УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ВЕТРА В МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ
DEVICE FOR WIND KINETIC ENERGY CONVERSION IN MECHANICAL ENERGY

Изобретение относится к устройствам, преобразующим кинетическую энергию ветрового потока в механическую энергию, и может быть использовано для получения электрической энергии, потенциальной энергии сжатого воздуха, потенциальной энергии жидкости. Устройство может найти применение в качестве резервного источника электроэнергии на крышах высотных зданий, в полевых условиях для энергообеспечения силовых структур, фермерских хозяйств, ретрансляторов сотовой связи. Возможно также его применение для резервного энергообеспечения как нефтегазодобывающих платформ, так и судов.
Известные ветропреобразующие устройства, например, ветряные мельницы и на их основе лопастные современные ветроэлектростанции (А. Соловьев, Наука и жизнь, №7, 2013 г. с.42-47).
Известно устройство для преобразования энергии ветрового потока, включающее закрепленное на башне рабочее колесо (рабочий орган) с лопастями и закрепленный также на башне раструб, расположенный за колесом и содержащий боковые отверстия в виде кольцевых щелей, образованных рядом колец фигурного сечения, соединенных между собой продольными наружными полосами (а.с. СССР №40280, кл. 88 с., 1934 г.).
Наличие такого раструба позволяет создать за счет возникающего в нем разрежения перепад давления перед и за колесом и тем самым увеличить поток воздуха через ветряное колесо. Однако раструб сложен в исполнении и, кроме того, возникают технологические сложности в работе установки из-за необходимости ее ориентации по направлению ветра.
Техническим результатом является упрощение конструкции и технологии эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что устройство включает раструб и расположенный в нем ротор, выполненный в виде вала с закрепленными на нем лопастями частичным выступом их из нижней части раструба.
Предпочтительной формой раструба является усеченный конус или цилиндр, переходящий в усеченный конус.
Предпочтительным расположением ротора является его расположение по вертикальной оси раструба или параллельно ему.
Лопасти могут быть соединены с валом посредством одного или нескольких соединительных дисков.
Ротор может быть установлен на опорах с высотой опор, определяющих возможность прохождения воздуха.
Вал ротора может быть соединен с устройством нагрузки.
В качестве устройства нагрузки может быть использован генератор ЭДС.
В качестве устройства нагрузки может быть использован компрессор.
В качестве устройства нагрузки может быть использована помпа.
На фиг.1 представлен общий вид устройства в поперечном сечении, где 1 - верхняя часть раструба, 2 - нижняя часть раструба, 3 - устройство нагрузки, например генератор ЭДС, 4 - вал ротора, 5 - диск, 6 - лопасти ротора,, 7 - выступ лопастей ротора, 8 - опоры устройства, 9 - узел соединения опор с валом ротора, выполненный с возможностью осуществлять валом осевое вращение.
Устройство работает следующим образом.
2
1
При обдуве ветром выступа лопастей ротора (5) вал ротора (3) начинает вращаться, создавая перепад скоростей ветрового потока в нижней и верхней частях раструба вследствие образования вихревого потока согласно уравнению Д. Бернулли, из которого следует, что давление у основания будет выше, чем в верхней части Р>P, создавая разрежение, в результате чего образуется дополнительный воздушный поток через ротор (3). Это ведет к увеличению частоты вращения ротора и тем самым увеличению энергетических показателей преобразования (ЭДС генератора, потенциальной энергии сжатого воздуха компрессором или жидкости, перекачанной помпой, и т.д.)
Ниже приведен пример осуществления изобретения.
Пример
Установка выполнена со следующими параметрами: раструб выполнен в виде цилиндра диаметром 2200 мм и высотой 230 мм, переходящим в усеченный конус с его верхним диаметром 800 мм и высотой 450 мм, диаметр ротора с лопастями, выполненными в виде вогнутых лепестков, - 2000 мм, диаметр ротора без лопастей - 600 мм, выступ лопастей ротора из нижней части раструба составляет 60 мм, вал ротора соединен в верхней части с индукционным генератором марки ЛК 9м2 /14в 95А/ (ГОСТ 3940-84), а в нижней части с опорой высотой выступа - 400 мм.
При скорости ветра в 7 м/сек величина ЭДС составляет 470 Вт/час.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет преобразовать энергию ветра в ЭДС с мощностью, сопоставимой с классическими ветряными устройствами.