ВЫТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК F03D11/00 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к вытяжному устройству ветроэнергетической установки, которое предназначено для снижения сопротивления ветровому потоку, который выходит через открытое верхнее сечение диффузора вертикального канала.

Известно вытяжное устройство ветроэнергетической установки по патенту Российской Федерации №2101555 С1, опубл. 10.01.1998, МПК 6 F03D 3/04, содержащее эжектирующий оголовок в виде криволинейных конфузорных каналов вокруг верхней части вертикального канала для облегчения выхода из него вихревого потока.

Основным недостатком данного устройства является повышенное сопротивление ветровому потоку из вертикального канала, что имеет место при сталкивании под острым углом эжекторного ветрового потока с вихревым потоком из вертикального канала ветроэнергетической установки.

Наиболее близким к первому варианту заявляемого решения по технической сущности и достигаемому техническому результату является вытяжное устройство ветроэнергетической установки по патенту Украины №19608 U, опубл. 15.12.2006, МПК 7 F03D 3/02, содержащее со стороны ветрового потока первую поверхность направления ветрового потока (НВП) над верхним открытым сечением вертикального канала. В этом устройстве первая поверхность НВП выполнена в виде прямого полуцилиндрического щитка, который поворачивается флюгером к ветровому потоку. При этом первая поверхность НВП с флюгером расположена над верхним сечением вертикального канала.

Наиболее близким к второму варианту заявляемого решения по технической сущности и достигаемому техническому результату является вытяжное устройство ветроэнергетической установки по патенту Украины №19608 U, опубл. 15.12.2006, МПК 7 F03D 3/02, содержащее со стороны ветрового потока первую поверхность направления ветрового потока (НВП) над верхним открытым сечением вертикального канала. В этом устройстве первая поверхность НВП выполнена в виде прямого полуцилиндрического щитка, который поворачивается флюгером к ветровому потоку. При этом первая поверхность НВП с флюгером расположена над верхним сечением вертикального канала.

Преимуществом данного прототипа, по первому и второму вариантам, является наличие зоны пониженного давления за первой поверхностью НВП в виде прямого полуцилиндрического щитка, что снижает сопротивление ветровому потоку, выходящему из вертикального канала ветроэнергетической установки.

Вместе с тем, основным недостатком данного вытяжного устройства ветроэнергетической установки, по обоим вариантам, является большая инерционность при вращении первой поверхности НВП вокруг оси вертикального канала ветроэнергетической установки, что особенно сказывается при малых скоростях ветрового потока порядка 4 м/сек. Это обусловлено большой массой первой поверхности НВП вместе с флюгером, т.к. диаметр верхнего открытого сечения, в частности диффузора, вертикального канала может достигать нескольких десятков метров. Большая масса и размеры такой вращаемой первой поверхности НВП с флюгером также вызывают неустойчивость в работе такого вытяжного устройства из-за возможности его перекоса при вращении и заклинивания.

В основу изобретения положена задача создания эффективного вытяжного устройства ветроэнергетической установки путем исключения вращения первой поверхности НВП вокруг оси вертикального канала ветроэнергетической установки при сохранении зоны пониженного давления за первой поверхностью НВП. Кроме того, это позволит значительно снизить высоту диффузора вертикального канала за счет увеличения угла раскрытия диффузора с сохранением его эффективной работы.

Поставленная задача решается тем, что вытяжное устройство ветроэнергетической установки содержит со стороны ветрового потока первую поверхность направления ветрового потока (НВП) над верхним открытым сечением вертикального канала. При этом верхним открытым сечением вертикального канала является верхнее открытое сечение диффузора вертикального канала, вокруг указанного диффузора расположена первая поверхность НВП, причем первая поверхность НВП выполнена по высоте в виде, по крайней мере, одного яруса отдельных первых поверхностей НВП, которые закреплены на каркасе с возможностью их поворота для обеспечения направления ветрового потока над верхним открытым сечением указанного диффузора со стороны ветрового потока и поворота их вдоль ветрового потока с обратной стороны. Первая поверхность НВП в вертикальном сечении выполнена криволинейной, вогнутостью к ветровому потоку. Ниже верхнего открытого сечения указанного диффузора и вокруг него расположено сопряженное, со стороны ветрового потока, продолжение первой поверхности НВП, которое неподвижно закреплено и выполнено в виде сплошной поверхности. Указанное сопряженное продолжение первой поверхности НВП выполнено в сечении криволинейным - вогнутостью к ветровому потоку. Также устройство содержит, по крайней мере, вторую поверхность НВП, которая расположена вокруг первой поверхности НВП. Также, по крайней мере, вторая поверхность НВП в вертикальном сечении выполнена криволинейной, вогнутостью к ветровому потоку. Первая и, по крайней мере, вторая поверхности НВП выше верхнего открытого сечения указанного диффузора в вертикальном сечении выполнены прямолинейными. При этом первая и, по крайней мере, вторая поверхности НВП выполнены многоугольными в плане. А многоугольная в плане вторая поверхность НВП выполнена в виде отдельных сторон этого многоугольника, которые расположены с возможностью их радиального смещения, при этом каждая сторона указанного многоугольника соединена штоком с гидро- или пневмоцилиндром. Также многоугольная в плане вторая поверхность НВП может быть выполнена в виде отдельных сторон этого многоугольника, которые расположены с возможностью их поворота в горизонтальной плоскости под действием ветрового потока, при этом каждая сторона указанного многоугольника соединена, по крайней мере, двумя штоками с соответствующими гидро- или пневмоцилиндрами. Указанные гидро- или пневмоцилиндры соединены с приводом отдельных первых поверхностей. А высота первой поверхности НВП, в положении обеспечения направления ветрового потока над верхним открытым сечением указанного диффузора, не превышает внутренний диаметр верхнего открытого сечения указанного диффузора. В каждом указанном ярусе отдельные первые поверхности НВП закреплены с возможностью их поворота вокруг своих вертикальных осей. Также в каждом указанном ярусе отдельные первые поверхности НВП закреплены с возможностью их поворота вокруг своих наклонных осей. В каждом указанном ярусе отдельные первые поверхности НВП закреплены с возможностью их поворота вокруг своих горизонтальных осей. При этом горизонтальная ось каждой отдельной первой поверхности НВП расположена в их нижних частях, при этом каждая отдельная первая поверхность НВП имеет ограничитель поворота для предотвращения их поворота ниже плоскости над горизонтальной плоскостью, и угол между которыми является острым. Также горизонтальная ось каждой отдельной первой поверхности НВП может быть расположена в их верхних частях. При этом в каждом указанном ярусе каждая отдельная первая поверхность НВП соединена с приводом ее поворота. В каждом указанном ярусе положение каждой отдельной первой поверхности НВП зафиксировано с помощью электромагнитов. Также в каждом указанном ярусе отдельные первые поверхности НВП закреплены внахлест с соседними отдельными первыми поверхностями НВП. Каждая отдельная первая поверхность НВП содержит ограничитель ее поворота для предотвращения ее поворота в направлении к оси вертикального канала. При этом ограничителем поворота является ось соседней отдельной первой поверхности НВП, при этом расстояние между осями соседних отдельных первых поверхностей НВП меньше их ширины. А ниже сопряженного продолжения первой поверхности НВП расположена дополнительная сплошная поверхность, между которыми в диффузоре вертикального канала выполнены отверстия для обеспечения подсоса ветрового потока в верхней части диффузора вертикального канала.

Поставленная задача также решается тем, что вытяжное устройство ветроэнергетической установки содержит со стороны ветрового потока первую поверхность направления ветрового потока (НВП) над верхним открытым сечением вертикального канала. При этом верхним открытым сечением вертикального канала является верхнее открытое сечение диффузора вертикального канала, вокруг указанного диффузора расположена первая поверхность НВП, причем первая поверхность НВП выполнена по высоте в виде, по крайней мере, одного яруса отдельной эластичной поверхности НВП с обратной конусообразной формой, а над верхним открытым сечением указанного диффузора расположен каркас, в нижней части, по крайней мере, одного яруса которого закреплена указанная отдельная эластичная поверхность НВП для обеспечения прижима ее ветровым потоком с одной стороны к указанному каркасу и отжима ее вниз ветровым потоком с другой стороны указанного каркаса. Кроме того, каждая эластичная поверхность с обратной конусообразной формой выполнена надувной. Также каждая эластичная поверхность с обратной конусообразной формой выполнена в вертикальном сечении криволинейной, с вогнутостью к ветровому потоку. Ниже верхнего открытого сечения указанного диффузора и вокруг него расположено продолжение первой поверхности НВП, которое сопряжено с указанной первой поверхностью ВВП над открытым сечением указанного диффузора, со стороны ее прижима ветровым потоком к каркасу, указанное продолжение первой поверхности НВП неподвижно закреплено и выполнено в виде сплошной поверхности. Указанное сопряженное продолжение первой поверхности НВП выполнено в сечении криволинейным - вогнутостью к ветровому потоку. Кроме того, ниже сопряженного продолжения первой поверхности НВП расположена дополнительная сплошная поверхность, между которыми в диффузоре вертикального канала выполнены отверстия для обеспечения подсоса ветрового потока в верхней части диффузора вертикального канала.

Исключение, по обоим двум вариантам выполнения вытяжного устройства ветроэнергетической установки, вращения первой поверхности НВП вокруг оси вертикального канала ветроэнергетической установки позволяет обеспечить эффективную устойчивую работу вытяжного устройства при низких скоростях ветрового потока, порядка 4 м/сек, которые чаще всего имеют место быть. Это достигается значительным понижением инерционности перехода вытяжного устройства в стойкий рабочий режим отклонения внешнего ветрового потока над верхней открытой частью диффузора вертикального канала. При этом обеспечивается сохранение зоны пониженного давления за первой поверхностью НВП для снижения сопротивления восходящему ветровому потоку из вертикального канала ветроэнергетической установки со стороны внешнего ветрового потока, т.к. при этом устраняются завихрения над открытой верхней частью диффузора вертикального канала. Кроме того, такое выполнение вытяжного устройства позволяет значительно снизить высоту диффузора вертикального канала за счет увеличения угла раскрытия диффузора, без снижения скорости проходящего через него восходящего ветрового потока из вертикального канала установки.

Выполнение первой поверхности НВП, по обоим двум вариантам выполнения вытяжного устройства ветроэнергетической установки, в вертикальном сечении криволинейной, вогнутостью к ветровому потоку, позволяет обеспечить больший захват внешнего ветрового потока для направления его вверх. Это позволяет усилить эффект отклонения общего потока над верхней частью диффузора для еще большего понижения давления за первой поверхностью НВП, что облегчает выход восходящего ветровому потоку из вертикального канала ветроэнергетической установки.

Расположение ниже верхнего открытого сечения диффузора и вокруг него сопряженного с первой поверхностью ее продолжения, которое неподвижно закреплено и выполнено в виде сплошной поверхности, выполнения вытяжного устройства, позволяет усилить по обоим вариантам направляемый вверх внешний ветровой поток над верхней открытой частью диффузора. При этом выполнение в сечении этого сопряженного продолжения первой поверхности НВП криволинейным, вогнутостью к ветровому потоку, также позволяет обеспечить плавный поворот внешнего ветрового потока вверх для усиления эффекта отклонения общего потока над верхней частью диффузора.

Расположение ниже продолжения первой поверхности НВП, по крайней мере, одной дополнительной сплошной поверхности с выполнением между этими поверхностями отверстий в верхней части диффузора вертикального канала, по обоим вариантам выполнения вытяжного устройства, позволяет обеспечить подсос восходящего ветрового потока в вертикальном канале установки для дополнительного увеличения его скорости.

Расположение, по обоим вариантам выполнения вытяжного устройства, вокруг первой поверхности НВП, по крайней мере, одной второй поверхности НВП позволяет обеспечить предварительное направление внешнего ветрового потока вверх, что в сочетании с ветровым потоком между первой и второй поверхностями НВП усиливает общее отклонение ветрового потока над верхней частью диффузора. При этом выполнение в плане как первой, так и второй поверхности НВП многоугольными или только, по крайней мере, одной второй поверхности НВП позволяет обеспечить больший захват внешнего ветрового потока, без обтекания им верхней части диффузора. При этом выполнение в вертикальном сечении, по крайней мере, одной второй поверхности НВП криволинейной, вогнутостью к ветровому потоку, также позволяет обеспечить плавный поворот внешнего ветрового потока вверх для усиления эффекта отклонения общего потока над верхней частью диффузора.

Особенности выполнения вытяжного устройства по первому варианту позволяют достичь следующих преимуществ.

- Первая поверхность НВП выполнена по высоте в виде, по крайней мере, одного яруса отдельных первых поверхностей НВП, что позволяет выполнить ее как в виде одного яруса, так и нескольких ярусов. Это зависит от конструкции устройства, особенностей его, в частности в зависимости от различной кривизны или угла наклона первой поверхности НВП, а также в зависимости от обеспечения активного (принудительного) их поворота в рабочее состояние или пассивного самоориентирования элементов отдельных первых поверхностей НВП в рабочее состояние под действием как внешнего ветрового потока, так и под действием внутреннего ветрового потока в вертикальном канале ветроэнергетической установки. Это все направлено на обеспечение устойчивой работы вытяжного устройства, особенно при низких скоростях ветрового потока, порядка 4 м/сек, которые чаще всего имеют место быть. А также направлено на исключение или уменьшение использования вырабатываемой установкой энергии на приведение элементов отдельных первых поверхностей НВП в рабочее состояние. Кроме того, изменяя размеры отдельных первых поверхностей НВП можно всю конструкцию вытяжного устройства изменять в соответствии с конкретными преобладающими видами ветров для местности расположения ветроэнергетической установки.

- Выполнение первой и, по крайней мере, второй поверхностей НВП выше верхнего открытого сечения указанного диффузора в вертикальном сечении прямолинейными позволяет выполнить один из возможных вариантов исполнения вытяжного устройства.

- Выполнение многоугольной в плане второй поверхности НВП в виде отдельных сторон этого многоугольника и соединение каждой из этих сторон с соответствующим штоком гидро- или пневмоцилиндра позволяет обеспечить, под действием внешнего ветрового потока, радиальное смещение этих сторон с одновременным обеспечением энергией управления от указанных гидро- или пневмоцилиндров для различных элементов ветроэнергетической установки.

- А соединение каждой стороны многоугольника второй поверхности НВП, по крайней мере, двумя штоками с соответствующими гидро- или пневмоцилиндрами позволяет обеспечить поворот указанных сторон в горизонтальной плоскости, при направлении внешнего ветрового потока на стык двух указанных сторон для максимально возможного их расположения в одну линию, что увеличивает объем отклонения внешнего ветрового потока вверх.

- А соединение гидро- или пневмоцилиндров с приводом отдельных первых поверхностей НВП позволит использование силы внешнего ветрового потока для обеспечения активной (принудительной) установки в рабочее положение этих отдельных первых поверхностей НВП.

- Выполнение высоты первой поверхности НВП, со стороны внешнего ветрового потока, не превышающей внутренний диаметр верхнего открытого сечения диффузора, позволяет обеспечить оптимальное соотношение между ними для необходимого понижения давления над верхней открытой частью вертикального канала.

- Закрепление в каждом ярусе отдельных первых поверхностей НВП с возможностью поворота вокруг своих вертикальных или наклонных, или горизонтальных осей позволяет выполнить различные варианты выполнения вытяжного устройства. При этом в первых двух случаях предпочтительно осуществлять принудительную установку отдельных первых поверхностей НВП в рабочее положение. А также позволит реализовать, по высоте в ярусах, возможную комбинацию этих различных вариантов, в зависимости от различной кривизны сечения первой поверхности НВП в вертикальной плоскости.

- Расположение горизонтальных осей в нижних частях в каждой отдельной первой поверхности НВП, с ограничением их поворота в вертикальной плоскости, позволяет обеспечить предпочтительную их установку в рабочее положение только под действием ветрового потока, как внешнего, так и ветрового потока в вертикальном канале ветроэнергетической установки, или их сочетаний. А расположение горизонтальных осей в верхних частях в каждой отдельной первой поверхности НВП позволяет обеспечить один из возможных вариантов выполнения вытяжного устройства.

- Соединение в каждом ярусе каждой отдельной первой поверхности НВП с приводом ее поворота позволяет обеспечить принудительную установку отдельных первых поверхностей НВП в рабочее положение.

- Фиксирование каждой отдельной первой поверхности НВП посредством электромагнитов позволяет также обеспечить принудительную установку отдельных первых поверхностей НВП в рабочее положение.

- Закрепление отдельных первых поверхностей НВП внахлест с соседними позволяет ограничить их поворот в направлении к оси вертикального канала, при этом ограничителем служит ось соседней отдельной первой поверхности НВП.

Особенности выполнения вытяжного устройства по второму варианту позволяют достичь следующих преимуществ.

- Расположение по высоте первой поверхности НВП в виде, по крайней мере, одного яруса отдельной эластичной поверхности НВП с обратной конусообразной формой, с расположением над верхним открытым сечением указанного диффузора каркаса, в нижней части, по крайней мере, одного яруса которого закреплена указанная отдельная эластичная поверхность НВП, позволяет обеспечить выполнение одного из возможных вариантов вытяжного устройства. При этом каждая из этих поверхностей прижимается к каркасу со стороны внешнего ветрового потока, повторяя форму каркаса со стороны этого прижатия, и отжимается вниз ветровым потоком с обратной стороны.

- Выполнение надувной каждой эластичной поверхности с обратной конусообразной формой позволяет обеспечить как необходимую ее кривизну в вертикальном сечении, с вогнутостью к ветровому потоку, так и легкость в сочетании с необходимой ее жесткостью.

Изложенное выше подтверждает наличие причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом.

Данная совокупность существенных признаков по сравнению с прототипами, по обоим вариантам выполнения вытяжного устройства ветроэнергетической установки, позволяет снизить инерционность перехода вытяжного устройства в устойчивый рабочий режим отклонения внешнего ветрового потока над верхней открытой частью диффузора вертикального канала. Это достигается путем исключения вращения первой поверхности НВП вокруг оси вертикального канала ветроэнергетической установки. При этом не только сохраняется зона пониженного давления за первой поверхностью НВП, но и еще больше это давление снижается. А это повышает скорость восходящего ветрового потока в вертикальном канале для повышения его мощности. И тем самым обеспечивается свободный выход восходящего ветрового потока из вертикального канала через открытое верхнее сечение его диффузора. Кроме того, такая конструкция вытяжного устройства позволяет значительно снизить высоту диффузора вертикального канала с сохранением его эффективной работы.

По мнению авторов, заявляемое техническое решение отвечает критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень» потому, что совокупность существенных признаков, которые характеризуют вытяжное устройство ветроэнергетической установки, является новой и не вытекает явно из известного уровня техники.

Заявленное изобретение поясняется чертежами, на которых одинаковые элементы имеют одинаковые цифровые обозначения и где на:

Фиг.1 изображено вытяжное устройство ветроэнергетической установки, вертикальный разрез, первый вариант; Фиг.2 изображен вид сверху, в сечении F-F, по Фиг.1; Фиг.3 изображен вид X, по Фиг.1; Фиг.4 изображен вид Z, по Фиг.1; Фиг.5 показано закрепление отдельных первых поверхностей НВП с возможностью их поворота вокруг своих вертикальных осей; Фиг.6 показано закрепление отдельных первых поверхностей НВП с возможностью их поворота вокруг своих наклонных осей; Фиг.7 изображено вытяжное устройство ветроэнергетической установки, вертикальный разрез, одна из разновидностей первого варианта; Фиг.8 изображен вид сверху по Фиг.7; Фиг.9 изображено вытяжное устройство ветроэнергетической установки, вертикальный разрез, второй вариант; Фиг.10 изображен вид сверху по Фиг.9.

Предпочтительным вариантом вытяжного устройства ветроэнергетической установки является первый вариант его исполнения в соответствии с Фиг.1-4, содержащий в башне 1 вертикальный канал 2, в верхней части которого расположен диффузор 3, над верхним открытым сечением 4 которого закреплена на каркасе 5 первая поверхность 6 направления ветрового потока (НВП) в виде отдельных первых поверхностей 6.1-6.N НВП, которые расположены по высоте в виде, по крайней мере, одного яруса 7.1-7.М. При этом высота, по крайней мере, одного яруса 7.1-7.М отдельных первых поверхностей 6.1-6.N НВП, в положении обеспечения направления ветрового потока над верхним открытым сечением 4 указанного диффузора 3 (со стороны внешнего ветрового потока, обозначенного стрелками А), не превышает внутренний диаметр верхнего открытого сечения 4 указанного диффузора 3. Отдельные первые поверхности 6.1-6.N НВП закреплены с возможностью их поворота вокруг своих горизонтальных осей, которые расположены в нижней их части, при этом каждая отдельная первая поверхность 6.1-6.N НВП имеет ограничитель (не показано) поворота для предотвращения их поворота ниже плоскости над горизонтальной плоскостью и угол между которыми является острым. Причем отдельные первые поверхности 6.1-6.N НВП в каждом указанном ярусе 7.1-7.М закреплены внахлест с соседними отдельными первыми поверхностями 6.1-6.N НВП. При этом каждая отдельная первая поверхность 6.1-6.N НВП содержит ограничитель (не показано) ее поворота для предотвращения ее поворота в направлении к оси вертикального канала. В качестве ограничителя указанного поворота используется ось соседней отдельной первой поверхности 6.1-6.N НВП, при этом расстояние между осями соседних отдельных первых поверхностей 6.1-6.N НВП меньше их ширины. Вокруг первой поверхности 6 НВП на расстоянии расположена, по крайней мере, вторая поверхность 8 НВП, которые, как и первая поверхность 6 НВП, выполнены в вертикальном сечении криволинейными (вогнутостью к ветровому потоку), а в плане, в соответствии с Фиг.2, выполнены многоугольными. А многоугольная в плане вторая поверхность 8 НВП выполнена в виде отдельных сторон 8.1-8.К этого многоугольника, которые расположены с возможностью их как радиального смещения, так и/или с возможностью их поворота в горизонтальной плоскости под действием ветрового потока. При этом стороны 8.1-8.К указанного многоугольника второй поверхности 8 НВП соединены соответственно со штоками 9.1-9.L, по крайней мере, с одного гидро- или пневмоцилиндра 10.1-10.Р, которые в свою очередь соединены с приводами (не показаны) поворота отдельных первых поверхностей 6.1-6.N НВП. Кроме того, ниже первой поверхности 6 НВП расположены ярусы 11.1-11.Q дополнительных сплошных поверхностей 12.1-12.R, между которыми в диффузоре 3 вертикального канала 2 выполнены отверстия 13.1-13.S для обеспечения подсоса ветрового потока в верхней части вертикального канала 2.

В другом исполнении по первому варианту, в соответствии с Фиг.7-8, ниже верхнего открытого сечения 4 указанного диффузора 3 и вокруг него расположено сопряженное, со стороны ветрового потока, продолжение 14 первой поверхности 6 НВП, которое неподвижно закреплено и выполнено в виде сплошной конусообразной поверхности. Указанное сопряженное продолжение 14 первой поверхности 6 НВП выполнено в сечении криволинейным - вогнутостью к ветровому потоку. При этом первая 6 и, по крайней мере, вторая 8 поверхности НВП в виде сторон 8.1-8.К ее многоугольника, ниже верхнего открытого сечения 4 указанного диффузора 3, в вертикальном сечении выполнены криволинейными, а выше - прямолинейными. Причем указанные стороны 8.1-8.К соответственно соединены, по крайней мере, с одним гидро- или пневмоцилиндром. А ниже сопряженного продолжения 14 первой поверхности 6 НВП расположена дополнительная сплошная конусообразная поверхность 12, между которыми в диффузоре 3 вертикального канала 2 выполнены отверстия 13.1-13.S для обеспечения подсоса ветрового потока в верхней части вертикального канала 2.

Также в других исполнениях по первому варианту в каждом указанном ярусе 7.1-7.М отдельные первые поверхности 6.1-6.N НВП, закреплены с возможностью их поворота вокруг своих вертикальных осей или с возможностью их поворота вокруг своих наклонных осей, или с возможностью их поворота вокруг своих горизонтальных осей, с расположением этих горизонтальных осей в верхних частях отдельных первых поверхностей 6.1-6.N НВП. При этом отдельные первые поверхности 6.1-6.N НВП фиксируют с помощью электромагнитов или с помощью приводов как гидравлических, так и механических в виде системы рычагов, приводимые в действие смещением отдельных сторон 8.1-8.К многоугольника второй поверхности 8 НВП.

Во втором варианте выполнения, в соответствии с Фиг.9-10, вытяжное устройство ветроэнергетической установки содержит первую поверхность 15 НВП, которая выполнена по высоте в виде, по крайней мере, одного яруса 16.1-16.Н отдельной эластичной поверхности 15.1-15.Т НВП с обратной конусообразной формой, а над верхним открытым сечением 4 указанного диффузора 3 расположен каркас 5, в нижней части, по крайней мере, одного яруса 16.1-16.Н которого закреплена указанная отдельная эластичная поверхность 15.1-15.Т НВП для обеспечения прижима ее внешним ветровым потоком А с одной стороны к указанному каркасу 5 и отжима ее вниз ветровым потоком А и ветровым потоком В и Е из вертикального канала 2 с другой стороны указанного каркаса 5. При этом каждая эластичная поверхность 15.1-15.Т НВП с обратной конусообразной формой выполнена надувной, а в вертикальном сечении выполнена криволинейной, с вогнутостью к ветровому потоку. Ниже верхнего открытого сечения 4 указанного диффузора 3 и вокруг него расположено продолжение 14 первой поверхности 15 НВП, которое сопряжено с указанной первой поверхностью 15 НВП над открытым сечением 4 указанного диффузора 3, со стороны ее прижима внешним ветровым потоком А к каркасу 5. Указанное сопряженное продолжение 14 первой поверхности 15 НВП неподвижно закреплено и выполнено в виде сплошной конусообразной поверхности, а в сечении выполнено криволинейным - вогнутостью к ветровому потоку А. Кроме того, ниже сопряженного продолжения 14 первой поверхности 15 НВП расположена дополнительная сплошная конусообразная поверхность 12, между которыми в диффузоре 3 вертикального канала 2 выполнены отверстия 13.1-13.S для обеспечения подсоса ветрового потока в верхней части вертикального канала 2. Закрепление первой поверхности 15 НВП в нижней части каркаса 5 может быть выполнено в виде шарнирного соединения.

По второму варианту выполнения вытяжное устройство ветроэнергетической установки может содержать вокруг первой поверхности 15 НВП, по крайней мере, одну вторую поверхность 8 НВП, выполненную в виде отдельных сторон 8.1-8.К многоугольника, которые соединены штоками 9.1-9.L, по крайней мере, с одним гидро- или пневмоцилиндром 10.1-10.Р для обеспечения технологических нужд ветроэнергетической установки.

Предпочтительный первый вариант вытяжного устройства ветроэнергетической установки работает следующим образом.

Под действием ветрового потока А передние стороны отдельных сторон 8.1-8.К многоугольника второй поверхности 8 НВП смещаются радиально, а если ветровой поток А попадает на стык этих сторон, то они, помимо радиального смещения, еще и поворачиваются с уменьшением угла между ними, как показано на Фиг.2. Это смещение вызывает смещение, по крайней мере, одного штока 9.1-9.L соответственно, по крайней мере, одного из гидро- или пневмоцилиндров 10.1-10.Р, которые в свою очередь приводят в действие приводы поворота отдельных первых поверхностей 6.1-6.N НВП, которые со стороны ветрового потока А закрываются, образуя первую поверхность 6 НВП, а с другой стороны максимально открываются. При этом ветровой поток А перед башней 1 отклоняется вверх и в виде потока G проходит между первой поверхностью 6 НВП и второй поверхностью 8 НВП, отклоняясь вверх в виде потока D над открытым верхним сечением 4 диффузора 3, что позволяет ветровому потоку В из вертикального канала 2 свободно выходить вверх и с обратной стороны вытяжного устройства, через открытые отдельные первые поверхности 6.1-6.N НВП в виде потока Е. Свободному выходу потока В из вертикального канала 2 способствует и подсос этого потока ветровым потоком А в виде потока С через отверстия 13.1-13.S в диффузоре 3 вертикального канала 2.

В другом предпочтительном варианте исполнения, когда не используются гидро- или пневмоцилиндры 10.1-10.Р для управления приводами первых отдельных поверхностей 6.1-6.N НВП, ветровой поток А прижимает с одной стороны первые отдельные поверхности 6.1-6.N НВП к каркасу 5 с образованием с этой стороны цельной первой поверхности 6 НВП, а с обратной стороны, наоборот, отжимает вместе с потоком В первые отдельные поверхности 6.1-6.N НВП от каркаса 5.

Во втором варианте выполнения вытяжного устройства ветроэнергетической установки режим направления ветрового потока А вверх над открытым верхним сечением 4 диффузора 3 обеспечивается прижимом первой поверхности 15 НВП, в виде отдельной эластичной поверхности 15.1-15.Т НВП с обратной конусообразной формой, по крайней мере, одного яруса 16.1-16.Н, к каркасу 5 внешним ветровым потоком А и отжимом им и ветровыми потоками В и Е из вертикального канала 2 первой поверхности 15 НВП от каркаса 5 с обратной стороны.

Хотя здесь показаны и описаны варианты, которые признаны лучшими для осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что можно осуществлять разнообразные изменения и модификации и элементы можно заменять на эквивалентные, не выходя при этом за пределы объема притязаний настоящего изобретения. В частности такие термины, как „первый", „второй" приведены в настоящем описании изобретения из соображений удобства и не являются терминами, которые ограничивают объем прав по заявке.

Соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения «промышленная применимость» подтверждается указанными примерами выполнения вытяжного устройства ветроэнергетической установки.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к вытяжным устройствам ветроэнергетической установки, и предназначено для снижения сопротивления ветровому потоку, выходящему из верхнего сечения диффузора вертикального канала. В предпочтительном варианте выполнения вытяжное устройство ветроэнергетической установки содержит первую поверхность направления ветрового потока (НВП), которая расположена вокруг диффузора и выполнена по высоте в виде, по крайней мере, одного яруса отдельных первых поверхностей НВП, закрепленных на каркасе с возможностью их поворота вокруг своих горизонтальных осей, в их нижней части, для обеспечения направления ветрового потока над верхним открытым сечением указанного диффузора со стороны ветрового потока и поворота их вдоль ветрового потока с обратной стороны. В другом варианте выполнения первая поверхность НВП выполнена по высоте в виде, по крайней мере, одного яруса отдельной эластичной поверхности НВП с обратной конусообразной формой для прижима ее ветровым потоком с одной стороны к каркасу и отжима ее вниз ветровым потоком с другой стороны указанного каркаса. Использование изобретения обеспечит снижение инерционности перехода вытяжного устройства в устойчивый рабочий режим отклонения внешнего ветрового потока над верхней открытой частью диффузора вертикального канала при снижении высоты диффузора вертикального канала. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Вытяжное устройство ветроэнергетической установки, содержащее со стороны ветрового потока первую поверхность направления ветрового потока (НВП) над верхним открытым сечением вертикального канала, отличающееся тем, что верхним открытым сечением вертикального канала является верхнее открытое сечение диффузора вертикального канала, вокруг указанного диффузора расположена первая поверхность НВП, при этом первая поверхность НВП выполнена по высоте в виде, по крайней мере, одного яруса отдельных первых поверхностей НВП, которые закреплены на каркасе с возможностью их поворота для обеспечения направления ветрового потока над верхним открытым сечением указанного диффузора со стороны ветрового потока и поворота их вдоль ветрового потока с обратной стороны.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая поверхность НВП в вертикальном сечении выполнена криволинейной, вогнутостью к ветровому потоку.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ниже верхнего открытого сечения указанного диффузора и вокруг него расположено сопряженное со стороны ветрового потока продолжение первой поверхности НВП, которое неподвижно закреплено и выполнено в виде сплошной поверхности.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что указанное сопряженное продолжение первой поверхности НВП выполнено в сечении криволинейным - вогнутостью к ветровому потоку.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит, по крайней мере, вторую поверхность НВП, которая расположена вокруг первой поверхности НВП.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что, по крайней мере, вторая поверхность НВП в вертикальном сечении выполнена криволинейной, вогнутостью к ветровому потоку.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первая и, по крайней мере, вторая поверхности НВП выше верхнего открытого сечения указанного дифузора в вертикальном сечении выполнены прямолинейными.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первая и, по крайней мере, вторая поверхности НВП выполнены многоугольными в плане.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что многоугольная в плане вторая поверхность НВП выполнена в виде отдельных сторон этого многоугольника, которые расположены с возможностью их радиального смещения, при этом каждая сторона указанного многоугольника соединена штоком с гидро- или пневмоцилиндром.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что многоугольная в плане вторая поверхность НВП выполнена в виде отдельных сторон этого многоугольника, которые расположены с возможностью их поворота в горизонтальной плоскости под действием ветрового потока, при этом каждая сторона указанного многоугольника соединена, по крайней мере, двумя штоками с соответствующими гидро- или пневмоцилиндрами.

11. Устройство по любому из пп.9 и 10, отличающееся тем, что гидро- или пневмоцилиндры соединены с приводом отдельных первых поверхностей.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота первой поверхности НВП, в положении обеспечения направления ветрового потока над верхним открытым сечением указанного диффузора, не превышает внутренний диаметр верхнего открытого сечения указанного диффузора.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в каждом указанном ярусе отдельные первые поверхности НВП закреплены с возможностью их поворота вокруг своих вертикальных осей.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в каждом указанном ярусе отдельные первые поверхности НВП закреплены с возможностью их поворота вокруг своих наклонных осей.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в каждом указанном ярусе отдельные первые поверхности НВП закреплены с возможностью их поворота вокруг своих горизонтальных осей.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что горизонтальная ось каждой отдельной первой поверхности НВП расположена в их нижних частях, при этом каждая отдельная первая поверхность НВП имеет ограничитель поворота для предотвращения их поворота ниже плоскости над горизонтальной плоскостью, и угол между которыми является острым.

17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что горизонтальная ось каждой отдельной первой поверхности НВП расположена в их верхних частях.

18. Устройство по любому из пп.13-17, отличающееся тем, что в каждом указанном ярусе каждая отдельная первая поверхность НВП соединена с приводом ее поворота.

19. Устройство по любому из пп.13-17, отличающееся тем, что в каждом указанном ярусе положение каждой отдельной первой поверхности НВП зафиксировано с помощью электромагнитов.

20. Устройство по любому из пп.13-17, отличающееся тем, что в каждом указанном ярусе отдельные первые поверхности НВП закреплены внахлест с соседними отдельными первыми поверхностями НВП.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что каждая отдельная первая поверхность НВП содержит ограничитель ее поворота для предотвращения ее поворота в направлении к оси вертикального канала.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что ограничителем поворота является ось соседней отдельной первой поверхности НВП, при этом расстояние между осями соседних отдельных первых поверхностей НВП меньше их ширины.

23. Устройство по любому из пп.1-10, 12-17, 21-22, отличающееся тем, что ниже сопряженного продолжения первой поверхности НВП расположена дополнительная сплошная поверхность, между которыми в диффузоре вертикального канала выполнены отверстия для обеспечения подсоса ветрового потока в верхней части диффузора вертикального канала.

24. Вытяжное устройство ветроэнергетической установки, содержащее со стороны ветрового потока первую поверхность направления ветрового потока (НВП) над верхним открытым сечением вертикального канала, отличающееся тем, что верхним открытым сечением вертикального канала является верхнее открытое сечение диффузора вертикального канала, вокруг которого расположена первая поверхность НВП, при этом первая поверхность НВП выполнена по высоте в виде, по крайней мере, одного яруса отдельной эластичной поверхности НВП с обратной конусообразной формой, а над верхним открытым сечением указанного диффузора расположен каркас, в нижней части, по крайней мере, одного яруса которого закреплена указанная отдельная эластичная поверхность НВП для обеспечения прижима ее ветровым потоком с одной стороны к указанному каркасу и отжима ее вниз ветровым потоком с другой стороны указанного каркаса.

25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что каждая эластичная поверхность с обратной конусообразной формой выполнена надувной.

26. Устройство по любому из пп.24 и 25, отличающееся тем, что каждая эластичная поверхность с обратной конусообразной формой выполнена в вертикальном сечении криволинейной, с вогнутостью к ветровому потоку.

27. Устройство по п.24, отличающееся тем, что ниже верхнего открытого сечения указанного диффузора и вокруг него расположено продолжение первой поверхности НВП, которое сопряжено с указанной первой поверхностью НВП над открытым сечением указанного диффузора, со стороны ее прижима ветровым потоком к каркасу, указанное продолжение первой поверхности НВП неподвижно закреплено и выполнено в виде сплошной поверхности.

28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что указанное сопряженное продолжение первой поверхности НВП выполнено в сечении криволинейным - вогнутостью к ветровому потоку.

29. Устройство по любому из пп.27-28, отличающееся тем, что ниже сопряженного продолжения первой поверхности НВП расположена дополнительная сплошная поверхность, между которыми в диффузоре вертикального канала выполнены отверстия для обеспечения подсоса ветрового потока в верхней части диффузора вертикального канала.