Вихревая электростанция

 

Использование: в электроэнергетической промышленности, в частности в конструкции ветроэлектрических установок. Сущность изобретения: применение нескольких генераторов вихря, расположенных через определенные расстояния по высоте трубы, в прорези каждого из которых воздушный поток поступает через раструбы направляющих аппаратов, захватывающих весь воздушный поток по их высоте и ширине со стороны направления ветра, позволит создать в трубе мощный вихревой воздушный поток, в зоне действия которого на вертикальном валу под оптимальным углом размещаются крылья ветроколес. Кроме того, при работе генераторов вихря каждый из них создает под собой разрежение, в результате чего дополнительные порции воздуха будут всасываться как со стороны направления ветра, так и через открытые боковые прорези и отверстия в нижней части трубы, что увеличит мощность вихревого воздушного потока. 6 ил.

Изобретение относится к электротехнической и электроэнергетической промышленности, в частности к конструкции ветроэлектрических установок.

В известных ветроэлектрических установках, монтируемых в трубе, используется восходящий воздушный поток (вос.в.п.), и, как правило, эти установки базируются на традиционных цилиндрических генераторах.

За прототип принята вихревая электроустановка (а.с. N 1021804, F 03 D 3/04, опубл. 1983).

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что при воздействии на ветровые колеса (в.к.) используется не восходящий воздушный поток (вос.в.п. ), а вихревой воздушный поток (в.в.п.) непосредственно в трубе, создаваемый генератором вихря (г.в.). На крылья каждого ветрового колеса (в.к.) работает свой г.в.

Вихревой воздушный поток, образованный г.в. располагается на некотором удалении от центральной оси (вала) и от внутренней поверхности трубы (примерное расположение зон в.п. в трубе показано на фиг.2). При этом скорость в. в.п. (зона I) увеличивается в несколько раз (в 5 7 раз) по сравнению со скоростью ветра при входе в трубу и достигает максимума в ядре в.в.п. (зона IV). Скорость в.п. в центральной части трубы (зона II) близка к нулю, а у ее внутренней поверхности (зона III) примерно равна скорости на входе в трубу. При разных диаметрах труб расположение в.в.п будет различное. При увеличении диаметра трубы увеличиться скорость в.в.п. по сравнению со скоростью вос. в.п. во столько же раз увеличится внутренняя зона (зона II), т.е. уменьшится общая площадь вос. в.п. Следовательно, результирующая мощность ветроустановки как при вос.в.п. так и при в.в.п. будет одинаковой, т.е. не нарушается закон сохранения энергии. Но все дело в том, что при использовании в.в.п. который, сжимаясь, располагается в выгодном для отбора ветровой энергии месте трубы, скорость его в несколько раз выше скорости вос.в.п.

Поднимаясь вверх по спирали, в. в. п. с одинаковым усилием постоянно воздействует на крылья в.к. которые устанавливаются в в.в.п. (зона I) под оптимальным углом. Во внутренней части трубы (зона II), где скорость в.п. близка к нулю, располагается вал с элементами фиксации и элементы крепления в. к. п или противовесы при однокрылых в.к. Кроме того, из-за малого рычага использование вос. в. п. во внутренней зоне было бы малоэффективным. В.п. внешней зоны (зоны III) тоже не используется, следовательно, отпадает необходимость шлифовки внутренней поверхности трубы при учете потерь на трение.

Учитывая то, что при взаимодействии в.в.п. с крыльями в.к. он будет частично разрушаться, предполагается на высоте трубы сформировать в.в.п. а открытие и закрытие прорезей г.в. производит автоматическими заслонками. Кроме того, направляющие аппараты, соединенные с трубой и металлическим каркасом, усиливают (удерживают трубу, механическая прочность которой понижена в местах прорезей г.в. и нижних отверстий.

При работе каждый из г.в. создает разряжение под собой, а значит, увеличивается скорость в. в. п. следовательно, недостающее количество воздуха будет всасываться через нижние отверстия и прорези г.в. что позволит повысить мощность в.в.п.

Техническое решение поясняется чертежами, где показано: на фиг.1 ВЭНА без направляющих аппаратов в разрезе. Дисковый генератор размещен в фундаменте, на который опирается труба. Вал генератора выведен на максимальную (максимально возможную) высоту. На валу, который фиксируется через подшипники профильными пластинами, закреплено несколько в.к. с крыловыми устройствами. По высоте трубы показаны прорези четырех г.в. В нижней части трубы показаны дополнительные отверстия, а в верхней дефлектор; на фиг.2 труба в поперечном разрезе с примерным расположением зон распределения в.п. где очевидно преимущество помещения ветрового крыла в зону в.в.п. (зона I) под оптимальным углом; на фиг.3 часть трубы с г.в. где видны прорези и автоматические задвижки; на фиг.4 общий вид ВЭНА, труба которой установлена на фундаменте. В верхней ее части расположен дефлектор, а в нижней - дополнительные отверстия. Стенки раструбов четырех секций направляющих устройств с внутренней стороны прикреплены к трубе в местах прорезей г.в. а с внешней к металлическому каркасу, опирающемуся на фундамент; на фиг.5 - часть трубы с боковыми направляющими; на фиг.6 труба с боковыми направляющими стенками в поперечном разрезе, где наглядно видно на сколько увеличивается захват в.п.

ВЭНА состоит из: трубы 1 с г.в. 8, дискового генератора 14 (могут использоваться и другие типы генераторов) с валом 3, на котором закреплены в.к. 2 и элементы крепления вала 9, дополнительных отверстий 12, автоматических заслонок 5, направляющих аппаратов с боковыми 15, верхними и нижними 7 стенками 7 раструбов, металлического каркаса 6, фундамента 11. Стрелками 10 показано направление ветра.

Металлическая труба в 20 раз легче, чем подробное сооружение из железобетона.

В ВЭНА вместо традиционного цилиндрического генератора целесообразно использовать мощный тихоходный дисковый (карусельный) генератор, расположенный горизонтально. Вертикальный вал генератора, на котором крепятся несколько в. к. выведен на максимально возможную высоту и без переходных устройств (редукторов) соединяется с диском-ротором. Угловая скорость вращения вала от 10 до 50 об/мин. Диск-ротор одновременно будет выполнять роль мощного маховика. Возможно использование других типов генераторов.

В. п. поступает со стороны направления ветра в трубу через раструбы, расположенные по всей высоте направляющих аппаратов. Благодаря боковым направляющим стенкам 15 в.п. преобретает вихревое движение. Вихревый в.п. занимая определенное положение в трубе (для различных диаметров труб оно будет различное), взаимодействуя под оптимальным углом с крыльями в.к. 2, вращает вал 3 генератора 14. При этом нижний генератор вихря (г.в.) воздействует на ветрокрылья первого ветроколеса (в.к.) и, создавая разрежение под собой, всасывает дополнительные порции воздуха через дополнительные отверстия 12, второй и третий г.в. воздействуя на свои в.к. одновременно восстанавливают частично разрушенный в. в.п. на предыдущих ветровых колесах (в.к.). Последний генератор вихря поддерживает вихревое движение в.к. За счет разряжения, создаваемого под собой всеми г.в. увеличивается скорость в.в.п. и недостающее количество воздуха будет всасываться через дополнительные отверстия у основания трубы и прорези г.в. что увеличивает мощность в.в.п.

Количество г. в. и в.к. будет зависеть от длины вала генератора, допустимого расстояния между в.к. и от того усилия, которое необходимо для вращения конкретного ротора генератора, а количество крыльев в.к. их форма и размеры должны выбираться таким образом, чтобы в.в.п. после частичного разрушения, при подходе к очередному в.к. восстанавливался.

Скорость в. в.п. будет постоянной, т.к. резкие изменения скорости ветра будут сглаживаться мощным маховиком, роль которого выполняет ротор генератора, а поступление в.п. в трубу при длительных изменениях скорости ветра будет регулироваться автоматическими заслонками.

Предлагаемая вихреустановка не требует ориентации относительно направления ветра.

ВЕНА совершенно безвредна в экологическом отношении, занимает малую площадь под ее строительство. Более того, если современные мощные ветроустановки, использующие крылья большой площади, вносят помехи в местный теле-радиоприем, то электромагнитные колебания, создаваемые за счет трения в.п. о крылья в.к. будут экранироваться металлической трубой.

Формула изобретения

Вихревая электростанция, содержащая ветроколесо с вертикальным валом, размещенное внутри трубы, снабженной воздухозаборниками, имеющими направляющие аппараты, и расположенными на высоте ярусами, дефлектор, установленный над верхним торцем трубы, и расположенный на нижнем торце вала электрический генератор, отличающаяся тем, что электростанция снабжена дополнительными ветроколесами, направляющие аппараты на выходе образуют генераторы вихря, и каждое ветроколесо установлено вблизи генератора вихря для использования воздействия воздушного вихревого потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6