ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА И СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ НАХОДЯЩЕГОСЯ В ДВИЖЕНИИ ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА
WIND-DRIVEN POWER PLANT, GENERATOR TO GENERATE POWER FROM AMBIENT AIR AND METHOD TO GENERATE POWER FROM MOVING AMBIENT AIR

Настоящее изобретение относится к ветроэнергетической установке для генерации электрической энергии посредством проходящего через нее окружающего воздуха. Настоящее изобретение также относится к системе ветроэнергетических установок и к генерации электрической энергии посредством проходящего через нее окружающего воздуха.
Настоящая система также касается генератора для генерации электрической энергии посредством проходящего через нее окружающего воздуха, в частности генератора, который особенно подходит для выполненных в соответствии с изобретением ветроэнергетических установок и систем.
Наконец, настоящее изобретение касается способа генерации электрической энергии из окружающего воздуха.
В течение многих последних лет, как результат стимулирования правительством продвижения использования возобновляемых источников энергии, значительное количество исследований было выполнено для решения проблемы ископаемого топлива. Примеры, которые могут быть здесь приведены, включают энергию ветра, термодинамическую энергию, биотопливо, а также водород. Тем не менее, вопреки всем усилиям, до сих пор не удалось сделать эти формы энергии экономически доступными таким образом, чтобы они были экономически конкурентоспособны по сравнению с традиционными формами преобразования энергии, как, например, ядерная энергия, природный газ и уголь.
Для использования энергии ветра уже предпринимались значительные инвестиции, что привело к развитию и созданию установок одиночных ветряных турбин и даже парков ветряных турбин. Однако преобразование энергии ветра посредством ветряных турбин имеет большой недостаток, заключающийся в том, что выработка энергии ветра в высшей степени незначительна, особенно принимая во внимание издержки на развитие, изготовление и установку таких ветряных турбин или парков ветряных турбин. Также значительный недостаток состоит в том, что такие типы ветровых электростанций могут работать только при достаточной силе ветра, которая в самом деле должна быть значительной, вдобавок к этому дополнительно имеются значительные недостатки, связанные с воздействием на окружающую среду. Это находит свое выражение как в неприятном шуме, так и в высшей степени раздражающих тенях и/или образовании теней на в высшей степени раздражающих частотах. Помимо этого, не возможна постоянная или стабильная выработка электроэнергии, так как направление ветра или сила ветра постоянно меняются.
Еще большим недостатком является чрезмерная занимаемая площадь в расчете на производимую единицу энергии.
Все это относится к генератору, известному из заявки на патент США №2003/137149 А1, 24.07.2003, озаглавленной «Сегментированный генератор», имеющему вышеуказанные недостатки, и к конструкциям, известным из европейского патента №1233178 А2, 21.08.2002, озаглавленного «Ускоряющая поток башня ветрогенератора», и из заявки на патент США №2003/156938 А1, 21.08.2003, озаглавленной «Устройство для захвата и использования энергии окружающего ветра».
Поэтому в основе настоящего изобретения лежит задача создать ветроэнергетическую установку для генерации электрической энергии посредством окружающего воздуха, которая по существу не зависит от преобладающей скорости ветра окружающего воздуха и которая работает при оптимальной скорости потока воздуха.
Также в основе настоящего изобретения лежит задача создать систему ветроэнергетических установок, посредством которой генерируется относительно большое количество электроэнергии.
Также в основе настоящего изобретения лежит задача создать генератор для генерации электрической энергии посредством окружающего воздуха, который особенно прост и эффективен в конструкции.
Наконец, в основе настоящего изобретения лежит задача создать способ генерации электрической энергии из окружающего воздуха, посредством которого можно эффективно генерировать энергию независимо от условий ветра.
В соответствии с изобретением ветроэнергетическая установка содержит проточный канал, по которому проводится окружающий воздух в форме воздушного потока, причем проточный канал содержит наружный кожух, который ограничивает его снаружи, а также:
- первую часть с по существу постоянным поперечным сечением, в которую может вводиться окружающий воздух, причем в первой части предусмотрено устройство для ускорения воздуха,
- вторую часть, которая выполнена в форме сопла Вентури,
- третью часть, которая присоединена ко второй части и в которой расположен двигатель, который приводится во вращение проходящим через него потоком воздуха и вращение которого служит для генерации электрической энергии,
- четвертую часть, которая выполнена в форме расширяющейся трубы, и
- пятую часть, которая содержит второе устройство для ускорения воздуха и которая служит для выпуска воздуха, введенного в проточный канал.
С помощью ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с изобретением, достигают преимущественной цели, заключающейся в том, что, во-первых, устройства для ускорения воздуха выполняют необходимую объемную работу, чтобы окружающий воздух мог быть проведен в проточный канал и обратно из проточного канала в окружающую среду. Второе преимущество устройств для ускорения воздуха состоит в том, что они создают избыточное давление в области впуска, а также пониженное давление в области выпуска, вследствие чего обеспечивается оптимальная скорость потока в проточном канале.
Особенное преимущество ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с изобретением, состоит в том, что она может производить электрическую энергию даже при отсутствии ветра экономичным способом и, таким образом, превосходит все типы имеющихся ветряных турбин. Если движущийся окружающий воздух является результатом ветра, то коэффициент полезного действия ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с изобретением, увеличивается еще больше.
Существенное преимущество настоящего изобретения состоит также в том, что из проходящего воздуха может быть извлечена не только кинетическая энергия, но также и значительное количество тепловой энергии.
Устройство для ускорения воздуха первой и/или пятой части проточного канала преимущественно содержит вентилятор. С помощью таких вентиляторов воздушный поток может быть ускорен простым и поддающимся управлению способом, причем в качестве вентиляторов могут быть использованы дешевые стандартные элементы конструкции.
Ветроэнергетическая установка, выполненная в соответствии с изобретением, преимущественно содержит устройство для направления потока за (относительно направления потока окружающего воздуха) устройством для ускорения воздуха первой и/или пятой части проточного канала. Это устройство для направления потока преобразует воздушный поток, который был приведен в турбулентное состояние или во вращение с помощью рассматриваемого устройства для ускорения воздуха, в ламинарный воздушный поток. На основе этого ламинарного потока достигается значительно повышенный коэффициент полезного действия ветроэнергетической установки.
В предпочтительном варианте выполнения устройство для направления потока выполнено в виде выходного статора. Этот выходной статор имеет простую конструкцию и выполнен с возможностью преобразования турбулентного воздушного потока в ламинарный воздушный поток.
В качестве альтернативы, устройство для направления потока может быть выполнено в виде устройства с параллельными трубами. Предпочтительно устройство с параллельными трубами такого типа содержит центральную трубу большого диаметра, вокруг которой по кругу расположены концентрическим образом параллельные трубы, причем их диаметр возрастает от одного круга труб к другому кругу труб, начиная с диаметра трубы, который относительно мал по сравнению с диаметром центральной трубы.
С точки зрения оптимизации формирования ламинарного потока в проточном канале для устройства для направления потока также преимуществом является наличие как выходного статора, так и устройства с параллельными трубами.
Особенным преимуществом для ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с изобретением, является наличие устройства для направления потока для достижения ламинарного воздушного потока, расположенного перед устройством для ускорения воздуха первой части проточного канала и/или перед устройством для ускорения воздуха пятой части проточного канала. Это приводит, с одной стороны, к оптимизации устройства для ускорения воздуха, в частности к повышению постоянства скорости ветра, а с другой стороны, к оптимизации потребления энергии устройства для ускорения воздуха.
Особенным преимуществом является наличие устройства с параллельными трубами, предусмотренного перед устройством для направления воздушного потока пятой части. Это устройство с параллельными трубами служит для еще большей стабилизации потока и, возможно, для преобразования воздушного потока, исходящего из двигателя в расширяющейся трубе, в ламинарный поток.
Для сохранения ламинарного потока проточный канал преимущественно сужается в зоне сопла Вентури с углом сужения α 15 градусов или меньше. Вследствие этого достигается преимущество, заключающееся в том, что ламинарное течение сохраняется и что воздушный поток подается оптимальным образом в третью часть с ротором.
Ниже по потоку от ротора проточный канал преимущественно расширяется в зоне расширяющейся трубы на угол β, равный 7 градусам или меньше. Такая конструкция показала себя в особенности выгодной.
Диаметр проточного канала в зоне первой части преимущественно равен диаметру в зоне пятой части. Это означает, что в зонах устройств для ускорения воздуха диаметр проточного канала одинаков.
Особым преимуществом является то, что поперечное сечение выпускного отверстия проточного канала больше, чем поперечное сечение впускного отверстия проточного канала, при этом предпочтительно оно больше по существу в два раза. Это факт предоставляет особенное преимущество, заключающееся в том, что скорость истечения воздушного потока в окружающую среду значительно снижено и, вследствие этого, воздушный поток может быть выпущен в окружающую среду соответственно простым образом.
Ниже по потоку за устройством для направления воздушного потока после устройства для ускорения воздуха первой части преимущественно предусмотрен проточный конический участок, который сужается к точке и вдоль которого устремляется воздушный поток, причем кожух проточного канала сужается соответствующим образом. Вследствие этого достигается преимущественный результат, заключающийся в том, что площадь поверхности втулки расположенного сзади ротора или втулки впускного вентилятора нейтрализуется с точки зрения создания потока настолько, что за вершиной может быть получен невозмущенный воздушный поток. Уменьшение наружного поперечного сечения служит для поддержания скорости потока.
Для того чтобы еще больше стабилизировать воздушный поток, вблизи сужающейся части проточного канала расположена часть с постоянным поперечным сечением, в которой предпочтительно предусмотрено еще одно устройство для направления потока, которое служит для увеличения ламинарного потока. В этом месте описания следует снова отметить, что один из параметров для достижения максимального коэффициента полезного действия состоит в том, что поток в проточном канале должен быть ламинарным, насколько это возможно, при этом турбулентность потока, вызванная устройствами для ускорения воздуха или ротором, должна быть соответствующим образом нейтрализована.
Чтобы достигать этого преимущества, в соответствии с изобретением во второй части предусмотрен конический участок, расходящийся из вершины к поперечному сечению втулки ротора, при этом это конический участок проводит воздушный поток соответствующим спокойным образом в кольцеобразную камеру, которая ведет к ротору.
Также преимуществом является обеспечение в четвертой части конического участка, который сужается в точку, при этом его исходное поперечное сечение по существу то же самое, что и поперечное сечение втулки ротора.
Вблизи четвертой части преимущественно установлена стабилизирующая часть проточного канала, которая имеет по существу постоянный наружный диаметр, и предпочтительно еще одно устройство для направления потока. Таким образом, вновь обеспечивается ламинарное течение, вследствие чего коэффициент полезного действия ветроэнергетической установки еще больше увеличивается.
Такого увеличения также можно добиться, если в пятой части перед устройством для направления потока предусмотреть конический участок или сужение, которое расходится из точки, при этом конечное поперечное сечение этого конического участка или сужения соответствует поперечному сечению втулки устройства для направления потока.
В соответствии с изобретением третья часть содержит приводной узел, который преобразует вращательное движение ротора во вращательное движение по меньшей мере одного выходного вала или вала отбора мощности, проходящего по существу перпендикулярно к каналу потока, при этом этот выходной вал подсоединен к генератору и приводит его в действие. Вся установка может, поэтому, быть выполнена очень компактно.
Приводной узел также преимущественно содержит кожух, на котором удерживается вал, причем один конец вала присоединен снаружи кожуха к ротору, а на другом конце подсоединен к валу отбора мощности, смещенному на 90 градусов. При всем при этом кожух приводного узла поддерживается в подшипнике, который содержит пластины, которые соединены с наружным кожухом проточного канала. С помощью такой конструкции возможно осуществить эффективное преобразование энергии поступающего потока воздуха в приводную энергию вала отбора мощности особенно выгодным и непрерывным образом.
Ротор также преимущественно установлен на валу, который с предотвращением вращения соединен с подшипником, а также ротор преимущественно содержит наружную трубчатую часть, которая образует часть наружного кожуха проточного канала, причем наружная трубчатая часть содержит зубчатый обод, который служит для передачи вращательного движения генератору посредством приводного узла. Таким образом, в этом альтернативном варианте выполнения, возможно преимущественно передавать вращательное движение вала, произведенное ротором, наружу с помощью установленного внутри приводного узла. Движущая сила преимущественно передается к наружной стороне ротора, что может быть преимущественно выполнено путем равномерного распределения нескольких, в частности четырех шестерен по окружности для передачи вращения ротору, причем каждая шестерня соединена соответственно с выходным валом, который, в свою очередь, соединен с генератором.
В еще одном особенно преимущественном альтернативном варианте выполнения ротор установлен на валу, который с предотвращением вращения соединен с подшипником, причем ротор содержит наружную часть, которая приводит в действие ротор или якорь генератора. Это помогает избежать необходимости использования приводных узлов для передачи генератору вращательного движения ротора посредством соответствующих валов. Износ этих функциональных элементов и всей установки соответствующим образом снижается.
Как уже описано выше, ветроэнергетическая установка, выполненная в соответствии с изобретением, может генерировать электрический ток независимо от движения воздуха, основываясь на принудительном перемещении воздуха в проточный канал посредством устройств для ускорения воздуха. Тем не менее, коэффициент полезного действия ветроэнергетической установки может быть увеличен еще больше благодаря тому, что снаружи вводится окружающий воздух, который уже был приведен в движение снаружи устройства, так что потребление мощности устройствами для ускорения воздуха может быть снижено.
Так как направление ветра окружающего воздуха изменяется, преимущественным является расположение ветроэнергетической установки на опоре, которая выполнена с возможностью свободного вращения. Вследствие этого ветроэнергетическая установка может быть ориентирована так, чтобы быть обращенной к ветру.
Преимущественно опора содержит нижнюю стенку, верхнюю стенку крыши и большое количество стоек, причем с первой по пятую части проточного канала расположены по существу между внешними стойками. Это приводит к особенному преимуществу, заключающемуся в том, что ветроэнергетическая установка может быть не только инкапсулирована, но и выполнена звукозаглушающей, вследствие чего она годится к применению не только вне помещений в чисто промышленных районах, но также и в районах со смешанной застройкой.
Для повышения скорости ветра, втекающего внутрь устройства окружающего воздуха, перед первой частью преимущественно предусмотрено еще одно сопло Вентури.
Также предпочтительно предусмотреть еще одну расширяющуюся трубу на воздушном выпускном отверстии или на стороне выпуска воздуха, с помощью которых воздух, который прошел через ветроэнергетическую установку, может быть выпущен с еще большим преимуществом. При этом оба патрубка могут либо иметь поперечное сечение, которое изменяется постоянным образом, либо иметь поперечное сечение, которое изменяется непостоянным образом, как, например, колоколообразное поперечное сечение.
Для того чтобы обеспечить возможность особенно легкого вращения всей опоры и вместе с ней ветроэнергетической установки, ветроэнергетическая установка, выполненная в соответствии с изобретением, содержит плавучий узел, который удерживается или поддерживается в наполненном жидкостью бассейне. Вследствие этого вращение может осуществляться почти без преодоления силы трения.
Особенным преимуществом ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с изобретением, является также вариант выполнения, в которой она расположена вертикально. Таким образом, достигается преимущество, заключающееся в получении «обратного эффекта тяги». Как результат сильного охлаждения воздуха ниже по потоку за ротором, воздух становится тяжелее, опускается быстрее вниз и также тянет за собой более теплый воздух из зоны выше ротора.
В верхнем впускном отверстии ветроэнергетической установки преимущественно предусмотрено устройство пневмоподачи, которое предпочтительно выполнено полукруглым. Вследствие этого поток окружающего воздуха проводится к впускному отверстию ветроэнергетической установки.
Также преимуществом является выполнение на стороне выпускного отверстия устройства отклонения потока, которое содержит проточный канал, отклоняющий вытекающий поток воздуха от вертикального направления в по существу горизонтальном направлении. Таким образом, поток воздуха направлен параллельно потоку окружающего воздуха и переносится соответствующим благоприятным образом.
Проточный канал преимущественно расположен в корпусе устройства отклонения потока, вокруг которого протекает окружающий воздух. Корпус устройства отклонения потока поддерживает установку, когда та поворачивается в направлении ветра и создает разрежение, с помощью которого уносится воздух, вытекающий из ветроэнергетической установки.
Еще более эффективной установки, выполненной в соответствии с изобретением, можно достичь благодаря тому, что проточный канал расширяется в направлении движения потока, например, в горизонтальной плоскости, вследствие чего достигается лучшие выпускные характеристики, в особенности если в канале предусмотрено еще одно устройство для ускорения воздуха.
Для того чтобы еще больше улучшить выходящий из ветроэнергетической установки воздушный поток, за (относительно направления потока) проточным каналом расположено несколько отражательных пластин, которые выступают предпочтительно за поперечное сечение проточного канала. Вследствие этого не только проводимость воздушного потока в проточном канале улучшается, но также и окружающий воздух спрямляется в этой пограничной области.
Дальше к ветроэнергетической установке преимущественно присоединен парус, который служит для перемещения установки в оптимальное направление движения потока окружающего воздуха.
Настоящее изобретение касается также системы ветроэнергетических установок для генерации электрической энергии посредством окружающего воздуха, причем система ветроэнергетических установок содержит несколько ветроэнергетических установок, описанных выше, расположенных друг над другом и/или рядом друг с другом.
Система ветроэнергетических установок предпочтительно содержит опору, на которой расположенные друг над другом и/или рядом друг с другом ветроэнергетические установлены с возможностью вращения. Таким образом, система ветроэнергетических установок сама по себе может быть повернута по направлению ветра.
Настоящее изобретение охватывает также генератор для генерации электрической энергии из проходящего через нее окружающего воздуха, в особенности для применения в ветроэнергетической установке, выполненной в соответствии с изобретением, и в системе ветроэнергетических установок, также выполненной в соответствии с изобретением. Согласно изобретению генератор содержит:
- проточный канал с наружным кожухом, через который может протекать воздух и который имеет по существу постоянный периметр;
- ротор, который установлен на валу, который без возможности вращения соединен с подшипником, причем ротор содержит наружную часть, которая приводит в действие ротор или якорь генератора.
Наконец, настоящее изобретение касается также способа генерации электрической энергии из окружающего воздуха, предпочтительно движущегося окружающего воздуха, который включает следующие этапы:
- введение окружающего воздуха в первую часть проточного канала,
- ускорение воздушного потока посредством устройства для ускорения воздуха, которое расположено в первой части проточного канала,
- дальнейшее ускорение воздушного потока во второй части проточного канала посредством сужения проточного канала в форме сопла Вентури,
- проведение воздушного потока по третьей части проточного канала и приведение в действие ротора в этой части,
- выпуск воздушного потока в четвертую часть проточного канала, которая выполнена в форме расширяющейся трубы,
- повторное ускорение воздушного потока в пятой части проточного канала, и
- выпуск воздушного потока в окружающую среду, причем из воздушного потока во время его прохождения по каналу потока извлекают как кинетическую энергию, так и тепловую энергию.
Входящий воздух преимущественно выравнивают как ламинарный поток перед устройством для ускорения воздуха первой и/или пятой части проточного канала. Это значительно увеличивает коэффициент полезного действия предложенного способа.
Преимуществом также является выравнивание проходящего насквозь воздуха в ламинарный поток ниже по потоку от устройства для ускорения воздуха первой и/или пятой части проточного канала. Это приводит к стабилизации и улучшению воздушного потока в проточном канале и, вместе с тем, к повышению коэффициента полезного действия способа.
Воздушный поток также преимущественно ускоряется в первой и второй частях проточного канала так, что он достигает заранее заданную скорость, прежде чем он войдет в третью часть проточного канала. Путем настройки скорости на заранее заданную скорость достигают цели, заключающейся в обеспечении выполнения способа в оптимальных условиях, т.е. воздух проходит через ротор с оптимальной скоростью. Оптимизацию способа достигают также путем использования пятой части канала для генерации пониженного давления в четвертой части, вследствие чего воздух интенсивно отводится после выхода из ротора.
В соответствии с изобретением каждое из отдельных устройств для ускорения воздуха приводится в действие внешним источником питания в начале процесса генерации электроэнергии, но как только достигнуто нестабильное состояние генерации электроэнергии, устройства для ускорения воздуха запитываются мощностью, произведенной установкой. Таким образом, может быть создан оптимизированный способ генерации энергии из окружающего воздуха, причем потребляемая энергия устройствами для ускорения воздуха является лишь незначительной частью всей сгенерированной энергии. Вследствие этого с помощью этого способа достигается особенно высокий коэффициент полезного действия.
Дополнительные подробности, признаки и преимущества настоящего изобретения могут быть получены из последующего описания со ссылкой на чертежи, на которых:
- Фиг.1.а иллюстрирует вид сбоку первого варианта выполнения ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с изобретением;
- Фиг.1.b иллюстрирует вид сверху выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, изображенной на Фиг.1.а;
- Фиг.2.а иллюстрирует разрез выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, изображенной на Фиг.1.а;
- Фиг.2.b иллюстрирует вид в аксонометрии выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, в соответствии с Фиг.1.а, 1.b и 2.а;
- Фиг.2.1.а иллюстрирует вид спереди варианта выполнения области впуска выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.2.1.b иллюстрирует разрез вдоль линии В-В, изображенной на Фиг.2.1.а;
- Фиг.2.1.с иллюстрирует вид в аксонометрии области впуска выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.2.2.а иллюстрирует вид спереди варианта выполнения устройства для ускорения воздуха в первой части проточного канала;
- Фиг.2.2.b иллюстрирует разрез вдоль линии В-В, изображенной на Фиг.2.2.а;
- Фиг.2.2.с иллюстрирует вид в аксонометрии устройства для ускорения воздуха, изображенного на Фиг.2.2.а;
- Фиг.2.3.а иллюстрирует разрез расположенного ниже по потоку статора в первой части выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.2.3.b иллюстрирует вид спереди расположенного ниже по потоку статора, изображенного на Фиг.2.3.а;
- Фиг.2.4.а иллюстрирует вид спереди второй части выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, в форме сопла Вентури;
- Фиг.2.4.b иллюстрирует вид сбоку впускного патрубка, изображенной на Фиг.2.4.а;
- Фиг.2.4.с иллюстрирует вид в аксонометрии впускного патрубка, во второй части, если смотреть со стороны впуска;
- Фиг.2.5.а иллюстрирует вид стороны впуска третьей части выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.2.5.b иллюстрирует разрез третьей части в соответствии с Фиг.2.5.а;
- Фиг.2.5.с иллюстрирует вид в аксонометрии третьей части выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, если смотреть со стороны выпуска;
- Фиг.2.6.а иллюстрирует четвертую часть проточного канала выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, если смотреть со стороны впуска;
- Фиг.2.6.b иллюстрирует разрез вдоль линии В-В, изображенной на Фиг.2.6.а;
- Фиг.2.6.с иллюстрирует вид в аксонометрии четвертой части проточного канала выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, со стороны выпуска этой части;
- Фиг.2.7.а иллюстрирует разрез расположенного выше по потоку статора перед устройством для ускорения воздуха пятой части проточного канала, выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.2.7.b иллюстрирует вид спереди расположенного ниже по потоку статора в соответствии с Фиг.2.7.а;
- Фиг.2.8.а иллюстрирует вид устройства для ускорения воздуха пятой части проточного канала выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, соответствующий виду, изображенному на Фиг.2.2.а;
- Фиг.2.8.b иллюстрирует разрез вдоль линии В-В, изображенной на Фиг.2.8.а;
- Фиг.2.8.с иллюстрирует вид в аксонометрии второго устройства для ускорения воздуха в пятой части проточного канала выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, в соответствии с диаграммой Фиг.2.2.с;
- Фиг.2.9.а иллюстрирует разрез расположенного ниже по потоку статора в пятой части проточного канала, выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.2.9.b иллюстрирует вид спереди расположенного ниже по потоку статора в соответствии с Фиг.2.9.а;
- Фиг.2.10.а иллюстрирует вид части выпускного отверстия вблизи пятой части проточного канала выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, если смотреть со стороны впуска;
- Фиг.2.10.b иллюстрирует разрез вдоль линии В-В, изображенной на Фиг.2.10.а;
- Фиг.2.10.с иллюстрирует вид в аксонометрии части выпускного отверстия, изображенного на Фиг.2.10.а, если смотреть со стороны выпуска;
Фиг.2.11.а иллюстрирует часть выпускного отверстия проточного канала выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.2.11.b иллюстрирует разрез вдоль линии В-В, изображенной на Фиг.2.11.а;
- Фиг.2.11.с иллюстрирует вид в аксонометрии концевой части в соответствии с Фиг.2.11.а, если смотреть со стороны выпуска;
- Фиг.2.12.а иллюстрирует вид спереди генератора 23 для генерации электрического тока;
- Фиг.2.12.b иллюстрирует вид сбоку генератора электрического тока, изображенного на Фиг.2.12.а;
- Фиг.2.12.с иллюстрирует вид в аксонометрии генератора электрического тока, изображенного на Фиг.2.12.а;
- Фиг.2.13.а иллюстрирует вид спереди внутренней трубки, если смотреть со стороны впуска, которая проходит из первой части через вторую часть в третью часть проточного канала выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.2.13.b иллюстрирует вид сбоку внутренней трубки, изображенной на Фиг.2.13.а;
Фиг.2.13.с иллюстрирует вид сбоку в аксонометрии внутренней трубки, изображенной на Фиг.2.13.а, если смотреть сбоку третьей части проточного канала;
- Фиг.2.14.а иллюстрирует вид спереди внутренней трубки, которая проходит из третьей части через четвертую часть в пятую часть проточного канала выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.2.14.b иллюстрирует укороченный вид сбоку внутренней трубки, изображенной на Фиг.2.14.а;
- Фиг.2.14.с иллюстрирует вид в аксонометрии внутренней трубки, изображенной на Фиг.2.14.а, если смотреть сбоку пятой части;
- Фиг.2.15.а иллюстрирует вид спереди приводного узла в третьей части проточного канала выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки с валом отбора мощности, проходящим сбоку от стороны;
- Фиг.2.15.b иллюстрирует вид сбоку приводного узла, изображенного на Фиг.2.15.а;
- Фиг.2.15.с иллюстрирует вид в аксонометрии приводного узла, изображенного на Фиг.2.15.а, если смотреть со стороны ротора;
Фиг.2.16.а иллюстрирует вид в аксонометрии устройства с параллельными трубками для дополнительной стабилизации потока;
- Фиг.3 иллюстрирует укороченную схематическую диаграмму в разрезе второго варианта выполнения выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, показанную без части впускного отверстия и части выпускного отверстия;
- Фиг.3.1.а иллюстрирует вид сбоку наружного периферического кожуха в части, расположенной ниже по потоку от расположенного ниже по потоку статора в первой части проточного канала, выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.3.1.b иллюстрирует вид спереди части кожуха, изображенного на Фиг.3.1.а;
- Фиг.3.2.а иллюстрирует вид спереди сужающейся части, расположенной внутри части кожуха, изображенного на Фиг.3.1.а;
- Фиг.3.2.b иллюстрирует вид спереди сужающейся части, изображенной на Фиг.3.2.а;
- Фиг.3.3.а иллюстрирует трубчатую часть кожуха, расположенную перед второй частью проточного канала второго варианта выполнения выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки;
- Фиг.3.3.b иллюстрирует вид спереди трубчатой части, изображенной на Фиг.3.3.а;
- Фиг.3.4.а иллюстрирует вид сбоку трубчатой части с концентрически расположенными трубами;
- Фиг.3.4.b иллюстрирует вид спереди трубчатой части, изображенной на Фиг.3.4.а;
- Фиг.3.5.а иллюстрирует трубчатую часть, выполненную аналогично части, изображенной на Фиг.3.3.а;
- Фиг.3.5.b иллюстрирует вид спереди трубчатой части, изображенной на Фиг.3.5.а;
- Фиг.3.6.а иллюстрирует вторую часть проточного канала в форме сопла Вентури;
- Фиг.3.6.b иллюстрирует вид спереди трубчатой части, изображенной на Фиг.3.6.а;
- Фиг.3.7.а иллюстрирует вид сбоку расширяющейся части во второй части проточного канала;
- Фиг.3.7.b иллюстрирует вид спереди части, изображенной на Фиг.3.7.а, если смотреть с левой стороны;
- Фиг.3.8.а иллюстрирует вид спереди третьей части проточного канала, выполненной в форме расширяющейся трубы, если смотреть со стороны впуска;
- Фиг.3.8.b иллюстрирует вид сбоку третьей части проточного канала, изображенной на Фиг.3.8.а;
- Фиг.3.9.а иллюстрирует вид сбоку сужающейся части, выполненной в форме конуса, в четвертой части проточного канала;
- Фиг.3.9.b иллюстрирует вид спереди конической части, изображенной на Фиг.3.9.а;
- Фиг.3.10.а иллюстрирует вид сбоку трубчатой части, аналогичной трубчатой части, изображенной на Фиг.3.5.а;
- Фиг.3.10.b иллюстрирует вид спереди трубчатой части, изображенной на Фиг.3.10.а;
- Фиг.3.11.а иллюстрирует вид сбоку трубчатой части, выполненной с большим количеством концентрических труб;
- Фиг.3.11.b иллюстрирует вид спереди трубчатой части, изображенной на Фиг.3.11.а;
- Фиг.3.12.а иллюстрирует вид сбоку трубчатой части ниже по потоку от трубчатой части в соответствии с Фиг.3.11.а;
- Фиг.3.12.b иллюстрирует вид спереди трубчатой части, изображенной на Фиг.3.12.а;
- Фиг.3.13.а иллюстрирует еще одну слегка коническую трубчатую часть в пятой части проточного канала;
- Фиг.3.13.b иллюстрирует вид спереди трубчатой части, изображенной на Фиг.3.13.а, если смотреть со стороны впуска;
- Фиг.3.14.а иллюстрирует вид сбоку расширяющейся части, которая расположена внутри трубчатой части, изображенной на Фиг.3.13.а;
- Фиг.3.14.b иллюстрирует вид спереди расширяющейся части, изображенной на Фиг.3.14.а, если смотреть слева на этом чертеже;
- Фиг.4 иллюстрирует продольный разрез, если смотреть сбоку, выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки согласно первому варианту выполнения, в опоре на выполненном с возможностью вращения вращающемся поддерживаемом плавучем узле, который плавает в наполненном водой бассейне;
- Фиг.5 иллюстрирует разрез по линии V-V, изображенной на Фиг.4;
- Фиг.6 иллюстрирует вид сверху ветроэнергетической установки с опорой, выполненной в соответствии с Фиг.4;
- Фиг.7 иллюстрирует разрез выполненной в соответствии с изобретением системы ветроэнергетических установок, в которой выполненные в соответствии с первым вариантом выполнения ветроэнергетические установки расположены друг над другом и рядом друг с другом;
- Фиг.8 иллюстрирует вид сбоку системы ветроэнергетических установок, изображенной на Фиг.7;
- Фиг.9 иллюстрирует еще один вариант выполнения выполненной в соответствии с изобретением системы ветроэнергетических установок с верхней поворотной опорой;
- Фиг.10 иллюстрирует вид сбоку выполненного в соответствии с изобретением варианта выполнения согласно Фиг.9 системы ветроэнергетических установок, с парусом;
- Фиг.11 иллюстрирует частичную диаграмму в разрезе третьего варианта выполнения ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с изобретением;
- Фиг.12 иллюстрирует вид сверху ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с Фиг.11;
- Фиг.13 иллюстрирует вид сбоку ротора и приводного узла, выполненных в соответствии с настоящим изобретением; и
- Фиг.14 иллюстрирует принципиальную диаграмму генератора, в соответствии с настоящим изобретением.
На чертежах одни и те же элементы указаны теми же самыми номерами позиций.
Фиг.1.а иллюстрирует первый вариант выполнения выполненной в соответствии с изобретением ветроэнергетической установки, изображенной в виде сбоку. Ветроэнергетическая установка 1, которая служит для генерации электрической энергии из окружающего воздуха, содержит проточный канал 3, проходящий поперек установки. Канал 3 проходит от стороны 4 впуска к стороне 5 выпуска.
Ветроэнергетическая установка, выполненная в соответствии с изобретением, содержит несколько частей: первую часть 7, вторую часть 9, третью часть 11, четвертую часть 13 и пятую часть 15. Эти отдельные части описаны со всей подробностью далее.
Вблизи пятой части 15 расположена шестая часть 16, посредством которой воздушный поток, введенный в первую часть 1, выпускается обратно в окружающую среду.
В простом варианте выполнения ветроэнергетической установки 1, изображенной на Фиг.1.а, установка расположена на платформе или раме 17, которая, в свою очередь, поддерживается ножками 19. Как можно также видеть из Фиг.1.а, Ветроэнергетическая установка 1, которая по существу является круглой в поперечном сечении, удерживается посредством опоры 21 на раме 17. Конструкция опоры не требует дополнительных объяснений, так как средний специалист сможет осуществить крепление трубчатого корпуса на плоской раме.
Также из Фиг.1.а, которая представляет собой первый вариант выполнения настоящего изобретения, видно, что изображен генератор 23, с помощью которого генерируется электрический ток.
На Фиг.1.b на виде сверху изображен первый вариант выполнения ветроэнергетической установки 1, которая представлена в виде сбоку на Фиг.1.а. Как можно заключить, исходя из рассмотрения Фиг.1.а и 1.b, первая часть 7 имеет по существу постоянный наружный диаметр его наружного кожуха 6 проточного канала 3. Рядом с ней расположена вторая часть 9, которая сужается, начиная от первой части 7. Она выполнена в виде сопла Вентури. Рядом со второй частью 9 расположена третья часть 11, которая имеет по существу постоянное поперечное сечение, и в которую помещен ротор, который приводится во вращение поступающим воздушным потоком. Подробности конструкции ротора изложены более подробно ниже.
Рядом с третьей частью 11 расположена четвертая часть 13, которая выполнена в форме расширяющейся трубы; особенно предпочтительно она выполнена в форме расширяющейся трубы. Расположенная рядом с ней пятая часть 15 снова имеет по существу постоянное поперечное сечение. Шестая часть 16, которая следует после пятой части 15, раскрывается наружу как воронка, что будет подробно описано далее.
Выше по потоку перед первой частью 7 на стороне впуска 4 находится устройство 27 направления воздуха, которое предназначено для преобразования потока воздуха, в котором может присутствовать турбулентность и завихрения, в ламинарный поток.
После шестой части 16 на стороне выпуска 5 также расположено устройство 27 направления воздуха, которое служит для выпуска вытекающего потока воздуха в окружающую среду также в виде ламинарного потока, насколько это возможно, что создает особенно преимущественный выпуск проходящего через установку воздушного потока в окружающую среду.
Ссылка теперь будет сделана на Фиг.2.а, которая изображает разрез первого варианта выполнения ветроэнергетической установки 1, выполненной в соответствии с изобретением. На Фиг.2.а отдельные части указаны также номерами позиций Фиг.2.1-2.17, что должно указывать на то, что соответствующие части изображены с большими подробностями на соответствующих чертежах, причем понятие «чертеж» означает сокращение "F". Отдельные части на Фиг.2.1-2.17 далее описаны подробно со ссылкой на соответствующие чертежи. При этом отдельные части разделены соответственно на нескольких отдельных диаграмм и показаны на видах с разных направлений; например, Фиг.2.1 состоит из диаграмм Фиг.2.1.а, Фиг.2.1.b и Фиг.2.1.с, т.е. 3 диаграммы части, обозначенной Фиг.2.1.
Фиг.2.b изображает вид в аксонометрии ветроэнергетической установки 1, выполненной в соответствии с изобретением, согласно первому варианту выполнения, которая изображает трехмерный аспект ветроэнергетической установки 1.
Теперь ссылка делается к Фиг.2.1.а - Фиг.2.1.с.
На Фиг.2.1.а изображен вид спереди устройства 27 направления воздуха, на Фиг.2.1.b изображен вид в поперечном разрезе вдоль линии В-В, показанной на Фиг.2.1.а, а на Фиг.2.1.с изображен вид в аксонометрии устройства 27 направления воздуха.
Устройство 27 направления воздуха со держит центральный конический участок 29, который выступает из круглой передней части 30, после которого следует трубчатая часть 32. Трубчатая часть 33, которая служит для выпрямления входного воздушного потока в одном направлении, и которая присоединена к трубчатой части посредством лопастей 34 крепления, проходит концентрическим образом вокруг трубчатой части 33. Лопасти 34 проходят в периферийном направлении от трубчатой части 32 и присоединены к фланцу 35 трубы, который содержит концентрическую трубчатую часть 36 и фланец 37, в котором имеются отверстия 38, через которые могут быть вставлены соответствующие крепежные средства, чтобы установить соединение с первой частью 7 канала 3. На Фиг.2.1.b изображено поперечное сечение части впуска вдоль линии В-В, показанной на Фиг.2.1.а в поперечном сечении.
Следует отметить, что такие крепежные средства представляют собой традиционное средство соединения трубчатых частей друг с другом и присутствуют во всех отдельных элементах трубчатой части. Поэтому они больше не описаны в последующем описании для каждого отдельного трубчатого элемента.
На Фиг.2.2.а - 2.2.с изображено первое устройство 39 для ускорения воздуха. Устройство 39 для ускорения воздуха выполнено в форме вентилятора.
Как видно из Фиг.2.2.b, лопасти 40 вентилятора приводятся во вращение посредством двигателя 41 и создают пониженное давление или разрежение, которое служит для ускорения поступающего воздушного потока.
Вентилятор 39 установлен подходящим способом посредством двух фланцев 42 в первой части 7. Двигатель 41 соединен посредством стоек 43 с продольными скобами 44, которые служат для закрепления двигателя 41 и вместе с ним лопастей 40 вентилятора на месте, при этом лопасти расположены вокруг кольца 45 подшипника. Дополнительные продольные стойки 46 служат для стабилизации первого устройства для ускорения воздуха 39.
На Фиг.2.3.а и 2.3.b изображены поперечное сечение и вид спереди устройства 49 направления воздушного потока. Оно предназначено для стабилизации воздушного потока, который стал турбулентным благодаря прохождению через устройство для ускорения воздуха, а также для создания ламинарного воздушного потока в первой части 7 канала 3. В иллюстративных вариантах выполнения, показанных на Фиг.2.3.а и 2.3.b, устройство 49 направления воздушного потока выполнено как расположенный ниже по потоку статор 50, содержащий центральное кольцо 51, крепежный фланец 52 и расположенные в форме звезды лопасти 53. Расположение лопастей 53 в форме звезды преобразует закрученный и турбулентный воздушный поток в ламинарный поток.
На Фиг.2.4.а изображен вид спереди второй части 9, которая выполнена как сопло 10 Вентури. На Фиг.2.4.b изображен вид в поперечном сечении этого сопла Вентури вдоль линии В-В, показанной на Фиг.4.2.4.а. Как в особенности очевидно из Фиг.2.4.b, наружный кожух 6 проточного канала сужается от входного поперечного сечения к выходному поперечному сечению под определенным углом α. Угол α должен быть равен 15 градусам или быть меньше, чтобы было сформировано сопло Вентури. Наружный кожух 6 установлен вокруг внутренней трубки 55, причем для взаимной поддержки по ее периферии расположены четыре стойки 56 и 57, при этом два набора стоек расположены на некотором расстоянии друг от друга в направлении оси внутренней трубки и тем самым поддерживают как наружный кожух 6, так и внутреннюю трубку 55.
Как результат сужения наружного кожуха 6, поступающий воздушный поток ускоряется традиционным способом, как это также очевидно из Фиг.2.4.с, на котором изображен вид в аксонометрии второй части 9, т.е. сопла 10 Вентури.
После ускорения воздушного потока во второй части 9 он поступает в третью часть 11, которая проиллюстрирована на Фиг.2.5.а - 2.5.с. Как это особенно отчетливо видно на Фиг.2.5.b, на котором изображен разрез по линии В-В, показанной на Фиг.2.5.а, что-то вроде турбины 25 установлено в третьей части 11. Эта турбина содержит подшипник 59 и пропеллер или ротор 60. Подшипник 59 содержит втулку 61, в которой расположены пластины 62 подшипника, проходящие радиально наружу от втулки 61 подшипника, и соединены с наружным кожухом 6. Как можно отчетливо видеть из Фиг.2.5.b и 2.5.с, третья часть 11 имеет постоянное поперечное сечение. Во втулке 61 подшипника установлен привод 63, который может иметь обычную конструкцию и который будет описан далее со ссылкой на Фиг.2.15.а - 2.15.с.
Привод 63 установлен в трубчатой части 64 и содержит поворотный вал 67, на котором установлен ротор 60.
Ротор содержит лопасти 69, которые отклоняют проходящий через него воздушный поток, и, тем самым, приводится во вращение, приводя, вследствие этого, во вращение поворотный вал 67. Один конец вала 71 отбора мощности присоединен так называемым «главным валом» к поворотному валу подходящим образом и, тем самым, приводится им во вращение. Другой конец вала отбора мощности присоединен к генератору 23 (см. Фиг.1.а, 1.b и 2.b). Приведение в действие генератора 23 имеет эффект генерации электрического тока.
За третьей частью 11 следует четвертая часть 13, которая более подробно изображена на Фиг.2.6.а - 2.6.с. На Фиг.2.6.а показан вид спереди четвертой части 13, если смотреть со стороны впуска, причем поперечное сечение стороны впуска этой части по существу соответствует поперечному сечению стороны выпуска третьей части 11. Как можно особенно отчетливо видеть на Фиг.2.6.b и 2.6.с, четвертая часть 13 расширяется от поперечного сечения стороны впуска под углом β, формируя, таким образом, расширяющуюся трубу 12, в особенности если угол β составляет 7 градусов или меньше этого значения. Четвертая часть схожа по конструкции соплу 10 Вентури и содержит внутреннюю трубку 73, поперечное сечение которой также увеличивается к стороне выпуска четвертой части 13. Как и в случае второй части 9, наружный кожух 6 присоединен к внутренней трубке 73 соответствующими стойками 74 и 75. Расширение четвертой части 13 происходит под углом β, равным 7 градусам или меньше, вследствие чего предотвращается затухание потока. Четвертая часть 13, как в особенности отчетливо видно из Фиг.2.6.b и 2.6.с, изготовлена из трех трубчатых частей 76, каждая из которых имеет кольцеобразные фланцы 77 на двух концевых поверхностях, в которых выполнено множество отверстий 78, через которые известным способом могут быть вставлены крепежные средства, вследствие чего трубчатые части 76 могут быть соединены друг с другом.
На Фиг.2.7.а и 2.7.b изображены поперечное сечение и вид спереди еще одного устройства 79 для направления потока, если смотреть со стороны впуска. Устройство 79 для направления потока, называемое также «расположенным впереди статором», содержит центральную трубчатую часть 81 и направляющие воздух лопасти 82, проходящие от этой части в радиальном направлении к наружному кожуху 6, посредством которых проходящий через них воздушный поток может быть стабилизирован еще больше, чтобы обеспечивать ламинарное протекание воздушного потока.
Устройство 79 для направления потока образует входную часть пятой части 15, причем за этим устройством следует второе устройство 85 для ускорения воздуха, которое изображено на Фиг.2.8.а - 2.8.с. Конструкция второго устройства 85 для ускорения воздуха соответствует по существу конструкции первого устройства 39 для ускорения воздуха, которое описано в связи с Фиг.2.2.а - 2.2.b, так что нет необходимости в еще одном подробном описании второго устройства 85 для ускорения воздуха. Это также верно и для последующего устройства 49 направления воздушного потока в пятой части 15, которое изображено на Фиг.2.3.а и 2.3.b и для описания которого ссылка может быть сделана на эти чертежи, так что последующее подробное описание устройства 87 направления воздушного потока может быть опущено.
После пятой части 15 (см. Фиг.1.а - 2.b) следует шестая часть 16, имеющая по существу постоянное поперечное сечение, которая изображена на Фиг.2.10.а - 2.10.с. Как можно видеть, она представляет собой трубчатую часть 89 с внутренней трубкой 90 и наружным кожухом 6 канала 3. Из-за расширения этой части проходящий через эту часть воздушный поток значительно замедляется трубчатой частью 89, так как, к примеру, при удвоении площади поверхности скорость потока уменьшается наполовину. Степень расширения предпочтительно равно тому же углу, что и определенный выше угол β.
На Фиг.2.11.а - 2.11.с проиллюстрирован вид спереди устройства 29 направления воздуха, вид в поперечном сечении вдоль линии В-В и вид в аксонометрии. Это устройство соответствует по своей конструкции устройству 27 направления воздуха, которое изображено на Фиг.2.1.а - 2.1.с и описано выше. Несмотря на то что устройство 29 направления воздуха приспособлено к поперечному сечению стороны выхода трубчатой части 89, оно имеет такую же конструкцию, что и устройство 27 направления воздуха и поэтому подробно дальше не описано.
На Фиг.2.12.а - 2.12.С изображен генератор 23. Генератор 23 выполнен традиционным способом и содержит входной вал 93, который может быть соединен с валом 71 отбора мощности (см. Фиг.2.5.а и 2.5.с).
На Фиг.2.13.а - 2.13.с проиллюстрирован вид спереди, вид сбоку и вид в аксонометрии внутренней трубки 55 второй части 9, т.е. сопла Вентури. Оно содержит трубчатую входную часть 95 и трубчатую выходную часть 96, причем трубчатую входная часть имеет большее, по сравнению с трубчатой выходной частью, поперечное сечение.
Фиг.2.14.а - 2.14.с представляют собой вид спереди, вид в поперечном сечении вдоль линии В-В, показанной на Фиг.2.14.а, и вид в аксонометрии внутренней трубки 73 четвертой части 13, т.е. расширяющейся трубы 12. Внутренняя труба 73 содержит входную трубчатую часть 97, причем на Фиг.2.14.b эта часть представлена укороченной, трубчатое выходное поперечное сечение 98 и расширяющуюся трубчатую часть 99. Расширяющаяся трубчатая часть 99 соединяет трубчатую входную часть 97 меньшего диаметра с трубчатой выходной частью 98 большего диаметра.
На Фиг.2.15.а - 2.15.с подробно изображен приводной узел 63, причем он имеет традиционную конструкцию с кожухом 65. Сила вращения передается поворотным валом 67, который приводится во вращение ротором 60 (Фиг.2.5.b), к валу 71 отбора мощности, который смещен от поворотного вала 67 на 90 градусов и выступает наружу из корпуса 65. Во время работы вал 71 отбора мощности присоединен к входному валу 93 генератора.
На Фиг.2.16 проиллюстрирован вид в аксонометрии еще одного устройства 101 направления воздушного потока, которое выполнено как первая форма конструкции параллельной трубы. Как можно увидеть из рассмотрения Фиг.2.16, концентрические кольца труб 105, которые параллельны друг другу, расположены вокруг центральной трубы 103, причем их диаметр постоянно увеличивается от первого кольца, расположенного вокруг центральной трубы, к самому внешнему кольцу. Чтобы с выгодой использовать максимально возможное поперечное сечение потока, дополнительно в промежутках между трубами 105 самого внешнего кольца труб расположены маленькие трубы 107. Это устройство 101 с параллельными трубами также служит для стабилизации воздушного потока и обеспечивает ламинарный воздушный поток на выходе.
Далее описан принцип работы первого варианта выполнения ветроэнергетической установки 1, выполненной в соответствии с изобретением.
Было возможно определить, что коэффициент полезного действия, с которым можно получить энергию из окружающего воздуха, может быть увеличен при условии, что имеется стабилизированный или ламинарный воздушный поток. По этой причине во впускном отверстии 4 для воздуха предусмотрено устройство 27 направления воздуха, который снова выпрямляет окружающий воздух, которое скорее всего находится в перемешанном или в турбулентном состоянии, в ламинарный воздушный поток, и подает этот ламинарный воздушный поток к первому устройству 39 для ускорения воздуха, которое создает отрицательное давление относительно стороны 4 впуска.
После этого первое устройство 39 для ускорения воздуха, которое может быть выполнено, например, в форме вентилятора, приводит к тому, что воздушный поток опять становится турбулентным, так что последующее устройство 49 направления воздушного потока снова преимущественно выпрямляет турбулентный воздушный поток и преобразует его в ламинарный поток.
Сопло 10 Вентури во второй части 9 канала 3 ускоряет воздух до максимального заранее заданного значения. Было обнаружено, что угол сопла Вентури должен составлять 15 градусов или меньше, чтобы предотвратить повторное формирование турбулентного воздушного потока.
В третьей части ускоренный воздух приводит в действие двигатель 60, причем кинетическая энергия извлекается из воздушного потока, в результате чего воздушный поток замедляется себя, а также из этого потока извлекается тепловая энергия, в результате чего воздушный поток охлаждается. Значительное количество тепловой энергии извлекается из воздуха.
Чтобы не создавалось противодавление из-за замедления воздушного потока, воздух снова ускоряется посредством второго устройства для ускорения воздуха, расположенного в пятой части 15, при этом предпочтительно вверх по потоку перед вентилятором разместить устройство 79 направления воздушного потока для стабилизации потока.
Расширяющаяся труба 12, расположенная в четвертой части 13, должна иметь угол β расширения, который равен 7 градусам или меньше, вследствие чего нежелательная турбулентность воздушного потока может быть и дальше предотвращена.
После вентилятора, который формирует второе устройство 85 для ускорения воздуха, снова следует другое устройство 87 направления воздушного потока, которое снова предназначено для стабилизации турбулентного воздушного потока, чтобы привести его к ламинарному потоку для подачи в шестую часть 16, которая также расширяется как расширяющаяся труба с углом β, что приводит к значительному уменьшению скорости выходящего воздушного потока, который после этого вновь выпрямляется посредством устройства 29 для направления воздушного потока, с преимуществом относительно стабилизированного выхода воздушного потока в окружающую среду. Следует отметить, что принцип действия установки 1 может работать также без направления воздушного потока или устройств направления воздушного потока, однако коэффициент полезного действия такой установки будет меньше по сравнению с коэффициентом полезного действия варианта выполнения, представленного во всей полноте на Фиг.1.а - 2.b.
Также следует отметить, что как сопло Вентури, так и расширяющаяся труба не должны сужаться или расширяться линейным образом. Напротив, они могут иметь колоколообразные сужения и расширения. Важно при этом, что поток не останавливается. Это также необходимо для расположенных выше и ниже по потоку статоров, которые служат для повышения коэффициента полезного действия ветроэнергетической установки.
Оптимизация ветроэнергетической установки осуществляется также описанными выше углами α и β сопла Вентури и расширяющейся трубы, но при этом ветроэнергетическая установка в принципе также может работать, если указанные углы имеют большее значение.
Далее со ссылкой на Фиг.3 - 3.14.b описан второй предпочтительный вариант выполнения ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с изобретением.
На Фиг.3 изображена по существу оптимизированная центральная часть всей системы 1, на которой слова «Фиг.» или сокращения «Ф.» обозначают соответствующую семью чертежей, которая следует за Фиг.3, как объяснено выше. Входная часть 4 и первые части 7 не показаны вовсе или представлены только в сокращенной форме, причем первая дополнительная часть 107 следует за первой частью 7.
Центральные трубки в канале 3, присутствующие в первом варианте выполнения ветроэнергетической установки, частично заменены конусообразными сужениями или расширениями, которые с большими подробностями будут описаны ниже.
Между четвертой частью 13 и пятой частью 15 также предусмотрена дополнительная часть 115, которая также подробно описана ниже.
Теперь ссылка будет сделана на Фиг.3.1.а - 3.2.b. На Фиг.3.1.а изображен вид сбоку трубчатой части 108, а на Фиг.3.1.b изображена трубчатая часть 108 со стороны впуска. Как можно видеть на этих чертежах, трубчатая часть 108 слегка сужается в направлении потока.
На Фиг.3.2.а и 3.2.b изображено конусообразное сужение 109, выполненное в форме прямого кругового конуса, который сужается в направлении потока к вершине 110. Для того чтобы скорость воздушного потока могла быть поддержана постоянной в канале 3, площадь поперечного сечения потока между стороной впуска и стороной выпуска трубчатой части 108 поддерживается постоянной. Это объясняет слегка конические размеры наружного кожуха трубчатой части 108. Углом наклона является угол α.
На Фиг.3.3.а изображен вид сбоку, а на Фиг.3.3.b вид спереди дополнительной трубчатой части 111 с непрерывным наружным кожухом. Оказалось, что такая дополнительная трубчатая часть 111 в высшей степени благоприятно влияет на стабильный характер воздушного потока.
На Фиг.3.4.а и 3.4.b изображено еще одно устройство 112 направления воздушного потока 112, на виде сбоку и на виде в поперечном сечении вдоль линии А-А, показанной на Фиг.3.4.b. Устройство 112 направления воздушного потока 112 сформировано из концентрически расположенных трубчатых частей 113 и представляет собой второй вариант выполнения конструкции с параллельными трубами.
За трубчатой частью 112 следует еще одна дополнительная трубчатая часть 114, которая проиллюстрирована на Фиг.3.5.а и 3.5.b. Однако дополнительная трубчатая часть 111, изображенная на Фиг.3.3.а и 3.3.b, выполняет те же самые функции, что и трубчатая часть 114.
На Фиг.3.6.а схематически представлена вторая часть 9, которая выполнена в виде сопла 10 Вентури с углом наклона α. На Фиг.3.6.b изображен вид спереди второй части 9, если смотреть со стороны впуска.
На Фиг.3.7.а изображен вид сбоку расширяющейся части 119, который выполнена в форме прямого кругового конуса, и которая расширяется от вершины 120 под углом наклона α. На Фиг.3.7.b изображен вид спереди расширяющейся части 119, причем он показан так, если смотреть со стороны выпуска.
На Фиг.3.8.а и 3.8.b схематически представлена четвертая часть 13, которая выполнена в виде расширяющейся трубы 12 с углом β расширения. Как можно увидеть в связи с Фиг.3, сужающаяся часть 121 расположена в четвертой части 13, начинаясь в третьей части 11. Вид сбоку этой сужающейся части 121 можно видеть на Фиг.3.9.а, а вид спереди - на Фиг.3.9.b. Также эта сужающаяся часть 121 выполнена в форме прямого кругового конуса и содержит вершину 122. Угол наклона этого конуса идентичен углу наклона расширяющейся трубы 12.
Следует отметить, что угол наклона расширяющейся части 119, угол наклона сопла Вентури второй части 9 и угол наклона сужающейся части 121 должен соответствовать углу наклона расширяющейся трубы четвертой части 13, чтобы как эффект Вентури, так и эффект Лаваля могли быть осуществлены во всей своей полноте. В этом случае получают двойное сопло Вентури и двойную расширяющуюся трубу.
На Фиг.3.10.а и 3.10.b изображена еще одна трубчатая часть 123, которая сконструирована по существу тем же самым образом, что и дополнительные трубчатые части 111 и 114 (сравните чертежи на Фиг.3.3.а, 3.3.b, 3.5.а и 3.5.b), и которая выполняет ту же самую функцию.
Через дополнительную часть 107 предусмотрено, более того, устройство 124 направления воздушного потока, выполненное в соответствии с Фиг.3.11.а и 3.11.b, с концентрической трубчатой частью 125, за которой следует еще одна дополнительная трубчатая часть 126, которая сконструирована по существу тем же самым образом, что и дополнительные трубчатые части 111 и 114 и 123, и которая выполняет ту же самую функцию. Дополнительная трубчатая часть 126 представлена на Фиг.3.12.а и 3.12.b.
Дополнительная часть 115, кроме того, содержит трубчатую часть 127, которая слегка расширяется коническим образом, как это видно из Фиг.3.13.а. Вид спереди изображен на Фиг.3.13.b. Расширяющаяся часть 128, которая согласно Фиг.3 расположена в трубчатой части 127, подробно проиллюстрирована на Фиг.3.14.а и 3.14.b, соответственно на виде сбоку и виде спереди. Она выполнена в форме прямого кругового конуса и содержит вершину 129.
Теперь ссылка делается на Фиг.4, на которой показано, как устанавливается предложенная ветроэнергетическая установки 1, в варианте выполнения согласно Фиг.1.а - 2.b. Рама 17 с опорой 21 расположена на плите 131, которая, в свою очередь, расположена в опоре 135. Опора 135 содержит крышу 136, нижнюю плиту 137, а также индивидуальные опоры 138.
Отдельные элементы ветроэнергетической установки 1 больше не обозначены по отдельности на чертеже Фиг.4 для ясности. На стороне 4 впуска дополнительно предусмотрено колоколообразное, воронкообразное сопло 141, выполненное в форме сопла Вентури, которое служит для введения окружающего воздуха с ускорением в канал 3.
Соответствующим образом колоколообразное, воронкообразное сопло, выполненное в форме расширяющейся трубы 142, предусмотрено на стороне 5 выпуска и служит для соответствующего замедления воздушного потока, выпускаемого из ветроэнергетической установки 1. Преимуществом этого является то, что нет необходимости в большой величине силы выпуска для указанного образования.
Нижняя плита 137 находится по существу на высоте окружающей земли 145 и со своей стороны образует крышу узла плавучего 146, которая выполнена в форме кругового диска, как будет объяснено ниже, причем узел 146 также содержит нижнюю плиту 147, боковую стенку 148, а также стойки 149 усиления. Стойки усиления проходят от центральной оси 150 в нижние углы 151, 152.
Узел 146 расположен в круглом бассейне 155, который наполнен жидкостью 156, в частности водой 156. В зоне центральной оси 150 поворотная цапфа 157 проходит вертикально вниз от нижней плиты 147 и удерживается с возможностью поворота в поворотном подшипнике 159. Сам поворотный подшипник установлен на фундаменте 160.
С использованием этой конструкции возможно поворачивать узел (146) и вместе с тем всю установку почти без трения и, таким образом, регулировать положение установки 1 так, что она обращена по направлению господствующего ветра. Для стабилизации вращения кожуха дополнительно предусмотрен кольцеобразный подшипник 161.
Теперь ссылка делается на Фиг.5, на которой изображен разрез, выполненный по линии IV-IV, показанной на Фиг.4.
На Фиг.6 показан вид сверху ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с изобретением, в ее расположении на месте установки в соответствии с Фиг.4 и 5. На виде сверху отчетливо видна круглая конструкция бассейна 155, в котором содержится жидкость 156. Круглая нижняя плита 137 поддерживается в бассейне 155 так, что она может свободно поворачиваться. Как можно видеть на виде сверху, показанном на Фиг.6, выполненная в соответствии с изобретением ветроэнергетическая установка 1 закрыта крышей 136 и поэтому изображена только схематично пунктирными линиями. Также схематически изображены сопло 141 Вентури в зоне впускного отверстия 4 и расширяющаяся труба 142 в зоне выпускного отверстия 5.
Теперь ссылка делается на Фиг.7, на которой представлена выполненная в соответствии с изобретением система 170 ветроэнергетических установок 170. Эта система 170 ветрознергетических установок основана на конструкции ветроэнергетической установки, выполненной в соответствии с Фиг.4-6, причем на чертеже использованы те же самые номера позиций.
Система 170 ветроэнергетических установок содержит, таким образом, несколько расположенных друг над другом ветроэнергетических установок 1, которые расположены равномерно друг над другом, и, как это видно из Фиг.8, выполненная в соответствии с изобретением система 170 ветроэнергетических установок также содержит ветроэнергетические установки 1, расположенные рядом друг с другом. На Фиг.8 показаны девять ветроэнергетических установок 1, размещенных в системе 170 ветроэнергетических установок, причем это количество нужно понимать только как иллюстративное, при этом в объем изобретения подпадает любая желаемая комбинация ветроэнергетических установок, расположенных рядом друг с другом и друг на друге.
Как также можно увидеть из Фиг.7 и 8, на верхней стороне крыши 136 предусмотрен блок подшипника, из которого вертикально вверх проходит поворотная цапфа 164. Поворотная цапфа 164 с возможностью поворота установлена в подшипнике 165, который, в свою очередь, расположен в установочной раме 166, как будет описано, например, более подробно со ссылкой на Фиг.9.
На Фиг.9 во всей полноте на виде спереди изображена система 170 ветроэнергетических установок. В дополнение к изображению согласно Фиг.8, показана установочная рама 166, которая служит для поддержания системы ветроэнергетических установок с возможностью поворота и устойчиво, поскольку на систему могут действовать значительные силы, в особенности при сильном ветре. Установочная рама содержит подпорные стенки 167 и поперечные балки 168 с соответствующими дополнительными усилениями 169. Подпорные стенки 167 в общем количестве, равном, например, 4, соединены с фундаментом 175. Что касается других элементов рамной конструкции, то все они должны быть известны специалисту в этой области.
На Фиг.10 схематично изображена верхняя часть системы 170 ветроэнергетических установок 170, показанной на Фиг.9, но со смещением на 90 градусов. Дополнительно наверху, сверху поперечной балки 168 предусмотрен парус 178, который расположен прикрепленным к мачте 179, которая установлена с возможностью поворота и соединена с крышей 136. Вследствие этого достигается цель, заключающаяся в том, что система выставляет себя по направлению ветра.
Для улучшенного управления парус 178 установлен на кольце 181 посредством подшипника 180, на котором он может скользить или катиться.
На Фиг.11 и 12 изображен третий вариант выполнения ветроэнергетической установки 1, выполненной в соответствии с изобретением. Она отличается тем, что расположена вертикально.
Таким образом ветер, который проходит по существу в направлении стрелки 200, может быть введен, при этом установка предпочтительно имеет полукруглое устройство 190 подачи воздуха во впускное отверстие 4. Она проводит поступающий воздушный поток ко впускному отверстию 4, а за ней следует ветроэнергетическая установка, выполненная согласно первому варианту выполнения (Фиг.1.а - 2.b) или согласно второму варианту выполнения (Фиг.3).
Генератор 23 приводится в действие валом 71 отбора мощности, при этом сгенерированный электрический ток отводится по кабелю 24.
В выпускном отверстии 5 предусмотрено устройство 192 отклонения потока, которое содержит проточный канал, который отклоняет выходящий воздушный поток от вертикального направления в по существу горизонтальное направление.
Проточный канал расположен в корпусе 194 отклоняющего устройства, который имеет специальную форму. Он предпочтительно имеет форму «двойного крыла», т.е. воздух, поступающий в направлении стрелки 200, отклоняется как вверх, так и вниз и, тем самым, ускоряется. Это преимущественно приводит к тому, что воздух, выходящий из установки 1, уносится вниз по потоку проточным каналом 193.
Как можно видеть из Фиг.11, канал 193 расширяется в направлении движения потока и содержит еще одно устройство 195 для ускорения воздуха, которое может быть выполнено тем же самым образом, как описано выше, т.е. оно может содержать один или несколько вентиляторов. Также могут быть предусмотрены расположенный выше по потоку статор 196 и расположенный ниже по потоку статор 197, которые также были описаны выше.
Ниже по потоку от проточного канала 194 расположены отражатели 196. Они предназначены для выравнивания воздушного потока, выходящего из проточного канала. Они могут выступать за его поперечное сечение, так что они также выравнивают проходящий мимо окружающий воздух.
Корпус 194 отклоняющего устройства поддерживается рамой 198.
Ветроэнергетическая установка 1 подвешена в соответствующей рамной конструкции 199. В зоне устройства 190 подачи воздуха к ней приделан парус 191, который служит для того, чтобы удерживать всю систему по направлению ветра. Она поддерживается корпусом 194 отклоняющего устройства.
Как видно из Фиг.12, предусмотрено кольцо 201 подшипника.
На Фиг.13 изображен первый вариант выполнения устройства ротора. На одном конце неподвижного вала 68, который содержит фланец 202, установлен подшипник 59. Подшипник 203, который присоединен к ротору 60, и, с установлен на другом конце указанного вала.
Ротор 60 содержит лопатки или лопасти 66, которые присоединены к наружному кольцу 70. Подшипник 59 содержит пластины 62, которые также присоединены к наружному кольцу 204, которое является частью наружного кожуха 6 канала 3. Вращающееся наружное кольцо 70 содержит зубчатый ободок 80, который зацепляется с одними или несколькими шестернями (не показаны), которые расположены равномерно по окружности. Каждая из шестерен присоединена к приводному валу, который, в свою очередь, приводит в действие генератор.
Между пластинами 62 и лопастям 66 предусмотрен достаточный воздушный зазор 205.
На Фиг.14 изображен еще один выполненный в соответствии с изобретением вариант выполнения генератора 210. Генератор 210 выполнен традиционным способом. Он содержит якорь или ротор 212 с возбуждающими обмотками 214. Соответствующие индукционные обмотки расположены в роторе.
Этот генератор отличается тем, что в варианте выполнения согласно Фиг.13, например, ротор 212 расположен вокруг третьей части 11 ветроэнергетической установке 1, причем вместо наружного зубчатого ободка 80 используется соответствующим образом выполненное сочленение.
Генератор также содержит опорную раму 218 и держатель 220, который выполнен с возможностью поворота на 90 градусов в направлении по часовой стрелке и может служить в качестве опорного подшипника.
Посредством настоящей ветроэнергетической установки обеспечивается, таким образом, возможность получения энергии из окружающего воздуха, что значительно эффективнее, дешевле и более экономично, при этом она также имеет более высокую выходную мощность.