ВЕТРОГЕНЕРАТОРНАЯ БАШНЯ С ТУРБИНОЙ ГИРОМИЛЛ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК F03D3/00 F03D3/04 F03D3/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к башне ветрогенератора, в частности - к башне ветрогенератора, которая снабжена ветровой турбиной с вертикальной осью типа Гиромилл (Gyromill).

Уровень техники

В целом система ветрогенерации понимается как система, которая вырабатывает электрическую энергию, преобразуя энергию ветра в механическую энергию, используя технологию преобразования энергии ветра во вращательную силу для выработки электроэнергии и приведения в действие генератора.

Системы ветрогенерации обычно подразделяют в зависимости от типа используемого ветрогенератора: с горизонтальной или с вертикальной осью. Ветрогенератор с горизонтальной осью высокоэффективен, но имеет недостаток, который заключается в том, что его работа сильно зависит от направления ветра. Вертикальный ветрогенератор не столь сильно зависит от направления ветра, но имеет недостаток, который заключается в том, что его эффективность невысока по сравнению с ветрогенератором с горизонтальной осью. Соответственно, большинство крупных компаний в области ветрогенерации сосредоточили свое внимание на ветрогенераторах с горизонтальной осью, одновременно проводя значительный объем исследований в поисках способа повышения эффективности ветрогенератора с вертикальной осью. Тем не менее, до настоящего времени им не удалось найти подходящий способ повышения эффективности ветрогенератора с вертикальной осью. При этом, поскольку настоящее изобретение относится к ветрогенератору с вертикальной осью, следующее описание будет приведено со ссылкой на ветрогенератор с вертикальной осью.

Ветрогенерация с вертикальной осью технически более предпочтительна в том отношении, что она позволяет использовать ветер, поступающий во всех направлениях, но ее недостатком является то, что эффективная ветрогенерация затруднена, так как ветер, поступающий из воздуха, обычно отличается нерегулярностью направления и силы. Соответственно, для того чтобы решить эту проблему, предпринимались попытки использовать различные способы эффективной концентрации направлений ветра. Например, предлагалось дополнительно установить конструкцию с трубой для сбора ветра; с этой целью вокруг ветровой турбины с вертикальной осью устанавливалась направляющая стенка, чтобы ветер мог течь в одном направлении, и скорость ветра можно было повысить.

В выложенной заявке на корейский патент №2009-0035884 (Тип ветрогенератора с ускорением ветра) раскрывается технология, по которой внутри общей конструкции устанавливается ветровая турбина лобового сопротивления, вокруг которой устанавливается трубчатая ветросборная конструкция, которая способна придавать единообразие направлению ветра и повышать скорость ветра, за счет чего повышается эффективность ветровой турбины с вертикальной осью.

Кроме того, в выложенной заявке на японский патент №2010-531594 (Ветровая турбина с вертикальной осью) раскрывается технология, по которой внутри ветровой башни предусмотрена ветровая турбина лобового сопротивления с вертикальной осью, вокруг которой установлена трубчатая ветросборная конструкция, которая способна придавать единообразие направлению ветра и повышать скорость ветра.

Однако, так как ветросборная труба, раскрываемая в каждой из описанных выше публикаций, имеет такую конструкцию, что ветер, направляемый в ветросборную трубу, непосредственно контактирует с ветровыми лопастями лобового сопротивления и вращает их, трудно поддерживать ветрогенерацию постоянно, так как движение ветровых лопастей ветровой турбины лобового сопротивления изменяется в зависимости от изменения ветра. Кроме того, ветер, проходящий через направляющую стенку, приводится в непосредственный контакт с лопастями лобового сопротивления, из-за чего создается значительное сопротивление. Таким образом, описанная конфигурация предпочтительна при начальном запуске лопастей лобового сопротивления, но имеет недостаток, заключающийся в том, что при высокой скорости ветра ветер скорее действует как фактор сопротивления, что препятствует эффективной ветрогенерации.

Соответственно, авторами разработана башня ветрогенератора, снабженная ветровой турбиной с вертикальной осью, которая способна решить технические проблемы, описанные выше.

Техническая проблема

Примерные варианты осуществления настоящего изобретения представляют конструкцию, относящуюся к башне ветрогенератора, снабженной ветровой турбиной типа Гиромилл, рассчитанной на осуществление ветрогенерации даже при низкой скорости ветра и обеспечение максимальной эффективности ветрогенерации.

Техническое решение

В состав башни ветрогенератора в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения входят: ветросборный участок, включающий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые образуют множество ярусов, где каждый ярус способен изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, способный преобразовывать энергию ветра при прохождении ветра через этот участок. Ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, что ветер, втекающий в ветрозаборники, течет радиально в направлении участка преобразования энергии. Внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие показатель относительной скорости конца лопасти (TSR) в диапазоне от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не выше 240 об/мин. Участок преобразования энергии может включать пути потока ветра, образуемые в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровым лопастями типа Гиромилл, и пути внутреннего потока, образуемые в пространстве между ветровыми лопастями типа Гиромилл в центре башни ветрогенератора.

Участок преобразования энергии может быть разделен на четыре равные части против часовой стрелки относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями - с первой по четвертую. Множество ветронаправляющих стенок расположены таким образом, чтобы иметь угол наклона, который заставляет ветра, проходящие через ветросборный участок, течь наружу через первую и четвертую области участка преобразования энергии. Количество самих ветронаправляющих стенок может составлять от 5 до 9.

Длина путей потока ветра может задаваться такой, чтобы скорость ветра, протекающего через пути потока ветра первой и четвертой областей участка преобразования энергии, была не ниже скорости ветра, протекающего через пути внутреннего потока первой и четвертой областей потока.

Кроме того, минимальная длина путей потока ветра участка преобразования энергии может простираться до положения, при котором положительный момент вращения изначально создается в четвертой области, а максимальная длина путей потока ветра может быть равна радиусу ветровых турбин типа Гиромилл.

Кроме того, угол атаки ветровых лопастей типа Гиромилл может быть задан таким, что положительный момент вращения создается в первой и четвертой областях участка преобразования энергии. Кроме того, башне ветрогенератора может быть придана цилиндрическая форма.

Полезные эффекты

Башня ветрогенератора, снабженная ветровой турбиной типа Гиромилл согласно одному из вариантов осуществления, может реализовать ветрогенерацию посредством ускорения скорости ветра даже при низкой его скорости, а также повысить общую эффективность выработки энергии за счет повышения эффективности использования ветра, который вращает лопасти.

Описание чертежей

На ФИГ. 1 представлено изображение башни ветрогенератора согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 2 представлено поперечное сечение башни ветрогенератора, показанной на ФИГ. 1.

На ФИГ. 3 представлено изображение частного случая осуществления ветровой турбины типа Гиромилл, установленной в башне ветрогенератора согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 4 показано направление в соответствии с азимутом подъемных сил и сопротивлений, действующих на лопасти ветровой турбины типа Гиромилл.

На ФИГ. 5 представлено поперечное сечение башни ветрогенератора согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 6 представлено увеличенное изображение ветросборного участка и участка преобразования энергии, показанных на ФИГ. 5.

Техническое исполнение изобретения

Ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи подробно описана башня ветрогенератора, снабженная ветровой турбиной типа Гиромилл.

Авторы предлагают башню ветрогенератора, в которой ветросборные участки, способные усиливать силу ветра, одновременно осуществляя контроль направления ветра, выполнены в виде множества ярусов (или уровней) в качестве меры для дополнительного усиления силы ветра при одновременной концентрации направлений ветра в атмосфере более эффективным образом. Соответствующий чертеж представлен на ФИГ. 1. Как показано на чертеже, башня 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению изготовлена путем выполнения ветросборных участков 110 в виде множества ярусов, причем каждый из ветросборных участков 110 содержит множество ветрозаборников 111, в которые входит поток ветра. При этом ветер, входящий в башню 100 ветрогенератора, проходит через ветрозаборники 111 башни 100 ветрогенератора, а также - как показано на чертеже, протекает вдоль как боковых поверхностей, так и верхней части башни 100 ветрогенератора. Для этого башне 100 ветрогенератора может быть придана цилиндрическая форма.

На ФИГ. 2 показано поперечное сечение одного яруса башни 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению. Как показано на чертеже, башня 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению содержит ветросборный участок 110 и участок преобразования энергии 150. Множество ветронаправляющих стенок 120 ветросборного участка 110 расположены радиально таким образом, что разница в площади поперечного сечения водозаборника 111 и ветрового выхода 112 превышает некоторый заданный уровень для обеспечения контроля направлений ветра, поступающего снаружи, а также увеличения силы ветра. При этом отношение площади поперечного сечения водозаборника 111 к площади поперечного сечения ветрового выхода 112 составляет не менее 2,5:1, чтобы повышение скорости ветра могло быть достигнуто за счет эффекта Вентури при низкой скорости ветра (5 м/с или ниже). Кроме того, ветронаправляющие стенки 120 в предпочтительном случае имеют конструкцию, предусматривающую подходящее количество ветрозаборников 111, чтобы ветер, входящий в башню 100 ветрогенератора, мог эффективно выводиться наружу. Соответственно, башня 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению снабжена 5-9 ветронаправляющими стенками 120, чтобы ветер, входящий в башню 100 ветрогенератора, мог эффективно выводиться наружу.

В центре каждого яруса башни 100 ветрогенератора в участке преобразования энергии 150 устанавливается ветровая турбина с вертикальной осью, причем настоящее изобретение отличается тем, что в качестве ветровой турбины с вертикальной осью устанавливается ветровая турбина 130 типа Гиромилл. На ФИГ. 3 показан возможный вариант осуществления ветровой турбины 130 типа Гиромилл. Ветровая турбина типа Гиромилл содержит центральную ось 131, ветровые лопасти 133 типа Гиромилл, каждой из которых придается обтекаемая форма, чтобы она могла вращаться подъемной силой, и опорные кронштейны 132, соединяющие центральную ось 131 и ветровую лопасть 133 типа Гиромилл.

Участок преобразования энергии 150 представляет собой пространство, где энергия ветра преобразуется в механическую энергию, когда через это пространство проходит ветер, который перед этим прошел через ветросборный участок 110. У ветровой турбины 130 типа Гиромилл с ветровыми лопастями 133 типа Гиромилл участок преобразования энергии 150 включает путь 151 потока ветра в виде пространства между ветровыми лопастями 133 типа Гиромилл и концами ветронаправляющих стенок 120 и путь внутреннего потока 152 в виде пространства между центральной осью 131 ветровой турбины 130 типа Гиромилл и ветровыми лопастями 133 типа Гиромилл.

При этом башня 100 ветрогенератора согласно одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения отличается тем, что в центре каждого яруса вместо описанной выше существующей ветровой турбины с вертикальной осью лобового сопротивления установлена ветровая турбина 130 типа Гиромилл. Большинство башен 100 ветрогенерации, которые снабжены ветросборным участком 110, используются в существующих исследованиях и находятся в практической эксплуатации, оборудованы по центру ветровой турбиной лобового сопротивления с вертикальной осью. Ветровая турбина лобового сопротивления с вертикальной осью имеет значительное преимущество при запуске в связи с тем, что она выполнена таким образом, что непосредственно контактирует с ветром, входящим в турбину. Однако, как было указано выше, на вращение турбины оказывает непосредственное влияние направление ветра, в результате чего трудно обеспечить непрерывную выработку энергии. Кроме того, когда скорость ветра на входе в турбину очень высока, сильное трение ветра о лопасти лобового сопротивления делает довольно затруднительной эффективную выработку энергии.

Соответственно, авторы решают описанные выше недостатки за счет установки ветровой турбины 130 типа Гиромилл 130 в центре башни 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению, как показано на ФИГ. 2 и 3, вместо существующей ветровой турбины лобового сопротивления с вертикальной осью. Ветровая турбина 130 типа Гиромилл сконструирована таким образом, чтобы вращаться с использованием в основном подъемной силы, так как каждая из ветровых лопастей 133 типа Гиромилл имеет обтекаемую форму. Она также отличается тем, что крыло конечной длины имеет обтекаемую форму.

При этом ветровая турбина 130 типа Гиромилл технически схожа с ветровой турбиной Дарье, которая приводится в действие подъемной силой. Однако ветровая турбина 130 типа Гиромилл имеет высокий коэффициент заполнения и низкое значение TSR (относительная скорость конца лопасти) по сравнению с ветровой турбиной Дарье, так как ветровые лопасти 133 типа Гиромилл имеют конечную длину и обтекаемую форму. Здесь коэффициентом заполнения именуется отношение длины, занимаемой лопастью, к радиусу поворота лопасти в любом заданном радиальном положении, a TSR понимается как отношение скорости ветра к скорости наконечника лопасти. Иными словами, когда скорость ветра и скорость наконечника лопасти равны между собой, значение TSR становится равным 1.

При этом, так как ветровая турбина 130 типа Гиромилл имеет довольно высокий коэффициент заполнения в отличие от ветровой турбины Дарье, существует проблема, заключающаяся в том, что по мере увеличения TSR подъемная сила значительно снижается вследствие помех между ветровыми лопастями 133 типа Гиромилл и происходит снижение скорости потока ветра, входящего в лопасть, расположенную с подветренной стороны. Соответственно, для того чтобы минимизировать описанную выше техническую проблему, ветровая турбина 130 типа Гиромилл, устанавливаемая в башне 100 ветрогенерации согласно настоящему изобретению, сконструирована так, что коэффициент заполнения составляет не менее 0,2 и TSR находится в диапазоне значений от 1,1 до 2,4. Кроме того, так как ветровая турбина 130 типа Гиромилл создает срыв потока, когда TSR превышает величину 2,5, ветровая турбина 130 типа Гиромилл сконструирована таким образом, чтобы значение TSR не превышало величину 2,4. Кроме того, ветровые лопасти 133 типа Гиромилл имеют недостаток, заключающийся в том, что, когда скорость (об/мин) слишком высока, окружающий воздух ускоряется за счет скорости вращения лопастей, что увеличивает лобовое сопротивление и, как следствие, приводит к снижению производительности ветровой турбины 130 типа Гиромилл. Следовательно, чтобы избежать этой проблемы, ветровая турбина 130 типа Гиромилл сконструирована таким образом, чтобы скорость вращения не превышала 240 об/мин.

В работе "Aerodynamic Characteristics of Gyromill with High Solidity" («Аэродинамические характеристики турбины типа Гиромилл с высоким коэффициентом заполнения») (Juhee Lee and Young So Yoo, Journal В of Korean Society of Mechanical Engineering, 2011, Vol. 35, No. 12, pp. 1273-1283, 2011), касающейся приведения в действие ветровой турбины 130 типа Гиромилл, раскрывается движение лопастей ветровой турбины 130 типа Гиромилл, которыми снабжена башня 100 ветрогенератора согласно возможному варианту осуществления настоящего изобретения

Результаты исследования иллюстрируются на ФИГ. 4. Как видно из ФИГ. 4, когда в соответствии с направлением входящего ветра первая и вторая области определены как наветренная сторона потока, а третья и четвертая области определены как подветренная сторона, понятно, что в первой и второй областях наветренной стороны потока подъемная сила, создаваемая в ветровых лопастях 133 типа Гиромилл, больше, чем лобовое сопротивление, поэтому может осуществляться вращение ветровых лопастей 133 типа Гиромилл, в то время как в третьей и четвертой областях лобовое сопротивление больше, чем подъемная сила, поэтому для замедления вращения ветровых лопастей 133 типа Гиромилл прилагается некоторое усилие. Вследствие лобового сопротивления, создаваемого в третьей и четвертой областях, эффективность обычной ветровой турбины 130 типа Гиромилл ухудшается.

Соответственно, авторами улучшена конфигурация башни 100 ветрогенератора для преодоления, насколько это возможно, технических недостатков ветровой турбины 130 типа Гиромилл при одновременном использовании ее преимуществ. В частности, как показано на ФИГ. 5 и 6, множество ветронаправляющих стенок 120 установлены под одинаковым углом наклона вокруг центра башни 100 ветрогенерации таким образом, что ветер, входящий через ветрозаборник 111, может течь радиально в направлении участка преобразования энергии 150. За счет этого, как показано на чертежах, после прохождения через ветросборный участок 110 ветер течет вдоль первой и четвертой областей участка преобразования энергии 150. Кроме того, важно сконструировать участок преобразования энергии 150 башни ветрогенератора 100 по возможному варианту осуществления настоящего изобретения таким образом, чтобы он имел достаточное число путей потока ветра 151 для обеспечения бесперебойного вращения ветровых лопастей 133 типа Гиромилл. При этом описанный выше возможный вариант осуществления изобретения описан, исходя из допущения, что ветровые лопасти 133 типа Гиромилл 133 вращаются против часовой стрелки относительно направления вхождения ветра. Однако, когда ветровые лопасти 133 типа Гиромилл вращаются по часовой стрелке относительно направления вхождения ветра, ветронаправляющие стенки 120 могут быть расположены таким образом, чтобы ветер после прохождения через ветросборный участок 110 тек вдоль второй и третьей областей участка преобразования энергии 150.

Так как ветровые лопасти 133 типа Гиромилл поворачиваются подъемной силой в отличие от существующей турбины лобового сопротивления с вертикальной осью, то для того, чтобы ветер мог в достаточной степени обтекать передний и задний концы ветровых лопастей 133 типа Гиромилл, требуются некоторые пространства. Соответственно, в настоящем изобретении участок преобразования энергии 150 характеризуется тем, что, пространства, образуемые между центральной осью 131 ветровой турбины 130 типа Гиромилл и ветровыми лопастями 133 типа Гиромилл, определены как пути 152 внутреннего потока, а пространства между ветровыми лопастями 133 типа Гиромилл и ветронаправляющими стенками 120 ветросборного участка 110 определены как пути 151 потока ветра, причем пространства, которые не препятствуют течению ветра, могут быть обеспечены путями 151 потока ветра.

Описанная выше конфигурация показана на ФИГ. 5 и 6. Согласно этим чертежам поток ветра, проходящего через ветросборный участок 110, направляется по путям 151 потока ветра и путям 152 внутреннего потока в первой и четвертой областях участка преобразования энергии 150. Соответственно, ветровая турбина 130 типа Гиромилл, установленная в башне 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению, поворачивается подъемной силой, создаваемой в первой и четвертой областях, в отличие от существующей турбины, которая поворачивается подъемной силой, создаваемой в первой и второй областях. Кроме того, участок преобразования энергии 150 башни 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению может минимизировать эффект снижения скорости лопастей вследствие лобового сопротивления, создаваемого с подветренной стороны потока ветра, так как во второй и третьей областях создается мало потоков ветра. При этом, когда ветровая турбина 130 типа Гиромилл вращается в противоположном направлении, ветер, проходящий через ветросборный участок 110, может течь по путям 151 потока ветра и путям 152 внутреннего потока, которые образуются во второй и третьей областях участка преобразования энергии 150.

Кроме того, в башне 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению важнее всего задать подходящую длину для путей 151 потока ветра, чтобы действенным образом повысить эффективность вращения ветровой турбины 130 типа Гиромилл с вертикальной осью, установленной в участке преобразования энергии 150. В частности, когда башня 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению делится на области с первую по четвертую против часовой стрелки относительно направления вхождения ветра, необходимо задать длину путей 151 потока ветра такой, чтобы в первой и четвертой областях создавалась подъемная сила. Чтобы достичь этого, башня 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению сконструирована так, чтобы скорости потока ветра, текущего по путям 151 потока ветра и путям 152 внутреннего потока первой и второй областей были по меньшей мере равны друг другу, или скорость потока ветра, текущего по путям 151 потока ветра, была больше, чем скорость потока ветра, текущего по путям 152 внутреннего потока. Кроме описанных выше способов указанная выше цель может также до некоторой степени достигаться регулировкой наклона ветронаправляющих стенок 120 для изменения скорости потока ветра, текущего в путях 151 потока ветра, или регулировкой угла атаки, где ветер, текущий по участку 150 преобразования энергии, вступает в контакт с ветровыми лопастями 133 типа Гиромилл, создавая тем самым подъемную силу. Однако это достигается за счет тщательно проработанных изменений, поэтому главный технический результат настоящего изобретения может быть достигнут правильной регулировкой длины путей 151 потока ветра для повышения скорости потока ветра, текущего через пути 151 потока ветра, чтобы подъемная сила создавалась на ветровых лопастях 133 типа Гиромилл в первой и четвертой областях участка преобразования энергии 150.

Кроме того, минимальная длина путей 151 потока ветра в участке преобразования энергии 150 башни 100 ветрогенератора по настоящему изобретению задается такой, чтобы простираться до положения, где положительный момент вращения изначально создается на ветровых лопастях 133 типа Гиромилл в четвертой области участка преобразования энергии, а максимальная их длина задается такой, чтобы не превышать радиус ветровой турбины 130 типа Гиромилл. Иными словами, так как башня 100 ветрогенератора 100 согласно настоящему изобретению имеет эффективность, которая увеличивается в зависимости от величины положительного момента вращения, создаваемого в четвертой области участка преобразования энергии 150, минимальная длина путей 151 потока ветра может быть задана такой, чтобы простираться до положения, где положительный момент вращения изначально создается в четвертой области участка преобразования энергии 150.

Как описано выше, башня 100 ветрогенератора, снабженная ветровой турбиной типа Гиромилл согласно настоящему изобретению, позволяет достичь более высокой эффективности ветрогенератора с вертикальной осью за счет усовершенствования конструкции ветросборного участка 110 и участка преобразования энергии 150 посредством установки в названной башне ветровой турбины 130 типа Гиромилл.

При этом пути 151 потока ветра, образованные в участке преобразования энергии 150 башни 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению, необходимы не только для формирования потока ветра для бесперебойного создания подъемной силы на ветровых лопастях 133 ветровой турбины 130 типа, как описано выше, но и для дополнительного усиления ветра в пределах участка преобразования энергии 150 башни 100 ветрогенератора за счет потока ветра, создаваемого в башне 100 ветрогенератора. На ФИГ. 1 в качестве примера показан поток ветра, текущего в башне 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению. Ветер, текущий в башне 100 ветрогенератора, также включает ветер, текущий вдоль боковых сторон и верха башни 100 ветрогенератора, в дополнение к ветру, текущему через внутренний объем башни 100 ветрогенератора через ветрозаборник 111 и ветросборный участок 110. В этом случае, как показано на ФИГ. 2, в направлении, противоположном направлению вхождения ветра в башню 100 ветрогенератора, создается вихревой поток, что значительно снижает давление. Соответственно, ветер, выводимый через внутренний объем башни 100 ветрогенератора, ускоряется вследствие разности давлений вихревым потоком.

В частности, ветер, проходящий через путь 151 потока ветра внутри участка преобразования энергии 150 и выводимый с противоположной стороны башни 100 ветрогенератора, подвергается значительной разности давлений, создаваемой в пространстве вывода ветра у противоположной стороны башни 100 ветрогенератора вихревым потоком, образующимся в пространстве вывода ветра у противоположной стороны башни 100 ветрогенератора. В результате сила ветра, проходящего через пути 151 потока ветра участка преобразования энергии 150, может быть дополнительно повышена. Соответственно, ветер, текущий по путям 151 потока ветра участка преобразования энергии 150, ускоряется за счет указанной выше разности давлений, а также существенно влияет на вращательную силу ветровых лопастей 133, предусмотренных в участке преобразования энергии 150.

Соответственно, для повышения эффективности ветровой турбины с вертикальной осью, установленной в участке преобразования энергии 150, за счет вихревого потока, создаваемого ветром, текущим в башне 100 ветрогенератора, как описано выше, пути 151 потока ветра обязательно должны быть предусмотрены в участке преобразования энергии 150. Если пути 151 потока ветра не будут правильным образом предусмотрены в участке преобразования энергии 150, эффект повышения силы ветра, текущего в участке преобразования энергии 150, за счет разности давлений, создаваемой потоком ветра, текущего в башне 100 ветрогенератора, как описано выше, не окажет непосредственного влияния на вращательную силу ветровой турбины с вертикальной осью, установленной в участке преобразования энергии 150.

Соответственно, как описано выше, пути 151 потока ветра, образуемые в участке преобразования энергии 150 башни 100 ветрогенератора по настоящему изобретению, позволяют достичь бесперебойной вращательной силы ветровой турбины 130 типа Гиромилл и ускорения ветра за счет вихревого потока, создаваемого ветром, текущим вдоль башни 100 ветрогенератора.

Башня 100 ветрогенератора согласно настоящему изобретению содержит устанавливаемую в ней ветровую турбину 130 типа Гиромилл, которая представляет собой ветровую турбину с вертикальной осью. Согласно настоящему изобретению подтверждено, что эффективность повышается примерно на 50% или больше по сравнению со случаем, когда существующая ветровая турбина с вертикальной осью поворачивается из состояния ожидания. Этого можно достичь посредством повышения скорости потока и силы ветра, протекающего через участок преобразования энергии 150 в заданном направлении за счет конфигурации ветросборного участка 110 и участка преобразования энергии 150, вместе с повышением силы эффекта Вентури в ветросборном участке 110 таким образом, что оказывается возможным повысить энергию, прилагаемую к ветровой турбине 130 типа Гиромилл. Кроме того, описанные выше результаты могут быть достигнуты посредством ускорения ветра в участке преобразования энергии 150 в два этапа за счет разности давлений, производимой завихрением, создаваемым потоком ветра, создаваемым вдоль самой башни 100 ветрогенератора.

Применительно к вышесказанному, несмотря на то что были описаны возможные варианты осуществления изобретения, обычный специалист в соответствующей области может вносить в настоящее изобретение различные модификации и изменения без отступления от духа настоящего изобретения, определяемого в пунктах формулы, посредством модификации, изменения, удаления или добавления составных элементов и такие модификации и изменения находятся в пределах объема настоящего изобретения.

Изобретение относится к башне ветрогенератора (варианты). Башня ветрогенератора включает ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра, где ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии; внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие показатель относительной скорости конца лопасти (TSR) в диапазоне от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин; участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями в центре башни ветрогенератора и делится на четыре равные части относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями с первой по четвертую. При этом множество ветронаправляющих стенок расположены таким образом, чтобы иметь угол наклона, который заставляет ветра, проходящие через ветросборный участок, течь наружу через первую и четвертую области участка преобразования энергии. Когда ветровые лопасти поворачиваются против часовой стрелки, длина путей потока ветра задается такой, чтобы скорость потока ветра, протекающего через пути потока ветра первой и четвертой областей участка преобразования энергии, была не ниже скорости потока ветра, протекающего через пути внутреннего потока первой и четвертой областей потока. Когда ветровые лопасти поворачиваются по часовой стрелке, длина путей потока ветра задается такой, чтобы скорость потока ветра, протекающего через пути потока ветра второй и третьей областей участка преобразования энергии, была не ниже скорости потока ветра, протекающего через пути внутреннего потока второй и третьей областей потока. Когда ветровые лопасти поворачиваются против часовой стрелки, минимальная длина путей потока ветра участка преобразования энергии простирается до положения, при котором положительный момент вращения изначально создается в четвертой области, а максимальная длина путей потока ветра равна радиусу ветровых турбин. Когда ветровые лопасти поворачиваются по часовой стрелке, минимальная длина путей потока ветра участка преобразования энергии простирается до положения, при котором положительный момент вращения изначально создается в третьей области, а максимальная длина путей потока ветра равна радиусу ветровых турбин. Когда ветровые лопасти поворачиваются против часовой стрелки, угол атаки ветровых лопастей задается таким, чтобы положительный момент вращения создавался в первой и четвертой областях. Когда ветровые лопасти поворачиваются по часовой стрелке, угол атаки ветровых лопастей задается таким, чтобы положительный момент вращения создавался во второй и третьей областях. 7 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Башня ветрогенератора, характеризующаяся тем, что включает ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра, где:

ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии;

внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие показатель относительной скорости конца лопасти (TSR) в диапазоне от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин;

участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями типа Гиромилл и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями типа Гиромилл в центре башни ветрогенератора и делится на четыре равные части относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями с первой по четвертую, при этом множество ветронаправляющих стенок расположены таким образом, чтобы иметь угол наклона, который заставляет ветра, проходящие через ветросборный участок, течь наружу через первую и четвертую области участка преобразования энергии.

2. Башня ветрогенератора по п. 1, отличающаяся тем, что количество ветронаправляющих стенок составляет от 5 до 9.

3. Башня ветрогенератора по п. 1, отличающаяся тем, что длина путей потока ветра задается такой, чтобы скорость потока ветра, протекающего через пути потока ветра первой и четвертой областей участка преобразования энергии, была не ниже скорости потока ветра, протекающего через пути внутреннего потока первой и четвертой областей потока.

4. Башня ветрогенератора по п. 1, отличающаяся тем, что минимальная длина путей потока ветра участка преобразования энергии простирается до положения, при котором положительный момент вращения изначально создается в четвертой области, а максимальная длина путей потока ветра равна радиусу ветровых турбин типа Гиромилл.

5. Башня ветрогенератора по п. 3, отличающаяся тем, что минимальная длина путей потока ветра участка преобразования энергии простирается до положения, при котором положительный момент вращения изначально создается в четвертой области, а максимальная длина путей потока ветра равна радиусу ветровых турбин типа Гиромилл.

6. Башня ветрогенератора по п. 1, отличающаяся тем, что угол атаки ветровых лопастей типа Гиромилл задан таким, что положительный момент вращения создается в первой и четвертой областях участка преобразования энергии.

7. Башня ветрогенератора по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена в форме цилиндра.

8. Башня ветрогенератора, характеризующаяся тем, что включает: ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра,

где ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии,

внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие TSR в диапазоне от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин,

участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями типа Гиромилл и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями типа Гиромилл в центре башни ветрогенератора, причем участок преобразования энергии делится на четыре равные части против часовой стрелки относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями - с первой по четвертую, при этом, когда ветровые лопасти типа Гиромилл поворачиваются против часовой стрелки, длина путей потока ветра задается такой, чтобы скорость потока ветра, протекающего через пути потока ветра первой и четвертой областей участка преобразования энергии, была не ниже скорости потока ветра, протекающего через пути внутреннего потока первой и четвертой областей потока.

9. Башня ветрогенератора, характеризующаяся тем, что включает: ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра,

где ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии,

внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие TSR в диапазоне от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин,

участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями типа Гиромилл и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями типа Гиромилл в центре башни ветрогенератора, причем участок преобразования энергии делится на четыре равные части против часовой стрелки относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями - с первой по четвертую, при этом, когда ветровые лопасти типа Гиромилл поворачиваются по часовой стрелке, длина путей потока ветра задается такой, чтобы скорость потока ветра, протекающего через пути потока ветра второй и третьей областей участка преобразования энергии, была не ниже скорости потока ветра, протекающего через пути внутреннего потока второй и третьей областей потока.

10. Башня ветрогенератора, характеризующаяся тем, что включает: ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра,

где ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии,

внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие TSR в пределах от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин,

участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями типа Гиромилл и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями типа Гиромилл в центре башни ветрогенератора, причем участок преобразования энергии делится на четыре равные части против часовой стрелки относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями - с первой по четвертую, при этом, когда ветровые лопасти типа Гиромилл поворачиваются против часовой стрелки, минимальная длина путей потока ветра участка преобразования энергии простирается до положения, при котором положительный момент вращения изначально создается в четвертой области, а максимальная длина путей потока ветра равна радиусу ветровых турбин типа Гиромилл.

11. Башня ветрогенератора, характеризующаяся тем, что включает: ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра,

где ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии,

внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие TSR в пределах от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин,

участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями типа Гиромилл и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями типа Гиромилл в центре башни ветрогенератора, причем участок преобразования энергии делится на четыре равные части против часовой стрелки относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями - с первой по четвертую, при этом, когда ветровые лопасти типа Гиромилл поворачиваются по часовой стрелке, минимальная длина путей потока ветра участка преобразования энергии простирается до положения, при котором положительный момент вращения изначально создается в третьей области, а максимальная длина путей потока ветра равна радиусу ветровых турбин типа Гиромилл.

12. Башня ветрогенератора, характеризующаяся тем, что включает: ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра,

где ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии,

внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие TSR в пределах от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин,

участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями типа Гиромилл и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями типа Гиромилл в центре башни ветрогенератора, причем участок преобразования энергии делится на четыре равные части против часовой стрелки относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями - с первой по четвертую, при этом

когда ветровые лопасти типа Гиромилл поворачиваются против часовой стрелки, угол атаки ветровых лопастей типа Гиромилл задается таким, чтобы положительный момент вращения создавался в первой и четвертой областях.

13. Башня ветрогенератора, характеризующаяся тем, что включает: ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра,

где ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии,

внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие TSR в пределах от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин,

участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями типа Гиромилл и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями типа Гиромилл в центре башни ветрогенератора, причем участок преобразования энергии делится на четыре равные части против часовой стрелки относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями - с первой по четвертую, при этом, когда ветровые лопасти типа Гиромилл поворачиваются по часовой стрелке, угол атаки ветровых лопастей типа Гиромилл задается таким, чтобы положительный момент вращения создавался во второй и третьей областях.