ВЕТРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2006 года по МПК F03D1/02 F03D3/02 

Описание патента на изобретение RU2286477C2

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

Известна ветротурбинная установка (ВТУ), содержащая ротор, размещенный вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженный лопатками (см. патент Германии №3636248, МКИ F 03 D 9/00, 1988 г.). В известной установке ветротурбина установлена в нижней части трубы самотяги и работает в восходящем потоке воздуха, используя эффект самотяги.

Недостаток этого решения заключается в том, что не используется энергия ветра.

Известна также ветротурбинная установка, содержащая ротор, выполненный в виде вала, размещенного вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженного турбинными лопатками радиального типа, установленными вертикально по окружности, при этом корпус ветротурбинной установки выполнен в виде направляющего аппарата, содержащего вертикально расположенные направляющие лопатки по всему периметру корпуса, установленные под острым углом внешним кромкам лопаток ротора, образующие проточную часть турбины радиального типа (см. патент РФ №2184872, МКИ F 03 D 3/00, 2002 г.).

Недостатком этого решения является нестабильность работы установки, связанная с природными условиями, а именно с непостоянством ветра.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение стабильности работы ВТУ при снижении материалоемкости и сохранении высокой степени безопасности.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении эффективности ВТУ и в обеспечении максимального расхода воздуха через установку за счет использования его вертикального и горизонтального потоков.

Поставленная задача решается тем, что ветротурбинная установка, содержащая ротор, выполненный в виде вала, размещенного вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженного турбинными лопатками радиального типа, установленными вертикально по окружности, при этом корпус ветротурбинной установки выполнен в виде направляющего аппарата, содержащего вертикально расположенные направляющие лопатки по всему периметру корпуса, установленные под острым углом внешним кромкам лопаток ротора, образующие проточную часть турбины радиального типа, отличается тем, что нижняя часть вала выполнена в виде осевой турбины и снабжена обтекателем, при этом нижний конец вала оперт на обтекатель, который скреплен с свободными концами лопаток направляющего аппарата, закрепленных на обечайке, верхняя часть которой скреплена с корпусом, а нижняя укреплена на верхней части полого корпуса, например трубы самотяги, в нижней части этого полого корпуса выполнены воздухоподводящие отверстия. При этом полый воздухоподводящий корпус снабжен конфузором, размещенным в верхней части этого корпуса.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные решения.

Признак «...нижняя часть вала выполнена в виде осевой турбины и снабжена обтекателем...» позволяет ротору использовать энергию потока, образующегося в полом воздухоподводящем корпусе.

Признак «...нижний конец вала оперт на обтекатель, который скреплен с концами лопаток направляющего аппарата, закрепленных на обечайке, верхняя часть которой скреплена с корпусом, а нижняя укреплена на верхней части полого корпуса...» позволяет использовать его как опорный элемент и служить основанием для турбинной части установки.

Признак «...в нижней части этого полого воздухоподводящего корпуса выполнены воздухоподводящие отверстия...» обеспечивает вертикальный поток воздуха, поступающий на турбину осевого типа ротора.

Совокупность отличительных признаков дополнительного пункта формулы изобретения позволяет осуществить плавный аэродинамический переход с минимальными потерями объема и энергии воздушного потока из полого корпуса в проточную часть турбины.

На чертеже показан схематически общий вид установки.

На чертеже показаны ротор 1, корпус 2, турбинные лопатки 3 радиального типа, кронштейны 4, направляющие лопатки 5, рабочие лопатки 6 осевого типа, дополнительные направляющие лопатки 7, обечайка 8, обтекатель 9, полый корпус 10, конфузор 11 и воздухоподводящие окна 12.

Установка содержит ротор 1, размещенный внутри корпуса 2 с возможностью вращения в нем. Ротор 1 состоит из вала, на котором установлены вертикально по окружности на заданном расстоянии от центра турбинные лопатки 3 радиального типа, которые соединяются с валом посредством кронштейнов 4.

Корпус 2 неподвижен, выполнен в виде направляющего аппарата, состоящего из вертикально расположенных направляющих лопаток 5, которые установлены под острым углом внешней кромке турбинных лопаток 3 радиального типа, которые образуют внешние ветровые проточные каналы, расположенные по касательной к внутренней окружности установки. Нижняя часть ротора 1 выполнена в виде осевой турбины. На валу установлены рабочие лопатки 6 осевого типа, которые предназначены для работы в потоке воздуха, выходящем из направляющих лопаток 7. Дополнительные направляющие лопатки 7 установлены в нижней части корпуса 2 и расположены радиально внутри обечайки 8. Нижний конец ротора оперт на обтекатель 9, который жестко скреплен с концами лопаток 7 направляющего аппарата. Верхняя часть обечайки 8 скреплена с корпусом 2, а нижняя - оперта на верхней части полого корпуса 10 (трубе самотяги), на котором установлен конфузор 11. В нижней части полого корпуса 10 выполнены воздухоподводящие окна 12.

Установка работает следующим образом. За счет разности давлений у поверхности земли и у среза полого корпуса 10 поток воздуха через воздухоподводящие окна 12 начинает движение в вертикальном направлении. Проходя через конфузор 11, поток воздуха ускоряется и попадает на дополнительные лопатки 7 направляющего аппарата, которые направляют поток воздуха на рабочие лопатки 6 осевой ступени ротора. Энергия воздушного потока передается рабочим лопаткам 6 осевой ступени и приводит ротор 1 во вращательное движение. Горизонтальный поток ветра натекает на радиальные направляющие лопатки 5 и под острым углом направляется на турбинные лопатки радиального типа 3, приводя во вращение ротор 1. Движущийся к центру поток воздуха, отдав энергию, выходит в радиальном и осевом направлениях (на чертеже показано стрелками) через отверстия в направляющем аппарате 5. Часть воздуха, проходящая в радиальном направлении, проходит центральную часть ротора 1 и вновь попадает в турбинные лопатки 3 ротора 1, но в месте, расположенном диаметрально противоположно относительно зоны входа в ротор 1. Воздух захватывается элементами ротора 1 и выбрасывается в атмосферу (вентиляционные потери на неактивной дуге турбинного двигателя). На это расходуется определенная мощность, но при этом в центре ротора 1 создается разрежение, что способствует увеличению скорости и расхода воздуха, проходящего через ВТУ, и увеличивает ее мощность. В связи с тем, что мощность, расходуемая на прокачку воздуха, зависит от скорости вращения в третьей степени, то при больших скоростях ветра эта мощность становится значительной и сдерживает ротор 1 от слишком большого разгона. Это аэродинамическое торможение значительно повышает безопасность установки при больших скоростях ветра и позволяет обойтись без специальных тормозных устройств. Дополнительный вертикальный поток воздуха, создаваемый трубой самотяги (полым корпусом 10) и прошедший турбину осевого типа, увеличивает общий расход воздуха и способствует усилению аэродинамического торможения.

Похожие патенты RU2286477C2

название год авторы номер документа
ВЕТРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 2011
  • Леошко Анатолий Викторович
RU2488019C1
ВЕТРОТУРБИНА С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА 2019
  • Леошко Анатолий Викторович
RU2787430C1
ВЕТРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 2016
  • Белозеров Сергей Николаевич
RU2638120C1
ВЕТРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 2003
  • Кончаков Е.И.
  • Кончаков И.Е.
  • Кончаков Д.Е.
RU2240442C1
ДИФФУЗОРНАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ПОНИЖЕННЫМ УРОВНЕМ ШУМА 2012
  • Онин Александр Юрьевич
  • Митрофович Виктор Владимирович
  • Маслов Лев Алексеевич
  • Усачов Александр Евгеньевич
RU2501975C1
ВЕТРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 2000
  • Кончаков Е.И.
  • Троицкий А.С.
  • Фершалов Ю.Я.
RU2184872C1
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И ВЕТРОТУРБИНА (ВАРИАНТЫ) 2009
  • Филонов Иван Владимирович
RU2412372C1
ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 1991
  • Стрикица Борис Иванович[Ua]
RU2027054C1
ВИХРЕВАЯ ГАЗО-ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 2013
  • Грицин Алексей Валерьевич
  • Угланов Дмитрий Александрович
  • Бирюк Владимир Васильевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Цыбизов Юрий Ильич
  • Краснорудский Алексей Сергеевич
  • Серебряков Рудольф Анатольевич
  • Лапшина Варвара Александровна
RU2573061C2
ЕДИНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРОИЗВОДСТВА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ "МАКСИНИО", БЕЗАЭРОДРОМНЫЙ ЭЛЕКТРОСАМОЛЕТ (ВАРИАНТЫ), НЕСУЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ТУРБОРОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ), ПОЛИСТУПЕНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР, ОБЕЧАЙКА ВИНТОВЕНТИЛЯТОРА, СПОСОБ РАБОТЫ ТУРБОРОТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ ЭЛЕКТРОСАМОЛЕТА 2010
  • Максимов Николай Иванович
RU2457153C2

Реферат патента 2006 года ВЕТРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к энергетике, а именно к ветряным двигателям, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии на зданиях, имеющих достаточную высоту. Ветротурбинная установка содержит ротор, выполненный в виде вала, размещенного вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженного турбинными лопатками радиального типа, установленными вертикально по окружности. Корпус ветротурбинной установки выполнен в виде направляющего аппарата, содержащего вертикально расположенные направляющие лопатки по всему периметру корпуса, установленные под острым углом внешним кромкам лопаток ротора, образующие проточную часть турбины радиального типа. Нижняя часть ротора выполнена в виде осевой турбины и снабжена обтекателем. Нижний конец вала оперт на обтекатель, который скреплен с концами лопаток направляющего аппарата, закрепленных на обечайке, верхняя часть которой скреплена с корпусом, а нижняя укреплена на верхней части полого корпуса, например трубы самотяги. В нижней части полого корпуса выполнены воздухоподводящие отверстия. Изобретение повышает эффективность ветротурбинной установки за счет использования вертикального и горизонтального потоков ветра. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 286 477 C2

1. Ветротурбинная установка, содержащая ротор, выполненный в виде вала, размещенного вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженного турбинными лопатками радиального типа, установленными вертикально по окружности, при этом корпус ветротурбинной установки выполнен в виде направляющего аппарата, содержащего вертикально расположенные направляющие лопатки по всему периметру корпуса, установленные под острым углом к внешним кромкам лопаток ротора, образующие проточную часть турбины радиального типа, отличающаяся тем, что нижняя часть ротора выполнена в виде осевой турбины и снабжена обтекателем, при этом нижний конец вала оперт на обтекатель, который скреплен с концами лопаток направляющего аппарата, закрепленных на обечайке, верхняя часть которой скреплена с корпусом, а нижняя укреплена на верхней части полого корпуса, например трубы самотяги, а в нижней части этого полого корпуса выполнены воздухоподводящие отверстия.2. Ветротурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что полый корпус снабжен конфузором, размещенным в верхней части этого корпуса.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2286477C2

ВЕТРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 2000
  • Кончаков Е.И.
  • Троицкий А.С.
  • Фершалов Ю.Я.
RU2184872C1
Ветровентиляторная установка 1982
  • Блох Григорий Меерович
  • Мергольд Семен Борисович
  • Глеб Владимир Константинович
SU1048159A1
DE 4416560 A1, 17.08.1995
DE 3636248 A1, 05.05.1988
Ветродвигатель 1989
  • Захаров Владимир Анатольевич
  • Захаров Александр Владимирович
SU1721285A1
US 4116581 A, 26.09.1978.

RU 2 286 477 C2

Авторы

Кончаков Евгений Иванович

Суменков Вячеслав Михайлович

Федореев Александр Алексеевич

Даты

2006-10-27Публикация

2004-11-23Подача