ветротурбинная установка

Формула изобретения

1. Ветротурбинная установка, содержащая ротор, выполненный в виде вала, размещенного вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженного турбинными лопатками радиального типа, установленными вертикально по окружности, при этом корпус ветротурбинной установки выполнен в виде направляющего аппарата, содержащего вертикально расположенные направляющие лопатки по всему периметру корпуса, установленные под острым углом к внешним кромкам лопаток ротора, образующие проточную часть турбины радиального типа, отличающаяся тем, что нижняя часть ротора выполнена в виде осевой турбины и снабжена обтекателем, при этом нижний конец вала оперт на обтекатель, который скреплен с концами лопаток направляющего аппарата, закрепленных на обечайке, верхняя часть которой скреплена с корпусом, а нижняя укреплена на верхней части полого корпуса, например трубы самотяги, а в нижней части этого полого корпуса выполнены воздухоподводящие отверстия.

2. Ветротурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что полый корпус снабжен конфузором, размещенным в верхней части этого корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, а именно к ветряным двигателям, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии на зданиях, имеющих достаточную высоту.

Известна ветротурбинная установка (ВТУ), содержащая ротор, размещенный вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженный лопатками (см. патент Германии №3636248, МКИ F 03 D 9/00, 1988 г.). В известной установке ветротурбина установлена в нижней части трубы самотяги и работает в восходящем потоке воздуха, используя эффект самотяги.

Недостаток этого решения заключается в том, что не используется энергия ветра.

Известна также ветротурбинная установка, содержащая ротор, выполненный в виде вала, размещенного вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженного турбинными лопатками радиального типа, установленными вертикально по окружности, при этом корпус ветротурбинной установки выполнен в виде направляющего аппарата, содержащего вертикально расположенные направляющие лопатки по всему периметру корпуса, установленные под острым углом внешним кромкам лопаток ротора, образующие проточную часть турбины радиального типа (см. патент РФ №2184872, МКИ F 03 D 3/00, 2002 г.).

Недостатком этого решения является нестабильность работы установки, связанная с природными условиями, а именно с непостоянством ветра.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение стабильности работы ВТУ при снижении материалоемкости и сохранении высокой степени безопасности.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении эффективности ВТУ и в обеспечении максимального расхода воздуха через установку за счет использования его вертикального и горизонтального потоков.

Поставленная задача решается тем, что ветротурбинная установка, содержащая ротор, выполненный в виде вала, размещенного вертикально с возможностью вращения внутри корпуса и снабженного турбинными лопатками радиального типа, установленными вертикально по окружности, при этом корпус ветротурбинной установки выполнен в виде направляющего аппарата, содержащего вертикально расположенные направляющие лопатки по всему периметру корпуса, установленные под острым углом внешним кромкам лопаток ротора, образующие проточную часть турбины радиального типа, отличается тем, что нижняя часть вала выполнена в виде осевой турбины и снабжена обтекателем, при этом нижний конец вала оперт на обтекатель, который скреплен с свободными концами лопаток направляющего аппарата, закрепленных на обечайке, верхняя часть которой скреплена с корпусом, а нижняя укреплена на верхней части полого корпуса, например трубы самотяги, в нижней части этого полого корпуса выполнены воздухоподводящие отверстия. При этом полый воздухоподводящий корпус снабжен конфузором, размещенным в верхней части этого корпуса.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные решения.

Признак «...нижняя часть вала выполнена в виде осевой турбины и снабжена обтекателем...» позволяет ротору использовать энергию потока, образующегося в полом воздухоподводящем корпусе.

Признак «...нижний конец вала оперт на обтекатель, который скреплен с концами лопаток направляющего аппарата, закрепленных на обечайке, верхняя часть которой скреплена с корпусом, а нижняя укреплена на верхней части полого корпуса...» позволяет использовать его как опорный элемент и служить основанием для турбинной части установки.

Признак «...в нижней части этого полого воздухоподводящего корпуса выполнены воздухоподводящие отверстия...» обеспечивает вертикальный поток воздуха, поступающий на турбину осевого типа ротора.

Совокупность отличительных признаков дополнительного пункта формулы изобретения позволяет осуществить плавный аэродинамический переход с минимальными потерями объема и энергии воздушного потока из полого корпуса в проточную часть турбины.

На чертеже показан схематически общий вид установки.

На чертеже показаны ротор 1, корпус 2, турбинные лопатки 3 радиального типа, кронштейны 4, направляющие лопатки 5, рабочие лопатки 6 осевого типа, дополнительные направляющие лопатки 7, обечайка 8, обтекатель 9, полый корпус 10, конфузор 11 и воздухоподводящие окна 12.

Установка содержит ротор 1, размещенный внутри корпуса 2 с возможностью вращения в нем. Ротор 1 состоит из вала, на котором установлены вертикально по окружности на заданном расстоянии от центра турбинные лопатки 3 радиального типа, которые соединяются с валом посредством кронштейнов 4.

Корпус 2 неподвижен, выполнен в виде направляющего аппарата, состоящего из вертикально расположенных направляющих лопаток 5, которые установлены под острым углом внешней кромке турбинных лопаток 3 радиального типа, которые образуют внешние ветровые проточные каналы, расположенные по касательной к внутренней окружности установки. Нижняя часть ротора 1 выполнена в виде осевой турбины. На валу установлены рабочие лопатки 6 осевого типа, которые предназначены для работы в потоке воздуха, выходящем из направляющих лопаток 7. Дополнительные направляющие лопатки 7 установлены в нижней части корпуса 2 и расположены радиально внутри обечайки 8. Нижний конец ротора оперт на обтекатель 9, который жестко скреплен с концами лопаток 7 направляющего аппарата. Верхняя часть обечайки 8 скреплена с корпусом 2, а нижняя - оперта на верхней части полого корпуса 10 (трубе самотяги), на котором установлен конфузор 11. В нижней части полого корпуса 10 выполнены воздухоподводящие окна 12.

Установка работает следующим образом. За счет разности давлений у поверхности земли и у среза полого корпуса 10 поток воздуха через воздухоподводящие окна 12 начинает движение в вертикальном направлении. Проходя через конфузор 11, поток воздуха ускоряется и попадает на дополнительные лопатки 7 направляющего аппарата, которые направляют поток воздуха на рабочие лопатки 6 осевой ступени ротора. Энергия воздушного потока передается рабочим лопаткам 6 осевой ступени и приводит ротор 1 во вращательное движение. Горизонтальный поток ветра натекает на радиальные направляющие лопатки 5 и под острым углом направляется на турбинные лопатки радиального типа 3, приводя во вращение ротор 1. Движущийся к центру поток воздуха, отдав энергию, выходит в радиальном и осевом направлениях (на чертеже показано стрелками) через отверстия в направляющем аппарате 5. Часть воздуха, проходящая в радиальном направлении, проходит центральную часть ротора 1 и вновь попадает в турбинные лопатки 3 ротора 1, но в месте, расположенном диаметрально противоположно относительно зоны входа в ротор 1. Воздух захватывается элементами ротора 1 и выбрасывается в атмосферу (вентиляционные потери на неактивной дуге турбинного двигателя). На это расходуется определенная мощность, но при этом в центре ротора 1 создается разрежение, что способствует увеличению скорости и расхода воздуха, проходящего через ВТУ, и увеличивает ее мощность. В связи с тем, что мощность, расходуемая на прокачку воздуха, зависит от скорости вращения в третьей степени, то при больших скоростях ветра эта мощность становится значительной и сдерживает ротор 1 от слишком большого разгона. Это аэродинамическое торможение значительно повышает безопасность установки при больших скоростях ветра и позволяет обойтись без специальных тормозных устройств. Дополнительный вертикальный поток воздуха, создаваемый трубой самотяги (полым корпусом 10) и прошедший турбину осевого типа, увеличивает общий расход воздуха и способствует усилению аэродинамического торможения.