Ветроэнергетическая установка

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроустановкам, преобразующим энергию ветра в электрическую или иную энергию для использования в промышленности, сельском хозяйстве и т.п. Технический результат, заключающийся в повышении эффективности использования энергии ветрового потока, обеспечивается за счет того, что в ветроэнергетической установке, содержащей турбину, механически связанную с генератором, центральную оболочку, кольцевую переднюю оболочку с входным каналом, образующую с центральной оболочкой малый диффузорный выходной канал, кольцевую наружную оболочку, образующую с центральной оболочкой большой диффузорно-конфузорный канал, а также дополнительную кольцевую оболочку, образующую с внешними поверхностями передней и центральной оболочек сужающийся-расширяющийся первый промежуточный канал, сообщающийся в промежуточной части с малым диффузорным выходным каналом, а с внутренней поверхностью наружной оболочки - второй промежуточный канал, сообщающийся вместе с первым промежуточным каналом с большим диффузорно-конфузорным каналом, согласно изобретению, турбина, механически связанная с генератором, расположена в промежуточном канале, образованном центральной и дополнительной кольцевой оболочками. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроустановкам, преобразующим энергию ветра в электрическую или иную энергию для использования в промышленности, сельском хозяйстве и т.п.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая турбину, механически связанную с генератором, центральную оболочку, кольцевую переднюю оболочку с входным каналом, образующую с центральной оболочкой малый диффузорный выходной канал, кольцевую наружную оболочку, образующую с центральной оболочкой большой диффузорно-конфузорный канал, а также дополнительную кольцевую оболочку, образующую с внешними поверхностями передней и центральной оболочек сужающийся-расширяющийся первый промежуточный канал, сообщающийся в промежуточной части с малым диффузорным выходным каналом, а с внутренней поверхностью наружной оболочки - второй промежуточный канал, сообщающийся вместе с первым промежуточным каналом с большим диффузорно-конфузорным каналом, по совокупности существенных признаков изобретения принятая за ближайший аналог (прототип) (см., например, RU, 2124142 С1, кл. F 03 D 1/04, 27.12.1998).

Недостатком ветроустановки является невозможность использования установки при малых начальных скоростях воздушного потока.

Технический результат, заключающийся в повышении эффективности использования энергии ветрового потока, обеспечивается за счет того, что в ветроэнергетической установке, содержащей турбину, механически связанную с генератором, центральную оболочку, кольцевую переднюю оболочку с входным каналом, образующую с центральной оболочкой малый диффузорный выходной канал, кольцевую наружную оболочку, образующую с центральной оболочкой большой диффузорно-конфузорный канал, а также дополнительную кольцевую оболочку, образующую с внешними поверхностями передней и центральной оболочек сужающийся-расширяющийся первый промежуточный канал, сообщающийся в промежуточной части с малым диффузорным выходным каналом, а с внутренней поверхностью наружной оболочки - второй промежуточный канал, сообщающийся вместе с первым промежуточным каналом с большим диффузорно-конфузорным каналом, согласно изобретению, турбина, механически связанная с генератором, расположена в промежуточном канале, образованном центральной и дополнительной кольцевой оболочками, входные каналы могут быть оснащены первичными ускорителями воздушного потока, оболочки установки оснащены дополнительными эжектирующими и воздухозаборными каналами.

Каналы оснащены аппаратами для закрутки потока.

На чертеже представлен продольный разрез установки.

Ветроэнергетическая установка содержит центральную оболочку 1, кольцевую переднюю оболочку 2 с входным каналом 3. Оболочка 2 образует с центральной оболочкой 1 малый диффузорный выходной канал 4. Кроме того, энергоагрегат имеет кольцевую наружную оболочку 5, образующую с центральной оболочкой 1 большой диффузорно-конфузорный канал 6. Энергоагрегат снабжен также дополнительной кольцевой оболочкой 7, образующей с внешними поверхностями передней 2 и центральной 1 оболочек сужающийся-расширяющийся первый промежуточный канал 8, сообщенный в промежуточной части с малым выходным диффузорным каналом 4, а с внутренней поверхностью наружной оболочки 5 - второй промежуточный канал 9, сообщающийся вместе с первым промежуточным каналом 8 с большим диффузорно-конфузорным каналом 6. Установка имеет турбину 10, расположенную в сужающемся-расширяющемся первом промежуточном канале 8 и механически связанную с генератором 11, расположенным в центральной оболочке 1. Под термином "генератор" здесь следует понимать не только генератор электрического тока, но любое устройство для преобразования механической энергии в любой вид энергии, удобной для использования в конкретных обстоятельствах. Это может быть, например, насос в системе гидропривода, компрессор пневмопривода и т.п. На входе в каналы 3, 8, 9 установлены первичные ускорители потока 12 с направляющими аппаратами для закрутки (на чертеже не показаны) потока. Оболочки 1, 2, 5, 7 и первичные ускорители 12 соединены между собой перемычками.

Для обеспечения дополнительного притока воздушного потока в каналы установки и придания дополнительного ускорения оболочки 2, 5, 7 снабжены дополнительными воздухозаборными каналами 13, а для создания дополнительного разрежения за турбиной 10 - эжекторными каналами 14. Для повышения эффективности работы турбины 10 каналы 3, 4, 8 и 9 оснащены аппаратами 15 для закрутки потока.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

Свободный воздушный поток, движущийся по второму промежуточному каналу 9 установки и по поверхности наружной оболочки 5 установки, за счет эжекции создает разрежение в первом промежуточном канале 8, причем зона эффективного влияния двух суммарных потоков, участвующих в создании разрежения, составляет не менее одного диаметра донного среза установки, то есть в этом процессе участвует кольцевой воздушный поток, наибольший диаметр которого не менее трех диаметров донного среза установки.

Энергию этого потока можно определить при помощи первого закона термодинамики или рассчитать по формуле для определения упругой энергии газа, или другими известными способами.

Поступающий во входные сечение каналов 3, 8, 9 и первичных ускорителей 12 воздушный поток обладает определенным запасом энергии, рассчитываемой известными способами.

Под воздействием двух потоков энергии, со стороны входных каналов и со стороны разрежения, воздушный поток, пройдя минимальное сечение канала 8, образованного центральной оболочкой 1 и кольцевой передней оболочкой 2, достигает максимально эффективной скорости и плотности. То есть, кинетическая энергия потока резко возрастает и этот процесс связан с уменьшением энтальпии потока. Соответственно с ростом скорости происходит понижение давления в этом сечении, величину которого обозначим Р1. Это давление будет ниже, чем давление Р0 в свободном потоке. Давление в выходном сечении канала 9 будет ниже Р1. Следовательно, на воздушный канал 8 воздействуют также две энергии - одна со стороны выходного сечения канала 9, другая со стороны входных сечений каналов 3, 8, 9. Векторы воздействия этих энергий на поток совпадают. Взаимодействие этих энергий приведет к возрастанию скорости в выходном сечении первого промежуточного канала 8 (расчет последовательно расположенных сопел Лаваля) и соответствующему понижению суммарного давления в этой зоне. Падение суммарного давления в выходном сечении воздушного канала 8 компенсируется высокой скоростью потока и моментом сил, действующих на расположенную в канале 8 турбину 10, механически связанную с генератором 11. Кинетическая энергия на турбине 10 представляет собой располагаемую работу, которая будет преобразована во вращение турбины 10 и связанных с ней электрических генераторов 11. В зонах с пониженной скоростью ветра энергоустановка оснащается первичными ускорителями потока 12, предназначенными для локального ускорения потока, подаваемого во входные сечения каналов 3, 8 и 9.

Процессы преобразования энергии в каналах установки идентичны процессам, происходящим в соплах Лаваля, и минимальное давление потока в рабочей зоне турбины 10 будет равно Р2=0,528 Ро или несколько выше, в зависимости от скорости свободного потока. Воздушные турбины работоспособны даже при незначительных перепадах давления, и установка будет работать при скоростях свободного воздушного потока Vo=5...6 м/с.

Формула изобретения

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая турбину, механически связанную с генератором, центральную оболочку, кольцевую переднюю оболочку с входным каналом, образующую с центральной оболочкой малый диффузорный выходной канал, кольцевую наружную оболочку, образующую с центральной оболочкой большой диффузорно-конфузорный канал, а также дополнительную кольцевую оболочку, образующую с внешними поверхностями передней и центральной оболочек сужающийся-расширяющийся первый промежуточный канал, сообщающийся в промежуточной части с малым диффузорным выходным каналом, а с внутренней поверхностью наружной оболочки - второй промежуточный канал, сообщающийся вместе с первым промежуточным каналом с большим диффузорно-конфузорным каналом, отличающаяся тем, что турбина, механически связанная с генератором, расположена в промежуточном канале, образованном центральной и дополнительной кольцевой оболочками.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что ее входные каналы оснащены первичными ускорителями воздушного потока.

3. Ветроэнергетическая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что ее оболочки оснащены дополнительными воздухозаборными каналами.

4. Ветроэнергетическая установка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что ее оболочки оснащены дополнительными эжектирующими каналами.

5. Ветроэнергетическая установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что ее каналы оснащены аппаратами для закрутки потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1