1463

Цель другой разработки – повышение надежности работы путем уменьшения излома торсионного троса.

На рис. 2.2.43 схематически представлена установка (общий вид); на рис. 2.2.44 – стойка установки.

При работе установки вращение поднятых аэростатом 1 ветроколес 5 через торсионный трос 3 передается на вал 4 генератора 2, вырабатывающего электроэнергию для потребителя.

Подъем и опускание аэростата 1 на требуемую высоту осуществляется горизонтальным перемещением стойки 6. На всех этапах работы установки направляющей 10 с цилиндрическими шарнирами 7 обеспечивается плавный переход горизонтального участка троса 3 в наклонный, что устраняет опасность перетирания троса в шарнирах 7 и повышает срок службы установки.

2.6. ВИХРЕВЫЕ ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРЫ

Вихревая ветроустановка используется в ветроэнергетике, для создания ветряных двигателей с вертикальной осью вращения 7. Вихревая ветроустановка содержит вытяжную башню с кольцевым воздухозаборником у основания направляющий аппарат, выполненный из нескольких коаксиально расположенных обечаек 2, каждая из которых имеет вид усеченного гиперболоида 1, сужающего к выходу, ветроколесо и вытяжное устройство. Радиусы отверстий верхнего Rbi и нижнего Rнi оснований усеченных гиперболоидов связаны соот-

52

ношением: между обечайками размещены вертикальные, закрученные по спирали перегородки. Ветроколесо 4 выполнено

сжесткими профилированными лопастями 5 в виде тела вращения. Вытяжное устройство выполнено в виде сегмента 6, а нижнее основание башни –– в виде усеченного гиперболоида с эжекционным отверстием 7 сверху (рис. 2.2.45.).

Данная ветроустановка относится к ветроэнергетике и может быть использовано для создания ветряных двигателей

сорганизующими и направляющими устройствами для воздушного потока.

Известен ветродвигатель с лопаточным ветроколесом с вертикальной осью вращения (А.с. 1245744, кл. Р 04 Д 5/00, 1984 г.). Его недостаток - относительно низкий КПД, обусловленный, в частности, большим моментом трогания, что приводит практически к прекращению преобразования энергии на скорости ветра меньше 4...5 м/с. Кроме того, это устройство подвержено воздействию гироскопических нагрузок.

Более эффективен другой известный ветродвигатель

(А.с. 1765492, кл. Р 04 Д 3/03, 1992 г.), с нижним кольце-

вым воздухозаборником, с расположенным в корпусе направляющим устройством для воздушного потока в виде вертикальных перегородок, изогнутых по винтовым линиям, вытяжного цилиндрического канала, ветроколеса и диффузорного вытяжного устройства.

53

диффузора с жесткими профилированными лопастями (А.с. N 204290, 1983 г.)

Конструкция ветродвигателя завершается сегментным (чашеобразным) вытяжным устройством для выброса отработанного в ветродвигателе потока воздуха (А.с. № 247798, 1986 г.)

В основании нижнего "генератора вихря" сформирован вертикальный осесимметричный канал (в виде усеченного гиперболоида) эжекции дополнительного потока воздуха окружающей среды, который подмешивается к образованному "генератором вихря" закрученному потоку.

Анализ научно-технической литературы показал, что до даты подачи заявки отсутствовали устройства с указанной совокупностью существенных признаков, которые в известной литературе не обнаружены. Следовательно, предложение отвечает критерию существенных отличий.

Кроме того, требуемый технический результат достигается вновь введенной совокупностью признаков, которая в известной литературе не обнаружена, следовательно, предложение отвечает требованию изобретательского уровня. При этом элементы конструкции устройства являются либо известными до даты подачи заявки, либо их конструктивное выполнение приведено в материалах заявки.

В соответствии с этим предложение отвечает требованию промышленной применимости.

На рисунеке 2.2.45. представлена конструкция вихревой ветроустановки. Ветроустановка состоит из корпуса, набранного из усеченных полых гиперболоидов 1 с профилированными вертикальными перегородками 2 внутри гиперболоидов, закрученными по спирали. вместе образующими "генераторы вихря".

Торцы вертикальных профилированных перегородок внутри каждого "генератора вихря" формируют вытяжные цилиндрические каналы 3.

Ветроколесо установки 4 выполнено в виде тела вращения с жесткими профилированными лопастями 5.

55

Над ветроколесом расположено вытяжное устройство для отсоса отработанного потока воздуха, выполненное в виде сегмента (чаши) 6 с заданными: внешним диаметром Дн, радиусом закругления гл, глубиной hл.

Восновании нижнего "генератора вихря" выполнен эжектор 7 в виде усеченного гиперболоида.

Воздухозаборник ветроустановки образуют: основание гиперболоида верхнего "генератора вихря" 1 и основание нижнего "генератора вихря" 8.

Под основанием нижнего "генератора вихря" 8 размещается эл. генератор 9.

Работает вихревая ветроустановка следующим образом. Поток воздуха (ветер) через воздухозаборник поступает в "генератор вихря" 1,2, в котором, приобретая скорость и направление движения, образует в вытяжных цилиндрических каналах 3 вихревой поток, под действием этого потока ветроколесо 4 приводится во вращение. В вихревой поток подмешивается дополнительный поток воздуха, который входит через эжектор 7, инициируемый пониженным давлением внутри вытяжных цилиндрических каналов 3 за счет закрученного движения потока воздуха. После ветроколеса 4 отработанный воздух поступает в вытяжное устройство 6, которое, используя энергию ветра, отсасывает этот отработанный воздух.

Повышение коэффициента использования энергии ветра обеспечивается особенностями конструкции ветроустановки –

–возможностью работы от малых ветров и восходящих тепловых потоков.

Взаключении по данной вихревой ветроустановки можно сказать следующее, что данная вихревая ветроустановка, содержащая вытяжную башню с кольцевым воздухозаборником у основания, направляющий аппарат, ветроколесо, установленное на выходе направляющего аппарата, и вытяжное устройство, отличающаяся тем, что направляющий аппарат снабжен двумя или более коаксиально расположенными в башне обечайками в виде усеченных гиперболоидов, сужаю-

56

щихся к выходу, радиусы отверстий верхних Рвi и нижних Рнi оснований которых связаны соотношением Pвi < Pнi, причем

Рвi (0,8 - 0,9)Рвi+1, Rнi+1 (0,8 - 0,9)Rнi+1 с вертикаль-

ными закрученными по спирали перегородками, размещенными в зазорах между обечайками, при этом ветроколесо выполнено с жесткими профилированными лопастями в виде тела вращения, вытяжное устройство выполнено в виде сегмента, а нижнее основание башни - в виде усеченного гиперболоида с эжекционным отверстием сверху, посредством которого полость направляющего аппарата сообщена с окружающей средой.

Рассмотрим ветроэлектрическую станцию (Рис. 2.2.46.), содержащая генератор, опору, установленную на опоре раму, закрепленный на раме корпус с входным конфузором, расположенным горизонтально, и выходным каналом, размещенное за конфузором ветроколесо, кинематически связанное с генератором, и верхний киль, закрепленный на корпусе, отличающаяся тем, что станция снабжена направляющим аппаратом, расположенным перед ветроколесом, нижним килем, аккумулятором-противовесом, поворотным эжектором, скрепленным с эжектором флюгером, кольцом и тросами с резьбовыми соединениями, при этом выходной канал выполнен в виде трубы Г - образной формы и на его выходе установлен эжектор с флюгером, труба выполнена из заполненных газом легче воздуха торов, установленных друг на друге, внешний диаметр которых уменьшается по высоте,, торы скреплены между собой кольцом, установленным в верхней части трубы, и тросами с резьбовыми соединениями, один конец которых закреплен на кольце, а другой - на раме. Основание выполнено с возможностью вращения относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести станции, аккумулятор-противовес закреплен на раме с эксцентриситетом относительно центра тяжести, а нижний киль закреплен на нижней части корпуса, на нижнем торе и раме.

57

итросами с резьбовыми соединениями, при этом выходной канал выполнен в виде трубы Г-образной формы, на выходе которого установлен эжектор с флюгером, труба выполнена из заполненных газом, легче воздуха, торов, установленных друг на друга, внешний диаметр которых уменьшается по высоте, торы скреплены между собой кольцом, установленным в верхней части трубы, и тросами с резьбовыми соединениями, один конец которых закреплен на кольце, а другой - на раме, основание выполнено с возможностью вращения относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести станции, аккумулятор-противовес 5 закреплен на раме с эксцентриситетом относительно центра, а нижний киль закреплен на нижней части корпуса, на нижнем торе и раме.

Сопоставленный анализ с прототипом показывает, что станция отличается тем, что она снабжена направляющим аппаратом, нижнем килем, аккумулятором-противовесом, эжектором, трубой Г-образной формы, выполненной из заполненных газом, торов и другими элементами.

Сравнение не только с прототипом, но и с другими техническими решениями показало, что в данном варианте некоторые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений; незначительное давление конструкции на опору (например, крышу данного домика, на котором может быть установлена станция), работоспособность при незначительных напорах ветра и др.

На раме установлен конфузор, который крепится хомутом к раме. В узкой части конфузора установлен направляющий аппарат, ветроколесо. Узкое сечение конфузора соединено с вытяжной трубой, на другом конце которой установлен поворотный эжектор с флюгером, установленным в нижней части эжектора.

Труба состоит из торов, наполненных газом, легче воздуха, например, инертными или водородом. С помощью кольца

итросов труба установлена на раме. Тросы снабжены резьбовыми соединениями для крепления торов трубы к раме. Труба выполнена Г-образной формы для соединения конфузора с по-

59

воротным эжектором. Киль состоит из верхней и нижней частей и укреплен на раме, конфузоре, трубе, петле, установленной на верхней части большого диаметра конфузора. Крепление киля осуществлено с помощью тросов, запасованных в соответствующие петли каждый тор имеет штуцер с ниппелем, присоединенные к общему коллектору, по которому газ по ступает при заправке в торы.

Рама установлена на вращающейся опоре, состоящей из оси, корпуса, подшипников, распорных колец, крышки, прикрепленной к раме. На раме установлен противовес, одновременно выполняющий функции аккумулятора энергии. Ветроэнергетическая станция работает следующим образом. При отсутствии напора ветра станция работает за счет тяги,, создаваемой перепадом давления на верхнем и нижнем концах трубы. При появлении ветра сбоку станции создается момент относительно оси вращения благодаря килю станция разворачивается конфузором в сторону ветра. В конфузоре поток увеличивает скорость, направляющий аппарат направляет воздушный поток перпендикулярно лопастям ветроколеса, которое является ротором турбины со встроенными магнитами. Статор генератора расположен в узком сечении конфузора. Дополнительная тяга создается трубой и эжектором, который за счет флюгера поворачивается по направлению ветра. Генератор соединен с аккумулятором и нагрузкой, например, осветительной или отопительной системой.

Введение в установку надувных торов, наполненных например, гелием позволит сбалансировать нагрузки на раме, повысить чувствительность при ориентации по направлению ветра. Этому способствует киль, противовес, вращающаяся на подшипниках опора.

Внутренние диаметры нижних торов выполнены асимметрично относительно главных осей тора для уменьшения потерь воздушного потока в Г-образной трубе.

Ветроэлектрическая станция сравнительно проста в монтаже, может быть установлена на крыше дачного или фермерско-

60