МНОГОНАПРАВЛЕННЫЙ ВЕТРЯНОЙ ГЕНЕРАТОР КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ С ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА
MULTI-DIRECTIONAL WIND GENERATOR OF KINETIC ENERGY WITH HIGHER EFFICIENCY OF WIND ENERGY CONVERSION

1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к ветряному генератору кинетической энергии. В частности, изобретение относится к многонаправленному ветряному генератору кинетической энергии с повышенной эффективностью преобразования энергии ветра, который способен использовать энергию ветра, дующего в любом направлении, и, следовательно, может быть использован для достижения цели, заключающейся в повышении эффективности преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Кроме того, на каждой из лопастей установлено множество улавливающих энергию ветра элементов для создания большей и более устойчивой силы напора, в результате чего обеспечивается вращение лопастей при кратковременном ослаблении или затихании ветра.
2. Описание известного уровня техники
В ветряном генераторе кинетической энергии известного уровня техники конструкция лопастей и влияние изменения направления ветра обуславливают достаточно низкую эффективность преобразования энергии ветра в механическую энергию. Более того, потери энергии при преобразовании механической энергии в электрическую энергию в еще большей степени снижают к.п.д. ветряного генератора. Таким образом, в целях использования энергии ветра необходимы более крупногабаритные ветряные генераторы кинетической энергии, в результате чего это приводит к резкому повышению стоимости ветряных генераторов; кроме того, процесс монтажа, демонтажа и ремонта таких установок становится более трудоемким.
В целях совершенствования ветряного генератора кинетической энергии известного уровня техники изобретатель настоящего изобретения ранее разработал «многоэтажную вышку, включающую ветряную турбину, снабженную лопастями слежения за направлением ветра и вертикальными лопастями» (патент ROC №099,100,758), как проиллюстрировано на Фиг. 7 и 8. На башне смонтировано несколько ветроагрегатов 5.
Каждый из ветроагрегатов 5 снабжен несколькими лопастями слежения за направлением ветра 51, которые во всех случаях расположены перпендикулярно направлению ветра с целью оптимального использования ветровой энергии. Между каждой парой лопастей выполнена наклонная прорезь 52 для снижения ветрового сопротивления. Кроме того, несколько вертикальных лопастей 53 установлены на внешней части траверсы каждого агрегата для создания дополнительной силы напора. Таким образом, может быть достигнута максимальная эффективность преобразования энергии ветра в механическую энергию. Более того, несколько агрегатов могут быть штабелированы и установлены на многоэтажную башню для оптимального использования ограниченной площади земельного участка.
Однако такие ветровые турбины являются трудоемкими в изготовлении и ремонте и более дорогостоящими ввиду сложной конструкции следящего устройства, устанавливаемого на лопастях 51, вертикальных лопастях 53 и маховиках 55. Таким образом, существует необходимость в усовершенствовании указанных ветровых турбин. Кроме того, на вышке 54 необходимо устанавливать несколько стенок 56 для более эффективного использования ветровой энергии - это усложняет конструкцию вышки и повышает стоимость ее изготовления.
С целью повышения эффективности преобразования ветровой энергии в механическую энергию лопасти перемещают для отслеживания направления ветра. Однако недостаток заключается в том, что это приводит к усложнению конструкции и более высокой стоимости изготовления ветроагрегата, а также к более вероятному сбою в работе и повреждению ветровых турбин. Кроме того, при работе таких ветровых турбин необходимо обеспечить дополнительную безопасность и снабдить их защитными конструкциями. В результате этого стоимость ветровых турбин остается высокой.
Для устранения указанных недостатков изобретатель настоящего изобретения глубоко проработал предмет изобретения и успешно создал многонаправленный ветряной генератор кинетической энергии с повышенной эффективностью преобразования энергии ветра настоящего изобретения.
Краткое изложение существа изобретения
Основной целью настоящего изобретения является создание ветряного генератора кинетической энергии, способного оптимально использовать энергию ветра, дующего в любом направлении, и, следовательно, указанное устройство может быть использовано для достижения цели, заключающейся в повышении эффективности преобразования ветровой энергии в электрическую.
Второй целью настоящего изобретения является создание ветряного генератора кинетической энергии, на котором закреплено несколько лопастей и отсутствует необходимость в их перемещении для улавливания направлений ветра. Таким образом, устройство настоящего изобретения является простым по своей конструкции, долговечным и менее дорогостоящим.
Третьей целью настоящего изобретения является создание ветряного генератора кинетической энергии, способного использовать энергию ветра, дующего в любом направлении, а также использовать возникающую турбулентность и, кроме того, продолжать работу при кратковременном ослаблении или затихании ветра.
Четвертая цель настоящего изобретения заключается в создании ветряного генератора кинетической энергии, в котором несколько комплектов (при этом каждый комплект включает несколько устройств) могут быть установлены на вышке, при этом на каждом этаже может быть расположен комплект устройств. Таким образом, такая вышка проста конструктивно и технологична в изготовлении.
Для достижения указанных целей в настоящей заявке раскрывается ветряной генератор кинетической энергии настоящего изобретения. Ветряной генератор кинетической энергии настоящего изобретения включает платформу, поворотный механизм и силовой вал. Платформа снабжена несколькими направляющими каналами, расположенными по окружности платформы. Таким образом, ветер, дующий в любом направлении, может быть направлен по каналам в платформу. Каждая из лопастей имеет дугообразную форму, и лопасти расположены по окружности поворотного механизма и наклонены под углом. На каждой лопасти установлены улавливающие ветер элементы для создания большей и более устойчивой силы напора с целью обеспечения дальнейшего вращения лопастей при кратковременном ослаблении или затихании ветра.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в перспективе многонаправленного ветряного генератора кинетической энергии с повышенной эффективностью преобразования энергии ветра настоящего изобретения.
Фиг. 2 - вид спереди ветряного генератора кинетической энергии настоящего изобретения.
Фиг. 3 - вид в перспективе ветряного генератора кинетической энергии настоящего изобретения со снятой верхней крышкой.
Фиг. 4А - вид в разрезе ветряного генератора кинетической энергии настоящего изобретения со снятой верхней крышкой.
Фиг. 4В - вид в разрезе ветряного генератора кинетической энергии настоящего изобретения, иллюстрирующий пространственное взаимное расположение платформы и поворотного механизма.
Фиг. 5 - вид, иллюстрирующий, каким образом ветровая энергия используется ветряным генератором энергии настоящего изобретения.
Фиг. 6 - вид в перспективе, иллюстрирующий, каким образом осуществляется установка нескольких устройств настоящего изобретения на многоэтажной вышке.
Фиг. 7 - вид в перспективе ветряной турбины в соответствии с предыдущим изобретением, созданным изобретателем.
Фиг. 8 - вид в перспективе, иллюстрирующий, каким образом осуществляется установка нескольких ветряных турбин в соответствии с предыдущим изобретением, созданным изобретателем, на многоэтажной вышке.
Подробное описание предпочтительного примера осуществления настоящего изобретения
На Фиг. 1-4В проиллюстрирован многонаправленный ветряной генератор кинетической энергии с повышенной эффективностью преобразования энергии ветра настоящего изобретения. Устройство настоящего изобретения может быть предназначено для использования энергии ветра, дующего с любого направления и повышения эффективности преобразования энергии ветра в механическую энергию. Кроме того, устройство (10) настоящего изобретения может продолжать вращаться при кратковременном ослаблении или затихании ветра. Ветряной генератор кинетической энергии (10) настоящего изобретения включает платформу 1, поворотный механизм 2 и силовой вал 3.
Платформа 1 снабжена несколькими направляющими каналами 11, расположенными по периферийной окружности платформы 1. Таким образом, ветер, дующий с любого направления, может быть направлен внутрь платформы 1. Поворотный механизм 2 размещен на внутренней стороне платформы 1 и включает несколько лопастей 21, которые могут вращаться потоком ветра, направляемым из направляющих каналов 11. Каждая из лопастей 21 снабжена несколькими улавливающими энергию ветра элементами 22 для создания большей и более устойчивой силы напора, что обеспечивает дальнейшее вращение лопастей 21 при кратковременном ослаблении или затихании ветра. Силовой вал 3 расположен по центру внутри поворотного механизма 2 и может приводиться во вращение поворотным механизмом 2.
Кроме того, платформа 1 расположена по окружности вокруг поворотного механизма 2, и направляющие каналы 11 расположены по периферийной окружности платформы 1. Каждый из направляющих каналов 11 расположен под углом, соответствующим углу наклона соответствующей лопасти 21. Каждая из лопастей 21 имеет дугообразную форму, и лопасти расположены по окружности вокруг поворотного механизма 2 под углом. На каждой из лопастей 21 установлено множество улавливающих энергию ветра элементов 22 для создания большей и более устойчивой силы напора, в результате чего обеспечивается дальнейшее вращение лопастей 21 при кратковременном ослаблении или затихании ветра
На Фиг. 5 проиллюстрировано, каким образом энергия ветра используется ветряным генератором кинетической энергии настоящего изобретения. Сначала, основной поток ветра F направляется направляющими каналами 11 в поворотный механизм 2. Далее поворотный механизм 2 и силовой вал 3 приводятся во вращение лопастями 21. Затем вращательное движение силового вала 3 передается на электрический генератор или иное механическое устройство (не показаны на рисунках) для использования вращательного движения. После того, как лопасти 21 начинают вращаться, субсеквентный поток ветра Fs продолжает поступать в поворотный механизм 2 и воздействует на основной поток ветра F, нагнетая его внутрь. За счет наличия улавливающих энергию ветра элементов 22 и субсеквентного потока ветра Fs основной поток ветра F концентрируется для создания ветрового давления, а также большей и более устойчивой силы напора.
Более того, зона повышения давления 23 расположена во внутренней части поворотного механизма 2. Если субсеквентный поток ветра Fs является достаточно сильным и продолжительным, основной поток ветра F вызовет вращение лопастей 21; после схода основного потока ветра F с лопастей 21 основной поток F поступает в зону повышения давления 23 и затем концентрируется для создания дополнительного ветрового давления. В результате этого напор основного потока F воздействует на лопасти 21. Таким образом, за счет функционирования зоны повышения давления 23 большинство лопастей 21 могут приводиться во вращение основным потоком ветра F при последующем повышении эффективности.
Кроме того, участок выхода ветрового потока 24 расположен между каждой из лопастей 21 и соответствующим направляющим каналом 11. Между каждой лопастью 21 и соответствующим направляющим каналом 11 образован угол. Достаточно сильный и концентрированный основной поток ветра F может привести к созданию турбулентности, препятствующей вращению лопастей 21. Участки выхода ветрового потока 24 могут определять направление распространения основного потока ветра F и обеспечивать отвод избыточного или нежелательного потока ветра Fx. Избыточный или нежелательный поток ветра Fx может объединяться с основным потоком ветра F, который может быть недостаточно мощным, для создания более сильного потока ветра для обеспечения постоянного вращения лопастей.
Ввиду того, что энергия ветрового потока ослабевает по мере его перемещения внутрь по лопастям поворотного механизма, улавливающие энергию ветра элементы 22 могут сводиться на конус снаружи вовнутрь; другими словами, крайний в направлении вовнутрь улавливающий энергию ветра элемент имеет минимальную высоту с целью обеспечения улавливания меньшего количества энергии по мере ослабления энергии ветрового потока при его прохождении внутрь по лопастям поворотного механизма. Таким образом, может быть обеспечено концентрирование энергии потока ветра для создания дополнительного ветрового давления, вызывающего вращение лопастей 21. Каждый из улавливающих энергию ветра элементов 22 может иметь больший или меньший вес за счет увеличения или уменьшения своих размеров или за счет использования различных материалов и функционировать в качестве маховика для увеличения своей инерции вращения, тем самым обеспечивая постоянное вращение поворотного механизма при кратковременном затихании ветра.
На Фиг. 1-5 проиллюстрирован пример осуществления настоящего изобретения, в котором четыре устройства настоящего изобретения установлены в штабель под углом между каждой соседней парой указанных четырех устройств, образуя комплект, тем самым, оптимизируя эффект использования энергии ветра. Кроме того, может быть подобрано оптимальное количество направляющих каналов. За счет этого обеспечивается оптимальное использование энергии ветра.
Как видно на Фиг. 6, несколько комплектов (при этом каждый комплект включает несколько устройств 10) могут быть установлены на многоэтажной вышке 4, при этом на каждом этаже располагается комплект устройств, либо каждый этаж может быть использован для установки генератора или для проведения технического обслуживания/ремонта. Более того, поскольку указанные устройства 10 обеспечивают оптимизацию использования энергии ветра, отсутствует необходимость размещения на вышке 4 улавливающих или направляющих элементов или конструкций.
В заключение необходимо отметить, что многонаправленный ветряной генератор кинетической энергии с повышенной эффективностью преобразования энергии ветра настоящего изобретения обладает следующими преимуществами:
1. Устройство настоящего изобретения способно оптимально использовать энергию ветра, дующего в любом направлении, и может быть использовано для достижения цели, заключающейся в повышении эффективности преобразования ветровой энергии в электрическую энергию.
2. При использовании устройства исключается необходимость регулировки лопастей устройства настоящего изобретения таким образом, чтобы они были обращены в сторону направления ветра. Кроме того, лопасти закреплены. Таким образом, устройство является простым в конструктивном отношении, более долговечным и менее дорогостоящим, а также не подвержено повреждениям, вызываемым ветром.
3. Более того, устройство настоящего изобретения может продолжать работать при кратковременном ослаблении или затихании ветра.
4. Несколько комплектов (при этом каждый комплект включает несколько устройств), могут быть установлены на многоэтажной вышке, при этом на каждом этаже может быть размещен комплект устройств. Такая многоэтажная вышка проста конструктивно и технологична в изготовлении.
Совершенно очевидно, что в описанный выше пример осуществления настоящего изобретения могут быть внесены многочисленные изменения, не выходящие за пределы объема изобретения. Таким образом, в целях содействия развитию науки и прикладных наук, в данной заявке раскрыто настоящее изобретение, и, как предполагается, оно ограничено исключительно объемом прилагаемой формулы изобретения.