ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2015 года по МПК F03D3/04 F03D3/00 

Настоящее изобретение относится к возобновляемым источникам энергии, а именно к использованию перемещения воздушных масс (ветра) для выработки энергии, в частности электрической, а также к малым гидроэлектростанциям.

Из истории ветроэнергетики известно, что первый в мире ветрогенератор был построен изобретателем из США Чарльзом Френсисом Бушем в 1888 году. Это было сооружение высотой 18 метров, генератор мог обеспечить 12 кВт электрической мощности.

В условиях отсутствия или недостаточности электрических сетей ветроэнергетика развивалась высокими темпами, к 30-м годам 20-го века ветроэнергетические установки приобрели современные очертания: расположение на высокой башне, компоновка турбины и генератора в едином корпусе с тормозами и трансмиссией, а также системой слежения за направлением ветра. Также непременным атрибутом стало использование аккумуляторов, расположенных внизу. Обычно лопасти ветрогенератора имеют размах от 20 до 40 метров и вращаются со скоростью 10-20 оборотов в минуту.

Основной проблемой является обширная зона турбулентных завихрений, распространяющаяся за генератором. Это не позволяет располагать их близко друг к другу.

Другой проблемой является то, что такие сооружения являются источником радиопомех, а также причиной гибели птиц и насекомых.

В связи с этим последнее время одним из направлений поиска новых решений в ветроэнергетике, которая имеет уже ощутимую долю в общем количестве вырабатываемой электроэнергии, стало создание так называемых безлопастных ветрогенераторов.

Одним из примеров таких решений является система Power Windows, разработанная в университете Уоллонгонга, хотя к безлопастным ветрогенераторам ее можно отнести с определенной оговоркой, поскольку речь в ней идет не о полном отказе от лопастей, а о замене большой лопасти на множество небольших, что позволяет резко сократить нагрузки на несущие конструкции и устанавливать их непосредственно на крышах и стенах зданий.

Еще одним преимуществом является модульное исполнение и возможность добавления и подключения необходимого числа модулей в случае увеличения потребности в электроэнергии.

Примером безлопастных ветрогенераторов является разработка компании SheerWind, которая практически не имеет ничего общего с традиционными. Эта установка представляет собой изогнутую трубу сужающегося сечения, которая захватывает воздушный поток и направляет его на лопасть электрогенератора. Конструкция является достаточно громоздкой и трудно ориентируемой "по ветру".

Еще одним примером безлопастного ветрогенератора является разработка американской компании Solar Aero Research (называемая "Fuller Wind Turbine" по имени президента компании Фуллера).

В основе этого устройства лежит несколько дополненная турбина Теслы, изобретенная в 1913 году, которая была создана для выработки энергии из пара или сжатого воздуха, а Фуллер приспособил давнюю идею к "укрощению" энергии ветра.

Турбина Теслы - это набор из множества тонких металлических дисков, разделенных небольшими зазорами, поток рабочей жидкости или газа поступает с внешнего края дисков и проходит по зазорам к центру, закручиваясь и увлекая за счет эффекта пограничного слоя сами диски. В центре же поток выходит через осевое отверстие.

В турбине Фуллера диски разделены прокладками в форме крыла, что улучшает прохождение воздушного потока, а кроме того, создает дополнительный крутящий момент на валу. Сама же турбина установлена в коробе, захватывающем воздух.

Малые и микрогидроэлектростанции мощностью от нескольких киловатт и выше также находят все более широкое применение в локальном энергоснабжении отдельных потребителей и небольших населенных пунктов.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании универсальной энергетической установки, работающей в воздушной и водной среде, которая имеет следующие преимущества перед известными.

Во-первых, исключала бы такие их недостатки, как громоздкость конструкции и отрицательное влияние на окружающую вреду, включая не только отмеченную выше опасность для птиц и насекомых, но и сильный шум при работе.

Во-вторых, имела бы возможность выполнения ее мобильной, при этом не только с целю перемещения на другое место работы, но и с целью создания или усиления ветровой нагрузки за счет встречного или углового по отношению к направлению ветра движения установки.

Другие преимущества изобретения будут понятны специалистам из последующего раскрытия изобретения.

Указанный технический результат достигается тем, что энергетическая установка, содержит, по меньшей мере, один аэродинамический элемент в виде крыла с симметричным или несимметричным профилем, имеющий, по крайней мере, один сквозной канал с выходом в зону или зоны пониженного давления для создания потока рабочей среды, воздействующего на размещенную в элементе, по крайней мере, одну турбину, соединенную с, по меньшей мере, одним генератором.

Вход канала может быть расположен на торце элемента, а его выход может быть выполнен в виде, по крайней мере, одной эжекционной щели на выпуклой поверхности элемента или на выпуклых поверхностях элемента.

Торцы элемента могут быть выполнены в виде плоскостей с отогнутыми наружу задними частями.

При использовании нескольких элементов их хорды располагаются параллельно, а их торцы объединяются плоскостями с отогнутыми наружу задними частями.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Изобретение основано на новом принципе построения энергетической установки на базе аэродинамического элемента 1 в виде крыла. В конкретном примере элемент 1 имеет симметричный профиль с эжекционными щелями 2 на его выпуклых поверхностях. Внутри элемента 1 сформирован канал с входом 3 на его торцевой поверхности, соединенный с с эжекционными щелями 2. Канал выполнен с возможностью подачи проходящего по нему потока воздуха на турбину (на чертеже условно совмещена с входом 3), соединенную с одним или несколькими электрогенераторами.

Элементы 1 могут быть объединены в единую конструкцию плоскостями 4 с отогнутыми наружу задними частями. Плоскости 4 обеспечивают крепление каждого элемента 1 на определенном расстоянии друг от друга.

При обтекании профиля симметричного крыла 1 потоком воздуха (воды) на выпуклых поверхностях происходит снижение давления за счет увеличения скорости. При этом воздух (вода), обходящий профиль с меньшей скоростью, создает большее давление, которое заставляет поток проходить через канал, вращая турбину, расположенную в любом месте канала, например, на его входе. Максимальный эффект достигается при параллельном расположении от 3 и более элементов 1 (крыльев) на расстоянии не более 50% толщины профиля.

Достоинством является возможность изготовления из недорогих материалов, к примеру бетон. А при использовании в условиях двустороннего потока, например, отливы - приливы - возможность использования без поворотных устройств.

Возможно использование профиля как с одной щелью на одной из сторон, так и нескольких на каждой стороне.

Энергетическая установка имеет достаточно низкую цену производства. Для ее изготовления может быть использован как бетон, так и ткань с фанерой. Установка имеет высокую эффективность, т.к. возможно ее использование при двустороннем направлении потока, отсутствие обязательного использования поворотного устройства при использовании симметричного профиля, отсутствие винтов и больших движущихся тел, безопасность для окружающей фауны.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано как ветро(гидро)генератор, не имеющий лопастей. Изобретение основано на новом принципе построения энергетической установки на базе аэродинамического элемента (1) в виде крыла. Аэродинамический элемент (1) имеет симметричный профиль с эжекционными щелями (2) на его выпуклых поверхностях. Внутри аэродинамического элемента (1) сформирован канал с входом (3) на его торцевой поверхности, соединенный с эжекционными щелями (2). Канал выполнен с возможностью подачи проходящего по нему потока воздуха на турбину, соединенную с одним или несколькими электрогенераторами. Техническим результатом изобретения является уменьшение отрицательного влияния на окружающую среду со стороны энергетической установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Энергетическая установка, содержащая, по меньшей мере, один аэродинамический элемент в виде крыла с симметричным или несимметричным профилем, имеющий, по крайней мере, один сквозной канал с выходом, выполненным в виде, по крайней мере, одной эжекционной щели на выпуклой поверхности элемента или на выпуклых поверхностях элемента, в зону или зоны пониженного давления для создания потока рабочей среды, воздействующего на размещенную в элементе, по крайней мере, одну турбину, соединенную с, по меньшей мере, одним генератором, а вход канала расположен на торце элемента.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что торцы элемента выполнены в виде плоскостей с отогнутыми наружу задними частями.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что хорды элементов расположены параллельно, а их торцы объединены плоскостями с отогнутыми наружу задними частями.