Вітроенергетична установка

1. Вітроенергетична установка, яка виконана у вигляді енергоагрегату, який складається з турбіни, яка механічно пов'язана з генератором, центральної оболонки, першої кільцевої оболонки з, як мінімум, одним вхідним каналом і яка з центральною оболонкою утворює малий дифузорний вихідний канал, другої кільцевої оболонки, яка утворює із зовнішніми поверхнями першої кільцевої оболонки та центральної оболонки перший проміжний канал, що звужується та розширяється і 3 центральною оболонкою утворює малий дифузорний вихідний канал, другої кільцевої оболонки, яка утворює із зовнішніми поверхнями першої кільцевої оболонки та центральною оболонкою перший проміжний канал, що звужується та розширяється і сполучається в проміжній частині з малим дифузорним вихідним каналом, третьої кільцевої оболонки, яка утворює із зовнішньою поверхнею другої кільцевої оболонки другий проміжний канал, який разом із першим проміжним каналом сполучається з великим дифузорно-конфузорним каналом, первинного прискорювача потоку вітру, яким оснащений як мінімум один проміжний канал, згідно корисної моделі новим є те, що установка оснащена додатковою кільцевою оболонкою, яка має плоско-випуклий профіль і розташовується за турбіною, і яка із зовнішньою поверхнею третьої кільцевої оболонки утворює канал, який оснащений первинним прискорювачем потоку вітру. Також новим є те, що задня кромка третьої кільцевої оболонки виконана врівень з задньою частиною турбіни. Розташування додаткової кільцевої оболонки плоско-випуклого профілю поза турбіною дозволяє створити зону пониженого тиску на виході повітряного потоку із турбіни, а виконання задньої кромки третьої кільцевої оболонки врівень з задньою частиною турбіни, на відміну від аналога, ліквідує область зменшення швидкості повітряного потоку між турбіною та зоною пониженого тиску, що в сукупності дозволяє прискорити вітровий потік перед турбіною, а це збільшує кінетичну енергію потоку, який діє на лопаті турбіни. На Фіг. зображено заявлену вітроенергетичну установку, поздовжній переріз. Вітроенергетична установка виконана у вигляді енергоагрегату, який складається з центральної оболонки 1, першої кільцевої оболонки 2 з, як мінімум, одним вхідним каналом 3. Оболонка 2 з центральною оболонкою 1 утворює малий дифузорний канал 4. Також енергоагрегат має другу кільцеву оболонку 5, яка із зовнішньою поверхнею оболонки 2 та центральною оболонкою 1 утворює перший проміжний канал 6, що звужується та розширяється і сполучений в проміжній частині з малим дифузорним каналом 4, третьої кільцевої оболонки 7, яка із зовнішньою поверхнею другої кільцевої оболонки 5 утворює другий проміжний канал 8, який разом із першим проміжним каналом 6 сполучений із великим дифузорно-конфузорним каналом 9. Енергоагрегат оснащений додатковою кільцевою оболонкою 10, яка має плоско-випуклий профіль, зовнішня поверхня якої - плоска, а внутрішня - випукла, і яка із зовнішньою поверхнею оболонки 7 утворює канал 11. Енергоагрегат має, як мінімум, одну турбіну 12, яка розташовується в великому дифузорному-конфузорно каналі і механічно пов'язана з генератором 13, який розташовується в центральній оболонці 1. Під терміном "генератор" тут слід розуміти не тільки генератор електричного струму , але і будь-який пристрій для перетворення механічної енергії в будь-який інший вид енергії зручної для використання в конкретних обставинах. Це, може бути, наприклад, насос в системі гідроприводу, компресор пневмоповіду і т. 51517 4 д. Задня кромка оболонки 7 виконана врівень з задньою частиною турбіни 12. Між оболонкою 7 та турбіною 12 існує гарантований зазор, який дозволяю вільно обертатися турбіні, але через який не створюється інтенсивного повітряного потоку. На вході в канали 3, 6, 7, 11 встановлені первинні прискорювачі потоку 14 з направляючими для закручення потоку (на рис. не показано). Оболонки 1, 2, 5, 7, 10 та первинні прискорювачі 14 з'єднанні між собою перемичками (на Фіг. не показано). Працює вітроенергетична установка наступним чином. Вільний повітряний потік, який рухається вздовж поверхні третьої кільцевої оболонки 7, за рахунок ежекції створює розрідження на донному зрізі установки. При чому зона ефективного впливу цього потоку, який приймає участь в створенні розрідження складає неменше одного діаметра донного зрізу установки, тобто в цьому процесі приймає участь кільцевий повітряний потік, найбільший діаметр якого не менше трьох діаметрів донного зрізу. Енергію цього потоку можна визначити при допомозі першого закону термодинаміки або розрахувати по формулі для визначення пружньої енергії газу, або іншими відомими способами. Повітряний потік, який поступає у вхідні перерізи каналів 3, 6, 8, 9 та первинних прискорювачів 14 має певний запас енергії, який розраховується відомими способами. Під дією двох потоків енергії, зі сторони вхідних каналів та зі сторони донного зрізу, повітряний потік, пройшовши мінімальний переріз каналу 8, який створений центральною оболонкою 1 та третьою кільцевою оболонкою 7 досягає максимально ефективної швидкості та густини. Тобто кінетична енергія потоку різко збільшується, і цей процес пов'язаний із зменшенням ентальпії потоку. Відповідно з ростом швидкості відбувається пониження тиску в цьому перерізі, величину якого позначимо Р1. Цей тиск буде нижчим, ніж тиск Р0 у вільному потоці. Тиск у вихідному перерізі каналу 6 теж буде дорівнювати Р1. Отже на канал 6 теж будуть діяти дві енергії - одна зі сторони вихідного перерізу каналу 6, друга - зі сторони його вхідного каналу. Вектори дії цих енергій на потік співпадають. Взаємодія цих енергій призведе до значного збільшення швидкості в мінімальному переризі каналу 11. В сумі пониження тиску та прискорення повітряного потоку у вихідних перерізах каналів 6 та 8 призведе до пониження тиску та прискорення швидкості потоку на вхідному перерізі великого дифузорно-конфузорному каналі, тобто в його мінімальному перерізі. По причині розширення перерізу дифузорно-конфузорного каналу відбувається зменшення швидкості повітряного потоку в ньому, а отже і зменшення кінетичної енергії потоку, який діє на лопаті турбіни. Для усунення зменшення швидкості, на виході повітряного потоку із турбіни створюється область пониженого тиску шляхом розділення вільного повітряного потоку додатковою кільцевою оболонкою 10 на два потоки. Виходячи із умови не розривності потоку, на внутрішній випуклій поверхні оболонки 10 швидкість потоку буде більшою, ніж на зовнішній плос 5 51517 кій поверхні, як результат вздовж випуклої поверхні створюється область пониженого тиску. У вхідному перерізі каналу 11 встановлений первинний прискорювач 14, результатом дії якого є додаткове збільшення швидкості повітряного потоку, а отже і додаткове пониження тиску вздовж випуклої поверхні оболонки 10. Тиск в мінімальному перерізі каналу 11, а отже і на початку зони пониженого тиску буде дорівнювати Р1. Найбільше пониження тиску повітряного потоку буде в найбільш випуклій частині внутрішньої поверхні оболонки 10, в місці де швидкість потоку буде найбільша. Пониження тиску на виході повітряного потоку із турбіни, що відсутнє у найближчому аналізі, призводить до створення тягового зусилля (ефект ежекції), що прискорює повітряний потік у великому дифузорно-конфузорному каналі, внаслідок чого збільшується кінетична енергія вітрового потоку, який діє на лопаті турбіни, а це збільшує ефективність та ККД вітроенергетичної установки. Повітряні турбіни працездатні навіть при незначних перепадах тиску, і установка буде працювати при швидкостях вільного повітряного потоку V0=5...6м/с. Запропоновану корисну модель вітроенергетичної установки найбільш ефективно використовувати в районах з середніми швидкостями вітру, Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 наприклад на островах, морському узбережжі, в горах і т.д. Існуючий рівень розвитку електротехніки дозволяє використовувати в установці практично без будь яких змін високо обертаючі електричні генератори, які серійно випускаються промисловістю, а також серійні повітряні турбіни, наприклад повітряні турбіни енергетичних установок літаків та інших літальних апаратів, вузли турбодетандерів та ін. Доцільно виготовляти турбогенераторні вузли в зборі, тобто в повній заводській готовності для зменшення затрат часу та коштів на монтаж установок на місці їх експлуатації. Вага високо обертаючого електрогенератору потужністю 1000кВт не перевищує 700кг, а загальна вага турбогенераторного вузла такої потужності буде складати трохи більше однієї тони. Оболонки установки можуть виготовлятись із різноманітних матеріалів по відпрацьованим технологіям в залежності від потужності та типу установки - композитних матеріалів, прокату алюмінієвих сплавів, пластмас та інших матеріалів. Оболонки можуть бути збірними із сегментів, надувними та ін.. Джерела інформації: 1. "Ветроэнергетика". Под редакцией Д. де Рензо М.: Энергоатомиздат, 1982, стр. 81-96; 2. Патент Росії №2205977, кл. F03D5/00, 2003р. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601