ветровая электростанция (варианты)

Формула изобретения

1. Ветровая электростанция, которая содержит вертикальную вытяжную трубу, насадку в виде полого усеченного конуса, установленную на верхнем конце вытяжной трубы соосно с этой трубой с ориентацией вершины меньшего основания конуса насадки вверх и снабженную радиальными ребрами, установленными на ее наружной боковой поверхности вдоль образующих ее усеченного конуса, генератор электрического тока, ветровое колесо, кинематически связанное с генератором электрического тока и расположенное в области нижнего конца вытяжной трубы, а также секцию горизонтальных воздухопроводящих каналов в виде радиально расположенных диффузоров с выходными соплами, аэродинамически связанными с нижним концом указанной трубы, причем ветровое колесо установлено в горизонтальном потоке воздуха между соплами и трубой, а сопла выполнены изогнутыми для обеспечения изменения произвольного направления ветра на направление к ветровому колесу для его вращения.

2. Ветровая электростанция по п.1, которая содержит как минимум одну дополнительную секцию горизонтальных воздухопроводящих каналов в виде радиально расположенных следующим этажом дополнительных диффузоров с выходными соплами, аэродинамически связанными с указанной трубой в ее нижней части, и как минимум одно дополнительное ветровое колесо с соответствующим генератором тока, которое установлено в горизонтальном потоке воздуха между соплами дополнительных диффузоров и трубой, а сопла выполнены изогнутыми для обеспечения изменения произвольного направления ветра на направление к дополнительному ветровому колесу для его вращения.

3. Ветровая электростанция по одному из пп.1, 2, в которой по крайней мере одна секция горизонтальных воздухопроводящих каналов выполнена с возможностью нагрева проходящего по ним воздуха.

4. Ветровая электростанция, которая содержит вертикальную вытяжную трубу, генератор электрического тока, ветровое колесо, кинематически связанное с генератором тока и установленное в вытяжной трубе, а также секцию горизонтальных воздухопроводящих каналов в виде радиально расположенных диффузоров с выходными соплами, аэродинамически связанными с нижним концом указанной вытяжной трубы.

5. Ветровая электростанция по п.4, которая содержит насадку в виде полого усеченного конуса, установленную на верхнем конце вытяжной трубы соосно с этой трубой и с ориентацией вершины меньшего основания конуса насадки вверх и снабженную радиальными ребрами, установленными на наружной боковой поверхности насадки вдоль образующих ее усеченного конуса.

6. Ветровая электростанция по одному из пп.4, 5, в которой секция горизонтальных воздухопроводящих каналов выполнена в виде полого конуса, расположенного над ним горизонтального диска с осевым отверстием и установленных между этими конусом и диском вдоль образующих конуса вертикальных ребер, причем расстояние между основанием конуса и упомянутым диском не превышает высоты конуса, который при этом расположен соосно с трубой и с осевым отверстием горизонтального диска с ориентацией своей вершиной вверх, а труба своим нижним концом соединена с горизонтальным диском соосно с упомянутым осевым отверстием в диске.

7. Ветровая электростанция по п.6, в которой горизонтальный диск выполнен из светопроницаемого материала, а полый конус выполнен из теплопроводного светопоглощающего материала.

8. Ветровая электростанция по одному из пп.6, 7, которая снабжена одним или несколькими источниками тепла, расположенными внутри полого конуса, который при этом выполнен с отверстием в области его вершины и с отверстием в его основании и установлен этим основанием на расстоянии от земли для возможности прохождения воздуха через конус.

9. Ветровая электростанция по п.8, в которой источники тепла выполнены в виде горелок, установленных внутри полого конуса с возможностью нагрева боковой поверхности этого конуса.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к ветряным двигателям и может быть использовано в ветряных электрических станциях.

Уровень техники

Известна ветровая электрическая станция, содержащая корпус, воздухоподводящие каналы и расположенные в них ветровые колеса с горизонтальными осями, кинематически связанными с генераторами электрического тока (см. А.С. СССР №2003832, МКИ F 03 D 1/02, Бюл. №43-44, 1993).

Признаки, являющиеся общими для известного устройства и заявленного, заключаются в наличии воздухоподводящих каналов, ветровых колес и генераторов электрического тока.

Причина, препятствующая получению в известном устройстве заявленного технического результата, заключается в необходимости поворота оси ветрового колеса в соответствии с направлением ветра.

Наиболее близким аналогом является ветровая электростанция, содержащая корпус, воздухоподводящие каналы и расположенные в них ветровые колеса с горизонтально расположенными осями, кинематически связанными с генераторами, вертикальную вытяжную трубу, сообщенную посредством горизонтальных воздухоподводящих каналов с выполненным в корпусе вертикальным каналом, при этом вокруг последнего вертикально и радиально размещен ряд пустотелых элементов, спрофилированных в виде крыла, причем корпус снабжен поперечными переборками, образующими вместе с элементами секцию горизонтальных воздухоподводящих каналов в виде радиально расположенных диффузоров с выходными изогнутыми соплами, которые примыкают к вертикальному каналу, а генераторы расположены в одном из элементов. Кроме того, станция содержит, по меньшей мере, две секции, расположенные этажами, причем каждая секция снабжена своими ветровыми колесами с генераторами.

Признаки, являющиеся общими для известного устройства и заявленного по первому варианту технического решения, заключаются в наличии вертикальной вытяжной трубы, генератора электрического тока, ветрового колеса, кинематически связанного с генератором электрического тока и расположенного в области нижнего конца вытяжной трубы, а также секции горизонтальных воздухопроводящих каналов в виде радиально расположенных диффузоров с выходными соплами, аэродинамически связанными с нижним концом указанной трубы, причем ветровое колесо установлено в горизонтальном потоке воздуха между соплами и трубой, а сопла выполнены изогнутыми для обеспечения изменения произвольного направления ветра на направление к ветровому колесу для его вращения.

Признаки, являющиеся общими для известного устройства и заявленного по второму варианту технического решения, заключаются в наличии вертикальной вытяжной трубы, генератора электрического тока, ветрового колеса, кинематически связанного с генератором электрического тока, а также секции горизонтальных воздухопроводящих каналов в виде радиально расположенных диффузоров с выходными соплами, аэродинамически связанными с нижним концом указанной трубы.

Причина, препятствующая получению в известном устройстве заявленного технического результата по первому варианту заявленного технического решения, заключаются в том, что ветер используется только для создания избыточного давления в области нижнего конца вытяжной трубы и при этом не используется для создания разрежения в области верхнего конца вытяжной трубы.

Причина, препятствующая получению в известном устройстве заявленного технического результата по второму варианту заявленного технического решения, заключается в расположении ветрового колеса в горизонтальном потоке воздуха.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении мощности ветровой электростанции при одновременном уменьшении ее зависимости от скорости и направления ветра и упрощении конструкции.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи по первому варианту заявленного технического решения, заключается прежде всего в использовании ветра для создания дополнительного разрежения воздуха в области верхнего конца вытяжной трубы. Кроме того, технический результат заключается в создании дополнительного избыточного давления воздуха в области нижнего конца вытяжной трубы за счет нагрева воздуха.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи по второму варианту заявленного технического решения, заключается прежде всего в использовании кинетической энергии вертикально движущегося в трубе воздуха, что позволяет значительно упростить конструкцию секции горизонтальных воздухопроводящих каналов за счет отказа от изогнутой формы сопел. Кроме того, технический результат заключается в использовании ветра для создания дополнительного разрежения воздуха в области верхнего конца вытяжной трубы. Кроме того, технический результат заключается в создании дополнительного избыточного давления воздуха в области нижнего конца вытяжной трубы за счет нагрева воздуха.

Достигается технический результат в первом варианте технического решения тем, что ветровая электростанция содержит вертикальную вытяжную трубу, насадку в виде полого усеченного конуса, установленную на верхнем конце вытяжной трубы соосно с этой трубой с ориентацией вершины меньшего основания конуса насадки вверх и снабженную радиальными ребрами, установленными на ее наружной боковой поверхности вдоль образующих ее усеченного конуса, генератор электрического тока, ветровое колесо, кинематически связанное с генератором электрического тока и расположенное в области нижнего конца вытяжной трубы, а также секцию горизонтальных воздухопроводящих каналов в виде радиально расположенных диффузоров с выходными соплами, аэродинамически связанными с нижним концом указанной трубы, причем ветровое колесо установлено в горизонтальном потоке воздуха между соплами и трубой, а сопла выполнены изогнутыми для обеспечения изменения произвольного направления ветра на направление к ветровому колесу для его вращения.

Достигается технический результат в первом варианте технического решения также тем, что ветровая электростанция содержит как минимум одну дополнительную секцию горизонтальных воздухопроводящих каналов в виде радиально расположенных следующим этажом дополнительных диффузоров с выходными соплами, аэродинамически связанными с указанной трубой в ее нижней части, и как минимум одно дополнительное ветровое колесо с соответствующим генератором тока, которое установлено в горизонтальном потоке воздуха между соплами дополнительных диффузоров и трубой, а сопла выполнены изогнутыми для обеспечения изменения произвольного направления ветра на направление к дополнительному ветровому колесу для его вращения.

Достигается технический результат в первом варианте технического решения также тем, что по крайней мере одна секция горизонтальных воздухопроводящих каналов выполнена с возможностью нагрева проходящего по ним воздуха.

Достигается технический результат во втором варианте технического решения тем, что ветровая электростанция содержит вертикальную вытяжную трубу, генератор электрического тока, ветровое колесо, кинематически связанное с генератором тока и установленное в вытяжной трубе, а также секцию горизонтальных воздухопроводящих каналов в виде радиально расположенных диффузоров с выходными соплами, аэродинамически связанными с нижним концом указанной вытяжной трубы.

Достигается технический результат во втором варианте технического решения также тем, что ветровая электростанция содержит насадку в виде полого усеченного конуса, установленную на верхнем конце вытяжной трубы соосно с этой трубой и с ориентацией вершины меньшего основания конуса насадки вверх и снабженную радиальными ребрами, установленными на наружной боковой поверхности насадки вдоль образующих ее усеченного конуса.

Достигается технический результат во втором варианте технического решения также тем, что секция горизонтальных воздухопроводящих каналов выполнена в виде полого конуса, расположенного над ним горизонтального диска с осевым отверстием и установленных между этими конусом и диском вдоль образующих конуса вертикальных ребер, причем расстояние между основанием конуса и упомянутым диском не превышает высоты конуса, который при этом расположен соосно с трубой и с осевым отверстием горизонтального диска с ориентацией своей вершиной вверх, а труба своим нижним концом соединена с горизонтальным диском соосно с упомянутым осевым отверстием в диске.

Достигается технический результат во втором варианте технического решения также тем, что горизонтальный диск выполнен из светопроницаемого материала, а полый конус выполнен из теплопроводного светопоглощающего материала.

Достигается технический результат во втором варианте технического решения также тем, что ветровая электростанция снабжена одним или несколькими источниками тепла, расположенными внутри полого конуса, который при этом выполнен с отверстием в области его вершины и с отверстием в его основании и установлен этим основанием на расстоянии от земли для возможности прохождения воздуха через конус.

Достигается технический результат во втором варианте технического решения также тем, что источники тепла выполнены в виде горелок, установленных внутри полого конуса с возможностью нагрева боковой поверхности этого конуса.

Перечень фигур чертежей

На фиг.1, 2, 3 показан первый вариант осуществления изобретения:

на фиг.1 показано сечение, вид сбоку; на фиг.2 - сечение плана А-А на фиг.1; на фиг.3 - отдельно насадка 2, вид сверху.

На фиг.4, 5, 3 показан второй вариант осуществления изобретения:

на фиг.4 показано сечение, вид сбоку; на фиг.5 - сечение плана Б-Б на фиг.4; на фиг.3 - отдельно насадка 2, вид сверху.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения по первому варианту технического решения

Ветровая электростанция содержит (фиг.1, 2, 3):

- вертикальную вытяжную трубу 1;

- насадку 2, выполненную в виде полого усеченного конуса и снабженную радиальными ребрами 3, установленными на ее наружной боковой поверхности вдоль образующих ее усеченного конуса, при этом насадка установлена на верхнем конце трубы 1 соосно с этой трубой и с ориентацией меньшего основания усеченного конуса насадки вверх;

- генератор 4 электрического тока;

- ветровое колесо 5, кинематически связанное с генератором 4;

- секцию 6 горизонтальных воздухопроводящих каналов, выполненных в виде радиально расположенных диффузоров 7 с выходными изогнутыми соплами 8 для обеспечения изменения произвольного направления ветра на направление к ветровому колесу 5.

При этом диффузоры 7 с изогнутыми соплами 8 образованы профильными элементами 9 и поперечными переборками 10. Профильные элементы 9 выполнены пустотелыми и спрофилированы в виде крыльев. Сопла 8 аэродинамически связаны с нижним концом трубы 1. Ветровое колесо 5 установлено в горизонтальном потоке воздуха между соплами 8 и трубой 1.

Для повышения мощности ветровая электростанция может содержать по крайней мере одну дополнительную секцию горизонтальных воздухопроводящих каналов (не показана), которая имеет ту же конструкцию, что и описанная выше секция 6, и расположена вторым этажом над секцией 6. Кроме того, как секция 6, так и аналогичные ей дополнительные секции второго и так далее этажей (не показаны) могут содержать средства нагрева проходящего по их каналам воздуха, например газовые горелки (не показаны). Это также увеличивает мощность электростанции и, кроме того, снижает ее зависимость от ветра.

Работа ветровой электростанции по первому варианту технического решения заключается в следующем.

Ветер, дующий горизонтально в любом направлении и попадающий в соответствующие диффузоры 7, поворачивается в горизонтальной плоскости выходными изогнутыми соплами 8 указанных диффузоров в направлении к ветровому колесу 5, вращает это колесо, а затем поворачивает вверх в вертикальную вытяжную трубу 1 и выходит через ее верхний конец, где установлена насадка 2, в области которой также дует ветер. Последний, взаимодействуя с конусной боковой поверхностью насадки 2 и ее радиальными ребрами 3, поворачивает вверх и тем самым создает в области верхнего конца трубы 1 пониженное давление, дополнительно увеличивающее скорость движения воздуха через ветровое колесо 5 и тем самым увеличивающее скорость вращения самого ветрового колеса и кинематически связанного с ним генератора 4.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения по второму варианту технического решения

Ветровая электростанция содержит (фиг.4, 5, 3):

- вертикальную вытяжную трубу 1;

- насадку 2, выполненную в виде полого усеченного конуса и снабженную радиальными ребрами 3, установленными на ее наружной боковой поверхности вдоль образующих ее усеченного конуса, при этом насадка установлена на верхнем конце трубы 1 соосно с этой трубой и с ориентацией меньшего основания усеченного конуса насадки вверх;

- генератор 4 электрического тока;

- ветровое колесо 5, кинематически связанное с генератором 4;

- секцию 6 горизонтальных воздухопроводящих каналов, выполненных в виде радиально расположенных диффузоров 7 с выходными (прямыми) соплами 8, аэродинамически связанными с нижним концом трубы 1.

При этом диффузоры 7 с выходными соплами 8 выполнены в виде полого конуса 9, горизонтального диска 10 с осевым отверстием 11, расположенного над конусом 9, и вертикальных ребер 12, установленных между конусом 9 и диском 10 вдоль образующих конуса 9. Расстояние между основанием конуса 9 и диском 10 равно или меньше высоты конуса 9, что необходимо для обеспечения поворота вверх (в трубу 1) всего горизонтального потока воздуха (ветра), заходящего в диффузоры 7. Кроме того, конус 9 расположен соосно с трубой 1 и с осевым отверстием 11 диска 10 и ориентирован своей вершиной вверх, а труба 1 своим нижним концом соединена с диском 10 соосно с его осевым отверстием 11. При этом ветровое колесо 5 установлено в вертикальном потоке воздуха, т.е. в трубе 1.

Для повышения мощности ветровая электростанция может быть выполнена с возможностью нагрева воздуха, проходящего через диффузоры 7, солнечными лучами. С этой целью диск 10 выполнен из светопроницаемого материала, а конус 9 - из теплопроводного светопоглощающего материала. Кроме того, нагрев воздуха, проходящего через диффузоры 7, может осуществляться газовыми горелками 13, установленными в полости конуса 9 для нагревания боковой поверхности этого конуса. В этом случае конус 9 должен быть выполнен с отверстием в его основании для захода воздуха и с отверстием в области его вершины для выхода нагретого воздуха и продуктов сгорания газа. Это увеличивает мощность электростанции и снижает ее зависимость от ветра.

Работа ветровой электростанции по второму варианту технического решения заключается в следующем.

Ветер, дующий горизонтально в любом направлении и попадающий в соответствующие диффузоры 7, благодаря его взаимодействию с боковой поверхностью конуса 9 поворачивается вверх и заходит в трубу 1, где установлено ветровое колесо 5; вращает это колесо и выходит наружу через верхний конец трубы 1, где установлена насадка 2, в области которой также дует ветер. Последний, взаимодействуя с конусной боковой поверхностью насадки 2 и ее радиальными ребрами 3, поворачивает вверх и тем самым создает в области верхнего конца трубы 1 пониженное давление, дополнительно увеличивающее скорость движения воздуха через ветровое колесо 5 и тем самым увеличивающее скорость вращения самого ветрового колеса 5 и кинематически связанного с ним генератора 4. Нагрев воздуха, проходящего через диффузоры 7 (солнечными лучами или газовыми горелками), создает дополнительное избыточное давление воздуха в этой области, что проводит к увеличению скорости движения воздуха через трубу 1 и тем самым повышению мощности электростанции и уменьшению ее зависимости от ветра.