Башенный ветродвигатель

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к тепловетродвигателям, использующим разность температурных режимов, создающих постоянные воздушные потоки восходящего типа и ветронагрузку для выработки экологически чистой энергии. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и снижение энергоемкости процесса стабильной выработки экологически чистой энергии за счет устранения застойного положения воздушных потоков восходящего типа путем обеспечения дополнительной тяги воздуха в вытяжной трубе при создании разряжения у ее верхнего отверстия. Кроме этого, дополнительный подогрев солнечной энергией воздуха, поступающего в нижнее отверстие вытяжной трубы, уменьшает плотность восходящего потока, увеличивая тем самым скоростной напор на ветроколесо, что поднимает на более высокий уровень процесс выработки энергии. Технический результат достигается тем, что башенный ветродвигатель, содержащий башню, размещенную на кровле здания с чердачным помещением и выполненную в виде вертикального конфузора с входными каналами, снабженными регулирующими заслонками, ветроколесо, соединенное коаксиально установленным внутри вытяжной трубы вертикальным валом с генератором, дефлектор с окнами и флюгером, кинематически связанным с регулирующими створками и сетчатым ограждением, установленными на окнах, согласно изобретению снабжен криволинейными плоскостями с направляющими и закручивающими ребрами, соединяющими конфузор с вытяжной трубой. Конфузор по внешней поверхности покрыт экранирующей пленкой, а на внутренней его поверхности имеет криволинейные канавки, продольно расположенные от большего входного отверстия конфузора к меньшему его выходному отверстию. 2 ил.

Изобретение относится к энергосоздающему устройству, а именно к тепловетродвигателю, использующему разность температурных режимов, создающих постоянные воздушные потоки восходящего типа и ветронагрузку для выработки экологически чистой энергии.

Известен карусельный ветродвигатель (см. патент РФ 1787209. Карусельный ветродвигатель. МПК F 03 D 3/00. Бюл. 1, 1993), содержащий вертикальный вал и радиальные лопатки, выполненные из полимерно-композиционного материала с ориентированными волокнами.

Недостатком является периодичность работы, определяемая наличием ветровой нагрузки.

Известен башенный ветродвигатель (см. патент РФ 2038511. Башенный ветродвигатель. МПК F 03 D 3/04. Бюл. 18, 1995), содержащий башню, размещенную на кровле здания с чердачным помещением и выполненную в виде вертикального конфузора с входными каналами, снабженными регулирующими заслонками, ветроколесо, соединяющее коаксиально установленным внутри вытяжной трубы вертикальным валом с генератором, дефлектор с окнами и флюгером, кинематически связанным со створками и сетчатым ограждением, установленными на окнах.

Недостатком является высокая энергемкость поддержания стабильности работы ветродвигателя, обусловленная необходимостью преодолевания застойной зоны у входного отверстия вытяжной трубы, что требует использования значительного температурного перепада восходящих воздушных потоков внутри чердачного помещения и окружающей здание воздушной среды.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и снижение энергоемкости процесса стабильной выработки экологически чистой энергии за счет устранения застойного положения воздушных потоков восходящего типа, путем обеспечения дополнительной тяги воздуха в вытяжной трубе при создании разряжения у ее верхнего отверстия. Кроме этого дополнительный подогрев солнечной энергией воздуха, поступающего в нижнее отверстие вытяжной трубы, уменьшает плотность восходящего потока, увеличивая тем самым скоростной напор на ветроколесо, что поднимает на более высокий уровень процесс выработки энергии.

Технический результат достигается тем, что башенный ветродвигатель, содержащий башню, размещенную на кровле здания с чердачным помещением и выполненную в виде вертикального конфузора с входными каналами, снабженными регулирующими заслонками, ветроколесо, соединенное коаксиально установленным внутри вытяжной трубы вертикальным валом с генератором, дефлектор с окнами и флюгером, кинематически связанным с регулирующими створками и сетчатым ограждением, установленными на окнах, снабжен криволинейными плоскостями с направляющими и закручивающими ребрами, соединяющими конфузор с вытяжной трубой. Конфузор по внешней поверхности покрыт экранирующей пленкой, а на внутренней поверхности имеет криволинейные канавки, продольно расположенные от большего входного сечения конфузора к меньшему его выходному сечению.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема башенного ветродвигателя, на фиг. 2 - развертка внутренней поверхности конфузора как элемента башенного ветродвигателя на фиг.1.

Ветродвигатель, содержащий башню, размещенную на кровле здания 1, имеющем чердачное помещение 2, и выполненную в виде вертикального конфузора 3 с входными каналами 4, снабженными регулирующими заслонками 5. Ветроколесо 6, находящееся в дефлекторе 7, соединено коаксиально установленным внутри вытяжной трубы 8 вертикальным валом 9 с генератором 10. На дефлекторе 6 расположен флюгер 11, кинематически связанный с регулирующими створками и сетчатым ограждением окон. Конфузор 3 посредством криволинейных плоскостей 12 с направляющими и закручивающими ребрами 13 соединен с вытяжной трубой 8. Внешняя поверхность конфузора 3 покрыта экранирующей пленкой 14. На внутренней поверхности конфузора 3 выполнены криволинейные канавки 15, продольно расположенные от большего входного сечения 16 конфузора 3 до меньшего выходного сечения 17.

Башенный ветродвигатель работает следующим образом.

В здании 1 (жилой дом, промышленный цех горячего производства или сельхозстроение, например ферма), имеющем теплое чердачное помещение 2, постоянно наблюдается движение восходящего воздушного потока, выбрасываемого через дефлектор 7 в окружающую среду, с созданием у выходного отверстия вытяжной трубы 8 зоны отсоса воздуха, находящегося во внутреннем объеме конфузора 3. Однако для осуществления работы ветродвигателя необходим определенный скоростной напор, обеспечивающий вращательное движение ветроколеса 6. В результате того, что воздушная среда, окружающая конфузор 3, имеет температуру меньшую и соответственно большую плотность, чем воздух, поступающий из теплого чердачного помещения по вытяжной трубе 8 внутрь дефлектора 7, возникает движущаяся сила (как разность плотностей воздуха окружающей среды и вытяжного воздуха чердачного помещения), обеспечивающая разгон воздушного потока, находящегося во внутреннем объеме конфузора 3 с последующим образованием здесь зоны разряжения, приводящей к открытию регулирующих заслонок 5.

Наружный воздух, поступающий в конфузор 3 под совместным действием отсоса и движущей силы, обтекая нижние и верхние криволинейные плоскости 12, а также направляющие и закручивающие ребра 13, закручивается, создавая эжекционный эффект за счет увеличения скорости воздуха в канале между криволинейной плоскостью 12 и внешней поверхностью вытяжной трубы 8. Наличие криволинейных канавок 15 поддерживает (не дает перейти в струйное, ламинарное) вихреобразное движение потока воздуха, устраняя образование застойной зоны - ламинарного подслоя, резко снижающего скорость движения вблизи внутренней поверхности конфузора 3, начиная от большего его входного отверстия 16 до меньшего выходного отверстия 17. В результате совместного действия восходящего потока, движущегося по вытяжной трубе 8, и закрученного воздуха внутреннего объема конфузора 3 осуществляется вращательное движение ветроколеса (ветротурбин) 6, связанного посредством вертикального вала 9 с генератором 10.

При наличии солнечной радиации (солнечная погода) экранирующая пленка 14 осуществляет интенсивную передачу тепла корпусу конфузора 3, что улучшает процесс разгона восходящего наружного воздушного потока вдоль здания 1, так и, прогревая пограничный слой внутреннего воздуха, интенсифицирует его закрутку при перемещении по криволинейным канавкам 15 от большего отверстия 16 к меньшему отверстию 17 конфузора 3. Прогретый воздух пограничного слоя, обладая меньшей плотностью, начинает с большей скоростью подниматься к ветроколесу 6, увлекая за собой основной поток воздуха, поступающего через конфузор 3 в дефлектор 7, и, как следствие этого, наблюдается увеличение выработки энергии генератором 10, т.е. башенный ветродвигатель как бы переходит на повышенный уровень выработки экологически чистой энергии.

При ветровой нагрузке любого направления флюгер 11 устанавливается в соответствующее положение, кинетически воздействуя регулирующими створками на окна дефлектора 7, а открытые регулирующие заслонки 5 (например, в соответствии с направлением стрелок на фиг.1) впускают наружный воздух внутрь конфузора 3. Наружный воздух под действием ветрового давления, перемещаясь по нижним и верхним криволинейным плоскостям 12, а также по направляющим и закручивающим ребрам 13 и контактируя с криволинейными канавками, закручивается и воздействует на ветроколесо 6, после чего через окна дефлектора 7 выбрасывается в окружающую среду. В результате башенный ветродвигатель переходит на более высокий уровень выработки энергии.

Преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что устройство обеспечивает повышение надежности выработки экологически чистой энергии в любое время суток не зависимо от сезона путем увеличения порога чувствительности эксергии (см., например, стр.115, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., 1980, 469 с.), т.е. работоспособности постоянных воздушных потоков восходящего типа, за счет устранения застойного положения воздуха, поступающего через вытяжную трубу из чердачного помещения на ветроколесо. При этом величина эксергии, обеспечивающая эффективную работу башенного ветродвигателя в постоянном регулируемом режиме, имеет возможность переходить на более высокий уровень в зависимости от погодно-климатических условий эксплуатации жилых и производственных зданий с теплым чердачным помещением путем дополнительного разгона под воздействием солнечной радиации и/или ветровой нагрузки, воздушного потока, действующего на ветроколесо.

Формула изобретения

Башенный ветродвигатель, содержащий башню, размещенную на кровле здания с чердачным помещением и выполненную в виде вертикального конфузора с входными каналами, снабженными регулирующими заслонками, ветроколесо, соединенное коаксиально установленным внутри вытяжной трубы вертикальным валом с генератором, дефлектор с окнами и флюгером, кинематически связанным с регулирующими створками и сетчатым ограждением, установленными на окнах, отличающийся тем, что ветродвигатель снабжен криволинейными плоскостями с направляющими и закручивающими ребрами, соединяющими конфузор с вытяжной трубой, при этом конфузор по внешней поверхности покрыт экранирующей пленкой, а на внутренней его поверхности выполнены криволинейные канавки, продольно расположенные от большего входного отверстия к меньшему выходному отверстию.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2