Турбогенератор "Поток"
"POTOK" TURBOGENERATOR

Изобретение относится к ветряным двигателям и может найти применение для получения электрической энергии при использовании ветровых потоков.
Известно множество видов ветроэнергетических установок, а наиболее применимыми до сих пор оказываются: с горизонтальной осью вращения при размещении на дорогостоящих сложных башенно-мачтовых инженерных сооружениях или с вертикальной осью вращения при размещении на дорогостоящих фундаментах по индивидуальным проектам. С учетом явных преимуществ и развития области композитных материалов, спектр близких к расширенному использованию технических решений ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения теснит классические пропеллерные горизонтально-осевые ветроэнергетические установки.
Известна ветроэнергетическая установка (Пат. США №4084102, опубл. 11.04.1978 г.), в которой используют подъемный газонаполненный шар с подъемно-стабилизирующим крылом.
Известна ветроэнергетическая установка (Пат. США №4165468, опубл. 21.08.1979), в которой используют естественные возвышения рельефа местности с поперечно натянутым леером для подвеса ветрогенераторов с вертикальной осью вращения.
В известных устройствах несущая вантовая система совмещена с рабочим валом ветродвигателей, соединенных с электрогенераторами, установленными на земле.
Недостатками указанных устройств являются сложность практической реализации технических решений и эксплуатации в процессе использования.
Известна ветроустановка (А.с. СССР №1273638, опубл. 30.11.1986), содержащая натянутый между подшипниковыми опорами гибкий вал, расположенные вдоль него ярусы профилированных лопастей ветродвигателя и кинетически связанный с валом через мультипликатор электрогенератор, установленный на тележке.
Недостатками данного решения являются сложность конструкции ветродвигателя, индивидуальность с резервированием расширенного занимаемого пространства под электрогенератор с тележкой при установке, недостаточно высокий КПД за счет дополнительных противодействующих сил натяжения на подшипники и использования мультипликатора, а также трудности эксплуатации ветроустановки в зимних условиях.
Известен ветроэнергетический агрегат Болотова (Пат. РФ №2352809, опубл. 20.04.09), включающий раму с цилиндрическими блоками-статорами, играющими роль направляющих аппаратов для ветра, и роторы, закрепленные в раме, соединенные с электрическим генератором, выполненные с возможностью вращения в противоположных направлениях, преобразующие энергию ветра во вращательное движение их валов трубчатого сечения. Вал одного из роторов агрегата проходит внутри вала другого для соединения с ротором и статором электрогенератора, который выполнен также с подвижным ротором и вращающимся снаружи ротора электрическим статором для увеличения, при работе, их относительной скорости вращения. При практической реализации ветровая роторная турбина Болотова оснащается как мачта, оттяжками (www.eneesis.ru).
Недостатками указанного агрегата являются сложность эксплуатации и изготовления комплектующих: электрического генератора с подвижным ротором и вращающегося снаружи ротора электрического статора, снижающих надежность и ведущих к удорожанию изделия и его эксплуатации.
Известен роторный ветродвигатель (Пат. РФ №2210000, опубл. 10.08.03), содержащий каркас с закрепленным в нем с помощью подшипников валом с рабочими лопастями в виде пластин с переменной толщиной и шириной. Эти лопасти еще и изогнуты в вертикальной плоскости по спирали, а в горизонтальной плоскости - по дуге. Все это обеспечивает обращение лопастей всегда к поступающему потоку воздуха, минимальный стартовый момент и стабильность работы. Для отбора мощности в ветродвигателе предусмотрен второй вал, а сам он выполнен в виде отдельно стоящей конструкции, требующей основательного фундамента.
Недостатками такого устройства являются необходимость применения жесткого каркаса для установки в нем ротора ветродвигателя и устройства отбора мощности или электрогенератора, а также прочного фундамента.
Известна ветроэнергетическая установка профессора Меркулова (Пат. РФ №2384730, опубл. 20.03.10), содержащая ветрогенераторы, состоящие из лопастей и связанных с ними электромеханических преобразователей, использующих суммарное, комбинированное воздействие энергии ветра, при размещении их, для эффективного применения энергии поступательного движения площади ветрового потока, в ячейках сетки, вывешенной с помощью мачт и растяжек.
Недостатками такой ветроэнергетической установки являются сложность конструкции и эксплуатации, как отдельных устройств, так и групп и в группах, в подвешенном положении, влекущем дополнительную регулировку для обеспечения их соответствия требуемому положению.
Известна ветроустановка (Пат. РФ 1550207, опубл. 15.03.1990), в которой используют подъемный аэростат, связанный с землей при помощи троса, на котором установлены ветродвигатели, совмещенные с электрогенераторами и соединенные с потребителями спускающимся по тросу кабелем.
Недостатками известной ветроустановки являются как сложность практической реализации технических решений и эксплуатации в процессе использования, так и снижение КПД из-за использования опорно-поворотных устройств подвеса и крепления при связи с элементами подвеса и землей.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в упрощении конструкции и эксплуатации, универсальности и сокращении занимаемого пространства при размещении.
Технический результат достигается турбогенератором, устанавливаемым на крыше дома или котельных трубах, состоящим из двух турбин, смонтированных на едином вертикальном валу, который закреплен в подшипниках, установленных на перекладинах основания, на внутренней части которого установлена вытяжная труба, в которую помещена турбина, работающая от естественной тяги вертикальным потоком воздуха и имеющая лопасти, установленные под углом 45° относительно оси вала и заключенные в цилиндрический корпус, при этом вертикальный поток воздуха, проходя через турбину, работающую от естественной тяги, входит в турбину, работающую от ветра и представляющую собой цилиндр с закрытым верхом, имеющий боковые окна для выхода воздуха и лопасти, установленные за этими окнами, при этом вертикальный поток воздуха дополнительно надавливает на лопасти турбины, работающей от ветра, причем отбор мощности от вала осуществляется посредством ременной передачи на генератор.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, где показан заявляемый турбогененератор: фиг. 1 - вид сбоку, фиг. 2 - вид сверху.
На чертежах обозначено:
1 - общий вертикальный вал;
2 - подшипники;
3 - лопасти турбин;
4 - воздуховод - вытяжная труба;
5 - основание турбогенератора;
6 - шкив вала отбора мощности;
7 - цилиндр турбины, работающей от естественной тяги (турбина №1);
8 - цилиндр турбины с закрытым верхом (турбина №2);
9 - крепление подвески к корпусу;
Р - ремень привода;
Г - генератор
А - аккумулятор
- направление движения потока воздуха
Турбогенератор работает следующим образом.
Турбогенератор «Поток» представляет собой вертикально осевой ветрогенератор из двух турбин, смонтированных на одном валу.
Турбина №1, установленная на едином валу и помещенная в воздуховод (вытяжную трубу), приводится в действие за счет естественной тяги под атмосферным давлением, которая воздействует на лопасти турбины №1, установленные под углом 45° и заключенные в цилиндрический корпус. Лопасти турбины установлены таким образом, чтобы в горизонтальной плоскости верхняя часть одной лопасти перекрывалась нижней частью следующей лопасти.
Поток движущегося по вертикали воздуха под атмосферным давлением по трубе (воздуховоду) приводит в движение турбину №1, надавливая на лопасти, установленные под углом 45° относительно оси вала, далее пройдя через цилиндрический корпус турбины в воздуховоде, переходит в цилиндр (корпус) турбины №2 и, проходя через боковые окна (проемы), вырезанные вертикально, приводит в движение турбину №2.
Кроме этого, турбина №2 приводится во вращательное движение от наружного потока воздуха, независимо от направления ветра, причем не требуются ни флюгер, ни что-то ему подобное.
Воздуховод (вытяжная труба), имеющий на выходе конусообразную форму, направляет поток воздуха вовнутрь турбины №2, представляющей из себя цилиндр такого же диаметра, что и турбина №1, но с закрытым верхом. Высота цилиндра турбины №2 больше его диаметра в 1,5 раза. Цилиндр имеет четыре боковых окна для выхода воздуха и четыре лопасти, установленные за этими окнами (проемами), которые усиливают вращение единого вала, приведенного в движение турбиной №1. Причем, при достаточном наружном потоке воздуха турбина №2 работает самостоятельно, также усиливая вращение единого вала. Отбор мощности от единого вала осуществляется посредством ременной передачи на генератор.
Турбина №1 работает за счет давления естественной тяги, возникающей в трубе, а турбина №2 за счет силы ветра, обдувающего турбину с различных сторон, причем обе турбины располагаются в одной рабочей камере на едином валу, что обеспечивает взаимодействие различных рабочих сил и дает возможность непрерывного вырабатывания электроэнергии.
За счет разности в плотностях столбов атмосферного воздуха на различных высотах, в трубе образуется естественная тяга, которая, воздействуя на лопасти турбины №1, приводит ее во вращательное движение. Далее, проходя через конус (юбку) вовнутрь турбины №2, через проем турбины перед лопастями, воздух оказывает давление на лопасти турбины №2, также придавая ей вращательное движение. При наличии ветра, наружный поток воздуха, оказывая давление на лопасти турбины №2, придает ей дополнительные силы вращения, что влечет за собой увеличение скорости вращения единого вала, на котором расположены турбины.
Для использования естественной тяги необходимо, чтобы высота трубы составляла не менее 6-ти метров. С увеличением ее высоты вытяжные силы естественного потока воздуха будут увеличиваться.
На схеме стрелкой указано направление движения естественного потока воздуха через трубу.
Описанную выше установку можно вмонтировать на крыше дома, объединив ее с вытяжной вентиляцией бытовых помещений, на крышах производственных цехов и ферм. Возможно использование котельных труб или шахт лифтов.
Предлагаемое изобретение расширяет парк ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения в направлении упрощения, мобильности и снижения требований, как к размещению, так и к уменьшению занимаемого пространства.