EA031486B1 - Ветровая электростанция, снабженная вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором - Google Patents

Ветровая электростанция, снабженная вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором Download PDF

Info

Publication number
EA031486B1
EA031486B1 EA201490952A EA201490952A EA031486B1 EA 031486 B1 EA031486 B1 EA 031486B1 EA 201490952 A EA201490952 A EA 201490952A EA 201490952 A EA201490952 A EA 201490952A EA 031486 B1 EA031486 B1 EA 031486B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
wind
concentrator
ring
power station
wind power
Prior art date
Application number
EA201490952A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201490952A1 (ru
Inventor
Герхард Висер
Original Assignee
Герхард Висер
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Герхард Висер filed Critical Герхард Висер
Publication of EA201490952A1 publication Critical patent/EA201490952A1/ru
Publication of EA031486B1 publication Critical patent/EA031486B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0244—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/40—Ice detection; De-icing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/60—Cooling or heating of wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/33—Shrouds which are part of or which are rotating with the rotor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ветровой электростанции (1) для выработки электроэнергии с осевым вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором (2), шарнирно закрепленным на валу (3), закрытым кольцеобразным внешним корпусом (4), на наружной стороне которого размещены проточные каналы, равномерно расположенные по окружности (360°), и который снабжен лопастями концентратора (7), расположенными по кругу между валом (3) и кольцеобразным внешним корпусом (4). Для создания условий эффективной эксплуатации предлагается включить дополнительный осевой подветренный ветровой концентратор (16) на дополнительном валу (15) позади ветрового концентратора (2) и установить каждый ветровой концентратор (2, 16) на горизонтальных валах (3, 15), окруженных сплошным стационарным горизонтально установленным корпусом (17), выполненным в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, снабженным пилообразными изогнутыми направляющими профилями (5), создающими кромочные завихрения, соединяющиеся в вихревое кольцо по направлению воздушного потока по всему поперечному сечению кольцеобразного внешнего корпуса (4) позади ветрового концентратора и вспомогательного ветрового концентратора.

Description

Изобретение относится к ветровой электростанции (1) для выработки электроэнергии с осевым вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором (2), шарнирно закрепленным на валу (3), закрытым кольцеобразным внешним корпусом (4), на наружной стороне которого размещены проточные каналы, равномерно расположенные по окружности (360°), и который снабжен лопастями концентратора (7), расположенными по кругу между валом (3) и кольцеобразным внешним корпусом (4). Для создания условий эффективной эксплуатации предлагается включить дополнительный осевой подветренный ветровой концентратор (16) на дополнительном валу (15) позади ветрового концентратора (2) и установить каждый ветровой концентратор (2, 16) на горизонтальных валах (3, 15), окруженных сплошным стационарным горизонтально установленным корпусом (17), выполненным в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, снабженным пилообразными изогнутыми направляющими профилями (5), создающими кромочные завихрения, соединяющиеся в вихревое кольцо по направлению воздушного потока по всему поперечному сечению кольцеобразного внешнего корпуса (4) позади ветрового концентратора и вспомогательного ветрового концентратора.
031486 В1
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к ветровой электростанции для выработки электроэнергии с использованием осевого вращающегося вихреобразующего ветрового концентратора, снабженного кольцеобразным внешним корпусом, на наружной стороне которого находятся проточные каналы, равномерно расположенные по окружности (360°), и который снабжен расположенными по кругу лопастями концентратора между валом и кольцеобразным внешним корпусом (WO 02/057625 А1).
Известный уровень техники
Вышеуказанное устройство снабжено вихревым генератором на его внешнем корпусе, и, кроме того, устройство характеризуется исключительно высокотехнологичной конструкцией турбинного типа. В иных случаях различные системы являются приемлемыми для использования кинетической энергии воздушного потока.
Известные ветровые электростанции в основном снабжены пропеллерными роторами, устанавливаемыми с наветренной или подветренной стороны для использования подъемной силы. Тем не менее, исходя из закона Беца, пропеллерные ветровые электростанции имеют недостаток, заключающийся в их исключительно низкой эффективности, в частности при эксплуатации при малых скоростях ветра и ввиду небольшого диаметра. Также общеизвестно, что пропеллерные ветровые электростанции создают исключительно высокие уровни шума, превышающие уровни, разрешенные при использовании менее габаритных бытовых систем в жилых районах. Для пропеллерных роторов также необходима соответствующая высота ветрогенератора от основания до ротора, поскольку при увеличении размера лопастей ротора наблюдается значительное изменение используемой плотности энергии и энергосодержания воздушного потока по всей площади ометания поперечного сечения.
Известный способ (ЕР 1415089) для устранения указанных недостатков заключается в подаче ветрового потока через осевой ротор для создания более высокой плотности энергии с повышенным энергосодержанием и для преобразования кинетической энергии естественного ветрового потока в электрическую энергию.
Осевой ротор на шарнирно закрепленном валу с лопастями включает проточные каналы для осевого ускорения воздушного потока. В результате создания осевого воздушного потока указанная известная ветровая электростанция способна более эффективно использовать имеющиеся ветровые условия в месте ее расположения и тем самым повысить использование кинетической энергии этого воздушного потока в пределах допускаемого диапазона закона Беца за счет использования ускоряющих поток воздуха проточных каналов и преобразования его энергии в электрическую энергию.
Также известно, что скорость воздушного потока замедляется пропорционально шероховатости земной поверхности. Другой фактор заключается в конкретном изменении скорости и направления ветра в определенном регионе, т.е. скорость потока воздуха снижается, чем ближе он опускается к поверхности земли. С уменьшением высоты потока указанные обстоятельства приводят к ветрам в диапазоне от порывистого до турбулентного, что отрицательно сказывается на коэффициенте шероховатости и существенно снижает энергосодержание воздушного потока. Более подробная информация об указанных условиях приведена в справочнике Руководство по проектированию ветровых турбин, составленном Национальной лабораторией в Рисе.
Описание изобретения
Таким образом, настоящее предусматривает устранение вышеуказанных недостатков и создание простой и эффективной ветровой электростанции, использующей доступную энергию ветра, обладающей более высокой степенью эффективности и, в частности, обеспечивающей подачу ветрового потока во вращающийся вихреобразующий ветровой концентратор с максимально высоким коэффициентом шероховатости и повышенным энергосодержанием для всех используемых скоростей воздушного потока.
Настоящее изобретение позволяет решить указанные проблемы за счет внедрения вспомогательного осевого ветрового концентратора, расположенного вниз по потоку от ветрового концентратора и установленного на дополнительном валу, при этом каждый ветровой концентратор установлен на горизонтальной оси и окружен стационарным горизонтально установленным внешним корпусом, выполненным в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, снабженным вихреобразующими, концентрирующими воздушный поток направляющими профилями, равномерно расположенными по окружности (360°) на внешней поверхности.
Между осью и кольцеобразным внешним корпусом оба ветровых концентратора снабжены лопастями концентраторов, расположенными равномерно по окружности и в основном ориентированными в радиальном направлении, при этом ветровые концентраторы имеют пилообразные изогнутые направляющие профили на внешнем корпусе, которые повернуты в направлении воздушного потока и создают кромочные завихрения, разделяющиеся вдоль направляющих профилей и соединяющиеся в направлении вниз по потоку по всей площади поперечного сечения кольцеобразного внешнего корпуса позади ветрового концентратора и вспомогательного ветрового концентратора, образуя одно вихревое кольцо.
Кромочные завихрения перемещаются с потоком и за счет взаимной индукции запускают вращательное движение по направлению воздушного потока, создающее вихревое кольцо, при этом в центре
- 1 031486 концентратора образуется глубокое разрежение по всему поперечному сечению кольцеобразного внешнего корпуса.
За счет этого возрастает скорость потока на внутренней стороне вихревого кольца, при этом происходит падение локального давления позади ветрового концентратора и вспомогательного ветрового концентратора, тем самым повышая коэффициент полезного действия вращающихся ветровых концентраторов в результате увеличения перепада давления.
Из гидродинамики нам известно, что вакуум также распространяется в близлежащие зоны, увеличивая скорость ветрового потока в описанном ветровом концентраторе за счет работы лопастей концентратора; в результате этого повышается энергоэффективность за счет принудительного более высокого массового расхода.
Два последовательно установленных вихреобразующих ветровых концентратора, являющихся предметом настоящего изобретения, за счет своих пилообразных заворачивающихся внутрь изогнутых направляющих профилей, установленных на кольцеобразном внешнем корпусе и расположенных равномерно по окружности (360°) на поверхности кольцеобразного внешнего корпуса, обеспечивают формирование вихревого кольца и центра завихрения концентратора позади двух ветровых концентраторов с сильным отрицательным давлением по всей площади поперечного сечения кольцеобразного внешнего корпуса и создают дополнительное преимущество, заключающееся в увеличении скорости потока и крутящего момента на обоих валах ветровой электростанции при всех скоростях ветрового потока. За счет этого повышается коэффициент шероховатости и, кроме того, обеспечивается сглаживание относящихся к энергии ветра кратковременных флуктуации скорости вращения привода между порывами ветра. С этой целью направляющие профили могут быть изогнуты в продольном направлении профиля и, при необходимости, вокруг продольной оси профиля.
Указанный способ обеспечивает увеличение выработки электроэнергии на квадратный метр ометаемой площади в результате усиления воздействия подъемной силы на вращающихся вихреобразующих последовательно расположенных ветровых концентраторах, которые, в свою очередь, увеличивают крутящий момент и, следовательно, фактический коэффициент полезного действия на квадратный метр ометаемой площади. В результате этого обеспечивается более быстрый запуск ветровой электростанции при более низких скоростях ветра и, следовательно, улучшается кривая КПД при всех используемых скоростях ветра.
Дополнительно или в качестве альтернативы внешний корпус может быть снабжен направляющими профилями с аэродинамическими профилями, выполненными в виде концевой части крыла с исключительно эффективной рассчитываемой вихревой зоной.
С целью повышения характеристик потока, тяги и вихревой зоны, в частности, для низких скоростей ветра, внешний корпус, направляющие профили и, при необходимости, аэродинамические профили могут иметь сечение крыла. Создающие завихрения заворачивающиеся вовнутрь изогнутые направляющие профили при вращении в противоположном направлении также могут быть использованы в зафиксированных корпусах турбин и роторов.
В другой конфигурации ветровая электростанция, являющаяся предметом настоящего изобретения, может быть использована в качестве приводимого в действие двигателем воздухонагнетательного вентиляторного концентратора либо с помощью ветрового концентратора, либо вспомогательного ветрового концентратора. В данной конфигурации зона разрежения образуется в направлении вверх по потоку, которая в направлении вниз по потоку также распространяется на смежные удаленные локальные зоны ветрового концентратора в результате всасывающего действия, тем самым снижая потребление энергии приводом электродвигателя путем снижения локального давления при сравнении вентиляторов традиционной конструкции с современными вентиляторами.
При необходимости дополнительного увеличения скорости ветра в горизонтальном кольцеобразном или диффузорообразном стационарном корпусе предпочтительно использовать конусообразную конструкцию в форме сопла на стороне поступления воздушного потока, которое расширяется на стороне выхода воздушного потока, образуя форму сопла Лаваля.
С целью обеспечения работы ветрового концентратора или вспомогательного концентратора ветровой концентратор и (или) вспомогательный концентратор снабжены тормозной системой, представляющей собой устройство управления для соответствующего ветрового концентратора, с помощью которой вращение любого из ветровых концентраторов может быть замедлено до полного останова.
Ветровая электростанция, являющаяся предметом настоящего изобретения, снабженная вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором и расположенным вниз по потоку вспомогательным ветровым концентратором, и горизонтальным кольцеобразным, диффузорообразным или выполненным в виде сопла Лаваля внешним корпусом, установлена на мачте с помощью горизонтального опорноповоротного круга или аналогичного устройства против ветра.
Если при работе ветровой электростанции, которая является предметом настоящего изобретения, предусматривается использование солнечной энергии, на горизонтальный стационарный кольцеобразный, диффузорообразный или выполненный в виде сопла Лаваля внешний корпус или на его детали нанесено покрытие из гибких тонкослойных панелей солнечных батарей. Тепловая энергия, вырабатывае
- 2 031486 мая панелями солнечных батарей, рассеивается и преобразуется в электрическую энергию. Панели солнечных батарей охлаждают горизонтальный стационарный кольцеобразный, диффузорообразный, вентуриобразный или выполненный в виде сопла Лаваля внешний корпус путем рассеяния тепловой энергии и при этом обеспечивается охлаждение ветрового потока в проточных каналах, за счет чего увеличивается удельный вес воздуха и, следовательно, повышается энергоэффективность. Также общеизвестно, что панели солнечных батарей препятствуют образованию льда или нарастанию слоя инея. Другое предлагаемое использование ветровой электростанции, которая является предметом настоящего изобретения, заключается в удалении влаги, содержащейся в осевом кольцеобразном воздушном потоке, поступающем в горизонтальный стационарный внешний корпус, выполненный в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, который на входе поступающего потока воздуха сходится на конус и расширяется со стороны выхода воздушного потока.
Поступление спиралеобразного потока воздуха в горизонтальный внешний корпус, выполненный в виде сопла Лаваля, позволяет охлаждать воздух между двумя ветровыми концентраторами, в результате чего обеспечивается отделение влаги в нижней части корпуса. Вода, удаляемая из воздушного потока, предназначена для сбора и эффективного орошения, а также для других технических нужд. Воду можно собирать либо в подземном резервуаре, либо путем ее перекачки в надземные водосборные резервуары.
Если требуется дальнейшее охлаждение воздушного потока в горизонтальном внешнем корпусе, выполненном в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, для получения воды, образующейся путем конденсации влаги воздуха, предлагается охлаждать ветровой концентратор со стороны входа воздушного потока, а также внешний корпус, выполненный в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, при необходимости, путем установки теплоотводящего проволочного устройства и (или) охлаждающих контуров, либо аналогичных устройств. Такие теплоотводящие проволочные устройства и (или) охлаждающие контуры могут быть расположены параллельно в виде сетки между двумя ветровыми концентраторами.
В целях использования устройства для удаления влаги из воздушного потока в периоды безветрия или исключительно слабого ветра, один из последовательно расположенных ветровых концентраторов в горизонтальном внешнем корпусе, выполненном в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, приводится в действие двигателем с помощью генератора, функционирующего в качестве создающего тягу вентилятора. Существует вариант использования либо ветрового концентратора, либо вспомогательного ветрового концентратора в качестве вентилятора, приводимого в действие двигателем, за счет чего создается пониженное давление входного потока с эффектом тяги.
Краткое описание чертежей
На технических чертежах приведено схематическое представление настоящего изобретения. На чертежах изображено следующее:
фиг. 1 - вид спереди ветровой электростанции, которая является предметом настоящего изобретения, с вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором с внешним корпусом в наветренной конфигурации с решетчатой мачтой и водосборным резервуаром;
фиг. 2 - вид сзади ветровой электростанции, которая является предметом настоящего изобретения, с вращающимся вихреобразующим вспомогательным ветровым концентратором со стационарным внешним корпусом в подветренной конфигурации и со стальной трубчатой вышкой;
фиг. 3 - вид сбоку в частичном разрезе ветровой электростанции, которая является предметом настоящего изобретения, с вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором и подветренным вспомогательным ветровым концентратором на параллельном дополнительном валу с горизонтальным стационарным кольцеобразным внешним корпусом, выполненным в виде сопла, сужающимся на стороне входа воздушного потока с диффузорообразным расширением на стороне выхода воздушного потока, а также с установленным теплоотводящим проволочным устройством и водосборным резервуаром;
фиг. 4-6 - вариант конфигурации пилообразных заворачивающихся вовнутрь изогнутых направляющих профилей, равномерно распределенных по окружности (360°) при вращении в противоположном направлении в различных проекциях;
фиг. 7-12 - дополнительные примеры конфигураций пилообразных заворачивающихся вовнутрь изогнутых направляющих профилей, равномерно распределенных по окружности (360°) при вращении в противоположном направлении в различных проекциях, и фиг. 13-21 - варианты конструкции примеров конфигурации в соответствии с фиг. 4-12 с направляющими профилями, имеющими сечение крыла.
Способы технического выполнения изобретения
Ветровая электростанция 1 для выработки электроэнергии с вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором 2 состоит в основном из осевого вращающегося ветрового концентратора 2, шарнирно закрепленного на валу 3, с кольцеобразным внешним корпусом, обеспечивающим использование всего поперечного сечения входящего потока воздуха.
Ветровой концентратор 2 снабжен подветренным осевым вспомогательным ветровым концентратором 16, установленным на дополнительном валу 15, при этом каждый ветровой концентратор 2, 16 установлен на горизонтальных валах 13, 15 и окружен стационарным, горизонтально установленным внешним корпусом 17, выполненным в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля.
- 3 031486
За счет этого создается преимущество, если конструкция внешнего корпуса 17 выполнена в виде сопла Лаваля, сужающегося в направлении воздушного потока со стороны входа воздушного потока в направлении ветрового концентратора 2, и далее расширяющегося вниз по потоку в виде диффузора позади вспомогательного ветрового концентратора 16.
На наружной стороне кольцеобразного внешнего корпуса 4 двух ветровых концентраторов 2, 16 установлены заворачивающиеся внутрь концентрирующие воздушный поток вихреобразующие проточные каналы, равномерно расположенные по окружности (360°) с пилообразными направляющими профилями 5, закрученными в направлении вращения и расширяющимися (увеличенные в поперечном сечении) в направлении потока.
Ветровой концентратор 2, а также вспомогательный ветровой концентратор 16 снабжены лопастями концентратора, расположенными по кругу между ступицей 6 и кольцеобразным внешним корпусом 4, которые в зависимости от назначения могут быть снабжены низкоскоростными или высокоскоростными профилями. Низкоскоростные профили в данном контексте определены как профили, имеющие сечение крыла и предназначенные для низких скоростей воздушного потока. Таким образом, высокоскоростные профили предназначены для более высоких или высоких скоростей воздушного потока.
Указанные вихреобразующие направляющие профили 5 предназначены для воздействия на поступающий поток воздуха и формирования кромочных завихрений потока, которые позади ветровых концентраторов 2 и вспомогательного ветрового концентратора 16 соединяются, образуя вихревое кольцо по всему поперечному сечению двух ветровых концентраторов 2 и 16, через который проходит воздушный поток. Циркуляция воздуха существенно усиливается внутри вихревого кольца, повышая скорость воздушного потока и, следовательно, отрицательное давление. В закрытом кольцевом пространстве позади ветровых концентраторов 2, 16, т.е. в центре завихрения концентраторов, происходит снижение локального давления по всему поперечному сечению кольцеобразного внешнего корпуса. Ввиду разрежения в ядре вихря, наружный воздух подается в направлении входа через ветровой концентратор 2 и вспомогательный ветровой концентратор 16 ввиду того, что молекулы движутся с молекулярной скоростью в местном вакууме, создавая независимое ускорение. Указанное ускорение повышает коэффициент шероховатости, обеспечивая при этом повышение энергосодержания воздушного потока, и сглаживает кратковременные флуктуации силы ветра между порывами ветра.
Как приведено в примерах конфигурации (фиг. 4-12), концевым частям вихреобразующих заворачивающихся внутрь изогнутых направляющих профилей 5 могут быть приданы разнообразные формы, и за счет использования упругих материалов они также могут быть выполнены подпружиненными, либо сконструированы для регулирования ветрового потока.
Ветровой концентратор 2, а также вспомогательный ветровой концентратор 16 шарнирно закреплен на валах 3, 15, при этом каждый установлен во вращающемся корпусе 8 и соединен с генератором 11 через редуктор 9 и муфту 10, преобразующим ветровую энергию в электрическую энергию.
На входе ветрового потока ветровой электростанции 1 используется электродвигатель 13, соединённый с кольцевым зубчатым колесом 12. Как показано на фиг. 1 и 3, ветровая электростанция, являющаяся предметом настоящего изобретения, установлена либо на решетчатой мачте 18, либо на стальной трубе 14.
Ветровой концентратор 2 и вспомогательный ветровой концентратор 16 снабжены элементом перемещения воздушной среды, установленным соосно с валами 3 и 15 и одновременно образующим ступицу 6 для установки двух ветровых концентраторов 2, 16 для направления ветрового потока из зоны центральной турбины, в которой его эффективность была бы исключительно низкой ввиду малого расстояния до оси вращения, в удаленную внешнюю часть турбины, тем самым дополнительно повышая динамическое давление перед двумя ветровыми концентраторами 2, 16 и вследствие этого подъемную силу лопастей концентратора низкоскоростных или высокоскоростных профилей.
Также предусматривается вариант использования ветрового концентратора 2, а также вспомогательного ветрового концентратора 16 в качестве приводимых в действие двигателем воздухонагнетательных ветровых концентраторов 2, 16 за счет использования генератора 11, тем самым создавая зону разрежения на входе, тем самым понижая локальное давление в результате всасывающего действия по направлению вниз по потоку; вакуум также распространяется в близлежащие зоны приводимого в действие двигателем воздухонагнетательных ветровых концентраторов 2, 16, тем самым дополнительно повышая его коэффициент полезного действия.
На входе ветрового потока ветровой электростанции 1 с двумя последовательно установленными ветровыми концентраторами 2 и 16, окруженными сплошным стационарным внешним корпусом 17, выполненным в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, используется электродвигатель 13, соединенный с кольцевым зубчатым колесом 12. Как показано на фиг. 1 и 3, ветровая электростанция, являющаяся предметом настоящего изобретения, установлена на решетчатой мачте 18.
В конфигурации ветровой электростанции, при которой предусматривается использование солнечной энергии, на горизонтальный стационарный кольцеобразный, диффузорообразный или выполненный в виде сопла Лаваля внешний корпус 17 последовательно установленных вертикальных ветровых концентраторов 2 и 16 ветровой электростанции 1, являющейся предметом настоящего изобретения, может
- 4 031486 быть нанесено покрытие из гибких тонкослойных панелей солнечных батарей. Солнечное тепло, вырабатываемое панелями солнечных батарей, рассеивается и преобразуется в электрическую энергию.
Для примера осуществления конструкции с использованием солнечной энергии кольцеобразный, диффузорообразный и выполненный в виде сопла Лаваля внешний корпус 17 вертикально последовательно расположенных ветровых концентраторов 2 и 16 ветровой электростанции 1, которая является предметом настоящего изобретения, может быть снабжен гибкими тонкослойными панелями солнечных батарей для использования солнечной энергии. Тепловая энергия, вырабатываемая панелями солнечных батарей, высвобождается и преобразуется в электрическую энергию.
Еще один пример осуществления конструкции ветровой электростанции 1, которая является предметом настоящего изобретения (фиг. 3), предусматривает извлечение воды из влаги воздуха из воздушного потока, поступающего в кольцеобразный, диффузорообразный, вентуриобразный или выполненный в виде сопла Лаваля внешний корпус 17. Воздушный поток, поступающий в кольцеобразный, диффузорообразный, вентуриобразный или выполненный в виде сопла Лаваля внешний корпус, охлаждается между ветровым концентратором 2 и вспомогательным ветровым концентратором 16, в результате чего обеспечивается удаление воды. Вода, удаленная из воздушного потока, может быть собрана в резервуаре 19 для воды и использована для коммерческих целей.
Для дополнительного варианта осуществления конструкции для дальнейшего охлаждения воздуха с целью удаления воды из влаги воздуха предлагается оснастить ветровой концентратор 2 на входе воздушного потока и (или) кольцеобразный, диффузорообразный или выполненный в виде сопла Лаваля внешний корпус 17 встроенным теплоотводящим проволочным устройством 20 или охлаждающими контурами, которые также могут быть расположены параллельно в виде сетчатой конфигурации между последовательно расположенными ветровым концентратором 2 и вспомогательным концентратором 16.
Ветровая электростанция 1 в соответствии с фиг. 3, которая является предметом настоящего изобретения, также может приводиться в действие двигателем с помощью ветрового концентратора 2 или вспомогательного концентратора 16 с использованием его генератора 11, обеспечивая при этом возможность удаления воды из воздуха в периоды затишья или слабого ветра. В данном примере осуществления либо ветровой концентратор 2, либо вспомогательный концентратор 16 работают в качестве воздухонагнетательного концентратора 2 и(или) 16, создающего эффект тяги.
Направляющие профили в соответствии с фиг. 4-12 имеют сечение крыла для повышения подъемной силы (привод ротора) и увеличения вихревой зоны при низких скоростях ветра.

Claims (6)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Ветровая электростанция (1) для выработки электроэнергии с осевым вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором (2), шарнирно закрепленным на валу (3), закрытым кольцеобразным внешним корпусом (4), на наружной стороне которого сформированы вихреобразующие концентрирующие поток проточные каналы, равномерно расположенные по окружности 360°, при этом ветровой концентратор (2) снабжен лопастями (7) концентратора, расположенными равномерно по окружности между валом (3) и кольцеобразным внешним корпусом (4) и в основном ориентированными в радиальном направлении, дополнительно снабженная осевым подветренным ветровым концентратором (16), установленным на дополнительном валу (15) последовательно по ходу потока, при этом оба ветровых концентратора (2, 16) установлены на горизонтальных валах (3, 15) соосно в сплошном стационарном, предпочтительно горизонтально установленном внешнем общем корпусе (17), выполненном в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, при этом поточные каналы сформированы образующими кромочные завихрения пилообразными изогнутыми направляющими профилями (5), создающими вихревое кольцо по направлению воздушного потока по всему поперечному сечению кольцеобразного внешнего корпуса (4).
  2. 2. Ветровая электростанция (1) по п.1, отличающаяся тем, что ветровая электростанция снабжена направляющими профилями (5), изогнутыми в продольном направлении профиля и в соответствующих случаях вокруг продольной оси профиля.
  3. 3. Ветровая электростанция (1) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что предусматривается целевое использование гибких тонкослойных панелей солнечных батарей, покрывающих горизонтальный стационарный внешний корпус (17), выполненный в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, для охлаждения поверхностей стационарного внешнего корпуса (17), выполненного в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, и для охлаждения осевого воздушного потока путем рассеяния тепла.
  4. 4. Ветровая электростанция (1) по п.3, характеризующаяся тем, что ветровая электростанция снабжена водосборным резервуаром (19), в который направляется и в котором осуществляется сбор сконденсировавшейся воды в нижней части корпуса (17), выполненного в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля.
  5. 5. Ветровая электростанция (1) по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что ветровой концентратор (2), в частности горизонтальный стационарный внешний корпус (17), выполненный в виде кольца, диффузора или сопла Лаваля, предпочтительно включает теплоотводящее проволочное устройство (20) и(или) охлаждающие контуры (20), расположенные и выполненные в виде сетки между ветровым кон
    - 5 031486 центратором (2) и вспомогательным ветровым концентратором (16), и охлаждающие соответствующие поверхности, тем самым обеспечивая более эффективное охлаждение осевого воздушного потока.
  6. 6. Ветровая электростанция (1) по одному из пп.1-5, обеспечивающая в качестве варианта использование электродвигателя для приведения в действие ветрового концентратора (2) или вспомогательного концентратора (16) с помощью генератора (11), функционирующих в качестве воздухонагнетательных ветровых концентраторов (2 или 16), в результате чего также существует возможность использовать систему в условиях безветрия или слабого ветра в качестве осушительной установки путем конденсации влаги.
EA201490952A 2011-11-17 2012-11-16 Ветровая электростанция, снабженная вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором EA031486B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA1709/2011A AT512196B1 (de) 2011-11-17 2011-11-17 Windkraftanlage mit rotierendem, wirbelbildendem windkonzentrator
PCT/AT2012/050179 WO2013071328A1 (de) 2011-11-17 2012-11-16 Windkraftanlage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201490952A1 EA201490952A1 (ru) 2015-08-31
EA031486B1 true EA031486B1 (ru) 2019-01-31

Family

ID=47429457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201490952A EA031486B1 (ru) 2011-11-17 2012-11-16 Ветровая электростанция, снабженная вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором

Country Status (14)

Country Link
US (1) US9664172B2 (ru)
EP (1) EP2839146B1 (ru)
CN (1) CN104302909B (ru)
AT (1) AT512196B1 (ru)
AU (1) AU2012339597B2 (ru)
DK (1) DK2839146T3 (ru)
EA (1) EA031486B1 (ru)
ES (1) ES2641202T3 (ru)
HR (1) HRP20171419T1 (ru)
HU (1) HUE036197T2 (ru)
PL (1) PL2839146T3 (ru)
PT (1) PT2839146T (ru)
SI (1) SI2839146T1 (ru)
WO (1) WO2013071328A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734298C1 (ru) * 2020-05-12 2020-10-14 Анатолий Тимофеевич Кожанов Солнечно-ветровой агрегат

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8814493B1 (en) * 2010-07-02 2014-08-26 William Joseph Komp Air-channeled wind turbine for low-wind environments
KR101663597B1 (ko) * 2016-04-22 2016-10-07 주식회사 웨스텍 확산관을 이용한 고효율 풍력발전기
DE102016007054A1 (de) * 2016-06-06 2017-12-07 Friedrich Grimm Strömungskonverter mit einem strömungsleitwerk
JP6832221B2 (ja) 2017-04-27 2021-02-24 津田　訓範 風力発電システム
DE102017007907A1 (de) 2017-08-17 2019-02-21 Friedrich Grimm Ringflügelturbine
KR102217805B1 (ko) * 2019-08-21 2021-02-22 (주)피이케이 쌍륜형 풍력발전 장치
US11585318B2 (en) 2020-12-17 2023-02-21 David Papini Wind-powered generator
USD960836S1 (en) 2020-12-17 2022-08-16 David Papini Wind-powered generator
CN115050519B (zh) * 2022-08-15 2022-11-01 四川明达电线电缆科技有限公司 一种合金芯电缆及其加工装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE804090C (de) * 1949-02-13 1951-04-16 Paul Duemmel Windkraftmotor
DE2949447B1 (de) * 1979-12-08 1980-10-02 Voith Getriebe Kg Axialventilator,insbesondere zur Bodenfrostbekaempfung
WO2010108196A1 (en) * 2009-03-16 2010-09-23 Bersiek Shamel A Wind jet turbine ii
WO2010131052A2 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Kinetic Harvest Limited Vortex enhanced wind turbine diffuser
US20100316487A1 (en) * 2007-03-23 2010-12-16 Flodesign Wind Turbine Corporation Wind turbine
US20110037268A1 (en) * 2009-06-22 2011-02-17 Johann Quincy Sammy Adaptive Control Ducted Compound Wind Turbine
US20110103955A1 (en) * 2009-10-31 2011-05-05 Jerry Desaulniers Conical frustum wind turbine

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2155271C1 (ru) * 1999-03-19 2000-08-27 Орлов Игорь Сергеевич Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров
US20040042894A1 (en) * 2001-01-17 2004-03-04 J.C. Smith Wind-driven electrical power-generating device
ATE357592T1 (de) 2001-08-08 2007-04-15 Wieser Gudrun Windkraftanlage zur energiegewinnung
JP2004353496A (ja) * 2003-05-28 2004-12-16 Sony Corp 薄型ファンモータ
US7431567B1 (en) * 2003-05-30 2008-10-07 Northern Power Systems Inc. Wind turbine having a direct-drive drivetrain
CN101014817A (zh) * 2004-08-16 2007-08-08 沃特联合有限公司 用于冷却空气的设备和方法
EP2324241A2 (en) * 2008-08-11 2011-05-25 Ralph-Peter Bailey Underwater turbine with finned diffuser for flow enhancement
CH699931A1 (de) * 2008-11-27 2010-05-31 Reto Pfeiffer Anlage zur Belüftung von Gebäuden
US20120049523A1 (en) * 2009-04-29 2012-03-01 Bersiek Shamel A Wind jet turbine ii
US20120256424A1 (en) * 2009-12-28 2012-10-11 Awr Energy, Inc. Controlled, diffused, and augmented wind energy generation apparatus and system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE804090C (de) * 1949-02-13 1951-04-16 Paul Duemmel Windkraftmotor
DE2949447B1 (de) * 1979-12-08 1980-10-02 Voith Getriebe Kg Axialventilator,insbesondere zur Bodenfrostbekaempfung
US20100316487A1 (en) * 2007-03-23 2010-12-16 Flodesign Wind Turbine Corporation Wind turbine
WO2010108196A1 (en) * 2009-03-16 2010-09-23 Bersiek Shamel A Wind jet turbine ii
WO2010131052A2 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Kinetic Harvest Limited Vortex enhanced wind turbine diffuser
US20110037268A1 (en) * 2009-06-22 2011-02-17 Johann Quincy Sammy Adaptive Control Ducted Compound Wind Turbine
US20110103955A1 (en) * 2009-10-31 2011-05-05 Jerry Desaulniers Conical frustum wind turbine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734298C1 (ru) * 2020-05-12 2020-10-14 Анатолий Тимофеевич Кожанов Солнечно-ветровой агрегат

Also Published As

Publication number Publication date
US9664172B2 (en) 2017-05-30
EP2839146A1 (de) 2015-02-25
ES2641202T3 (es) 2017-11-08
SI2839146T1 (sl) 2017-11-30
HUE036197T2 (hu) 2018-06-28
PL2839146T3 (pl) 2017-12-29
AU2012339597A1 (en) 2014-07-10
US20140321975A1 (en) 2014-10-30
AT512196A1 (de) 2013-06-15
AT512196B1 (de) 2014-03-15
DK2839146T3 (en) 2017-10-02
PT2839146T (pt) 2017-10-02
HRP20171419T1 (hr) 2017-11-03
EP2839146B1 (de) 2017-06-21
CN104302909B (zh) 2017-09-26
AU2012339597B2 (en) 2017-08-31
EA201490952A1 (ru) 2015-08-31
WO2013071328A1 (de) 2013-05-23
CN104302909A (zh) 2015-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA031486B1 (ru) Ветровая электростанция, снабженная вращающимся вихреобразующим ветровым концентратором
KR101383849B1 (ko) 전방향식 풍력 터빈
US9512817B2 (en) Diffuser augmented wind turbines
US9567970B2 (en) Wind turbines augmented with rotating diffusers
US20170175704A1 (en) Pressure controlled wind turbine enhancement system
JP2019060345A (ja) ジャイロミル型風力タービンを備えた風力発電タワー
KR20180116418A (ko) 건축물과 결합된 풍력 발전기
US11156204B2 (en) Wind turbine
GB2471349A (en) Wind turbine with fans
JP2012107612A (ja) 風洞体、垂直軸型風車、構造物、風力発電装置、油圧装置、ならびに建築物
US20120082562A1 (en) Wind turbine
RU95763U1 (ru) Радиальный крышный вентилятор
US20130058758A1 (en) Wind turbine installed on the top floor of a residential building, particularly in an urban area
RU2638120C1 (ru) Ветротурбинная установка
US20120201665A1 (en) Air flow deflector
CN102691624A (zh) 多级垂直叶片风力发电机
RU2235900C2 (ru) Ветроэнергетическая установка малой мощности крыльчатого типа
RU2204051C2 (ru) Ветроустановка
WO2020161741A2 (en) Adaptable disc turbine assembly

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM TJ TM