КОНЦЕНТРАТОР ВОЗДУШНОГО ПОТОКА Российский патент 2023 года по МПК F03D3/04 

Известна конструкция ветроэлектрических станций (ВЭС - И.А. Антуфьев, ВИЭСХ), содержащая К воздушного потока, ветротурбину вертикального исполнения, электрический генератор, выполненная в виде окруженной опорным монолитом башни с центральным вертикальным каналом, магистральными воздуховодами и прилегающими к ней жилыми массивами, выполняющими функцию концентраторов воздушных потоков для магистральных воздуховодов. Недостатком данной конструкции является ее громоздкость и необходимость размещения жилых зданий соответствующим образом, что не всегда возможно выполнить даже на стадии проектирования.

(Тахо-Годи А.З. КОНЦЕНТРАТОР ВОЗДУШНОГО ПОТОКА ДЛЯ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ, УПРАВЛЯЕМЫЙ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМОЙ С КОНТУРОМ ОПТИМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛА РАСТРУБНОСТИ // Фундаментальные исследования. - 2015. - №2-14. - С. 3056-3058; URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37690 (дата обращения: 02.12.2020).

Конструкция И.А. Антуфьева, принятая за аналог нашей конструкции К, содержащая концентратор ВП ВУ вертикального исполнения, электрический генератор, выполненная в виде окруженной опорным монолитом башни с центральным вертикальным каналом, магистральными воздуховодами и прилегающими к ней жилыми массивами, выполняющими функцию концентраторов воздушных потоков для магистральных воздуховодов. Недостатком данной конструкции является ее громоздкость и необходимость размещения жилых зданий соответствующим образом, что не всегда возможно выполнить даже на стадии проектирования. Во многом эффективность работы ВУ зависит от их конструкции и параметров основных элементов. Общей характерной особенностью ВУ работающих на основе возобновляемых источниках энергии является то, что для организованного подвода и отвода ВП к ветротурбине и от него используются различного типа потоконаправляющие устройства или К потока. К ВП представляют собой конфузорные или диффузорные устройства, устанавливаемые в непосредственной близости от ветротурбины ВУ.

Известен прототип заявленного К, как наиболее близкий ему по совокупности существенных признаков. В этой ВУ с К воздушного потока [Ветроэлектростанция. Патент RU №2285147 С1. Опубликован 10.10.2006 г., Бюлл. №28.] кольцевого многосекционного типа практически полностью исключена зависимость эффективности ее работы от изменяющегося во времени направления ветра. Она содержит электрогенератор, соединенный с вертикальным валом ветротурбины, сопряженной с концентратором ВП. К воздушного потока выполнен в виде двух усеченных многогранных пирамид, расположенных вершинами друг против друга и соединенных между собой по их ребрам трапецеидальными стенами, между которыми установлены двустворчатые двери с возможностью поворота их в разные стороны и контактирующие с ними пружинные упоры.

Недостатки этой ветровой энергоустановки:

• громоздкость и сложность конструкции (большая длина основного вала), высокая стоимость строительства,

• большие потери энергии ВП при его повороте на 90 градусов в этой ВУ с учетом ее действующей реальной ометаемой площади, особенно при большой скорости ВП,

• конструктивная и эксплуатационная ненадежность работы воздухозаборными и воздухосбросными устройствами при неблагоприятных погодных условиях,

• временная нестабильность свойств пружинных упоров,

• применение пропеллерной ветротурбины связано со значительными отрицательными экологическими факторами.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции К ВУ, обладающей следующими качествами:

• эффективное использование энергии малоскоростного ВП,

• простота конструкции,

• надежность и долговечность узлов и оборудования,

• невысокие эксплуатационные затраты,

• улавливание ВП в К не связан с вращающими деталями, механизмами, системами управления, их алгоритмами и электроснабжением.

Для реализации этой задачи К воздушного потока выполнен в виде двух усеченных многогранных пирамид, расположенных друг против друга и соединенных между собой по их ребрам трапецеидальными стенами. Малые сечения многогранных пирамид закрыты горизонтальными несущими многоугольниками, в геометрическом центре которых закреплены опорные подшипники, через которые проходит вертикальный вал ветротурбины. Причем к общим точкам нижнего тупого угла трапецеидальных стенок и острым углам нижнего несущего многоугольника жестко подсоединены несущие вертикальные стойки, оканчивающиеся на земле фундаментными плитами. К тому же вал ветротурбины под этим несущим многоугольником подсоединяется к энергоблоку на базе генератора с помощью соединительной муфты. Предлагаемая конструкция К башенного типа, например, с ветротурбиной типа Дарье (с вертикальной осью).

На Фиг. 1 изображен вид К с конструктивными элементами - вид сверху: 1 - одна из сторон верхней усеченной многогранной пирамиды, 2 - верхний горизонтальный несущий многоугольник, жестко закрепленный на сечении верхней пирамиды, 3 - одно из ребер верхней усеченной многогранной пирамиды, 4 - верхний опорный подшипник, жестко закрепленный в геометрическом центре верхнего несущего многоугольника, 5 - лопасти ветротурбины, 6 - верхний конец вала ветротурбины.

На Фиг. 2 отражен фронтальный вид К с конструктивными элементами: 1 - одна из сторон верхней усеченной многогранной пирамиды, 2 - верхний горизонтальный несущий многоугольник, жестко закрепленный на сечении верхней пирамиды, 3 - одно из ребер верхней усеченной многогранной пирамиды, 4 - верхний опорный подшипник, жестко закрепленный в геометрическом центре верхнего несущего многоугольника, 5 - лопасти ветротурбины, 6 - верхний конец вала ветротурбины, 7 - трапецеидальные стенки между ребрами пирамид, 8 - нижний опорный подшипник, 9 - нижний горизонтальный несущий многоугольник, 10 - одна из сторон нижней усеченной многогранной пирамиды, 11 - соединительная муфта, 12 - энергоблок на базе генератора, 13 - несущая вертикальная стойка, 14 - фундаментная плита. Предлагаемая конструкция К позволяет существенно расширить реальную ометаемую площадь ВУ и увеличить скорость рабочего ВП, воздействующего на ветротурбину. Горизонтальные несущие многоугольники К препятствуют срыву ВП с верхних и нижних кромок лопастей ветротурбины. Это обеспечивает увеличение ее мощности. Для эффективной эксплуатации предложенной конструкции К рекомендуем нечетное количество ребер усеченных пирамид - 5 и наклон сторон и ребер усеченных пирамид относительно горизонтальной плоскости порядка 45 градусов.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для строительства ветроустановок небольшой и средней мощности. Концентратор воздушного потока выполнен в виде двух усеченных многогранных пирамид, расположенных друг против друга и соединенных между собой по их ребрам трапецеидальными стенками. Малые сечения многогранных пирамид закрыты горизонтальными несущими многоугольниками, в геометрическом центре которых закреплены опорные подшипники, через которые проходит вертикальный вал ветротурбины. К общим точкам нижнего тупого угла трапецеидальных стенок и острым углам нижнего несущего многоугольника жестко подсоединены несущие вертикальные стойки, оканчивающиеся на земле фундаментными плитами, а вал ветротурбины под нижним многоугольником подсоединен к энергоблоку на базе генератора с помощью соединительной муфты. Технический результат заявляемой конструкции концентратора заключается в повышении эффективности работы ветроустановки. 2 ил.

Концентратор воздушного потока, выполненный в виде двух усеченных многогранных пирамид, расположенных друг против друга и соединенных между собой по их ребрам трапецеидальными стенками, отличающийся тем, что малые сечения многогранных пирамид закрыты горизонтальными несущими многоугольниками, в геометрическом центре которых закреплены опорные подшипники, через которые проходит вертикальный вал ветротурбины, причем к общим точкам нижнего тупого угла трапецеидальных стенок и острым углам нижнего несущего многоугольника жестко подсоединены несущие вертикальные стойки, оканчивающиеся на земле фундаментными плитами, а вал ветротурбины под нижним многоугольником подсоединен к энергоблоку на базе генератора с помощью соединительной муфты.