Аэротермоэнергетическая установка

Авторы патента:

F03D3/04 - с неподвижными ветронаправляющими средствами, например кожухами или каналами (F03D 3/02 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2452870:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для генерирования электрической энергии путем воздействия воздушных потоков на лопасти рабочего колеса, расположенного на одном валу с электрогенератором. Установка содержит неподвижный несущий корпус, являющийся опорой устройства, на оголовке верхней части которого установлен ротор с электрогенератором. Ротор состоит из сферической конструкции, боковая поверхность которой набрана из отдельных меридианальных элементов, равномерно расположенных в диаметральной плоскости и образующих профилированные криволинейные каналы, и дополнительного многолопастного рабочего колеса. Колесо установлено в нижней полярной части сферической конструкции, соединено общей вертикальной осью со сферической конструкцией. К колесу подведен канал снизу от основания опорной части в виде полого элемента опоры либо отдельной трубы, закрепленной в виде облегченной опорной конструкции, на входе в которые установлен побудитель тяги с регулирующими устройствами, работающий от сжигания любого органического топлива в охлаждаемой камере сгорания или использования сжатых газов (углекислота, азот, воздух). Изобретение обеспечивает повышение эффективности установки, увеличение омываемой площади ротора, возможность управления расходом восходящего потока путем теплового или механического воздействия. 3 ил.

Изобретение относится к технике генерирования электрической энергии путем воздействия воздушных потоков на лопасти рабочего колеса, расположенного на одном валу с электрогенератором.

Известны устройства преобразования энергии ветра в механическую, тепловую, электрическую энергию с горизонтальной осью вращения, параллельной или перпендикулярной вектору скорости [1]. К недостаткам таких устройств следует отнести зависимость работы от наличия ветра, чувствительность к изменению его направления, громоздкость диаметра ротора, сложность устройства.

Аналогом является ветроустановка, взятая за прототип, состоящая из неподвижного несущего корпуса (направляющего аппарата), рабочего колеса на вертикальной оси, воздухозаборника, сопла и стабилизатора (Патент №2276743 C1, F03D 3/04 от 10.03.2005) [2].

Недостатком данного устройства является конструктивная сложность аппарата, зависимость от направления ветра, что требует постоянной корректировки совпадения вектора скорости с осью направляющего аппарата и ограничивает эффективную площадь активного взаимодействия лопаток колеса с набегающим потоком, нечувствительность рабочего колеса к воздействию вертикального перемещения воздушных и газообразных масс, имеющих место в приземных слоях атмосферы.

Технический результат:

1) Увеличение эффективности установки за счет расширения диапазона использования атмосферных физических градиентных явлений, приводящих к горизонтальным и вертикальным перемещениям воздушных (газообразных) масс.

2) У становление конструкции сферической формы, набранной из отдельных элементов, увеличивает омываемую площадь ротора.

3) Возможность управления расходом (самотягой) восходящего потока путем теплового или механического воздействия.

Технический результат достигается за счет того, что ротор состоит из сферической конструкции, боковая поверхность которой набрана из отдельных меридианальных элементов, равномерно расположенных в диаметральной плоскости, образующих профилированные криволинейные каналы, и дополнительного многолопастного рабочего колеса, установленного в нижней полярной части сферической конструкции, соединенного общей вертикальной осью со сферической конструкцией, к которому подведен цилиндрический канал снизу от основания опорной части в виде полого элемента опоры либо отдельной трубы, закрепленной на облегченной опорной конструкции, на входе в которые установлен побудитель тяги с регулирующими устройствами, работающий от сжигания любого органического топлива в охлаждаемой камере сгорания или использования сжатых газов (углекислота, азот, воздух).

Использование аэротермоэнергетической установки предложенной конструкции позволяет повысить энергоэффективность устройства за счет энергии низкопотенциальных восходящих газообразных потоков и более полного использования горизонтальных потоков за счет увеличения омываемой поверхности.

Техническое решение: Ротор выполнен в виде сферической конструкции внутри которой, в нижней части на одной вертикальной оси установлено многолопастное рабочее колесо, а ротор в сборе установлен на оголовке полого пространства внутри опоры или трубы в опоре облегченной конструкции.

Данное изобретение позволяет использовать энергию горизонтальных и вертикальных (восходящих) потоков воздуха, возникающих в приземном слое атмосферы за счет градиентов атмосферного давления, плотности и температуры окружающей среды.

На фиг.1, фиг.2, фиг.3 изображены аэротермоэнергетическая установка, общие виды, разрез в диаметральной плоскости сферической конструкции. Она состоит (фиг.1) из основания 1 с полым пространством внутри, сходящегося полого пространства 2 внутри опоры, ротора 3, электрогенератора 4.

В полом пространстве основания 1 на оси сходящегося полого пространства 2 расположен тепловой или механический побудитель тяги 5.

Полое основание 1 и полый сходящийся канал 2 представляют собой опору, которая для установок небольшой мощности может быть выполнена в облегченном варианте (фиг.2). На верхнем оголовке 6 сходящегося полого пространства 2 установлен ротор 3, состоящий из сферической конструкции 7, которая вертикальной осью 8 соединена с многолопастным рабочим колесом 9, расположенным в горизонтальной плоскости. Боковая поверхность сферической конструкции 7 набирается из отдельных элементов 10, равномерно расположенных в диаметральной плоскости, образуя профилированные криволинейные каналы 15 (фиг.3)

Полое пространство основания 1 и сходящееся полое пространство 2 образуют канал для подачи рабочего газообразного агента за счет возникающей тяги, определяющейся разностью плотностей окружающего воздуха в устье полого пространства 2 и у его основания 1.

В основании 1 имеются окна 11, обеспечивающие поступление воздуха в полое пространство 2 из окружающей среды. Электрогенератор 4 защищен от вертикальных потоков обтекателем 12. Ротор 3 с электрогенератором в собранном виде помещается на оголовок 6 полого пространства 2 и центрируется с помощью ребер 13. Ось вращающейся части снабжена подшипниковыми опорами 14 вверху и внизу конструкции. Высота полого пространства 2, его диаметр, материал выбираются исходя из мощности аэротермоэнергетической установки. На фиг.3 показано диаметральное сечение ротора.

Аэротермоэнергетическая установка работает следующим образом. Горизонтальный воздушный поток Г (ветер) набегает на боковую поверхность сферической конструкции 7. Динамический напор воздушного потока воздействует на поверхность элементов 10, приводя сферу во вращение относительно оси 8. Частота вращения сферической конструкции 7 определяется скоростью воздушного потока и плотностью воздуха. Так как сферическая конструкция 7 имеет вертикальную ось вращения, то направление ветра не играет роли.

В атмосфере Земли всегда имеют место восходящие и нисходящие потоки, вызванные климатическими условиями - временем года, температурой, влажностью воздуха, которые в вертикальных каналах создают такое явление, как тяга. Для организации восходящих потоков опора установки выполняется в виде полого пространства (поз.1 и поз.2) и покоится на фундаменте 16. Так как профиль скоростей по сечению восходящего потока не равномерен, то сужение канала приводит к его выравниванию и уменьшает аэродинамические потери. Для дымовых труб котлов и промышленных топливопотребляющих агрегатов при естественной тяге расчетная скорость газов на выходе из трубы выбирается в пределах 6-10 м/с, но не менее 4 м/с [3], для вентиляционных каналов рекомендуемая скорость - 2-4 м/с.

Восходящий поток В, воздействуя на многолопастное рабочее колесо 9, находящееся на одной оси 8 со сферической конструкцией 7, приводит к вращению ротора 3. При одновременном воздействии горизонтального и восходящего потоков их эффект складывается, приводя во вращение электрогенератор. При отсутствии ветра установка может работать за счет восходящих потоков - самотяги.

Управление самотягой (корректировка) осуществляется побудителями тяги 5. Побудитель тяги 5 может быть тепловым, когда регулируется температура воздуха внизу полого пространства 2 путем сжигания любого вида органического топлива - дров, дизельного топлива или горючих газов. При этом температура воздушно-дымовой смеси поддерживается, исходя из соблюдения постоянства расчетной скорости восходящего потока (6-10 м/с).

Камера сгорания, охлаждаемая водой, может одновременно выполнять роль водонагревателя для различных хозяйственных нужд. Так как скорость восходящего потока является важнейшей характеристикой, то для кратковременной работы в качестве побудителя тяги может использоваться любой сжатый газ (азот, углекислота, воздух) от групповой баллонной установки, а необходимый расход устанавливается использованием инжектирования воздуха из окружающей среды. Подвижные элементы ротора 3 - сферическая конструкция 7 и многолопастное рабочее колесо 9 -выполнены из легких материалов, например, из тонкого алюминиевого листа или оцинкованной жести.

Данное устройство может применяться для утилизации энергии нагретых отходящих газов на дымовых трубах котлов, технологических установок, промышленных печей, каналах вентиляционных выбросов, в том числе на крышах многоэтажных жилых домов.

Литература

1. Основы современной энергетики: Курс лекций для менеджеров энергетических компаний / Под общей редакцией гл. корр. РАН Е.В.Аметистова, часть 2. - М.: Издательство МЭИ, 2003, 454 с., ил.

2. Патент РФ №2276743, опубл. 20.05.2006, Бюл. №14.

3. Теплотехнический справочник: Учебное пособие для вузов/Главный редактор проф. П.Д.Лебедев, том 1. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1957, 28 с., ил.

Аэротермоэнергетическая установка, содержащая неподвижный несущий корпус, являющийся опорой устройства, на оголовке верхней части которого установлен ротор с электрогенератором, отличающаяся тем, что ротор состоит из сферической конструкции, боковая поверхность которой набрана из отдельных меридианальных элементов, равномерно расположенных в диаметральной плоскости, образующих профилированные криволинейные каналы и дополнительного многолопастного рабочего колеса, установленного в нижней полярной части сферической конструкции, соединенного общей вертикальной осью со сферической конструкцией, к которому подведен канал снизу от основания опорной части в виде полого элемента опоры либо отдельной трубы, закрепленной в виде облегченной опорной конструкции, на входе в которые установлен побудитель тяги с регулирующими устройствами, работающий от сжигания любого органического топлива в охлаждаемой камере сгорания или использования сжатых газов (углекислота, азот, воздух).

Похожие патенты:

Ветроэлектростанция // 2449169

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Турбина двухкрыльевая // 2445508

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для преобразования кинетической энергии потока воздуха (воды) в механическую энергию вращения генератора и/или другого устройства.

Горная воздушно-тяговая электростанция // 2444645

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии без использования топлива. .

Ветроагрегат и ветроэнергетическая установка // 2440511

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании установок для получения электрической энергии из энергии ветра, а именно для создания ветроагрегата и ветроэнергетической установки.

Аэроэлектростанция // 2438040

Изобретение относится к ветряным двигателям, в частности, к таким, у которых ось вращения ротора перпендикулярна направлению ветра. .

Ветроволновая энергетическая установка // 2435981

Изобретение относится к ветроволновой энергетике и может быть использовано для получения электрической энергии. .

Ветродвигатель карусельного типа // 2432493

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для производства электроэнергии. .

Ветроэлектрическая станция для многоэтажных зданий и сооружений // 2426004

Изобретение относится к энергетике, к автономным ветроэлектрическим станциям как экологически чистым и наиболее дешевым источникам энергии. .

Ветродвигатель на основе аэродинамического экрана // 2425250

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям с направляющими устройствами для воздушного потока, и может быть использовано для автономного энергоснабжения при малоэтажном и коттеджном домостроении, а также для частичного энергоснабжения многоэтажных домов при размещении ветроустановок на крыше здания.

Ветроэнергогенератор // 2422673

Изобретение относится к области ветроэнергетики. .

Ветроэнергетическая установка // 2472031

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэнергетическим установкам с направляющими устройствами, преобразующими энергию воздушного потока, и может быть использовано для получения как механической, так и электрической энергии

Ветротурбинная установка // 2484297

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветряным двигателям, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии на зданиях, имеющих достаточную высоту

Ветротурбинная установка // 2488019

Изобретение относится к ветряным двигателям

Роторный ветродвигатель // 2494284

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям, предназначенным для преобразования энергии ветра в механическую энергию, а также для выработки электроэнергии. Роторный ветродвигатель содержит корпус, состоящий из двух дисков, параллельно скрепленных с внешней стороны равноотдаленными вертикальными направляющими пластинами, в котором в осевых отверстиях размещен вал с жестко закрепленным на нем пустотелым ротором. Внутри ротора параллельно оси вращения на одинаковом расстоянии друг от друга под определенным углом расположены лопасти. Между валом и ротором дополнительно установлен цилиндр, причем ротор крепится к цилиндру с помощью равноотстоящих аксиальных пластин, образующих аксиальные воздушные каналы. Направляющие пластины расположены тангенциально по отношению к ротору, а между внутренней поверхностью дисков и поверхностью ротора с обеих сторон конструктивно образованы дефлекторные воздушные каналы расчетной величины. Роторный ветродвигатель обладает простотой конструкции, высокой производительностью, универсальностью и высокой надежностью в широком диапазоне скорости ветра. 1 ил.

Ветродвигатель // 2497021

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель карусельного типа с вертикальной осью вращения содержит вертикальный вал. На валу укреплена турбина. Турбина выполнена в виде центрального барабана с идентичными лопастями в количестве не менее четырех. Турбина размещена в неподвижном осесимметричном направляющем аппарате - статоре. Статор снабжен вертикальными неподвижными створками. Створки расположены между верхней и нижней крышками с возможностью обеспечения концентрации и направления ветрового потока с наветренной стороны на рабочую лопасть турбины и отвода вытесняемого этой лопастью воздуха в заветренное пространство. Ветродвигатель дополнительно снабжен воздушным эжектором. С эжектором сообщается одна из торцевых частей турбины. Размер лопасти по линии контакта ее с центральным барабаном превышает ее радиальный размер. Вся рабочая поверхность лопасти или ее отдельные участки выполнены с наклоном, обеспечивающим отклонение ветрового потока в сторону эжектора. Лопасти турбины выполнены выпуклыми. Выпуклость направлена в сторону движения. Изобретение направлено на увеличение момента, развиваемого ветродвигателем при малых частотах вращения турбины, и увеличение коэффициента использования энергии ветрового потока. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Способ регулирования величины вращающего момента, угловой скорости вращения вертикально-осевой ветротурбины // 2502893

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ регулирования величины вращающего момента, угловой скорости вращения вертикально-осевой ветротурбины, в котором лопасти ветротурбины при изменении скорости ветра радиально перемещают, меняя расстояние между лопастью и осью вращения ветротурбины. При ураганных ветрах принудительно приближают лопасти к оси вращения ветротурбины. Каждую лопасть ветротурбины дистанционно принудительно перемещают или под воздействием давления воздушного потока она перемещается по горизонтальным направляющим, установленным под углом α, изменяя расстояние между осью вращения ветротурбины и центром поверхности каждой лопасти. Изобретение позволяет повысить эффективность регулирования вращающего момента ветротурбины с одновременным регулированием угловой скорости ее вращения и стабилизацией мощности ветротурбины. 4 ил.

Ветровая электростанция // 2504690

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветровая электростанция на постоянном воздушном потоке включает множество ветроэнергетических установок и аэродинамическую трубу. Каждая ветроэнергетическая установка расположена в подземном туннеле, соединенном с вертикальной аэродинамической трубой большой протяженности, подвешенной к аэростату. В результате, за счет значительного перепада атмосферного давления на концах трубы, создается постоянно действующий воздушный поток, а значит и работа электростанции будет без простоев. Подземное расположение ветроэнергетических установок значительно снижает звуковые и вибрационные воздействия на жилые массивы, что дает возможность расположить электростанцию ближе к потребителю и уменьшить расходы на транспортировку электроэнергии. 2 ил.

Способ регулирования угловой скорости вращения ветротурбины с вертикальной осью // 2516732

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ регулирования угловой скорости вращения ветротурбины с вертикальной осью, в котором лопасти ветротурбины при изменении скорости ветра радиально перемещают, меняя расстояние между лопастью и осью вращения ветротурбины, а при ураганах принудительно приближают лопасти к оси вращения ветротурбины. В нижнюю часть ветротурбины устанавливают грузы в виде емкостей аэродинамического профиля с общим центром тяжести на оси вращения ветротурбины, которые заполняют жидкостью или опорожняют и синхронно принудительно перемещают по горизонтальным радиально расположенным направляющим, изменяя расстояние между осью вращения ветротурбины и центром тяжести каждого груза. Изобретение позволяет повысить эффективность регулирования угловой скорости вращения ветротурбины с одновременным регулированием и стабилизацией мощности ветротурбины.

Ветролектростанция высокой мощности // 2518786

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэлектрических станциях высокой мощности. Ветроэлектростанция, включающая модуль, содержит смонтированную в подшипниковых опорах, верхней и нижней, вертикальную ось с лопастями, платформу, смонтированную на опорах, на платформе закреплена нижняя подшипниковая опора вертикальной оси, установлен прикрывающий часть лопастей от воздействия ветра дуговой экран с по меньшей мере одним опорным колесом, сообщенным трансмиссией с двигателем, осесимметричную поверхность, взаимодействующую с колесом. Дуговой экран снабжен автоматической системой угловой ориентации по сигналам датчика параметров ветра. Вертикальная ось модуля кинематически связана с валом электрогенератора. На опорах закреплена вторая платформа модуля, на которой смонтирована верхняя подшипниковая опора вертикальной оси, и осесимметричная поверхность, взаимодействующая с по меньшей мере одним опорным колесом экрана, обеспечивающим угловое перемещение дугового экрана от двигателя. На верхней платформе закреплены на опорах ярусами дополнительные модули, при этом верхняя платформа нижерасположенного модуля служит нижней платформой вышерасположенного модуля, а вертикальные оси модулей кинематически соединены. Изобретение обеспечит повышение мощности при работе в автоматическом режиме с высоким коэффициентом использования ветровой энергии. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Тепловихревой колодец-электростанция // 2535295

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения воды путем конденсации ее паров из атмосферного воздуха при сохранении функции установки как электростанции в полной мере. Тепловихревой колодец-электростанция содержит камеру поступления атмосферного воздуха, соединенную с вертикальной трубой поясом, имеющим выходные тангенциальные каналы. Корпус камеры поступления воздуха накрыт крышками, а внизу снабжен конденсатором паров и емкостью для сбора конденсата с козырьком для сбора дождевой воды. Вертикальная труба снабжена верхней торцевой крышкой с прорезями, на которой снизу установлен конус, направляющий внутренний холодный слой воздушного потока вниз. На пути поступления атмосферного воздуха в вертикальную трубу могут быть установлены электронагреватели. Изобретение при простоте и технологичности конструкции обеспечит, помимо производства электрической энергии, получение воды из атмосферного воздуха без внешних энергетических источников. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.