Патент на изобретение №2367816

(54) РОТОРНАЯ ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к вихревым двигателям, преобразующим кинетическую энергию вихря в механическую, и может быть использовано при создании ветроэлектростанций и мини ГЭС, а также как привод глубинных насосов. Роторная ветроэлектростанция содержит направляющий аппарат, выполненный в виде кольца с размещенными в нем изогнутыми лопатками, и установленный в нем с зазором ротор с лопастями. Концы лопаток направляющего аппарата закреплены на внешней окружности кольца радиально, а на внутренней окружности кольца – тангенциально. В нижнем торце кольца соосно ротору выполнено обеспечивающее выход потока отверстие с диаметром, равным диаметру ротора с лопастями, а верхний торец кольца заглушен крышкой. Изобретение обеспечивает повышение полноты использования энергии газа, а также повышение КПД ветроэлектростанций (мини ГЭС). 3 ил.

Изобретение относиться к ветроэнергетике, а именно к вихревым двигателям, преобразующим кинетическую энергию вихря в механическую, и может быть использовано при создании ветроэлектростанций и мини ГЭС, а также как привод глубинных насосов.

Известен вихревой ветродвигатель, содержащий направляющий аппарат, выполненный виде кольца с размещенными в нем лопатками и ротор с лопастями, при этом концы лопаток закреплены на внешней и внутренней окружности кольца под углом, обеспечивающим свободный проход потока газа (воздуха) или жидкости (патент РФ 2182985, F03D 3/04, от 17.11.2000 г., опубл. 27.05.2002 г.).

Данный ветродвигатель не полностью использует энергию потока газа или жидкости из-за прямолинейных лопаток направляющего аппарата, что приводит к частичному срыву потока и снижению КПД вихря.

Наиболее близким по технической сущности решением является роторная ветроэлектростанция, содержащая направляющий аппарат, выполненный в виде кольца с размещенными в нем изогнутыми лопатками и ротор с лопастями, при этом концы лопаток закреплены на внешней и внутренней окружностях кольца под разными углами, обеспечивающие разные углы входа и выхода потока газа или жидкости (патент РФ 2215898, F03D 3/04, от 19.11.2002 г., опубл. 10.11.2003 г. – прототип).

Данная электростанция за счет конструкции направляющего аппарата обеспечивает более плавное вхождение газа или жидкости в аппарат и его завихрения, но крепление лопаток под разными углами к внешним и внутренним окружностям не обеспечивает достаточное использование энергии газа или жидкости и образование вихря из-за частичного срыва потока. Кроме того, из-за срыва потока резко снижается КПД ветроустановки.

Задачей изобретения является обеспечение полноты использования энергии газа или жидкости, повышения КПД ветроэлектростанции.

Поставленная задача решается роторной ветроэлектростанцией, содержащей направляющий аппарат, выполненный в виде кольца с размещенными в нем изогнутыми лопатками, и установленный в нем с зазором ротор с лопастями, при этом концы лопаток направляющего аппарата закреплены на внешней окружности кольца радиально, а на внутренней окружностях кольца – тангенциально, в нижнем торце кольца соосно ротору выполнено обеспечивающее выход потока отверстие с диаметром, равным диаметру ротора с лопастями, а верхний торец кольца заглушен крышкой.

Анализ предложенного решения с прототипом позволил выделить признаки, отличающие предложенное решение от прототипа, что соответствует критерию «новизна».

Сравнительный анализ предложенного решения с известными не выявил признаков, совпадающих с признаками предложенного решения, что соответствует критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематический чертеж общего вида роторной ветроэлектростанции; на фиг.2 – разрез по А-А; на фиг.3 – углы крепления лопаток к внешней и внутренней окружности кольца направляющего аппарата.

Роторная ветроэлектростанция (фиг.1 и 2) состоит из направляющего аппарата 1, выполненного в виде кольца 2. В кольце 2 размещены изогнутые лопатки 3 и ротор 4 с лопастями 5. Ротор 4 с лопастями 5 установлен в направляющем аппарате 1 с зазором (не показан).

Концы лопаток 3 закреплены на внешней 6 и внутренней 7 окружностях под разными углами, обеспечивающие разные углы входа и выхода потока газа или жидкости.

Лопатки 3 закреплены на внешней 6 окружности кольца 2 радиально, а на внутренней 7 окружности кольца 2 – тангенциально.

Такое крепление лопаток 3 обеспечивает почти 100% использование энергии потока газа или жидкости (фиг.2). Кроме того, поток газа или жидкости плавно входит в направляющий аппарат 1 и движется по изогнутым лопаткам 3 до внутренней 7 окружности кольца 2, за счет радиального крепления к внешней 6 окружности и тангенциального крепления к внутренней 7 окружности без срыва потока газа или жидкости.

Верхней торец кольца 2 заглушен крышкой 8.

В крышке 8 выполнено отверстие (не показано) для крепления вала ротора 4 (фиг.1).

В нижнем торце кольца 2 выполнено отверстие 9, равное диаметру ротора 4 с лопастями 5 и соосно ему.

Такое выполнение отверстия 9 обеспечивает свободный выход отработанного газа или жидкости без какого-либо сопротивления, что увеличивает полноту использования энергии газа или жидкости и обеспечивает более надежный отвод из полости ротора находящихся в потоке включений (мусор, пыль, снег и т.п.); инициирует дополнительное закручивание потока вокруг наружной поверхности кольца (при этом задействуется большее количество лопаток, т.е. используется большее, чем проекция диаметра D площади кольца).

Роторная ветроэлектростанция работает следующим образом. Поток газа или жидкости (не показан) поступает в направляющий аппарат (фиг.2), выполненный в виде кольца 2 с размещенными в нем изогнутыми лопатками 3. А так как концы лопаток 3 закреплены во внешней 6 окружности кольца 2 радиально, а во внутренней 7 окружности кольца 2 – тангенциально, поток газа или жидкости почти всей проекцией (D) потока поступает плавно без срыва потока во внутреннюю 7 окружность кольца 2, где образует вихрь. Вихревой поток с огромной силой воздействует на лопасти 5 ротора 4, который (за счет вращения вихревого потока) начнет вращаться на валу, установленному в подшипниках (не показаны), закрепленных в крышке 8 верхнего торца кольца 2. А так как вал (не показан) ротора 4 соединен с валом ветрогенератора (мини ГЭС, глубинного насоса и т.д.), то и вал ветрогенератора начнет вращаться, вырабатывая электроэнергию (подавая воду на поверхность).

Отработанный газ или жидкость с попавшими в полость ротора инородными включениями, отдав кинетическую энергию, спокойно удаляется из кольца 2 с помощью нижнего отверстия 9. При этом диаметр отверстия обеспечивает спокойное, плавное удаление газа или жидкости.

Мощность на валу ротора 4 в предложенном решении находится по формуле:

N=–-D-H-V³, где

N – мощность (Вт);

K – коэффициент полезного действия (К0,85 для макетных конструкций);

– удельный вес газа (жидкости) (кг/м³);

D – проекция диаметра (м);

Н – высота кольца (м);

V – скорость потока (м/с).

Таким образом, предложенная роторная ветроэлектростанция более полно использует энергию потока газа (жидкости), коэффициент полезного действия (КПД) в сравнении с прототипом увеличивается на 15-20%.

Формула изобретения

Роторная ветроэлектростанция, содержащая направляющий аппарат, выполненный в виде кольца с размещенными в нем изогнутыми лопатками, и установленный в нем с зазором ротор с лопастями, при этом концы лопаток направляющего аппарата закреплены на внешней окружности кольца радиально, а на внутренней окружности кольца – тангенциально, в нижнем торце кольца соосно ротору выполнено обеспечивающее выход потока отверстие с диаметром, равным диаметру ротора с лопастями, а верхний торец кольца заглушен крышкой.

РИСУНКИ