Устройство для преобразования энергии воздушных потоков в электрическую
Предложение относится к устройствам для получения электрической энергии путем преобразования энергии воздушных потоков с помощью технических средств для отбора энергии атмосферных течений.
Устройство содержит корпус 4 в виде удлиненного полого цилиндра, разделенного на несколько секций: 5, 8, 10 (и более), в каждой из которых установлен агрегат для взаимодействия с набегающим атмосферным потоком - 8 и соединенный с ним генератор 9 электрического тока; корпус устройства закреплен в фундаменте 1 с помощью упрочняющих элементов 2, на фундаменте размещена временная модульная монтажная площадка 3, с которой ведут монтаж блоков устройства; агрегаты 8 имеют лопатки 18 и лопатки 16, которые ориентируют к набегающему потоку воздуха с помощью механизма 17 и тяг 22, меняя во времени углы атаки лопаток и регулируя их аэродинамическую силу при взаимодействии с атмосферными течениями, а при необходимости валы агрегатов могут быть зафиксированы с помощью тормозных механизмов 15: при техосмотре, ремонтных работах и выключении на реконструкцию. Такое выполнение устройства позволяет вести преобразование энергии атмоферных потоков в механическую и получать электроэнергию, передавая энергию вращения на привод генератора 9. А с помощью лопаток 16 и 18 возможно регулирование аэродинамических характеристик и получаемой мощности в широком заданном диапазоне в зависимости от времени года, времени суток и нагрузках в сети потребителя. Ил. - 5; Форм. - 5 п.
Предложение относится к устройствам для получения электрической энергии путем преобразования энергии воздушных атмосферных потоков агрегатами, взаимодействующими с генераторами электроэнергии.
В настоящее время известны принципиальные направления развития аналогичных технических решений, из которых наиболее представительным решением является устройство для получения электроэнергии, имеющее привод и генератор /Промышленное и строительное оборудование, сб. №3, 2003, М.-СПб, с.92/.
Существенными и очевидными недостатками такого устройства является значительная потребность топливных компонентов (горючего и окислителя) для привода генератора электроэнергии, что отражается на повышении стоимости получаемой электроэнергии.
Наиболее близким устройством для преобразования энергии воздушных потоков в электрическую является устройство, содержащее корпус, агрегат взаимодействия с набегающим атмосферным потоком, соединенный с генератором электроэнергии /RU №94039446, 04.10.1994/.
Обладая определенными преимуществами перед аналогами, в частности, за счет снижения затрат на энергетические материалы, это устройство включает также недостатки, заключающиеся в его принципиальной конструкционно-технической схеме, при которой используют только пассивные потоки атмосферного воздуха и не активную энергию этого восходящего потока, что существенно снижает производительность устройства, уменьшает КПД преобразования энергии атмосферного восходящего потока и его удельных характеристик и, в конечном итоге, отражается на незначительной эффективности преобразования энергии воздушного потока в электроэнергию, повышая ее стоимость.
Технической задачей и положительным результатом данного предложения является увеличение показателей преобразования энергии
конвективных, ламинарных и динамических вихревых потоков атмосферных масс (воздуха) в энергию вращения и передачи этой энергии на привод электрогенератора при возможности оперативного выбора динамических характеристик воздушных потоков по вертикали и горизонтали и регулировании вырабатываемой мощности электрогенератором.
Это в предложении заявителя достигается за счет выполнения устройства для преобразования энергии воздушных потоков в электрическую, содержащем корпус, агрегат взаимодействия с набегающим атмосферных потоком, соединенный с генератором электроэнергии (эл. тока), и выполнении корпуса устройства в виде полого удлиненного цилиндра, ориентированного вертикально и закрепленного своим основанием в фундаменте, ствол цилиндра разделен по высоте на несколько секций, в каждой из которых размещен агрегат взаимодействия с набегающим атмосферным потоком и соединенный с ним (агрегатом) генератор электроэнергии, основание цилиндра (корпуса) оснащено упрочняющими элементами, соединяющими корпус цилиндра с фундаментом, а вершина корпуса имеет световой излучатель (излучатель света), при этом секции устройства (корпуса) оснащены лифтом, смотровыми площадками и поручнем, выполненными на каждой секции устройства.
При этом агрегат выполнен в виде турбины с лопатками, имеющими механизм регулирования их угла атаки по отношению к направлению набегающего атмосферного потока.
Также агрегат оснащен по окружности дополнительными воздухозаборными лопатками, установленными на шарнирах с зазором от лопаток турбины, при этом дополнительные лопатки имеют механизм регулирования их положения к лопаткам турбины и по углу атаки к набегающему атмосферному потоку.
Также агрегаты оснащены тормозными механизмами. А основание корпуса устройства имеет временную модульную монтажную площадку.
На фиг.1 показан общий вид устройства;
на фиг.2 - агрегат взаимодействия с набегающим атмосферным потоком;
на фиг.3 - вид в плане на агрегат (по фиг.2);
на фиг.4 и фиг.5 приведена конструкция лопаток агрегата.
Устройство для преобразования энергии воздушных потоков в электрическую содержит фундамент 1, на который оно (устройство) опирается с помощью упрочняющих элементов 2, собранных в форме усеченной пирамиды или усеченного конуса (фиг.1); в основании имеется временно устраиваемая модульная монтажная площадка 3, с которой ведут монтаж корпуса 4 устройства в виде полого удлиненного цилиндра, разделенного на секции 5 (также: 8, 9, 10), вершина корпуса оснащена световым излучателем 6 (источником света в красном, желтом противотуманном излучении). Каждая секция оснащена смотровой площадкой 7 с поручнями для возможности проведения техосмотра, ремонта, наладки устройства, выбора режимов его работы.
В корпусе 4 устройства размещены агрегаты 8 взаимодействия с набегающими атмосферными потоками; агрегаты 8 соединены с генераторами электрической энергии (электрического тока, напряжения) 9, 10, размещенными в указанных своих секциях в корпусе устройства.
Для обслуживания узлов и агрегатов устройство имеет лифт 11, предназначенный для поднятия (и опускания) оборудования и персонала при осмотре, техобслуживании и ремонте техоснащения устройства.
Агрегат 8 (фиг.2, фиг.3) закреплен на оси 12 вращения и с осью вращения 13 электрогенератора 9 соединен с помощью муфты 14, а для возможности остановки - имеет тормозной механизм 15.
Агрегат 8 имеет лопатки 16, механизм 17 регулирования их положения и ориентирования их угла атаки к набегающему атмосферному потоку и к лопаткам 18, закрепленным на валу оси 12 с помощью шарниров 19 и шарниров их поворота 20; лопатки 16 также имеют установку на шарнирах 19 и шарнир 20 поворота по углу атаки и по отношению к лопаткам 16 турбины агрегата (фиг.4, фиг.5).
Отдельные секции (5, 8, 10) корпуса 4 в местах размещения турбин (фиг.3) имеют окна, образованные стойками 21, которые не препятствуют взаимодействию лопаток 16 и 18 с набегающим атмосферным потоком, предоставляя этому потоку свободное воздействие на эти
лопатки 16 и 18 агрегата, ориентируемых, как указано, с помощью механизма 17 и тяг 22, соединяющим механизм с лопатками.
Устройство в объеме монтажной площадки 3 (фиг.1) имеет монтажное оборудование 23, вспомогательные помещения 24 и дополнительное подъемно-крановое оборудование 25 для снятия и монтажа агрегатов, монтируемых в конструктивную схему устройства.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
После полного монтажа, сборки и проверки всех механизмов устройства выбирают режим взаимодействия лопаток 16 и 18 агрегата 8 по ориентированию их между собой механизмами 17 и тягами 22 и по отношению к набегающему потоку воздуха (угол атаки лопаток), следят за показаниями характеристик, снимаемых с генераторов 9 электроэнергии (по току, напряжению, сопротивлению, мощности), используя получаемую электроэнергию по ее прямому назначению и часть - для обслуживания самого устройства: привода лифта; освещения и т.п.
Механизм 17 позволяет вести оперативный выбор режимов работы лопаток 16 и 18 агрегата 8 как по отношению к горизонтальным (фронтальным атмосферных течениям, так и по отношению к восходящим конвективных атмосферных потокам, к вихревым турбулентным потокам, выбирая при этом не только режим работы генераторов 9 электроэнергии, но и, что не менее важно, - вести вертикальную аэродинамическую "подвеску" всего корпуса устройства, снижая этим вертикальную нагрузку от веса устройства на фундамент 1 и на элементы 2, (под термином "подвеска" понимается организация вертикальной подъемной силы на корпус устройства и его техоснащение за счет наклона лопаток под углом в вертикальной плоскости, что позволяет создать вертикальную подъемную силу и снизить нагрузку на фундамент; естественно, что величина вертикальной подъемной силы выбирается всегда меньше той вертикальной силы, которая смогла бы полностью поднять все устройство, т.е. "подвесить" его в воздухе.
С помощью лифта 11 ведут осмотр всех узлов устройства,
выполняют необходимые профилактические и ремонтные работы, замену узлов и агрегатов устройства, прверку работы световых габаритных сигналов для обеспечения более безопасной и комфортной работы устройства преобразования энергии воздушных потоков в механическую (энергию вращения) и выработку электрической энергии.
Таким образом, разработанное устройство является полносборным и может быть использовано практически в любой географической части территории государства. При этом данное устройство использует в своей работе только неисчезающую и постоянно восполняемую энергию атмосферных течений, которые (течения), как известно, (Качурин Л.Г., Физические основы воздействия на атмосферные процессы, Лд, Гидрометеоиздат, 1978, с.229, 263, 277) существуют в любой точке поверхности земли и над водной поверхностью, над которой эти атмосферные течения являются особенно постоянными и интенсивными, что позволяет вести получение электроэнергии с помощью данного мобильного и эффективного устройства.
1. Устройство для преобразования энергии воздушных потоков в электрическую, содержащее корпус, агрегат взаимодействия с набегающим атмосферным потоком, соединенный с генератором электроэнергии, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен в виде полого удлиненного цилиндра, ориентированного вертикально и закрепленного своим основанием в фундаменте, ствол цилиндра разделен по высоте на несколько секций, в каждой из которых размещен агрегат взаимодействия с набегающим атмосферным потоком и соединенный с ним генератор электроэнергии, основание цилиндра оснащено упрочняющими элементами, соединяющими корпус цилиндра с фундаментом, а вершина корпуса имеет световой излучатель, при этом секции устройства оснащены лифтом, смотровыми площадками и поручнем.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что агрегат выполнен в виде турбины с лопатками, имеющими механизм регулирования их угла атаки по отношению к набегающему потоку.
3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что агрегат оснащен по окружности дополнительными воздухозаборными лопатками, установленными на шарнирах с зазором от лопаток турбины, при этом дополнительные лопатки имеют механизм регулирования их положения к лопаткам турбины и по углу атаки к атмосферному потоку.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что агрегаты оснащены тормозными механизмами.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основание корпуса имеет временную модульную монтажную площадку.
