до осей 2 турбин 1, покрывая часть нижней части системы. Дополнительно система оснащена нижним перекрытием 5ʺ направителя флюидного потока 5, который также частично покрывает нижнюю часть системы. Кроме того в боках нижнего перекрытия 5ʺ устроены нижние боковые стенки 5'.

В Фиг. 8 и Фиг. 9 иллюстрирована система вертикальной ветровой турбины, где передний направитель флюидного потока 5 дополнительно направлен вниз, образовывая в нижней части системы отличающееся флюидного потока.

Данное изобретение не ограничивается настоящими описанными примерами. Специалисты отрасли могут изменить и модифицировать конкретное исполнение деталей изобретения, не отступая от смысла и объема претензий.

1. Система вертикальной турбины, которая содержит:

- вертикальную турбину (1), на которой установлен ротор (3), содержащий лопасти (4), которые соответствуют для приема флюидного потока,

- перекрытие (6), расположенное над турбиной (1), по крайней мере частично покрывающее сверху,

- передний направитель флюидного потока (5) для перенаправления главного флюидного потока (X), размещенный спереди турбины (1) и частично покрывающий ее, кроме того, передний направитель флюидного потока (5) сконфигурирован таким образом, чтобы перенаправлять упомянутый главный флюидный поток (X) в бок на открытые лопасти (4) турбины (1) и над перекрытием (6), а также под турбину (1),

также система вертикальной турбины дополнительно содержит задний направитель флюидного потока (10), который размещен за турбиной (1) и который сконфигурирован так, чтобы перенаправлять протекающий над перекрытием (6) флюидный поток (X'') в заднюю часть турбины (1), создавая в лопастях (4) турбины (1) вторичный флюидный поток (Y).

2. Система вертикальной турбины в соответствии с п. 1, в которой дополнительно содержит вторую находящуюся рядом вертикальную турбину (1).

3. Система вертикальной турбины в соответствии с п. 2, в которой задний направитель флюидного потока (10) сконфигурирован таким образом, чтобы перенаправлять протекающий над перекрытием (6) флюидный поток (X") в заднюю часть турбин (1), создавая в лопастях (4), находящихся внутри турбин (1), вторичный флюидный поток (Y), который протекает по существу параллельно направлению ротации лопастей (4) и противоположно главному флюидному потоку (X).

4. Система вертикальной турбины в соответствии с п. 2, в которой передний направитель флюидного потока (5) сконфигурирован таким образом, что, в общем, покрывает зону, имеющуюся между вертикальными осями (2) турбин (1), чтобы главный флюидный поток (X) направлялся на лопасти (4), находящиеся на наружных краях обеих турбин (1), образовывая на каждой стороне боковой флюидный поток (X').

5. Система вертикальной турбины в соответствии с п. 1, в которой передний направитель флюидного потока (5) дополнительно направлен вниз от турбины (1), образовывая дополнительные нижние боковые стены (5') и нижние перекрытия (5'').

6. Система вертикальной турбины в соответствии с п. 2 или 4, в которой передний направитель флюидного потока (5) создан таким образом, чтобы перенаправлять из турбин (1) выходящий вторичный флюидный поток (Y) вниз.

7. Система вертикальной турбины в соответствии с п. 2 или 4, в которой задний направитель флюидного потока (10) дополнительно содержит лопасти, направляющие поток, которые помогают плавно перенаправить флюидный поток, входящий в задний направитель флюидного потока, в заднюю часть турбин (1), образовывая вторичный флюидный поток (Y).

8. Система вертикальной турбины в соответствии с п. 1, в которой задний направитель флюидного потока (10) в нижней части содержит выступ (12), который простирается под турбиной (1), по крайней мере частично ее покрывая.

9. Система вертикальной турбины в соответствии с любым из пп. 1, 2, 4, в которой оба направителя флюидного потока (5, 10) по форме сконфигурированы таким образом, чтобы потенциал протекающего снаружи вдоль обоих боков бокового флюидного потока (X') был равен вторичному флюидному потоку (Y).