ВЕТРОУСТАНОВКА С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ РАЗРЕЖЕНИЕМ ЗАТУРБИННОГО ПРОСТРАНСТВА
WIND-DRIVEN PLANT WITH FORCED VACUUM OF EXHAUST SPACE

Изобретение относится к ветроэнергетике и представляет собой установку для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.
Известны ветроэнергетические установки, преобразующие кинетическую энергию воздушных потоков путем непосредственного воздействия ветра на лопасти ветроколеса или турбины [1] (Ветроэнергетика, под редакцией Д. де Рензо, М.: Энергоиздат, 1982, с.81-86). Однако, они достаточно эффективны только при номинальном режиме работы, то есть при строго заданной скорости ветра, с уменьшением которой их эффективность падает.
Для повышения эффективности ветроэнергетических установок в ряде их конструкций был применен принцип двойного воздействия на ветротурбину ускоренного потока на входе и разрежения со стороны выходного канала.
Известна ветроэнергетическая установка, содержащая конфузор, ветротурбину, внешнюю оболочку, установленное на оси симметрии установки центральное тело, внутри которого на одной оси с турбиной размещен генератор, обтекатель [2] (Заявка PCT/WO 97/41351).
Кольцевые зазоры между поверхностями центрального тела, обтекателя и внешней оболочки за счет разности энергий - поступившего в конфузор воздушного потока и разрежения на донном срезе установки обеспечивают возрастание скорости воздушного потока в эжектирующих сечениях каналов, создаваемых указанными поверхностями, позволяют увеличить кинетическую энергию потоков, тем самым создать разрежение в затурбинном пространстве.
В этой установке имеют место значительные потери внутренней энергии основного потока в канале «конфузор-турбина-диффузор» за счет построения сужающихся эжектирующих каналов на пути потока в преддифузорном пространстве.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой ветроустановке с принудительным разрежением затурбинного пространства является ветроустановка, содержащая, по крайней мере, два дополнительных радиально расположенных конфузора, имеющих сужающиеся по ходу воздушного потока камеры его сжатия с образованием на выходе каждой из них кольцевого щелевого эжектора [3] (Патент РФ RU 2231679 41351). За счет резкого возрастания кинетической энергии, снижения давления в эжектирующем воздушном потоке эжектора создается разрежение в конусе потока, основание которого находится на задней кромке лопастей ветротурбины, а вершина на осевой линии энергоагрегата. Разрежение в зоне затурбинного пространства уменьшает давление воздушного потока на задние поверхности лопастей ветротурбины при ее вращении. Кинетическая энергия воздушного потока в конфузоре, воздействующая на большую рабочую поверхность лопасти, при этом производит большую работу, обеспечивающую значительное увеличение вращающего момента на валу ветротурбины, а, следовательно, увеличение мощности ветроэлектростанции.
Недостатком данной ветроустановки является то, что эффект увеличения мощности ветроустановки возможен только при достаточно высоких скоростях воздушного потока (больше или равно 3 м/с). В местах, где среднее значение скорости воздушного потока меньше или равно 3 м/с, использование данной установки нецелесообразно.
Целью настоящего изобретения является создание ветроустановки двойного воздействия на ветротурбину со стороны ускоренного потока на входе и разрежения со стороны выходного канала, работающей при малых значениях скорости ветра (меньше или равно 3 м/с).
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что заявляемая ветроустановка с принудительным разрежением затурбинного пространства, состоящая из ветротурбины, механически связанной с генератором, по крайней мере, двух радиально расположенных конфузоров, внешней оболочки, диффузора, согласно изобретению, дополнительно имеет камеру принудительного разрежения воздуха, в которой установлены вытяжные устройства для создания дополнительной тяги на лопасти ветротурбины.
На фиг.1 показана ветроустановка с камерой принудительного разрежения воздуха, где:
1 - ветротурбина;
2 - турбинный конфузор;
3 - внешний конфузор;
4 - камера сжатия потока;
5 - эжекционная щель;
6 - камера разрежения воздуха;
7 - диффузорный выходной канал;
8 - ветроколесо;
9 - вытяжная турбина;
10 - генератор.
В настоящей ветроустановке перед ветротурбиной 1 имеется два конфузора: турбинный 2, внешний конфузор 3 с камерой сжатия потока 4 и с эжекционной щелью 5, которая расположена за турбиной. За турбиной расположена камера разрежения воздуха 6 с диффузорным выходным каналом 7. Дополнительно в камере имеется N-oe количество вытяжных устройств, выполненных в виде ветроколеса 8 и вытяжной турбины 9. В этой же камере располагается генератор 10, который преобразовывает механическую энергию ветра.
Заявляемая ветроустановка с принудительным разрежением затурбинного пространства работает следующим образом.
Воздушный поток раскручивают ветроколеса 8. Так как плоскость вращения ветроколес 8 параллельна наравлению движения воздушного потока, то их ориентация по сторонам света не имеет принципиального значения. Ветроколеса 8 передают момент вращения на вытяжные турбины 9, которые, вытягивая воздух из затурбинного пространства камеры разрежения 6, создают тягу. Суммарная сила тяги от вытяжных турбин 9 и от силы давления воздушного потока создает необходимый момент страгивания ветротурбины 1 и не дает ей остановиться.
Источники информации:
1. Ветроэнергетика, под редакцией Д. де Рензо, М.: Энергоиздат, 1982, с.81-86.
2. Заявка PCT/WO 97/41351.
3. Патент РФ RU 223167941351.