ВЕТРОАГРЕГАТ Российский патент 2006 года по МПК F03D3/06 

Изобретение относится к ветроэнергетике, к преобразователям энергии воздушных потоков во вращательное движение ветроагрегата.

Известен ветряной ротор [1], содержащий вертикальную несущую трубу, верхний и нижний пояса с пазами, боковые стенки в виде изогнутых по дуге секторов, размещенных вертикально.

Прототип обеспечивает преобразование горизонтального ветрового потока во вращательное движение, однако не позволяет при этом использовать энергию восходящего потока и, как следствие, неработоспособен при отсутствии или очень малом значении горизонтального ветрового потока.

Цель изобретения - обеспечение работоспособности от ветрового и/или восходящего воздушных потоков в любой их комбинации и повышение энергоотдачи.

Цель достигается тем, что ветроагрегат, содержащий вертикальную несущую трубу, ось соединения с приводом энергоносителя, узел подвижного крепления, закрепленные на несущей трубе верхний и нижний пояса, между которыми размещены изогнутые по дуге секторы, снабжен трубой-воздуховодом, нижний пояс примыкает с зазором к трубе-воздуховоду, выполнен в виде колеса со спицами и снабжен наклонными лопатками по числу секторов, секторы размещены наклонно по винтовой линии по отношению к несущей трубе, а ось соединения с приводом энергоносителя выполнена на верхней части несущей трубы. Кроме того, диаметр колеса нижнего пояса d выбирают из соотношения d=D-(0,5÷0,9)Н, где D - диаметр верхнего пояса, Н - расстояние между поясами, диаметр отверстия трубы-воздуховода равен наружному диаметру нижнего пояса, лопатки нижнего пояса закреплены на спицах подвижно с возможностью перемещения по отношению к горизонтальной плоскости от 10° до 80°, наружные торцы секторов, выходящие за окружность поясов, выполнены радиусом r=(0,4÷0,5)D.

Структура ветроагрегата изображена в аксонометрии на фиг.1, на фиг.2 показан вид спереди с разрезом вертикальной трубы-воздуховода.

На вертикальной несущей трубе 1 с осью 2 для соединения с электрогенератором жестко закреплены верхний сплошной пояс 3 и нижний пояс 4 в виде колеса со спицами. Между поясами 3 и 4 размещены наклонно по винтовой линии изогнутые по дуге секторы 5. На нижнем поясе 4 закреплены наклонно лопатки 6 по числу секторов 5. Ветроагрегат свободно вращается в подшипниках 7 и 8, которые с помощью кронштейнов 9 и 10 крепятся к несущей конструкции ветроагрегата (не показано). К нижнему поясу 4 примыкает с небольшим зазором труба-воздуховод 11 восходящего воздушного потока V_B. Диаметр трубы 11 в ее верхней части равен диаметру колеса нижнего пояса 4.

При значительной длине трубы 11 в ней создается достаточный для вращения ветроагрегата восходящий воздушный поток даже при полном отсутствии горизонтального ветрового потока. Восходящий поток воздействует через лопатки 6 на секторы 5, создавая вращающий момент в подвижной части ветроагрегата.

При наличии горизонтального воздушного потока (ветра) V_н вращающий момент значительно возрастает за счет суммарного воздействия обоих потоков. В результате обеспечивается вращение ветроагрегата при отсутствии ветра и возрастает вращающий момент при одновременном воздействии ветра и восходящего воздушного потока.

Возможны два варианта крепления лопаток 6 к спицам нижнего пояса 4. В первом варианте лопатки 6 жестко закреплены под углом 30÷60° к горизонтальной плоскости. Воздушные потоки V_в и V_н отражаются от поверхностей лопаток 6 на секторы 5, приводя ветроагрегат во вращение. Во втором варианте лопатки свободно вращаются по спицам в пределах от 10° до 80° к горизонтальной плоскости. Угловое положение лопаток 6 при этом будет зависеть от скорости и соотношения скоростей воздушных потоков V_в и V_н. Во втором варианте крепления лопаток 6 существенно снижается их тормозящее действие при большой разнице скоростей ветровых потоков.

Номинальный вращающий момент ветроагрегата зависит от диаметров колеса верхнего и нижнего поясов 3 и 4, расстояния между поясами, числа секторов 5 и угла наклона лопаток 6, так и от скоростей восходящего и горизонтального воздушных потоков.

В качестве трубы-воздуховода 11 могут использоваться дымовые и газоотводящие трубы тепловых электростанций, котельных, промышленных объектов, вентиляционные трубы многоэтажных строений.

Предложенный ветроагрегат может использоваться в качестве основы энергетической установки для энергонезависимых от централизованного газоэлектроснабжения зданий и сооружений. При этом труба-воздуховод одновременно может выполнять функцию вентиляционной или газоотводной трубы сборника со всех помещений этого здания.

С целью обеспечения максимального использования энергии восходящего и горизонтального ветрового потоков следует соблюдать следующие соотношения геометрических размеров ветроагрегата:

d=D-(0,5÷0,9)Н,

где d - диаметр колеса нижнего пояса 4,

D - диаметр верхнего пояса 3,

Н - расстояние между поясами 3 и 4.

d_в=d, где d_в - диаметр отверстия трубы-воздуховода 11.

r=(0,4÷0,5)D, где r - радиус дуги наружных торцов секторов, выходящих за окружность поясов 3 и 4.

Источники информации

1. Описание изобретения к патенту RU 2008515 С1, 1994 г., БИ №04.

Изобретение относится к ветроэнергетике, к преобразователям энергии воздушных потоков во вращательное движение ветроагрегата. С целью обеспечения работоспособности от ветрового и восходящего воздушных потоков в любой их комбинации и повышения энергоотдачи ветроагрегат, содержащий вертикальную несущую трубу, ось соединения с приводом энергоносителя, узел подвижного крепления, закрепленные на несущей трубе верхний и нижний пояса, между которыми размещены изогнутые по дуге секторы, снабжен трубой-воздуховодом, нижний пояс примыкает с зазором к трубе-воздуховоду, выполнен в виде колеса со спицами и снабжен наклонными лопатками по числу секторов, секторы размещены наклонно по винтовой линии по отношению к несущей трубе, а ось соединения с приводом энергоносителя выполнена на верхней части несущей трубы. Кроме того, диаметр колеса нижнего пояса d выбирают из соотношения d=D-(0,5÷0,9)Н, где D - диаметр верхнего пояса, Н - расстояние между поясами, диаметр отверстия трубы-воздуховода равен наружному диаметру нижнего пояса, лопатки нижнего пояса закреплены на спицах подвижно с возможностью перемещения по отношению к горизонтальной плоскости от 10° до 80°, наружные торцы секторов, выходящие за окружность поясов, выполнены радиусом r=(0,4÷0,5)D. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ветроагрегат, содержащий вертикальную несущую трубу, ось соединения с приводом энергоносителя, узел подвижного крепления, закрепленные на несущей трубе верхний и нижний пояса, между которыми размещены изогнутые по дуге секторы, отличающийся тем, что он снабжен трубой-воздуховодом, нижний пояс примыкает с зазором к трубе-воздуховоду, выполнен в виде колеса со спицами и снабжен наклонными лопатками по числу секторов, секторы размещены наклонно по винтовой линии по отношению к несущей трубе, а ось соединения с приводом энергоносителя выполнена на верхней части несущей трубы.2. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что диаметр d колеса нижнего пояса выбирают из соотношения d=D-(0,5÷0,9)Н, где D - диаметр верхнего пояса, Н - расстояние между поясами.3. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что диаметр отверстия трубы-воздуховода равен наружному диаметру нижнего пояса.4. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что лопатки нижнего пояса закреплены на спицах подвижно с возможностью перемещения по отношению к горизонтальной плоскости от 10 до 80°.5. Ветроагрегат по п.1, отличающийся тем, что наружные торцы секторов, выходящие за окружность поясов, выполнены радиусом r=(0,4÷0,5)D.