Вітряна установка з розміщеним на вертикальній осі диском з вихровим прискорювачем

1. Вітряна установка з розміщеним на вертикальній осі диском з вихровим прискорювачем, яка відрізняє ться тим, що містить диск з плоскою поверхнею та віссю обертання, вертикальною відносно руху повітря, де поверхня згаданого диска від краю цього диска до хорди, що проходить через вісь обертання диска, що таким чином є половиною поверхні диска, знизу і зверху повністю накрита обтічником, де згаданий обтічник не торкається поверхні диска і вільно обертається навколо осі обертання диска та має у задній відносно руху повітря частині кіль, який розташований перпендикулярно до площини обертання диска та паралельно напряму вітру, що таким чином слідує горизонтальному напряму вітру та обертає обтічник у відповідному напрямку, де таким чином C2 2 85759 1 3 85759 дієнту нормалі до площин лопаток турбіни відносно вісі обертання турбіни. Таким чином, перевагою існуючих вітряних установок з вертикальною віссю обертання є те, що їхня ефективність не залежить від азимуту вітру відносно самої установки. Одним з недоліків існуючих схем є те, що сторона турбіни, яка повинна обертатися проти вітру, тобто де опір має бути мінімальним, завжди буде створювати певний опір, зменшуючи різницю моментів сил опору на протилежних сторонах турбіни, завдяки чому втрачається певна кількість енергії, а отже зменшуються ефективність такої системи. Іншим недоліком є те, що вітрова установка такої схеми має велику площу поперечного перерізу, що збільшує загальний повітряний опір установки, ускладнюючи застосування установок великого розміру Загальними ознаками технічного рішення, що заявляється та існуючими пристроями являються: однакова ефективність вітрової установки при будь-якому азимуті вітру та завдання збільшити різницю моментів сил на протилежних сторонах турбіни для збільшення ефективності. В основу винаходу поставлена задача звести момент сили опору на тій стороні турбіни, що повинна обертатися проти вітру до нуля, що зменшить кількість енергії, яка витрачається на подолання цього моменту, та зменшити площу поперечного перерізу відносно вітру, що дало б змогу побудувати більшу за розміром вітрову установку, забезпечуючи, таким чином, максимальну ефективність вітрової установки. Поставлена задача вирішується принципово новим підходом до взаємодії вітру з робочим тілом у дво х аспектах, а саме, по-перше у заявленому винаході ця взаємодія відбувається завдяки тертю між повітрям та поверхнею турбіни, тобто площина робочої поверхні турбіни, у заявленому винаході, розміщена перпендикулярно до напряму руху повітря. Отже, робоче тіло являє собою диск, половина якого повністю покрита обтічником, що забезпечує взаємодію між вітром та диском, тільки з тієї сторони диску відносно вісі обертання, яка не покрита обтічником, що, таким чином призводить до виникнення сили опору тертя тільки на цій поверхні, моменту сили опору тертя на цій стороні, а отже й обертання диску, що в свою чергу обертає генератор. Для того, щоб заявлений принцип функціонував однаково ефективно при зміні азимуту вітру, обтічник повинен вільно обертатись у тій ж самій площині, що й диск але незалежно від диску, для чого у задній, відносно руху повітря, частині обтічника встановлюється кіль, при чому площина кіля паралельна до напрямку вітру та вісь обертання обтічника не взаємодіє з віссю диска. Таким чином, диск обертається при наявності горизонтального руху повітря у будь-якому напрямку, а обтічник диску - тільки при зміні напрямку вітру. Другим аспектом принципово нового підходу у заявленому винаході є встановлення допоміжних напівдископодібних поверхонь над та під відкритою частиною диску. Ці поверхні кріпляться до обтічника і тому рухаються тільки у відповідному напрямку. Завдяки ефекту тертя або прилипання 4 певного слою повітря до будь-якої поверхні, при горизонтальному руху повітря, ці допоміжні поверхні будуть створювати ви хрове поле, що в свою чергу, У поверхні відкритої сторони диску, спрямоване у напрямку обертання диску, прискорюючи таким його обертання. Описаний вище пристрій турбіни вертикальної вісі, розміщується на вежі на певній відстані від поверхні землі, де швидкість вітру збільшена та зменшений ефект впливу ви хрови х потоків, виникаючих при взаємодії поверхні землі та вітру. Перевагами заявленого технічного рішення є: відсутність опору на тій стороні турбіни де обертання відбувається проти напрямку вітру, тобто максимізація корисної дії енергії вітру; вертикальна вісь дозволяє розмістити генератор в основі вежі, що зменшує навантаження на вежу, підвищуючи надійність установки; мала площа поперечного перерізу турбіни - диску і в той ж самий час, достатньо велика площа поверхні взаємодії турбіни з вітром, що дозволить встановити декілька таких дисків один над одним, включаючи вихрові прискорювачі, та отримати більшу е фективність такої вітряної установки у порівнянні з існуючими аналогами. Підвищенню ефективності заявленої вітрової установки сприяє нанесення покриття з високим коефіцієнтом тертя з повітрям на диски турбіни та на вихоро-утврюючі поверхні, що підвищить коефіцієнт корисної дії заявленої вітрової установки та нанесення покриття з мінімальним коефіцієнтом тертя з повітрям на обтічники дисків, що зменшить величину загального опору тертя заявленої вітрової установки. Вітрова установка, що заявляться наведена на кресленнях: Фіг.1 - зображення принципу дії заявленої вітряної установки; Фіг.2 - зображення принципу дії вихрового прискорювача; Фіг.3 - зображає перспективний вид заявленої вітряної установки; Фіг.4 - зображає кріплення обтічника та інших аеродинамічних поверхонь до вежі та розміщення генератора. Як видно з Фіг.1 повітря рухаючись у напрямку (1) обертає диск (3) у напрямку (2), так як завдяки наявності обтічника (4) вплив повітряного потоку має місце тільки на одній стороні диску, при чому завдяки кілю (6), хорда якого буде завжди паралельна до напряму вітру, площа робочої поверхні та кількість енергії вітру, що конвертується буде завжди однаковою незалежно від напрямку вітру. Швидкість обертання диску (3) збільшується завдяки тому, що він знаходиться між вихроутворюючими поверхнями (12). За допомогою валу (5), на якому закріплений диск (3), обертання передається на генератор (7), який виробляє електричну енергію. Заявлений винахід передбачає розміщення диску (3) на ефективній відстані вихрової взаємодії між вихро-утворюючими поверхнями (12) (див. Фіг.2), що завдяки опору тертя поверхонь (12) та вітру (1), утворюють ви хрові поля (13), індукція (14) яких у найближчий до поверхні диску (3) пло 5 85759 щині направлена в сторону напрямку вітру (1), надаючи таким чином диску (3) додаткове вихрове прискорення. Також з малюнку видно, що поверхні (12) бажано розмітити трохи далі від краю диску (3), тобто поверхні (12) взаємодіють з потоком повітря раніше ніж диск (3), що призведе до більшого впливу ви хрового поля (13) на диск, а отже й збільшить ефективність такої системи. Фіг.3 зображає компонування заявленої вітрової турбіни з декількома дисками (3) розміщеними один над одним. Як бачимо з Фіг.3 таке компонування вимагатиме додаткові укріпляючи елементи, що з'єднують обтічники (4), поверхні (12) та кіль (6), так як вони виконують рух в одному й тому ж напрямку у процесі роботи. Цими елементами являються кріплення (15) та (16), площини яких розташовані паралельно напряму вітру. На Фіг.4 зображено кріплення вузлів вихроутворюючих поверхонь (12) та обтічників (4) до 6 вежі (8) за допомогою балок (9), які з'єднані з кільцем (10), яке в свою чергу обертається навколо вежі (8). Для зменшення тертя між кільцем (10) та вежею (8) застосовуються підшипники (11). Слід зазначити, що вісь (5) не торкається поверхонь (12) або обтічників (4), тобто обертання вузлів (12) та (4) відбувається незалежно від обертання вісі (5), що знижує енергію, яка витрачається на тертя між вузлами установки. Підтвердження можливості впровадження такої системи, що здебільшого базується на явищі в'язкості повітря, й відповідно, прилипання певного слою повітря до будь-якої поверхні та сили опору тертя при наявності відносної швидкості між повітрям то поверхнею, може бути знайдене у будьякий науковій літературі з аеро-/ гідродинаміки та властивостей газів та рідин, зокрема з вебджерела: http://uk.wikipedia.org/wiki/Аеродинамічний_опір. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 85759 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601