АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2007 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании установок с ветродвигателями с вертикальной осью вращения, работающими от вертикальных рабочих потоков, в частности при создании солнечных станций.

Ветродвигатели с вертикальной осью вращения, используемые в аэродинамических установках, работают в специально создаваемом вертикальном рабочем потоке. Его формируют либо путем изменения направления ветра, либо организуя восходящий тепловой поток, как это делается в аэродинамических гелио-станциях.

Известна аэродинамическая установка, в которой формируется вертикальный рабочий поток (1). Она содержит вытяжную трубу и ветровое колесо. Формирование рабочего потока осуществляется с помощью концентратора потока воздуха, выполненного в виде шатра, и вставленного в него конуса с вогнутой поверхностью. Вытяжная труба размещена на горловине концентратора потока воздуха. В нижней части трубы расположено ветровое колесо.

Установка работает следующим образом. Горизонтальный поток воздуха с помощью концентратора потока и вставленного в него конуса преобразуется в рабочий поток, падающий на лопатки ветроколеса, который затем поступает в вытяжную трубу.

Назначение трубы состоит в увеличении скорости рабочего потока за счет создания разности давлений внизу и вверху трубы.

Недостатком установки является низкая эффективность ее работы. Это обусловлено тем, что размещение ветроколеса внутри вытяжной трубы уменьшает скорость рабочего потока и снижает эффективность воздействия вытяжной трубы на работу установки.

Наиболее близкой, принятой за прототип, является ветроустановка (2). Она содержит вытяжную башню, встроенное в нее устройство, формирующее вертикальный рабочий поток, выполненное в виде системы воздухозаборников, и ветроколесо, расположенное в верхнем конце башни. Для повышения эффективности работы установки в нее введено вытяжное устройство, расположенное на верху башни, выполненное в виде сегмента чаши определенного радиуса и глубины.

Установка работает следующим образом. Поток воздуха с помощью системы воздухозаборников преобразуется в вертикальный рабочий поток, приводящий ветроколесо во вращение. После ветроколеса отработанный воздух поступает в вытяжное устройство. При наличии ветра над верхним концом вытяжной башни создается воздушнный поток, перпендикулярный оси башни, в результате давление в верхнем конце башни уменьшается, скорость рабочего потока увеличивается, а мощность установки возрастает.

Однако вытяжное устройство, выполненное в виде сегмента чаши, является пассивным элементом, воздействующим на рабочий поток, и действует только при наличии ветра. Оно не может быть использовано в аэродинамических установках, в которых формируются вертикальные тепловые потоки, как это делается, например, в аэродинамических гелиостанциях.

Кроме того, расположение ветроколеса внутри вытяжной башни уменьшает скорость рабочего потока и не позволяет в полной мере использовать воздействие вытяжной башни на увеличение эффективности работы установки.

Недостатком установки является низкая эффективность.

Цель изобретения - повышение эффективности установки.

Технический результат достигается тем, что в аэродинамическую установку, содержащую вытяжную башню, ветровое колесо и устройство, формирующее вертикальный рабочий поток, вводится вентилятор, расположенный на оси вытяжной башни, создающий над верхним ее концом воздушный поток в плоскости, перпендикулярной оси башни, при этом башня выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров с рабочей зоной между внешним и внутренним цилиндрами, а лопасти ветрового колеса расположены вне башни в зоне рабочего потока, выходящего из нее.

Воздушный поток, создаваемый над верхним концом башни, уменьшает над ней давление, в результате скорость рабочего потока в башне возрастает, при этом рабочий поток при выходе из башни отклоняется. Это воздействие на рабочий поток позволяет разместить ветровое колесо вне вытяжной башни, в результате скорость рабочего потока в башне не уменьшается, поскольку лопасти ветрового колеса, расположенные в зоне рабочего потока, не являются препятствием для его движения в вытяжной башне.

Схема аэродинамической установки приведена на чертеже. Установка содержит устройство, формирующее рабочий поток 1, коаксиально расположенные внешний цилиндр 2 и закрытый снизу внутренний цилиндр 3, образующие рабочую зону вытяжной башни между внешним и внутренним цилиндрами, вентилятор 4, расположенный на оси башни и закрепленный у верхнего конца внутреннего цилиндра 3 вытяжной башни, и ветровое колесо 5, расположенное вне башни в зоне рабочего потока.

Устройство, формирующее рабочий поток 1, выполняется различным образом, в зависимости от типа установки. В случае ветроустановки оно может быть выполнено в виде системы направляющих, как это сделано в установке (2).

Вентилятор 4 может быть выполнен в виде заключенной в кожух крыльчатки, создающей радиально направленный воздушный поток в плоскости, перпендикулярной оси башни над верхним ее концом в зоне между внутренним цилиндром 2 и внешним цилиндром 3 вытяжной башни. Крыльчатка вращается с помощью электромотора и расположена в кожухе, который может быть выполнен в виде двух круглых дисков с отверстиями в центре, куда поступает воздух из окружающего пространства для создания направленного воздушного потока над верхним концом вытяжной башни.

Установка работает следующим образом. С помощью устройства 1 формируется рабочий поток, который поступает в рабочую зону вытяжной трубы. Одновременно над верхним концом вытяжной башни с помощью вентилятора создается радиальный воздушный поток, перпендикулярный оси башни. В результате действия этого потока давление у верхнего конца рабочей зоны башни уменьшается, что приводит к увеличению скорости рабочего потока, а также к его отклонению. При выходе из башни рабочий поток попадает на лопасти ветрового колеса 5, расположенные вне башни, и приводит колесо во вращение.

Предлагаемое решение позволяет повысить эффективность работы установки за счет увеличения скорости рабочего потока в результате работы вентилятора, а также устранения препятствия на пути движения рабочего потока в вытяжной башне.

Источники информации

1. Патент РФ №2062353, кл. F 03 D 3/00.

2. Патент РФ №2073111, кл. F 03 D 3/00 (прототип).

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании установок с ветродвигателями с вертикальной осью вращения, в частности, при создании аэродинамических гелиостанций. Технический результат, заключающийся в повышении эффективности аэродинамической установки, обеспечивается за счет того, что в аэродинамическую установку, содержащую вытяжную башню, ветровое колесо и устройство, формирующее вертикальный рабочий поток, согласно изобретению вводится вентилятор, расположенный на оси вытяжной башни и создающий над верхним ее концом воздушный поток в плоскости, перпендикулярной оси башни, при этом башня выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров с рабочей зоной между внешним и внутренним цилиндрами, а лопасти ветрового колеса расположены вне башни в зоне рабочего потока, выходящего из нее. 1 ил.

Аэродинамическая установка, содержащая устройство, формирующее вертикальный рабочий поток, вытяжную башню и ветровое колесо, отличающаяся тем, что в нее вводится вентилятор, расположенный на оси вытяжной башни и создающий над верхним ее концом воздушный поток в плоскости, перпендикулярной оси башни, при этом башня выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров с рабочей зоной между внешним и внутренним цилиндрами, а лопасти ветрового колеса расположены вне башни в зоне рабочего потока, выходящего из нее.