Ветроэнергетическая установка
Ветроэнергетическая установка может быть использована для преобразования энергии ветра и восходящих воздушных потоков, протекающих в вертикальных трубах, в электрическую или механическую энергию. Для повышения коэффициента использования энергии ветра и восходящих воздушных потоков установка снабжена дефлектором, закрепленным над устьем вертикальной трубы, и направляющим аппаратом, размещенным в основание вертикальной трубы. Дефлектор выполнен в виде дискообразного зонта и фланца, соединенных между собой с образованием горизонтального прямолинейного воздушного канала, имеющего кругообразный конфузорный вход и такой же по размеру и профилю кругообразный диффузорный выход. Дефлектор обеспечивает усиленный эффект ветровой эжекции и создание зоны разряжения за осевым ветроколесом. Направляющий аппарат выполнен в виде кругообразного конфузорного входа и конуса, установленного в основании с образованием воздушных каналов между поверхностью конуса и внутренней поверхностью конфузорной части активной рабочей зоны вертикальной трубы. Направляющий аппарат позволяет создать увеличенный по объему и скорости напор набегающего на осевое ветроколесо воздушного потока.
Заявляемая полезная модель относится к области ветроэнергетики, в частности к устройствам для преобразования энергии ветра и восходящих воздушных потоков, протекающих в вертикальных трубах, в электрическую или механическую энергию.
Известна ветроэнергетическая установка, содержащая вертикальную трубу, активная рабочая зона которой выполнена в виде нижней конфузорной части, соединенной с верхней цилиндрической частью, в которой размещено осевое ветроколесо, соединенное с электрогенератором, нижняя конфузорная часть установлена на основании с образованием входных воздушных проемов (патент RU 
2062353 МПК F03D 3/00).
Такая ветроэнергетическая установка не обеспечивает необходимый коэффициент использования энергии ветра по причине неполного аэродинамического профиля активной рабочей зоны вертикальной трубы и отсутствие каких-либо усилителей тяги за осевым ветроколесом.
Известна ветроэнергетическая установка, содержащая вертикальную трубу, активная рабочая зона которой выполнена в виде нижней конфузорной, верхней диффузорной и средней малой цилиндрической частей, осевое ветроколесо, соединенное с электрогенератором и размещенное в средней малой цилиндрической части, нижняя конфузорная часть установлена на основании с образованием входных воздушных проемов (авторское свидетельство SU 1134771, МПК F03D 3/04).
Данная ветроэнергетическая установка, являющаяся наиболее близкой по совокупности признаков к заявляемой установке, также не обеспечивает достаточный коэффициент использования энергии ветра, ввиду отсутствия усилителей тяги за пределами активной рабочей зоны вертикальной трубы и отсутствия эффективного направляющего аппарата на входе в активную рабочую зону вертикальной трубы Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении коэффициента использования энергии ветра.
Указанный технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка, содержащая вертикальную трубу, активная рабочая зона которой выполнена в виде нижней конфузорной, верхней диффузорной и средней малой цилиндрической частей, осевое ветроколесо, соединенное с электрогенератором и размещенное в средней малой цилиндрической части, нижняя конфузорная часть установлена на основании с образованием входных воздушных проемов, установка снабжена дефлектором, расположенным над устьем вертикальной трубы и выполненным в виде фланца с патрубком, соединенным непосредственно с устьем вертикальной трубы, и зонта в виде диска, соединенного с фланцем с образованием между ними прямолинейного горизонтального воздушного канала, при этом периферийные участки фланца и дискообразного зонта выполнены в виде изгибов для совместного образования кругообразного конфузорного входа в прямолинейный горизонтальный воздушный канал и такого же по размеру и профилю кругообразного диффузорного выхода.
Кроме того, основание вертикальной трубы снабжено направляющим аппаратом, выполненным в виде кругообразного конфузорного входа в активную рабочую зону и конуса, установленного в основании с образованием воздушных каналов между поверхностью конуса и внутренней поверхностью конфузорной части активной рабочей зоны вертикальной трубы.
Установка дефлектора над устьем вертикальной трубы позволяет, за счет создания усиленного эффекта ветровой эжекции, создать в диффузорной части зону пониженного сопротивления вращению осевого ветроколеса. Кроме того, создание в основании установки высокоэффективного направляющего аппарата позволяет увеличить скоростной напор и мощность набегающего потока, что в совокупности позволяет увеличить мощность ветроэнергетической установки.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая ветроэнергетическая установка отличается тем, что установка снабжена дефлектором, расположенным над устьем вертикальной трубы и выполненным в виде фланца с патрубком, соединенным непосредственно с устьем вертикальной трубы, и зонта в виде диска, соединенного с фланцем с образованием между ними прямолинейного горизонтального воздушного канала, при этом периферийные участки фланца и дискообразного зонта выполнены в виде изгибов для совместного образования кругообразного конфузорного входа в прямолинейный горизонтальный воздушный канал и такого же по размеру и профилю кругообразного диффузорного выхода. Кроме того, основание вертикальной трубы снабжено направляющим аппаратом, выполненным в виде кругообразного конфузорного входа и конуса, установленного в основании с образованием воздушных каналов между поверхностью конуса и внутренней поверхностью конфузорной части активной рабочей зоны вертикальной трубы. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии критерию патентоспособности полезной модели «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена ветроэнергетическая установка, продольный разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1.
Ветроэнергетическая установка содержит (фиг.1) вертикальную трубу 1, активная рабочая зона которой выполнена в виде нижней конфузорной 2, верхней диффузорной 3 и средней малой цилиндрической 4 частей. В средней малой цилиндрической части 4 размешено осевое ветроколесо 5, соединенное с электрогенератором 6. Нижняя конфузорная часть 2 установлена на основании 7 с образованием входных воздушных проемов 8. Над устьем вертикальной трубы 1 расположен дефлектор, выполненный в виде фланца 9 с патрубком 10, который непосредственно соединен с устьем вертикальной трубы 1, и зонта 11 в виде диска, соединенного с фланцем 9 посредством шпилек 12 с образованием между ними прямолинейного горизонтального воздушного канала 13. Периферийные участки фланца 9 и дискообразного зонта 11 выполнены в виде изгибов 14 для совместного образования кругообразного конфузорного входа 15 в прямолинейный горизонтальный воздушный канал 13 и такого же по размеру и профилю кругообразного диффузорного выхода 16. На изгибах 14 дискообразного зонта 11 выполнены (фиг.2) дренажные щели 17, расположенные продольно профилю изгибов 14. Основание 7 снабжено направляющим аппаратом, (фиг.1) выполненным в виде кругообразного конфузорного входа 18 и конуса 19, установленного в основание 7 соосно конфузорной части 2 с образованием между их поверхностями воздушных каналов 20. При этом конус 19 может быть выполнен полым и в этой полости размещен нагревательный элемент 21.
Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.
В общем случае осевое ветроколесо 5, установленное в активной рабочей зоне вертикальной трубы 1, имеющей полный и наиболее эффективный аэродинамический профиль, обусловленный наличием конфузорной части 2 перед осевым ветроколесом 5 и диффузорной части 3 за осевым ветроколесом 5, начинает вращаться, а электрогенератор 6 вырабатывать электроэнергию, вследствие постоянного движения восходящего воздушного потока в вертикальной трубе 1. Отличительная особенность работы предлагаемой ветроэнергетической установки заключается в следующем. Наружный воздух при любом направлении ветра прежде поступает в кругообразный конфузорный вход 18, который, имея увеличенную площадь входного сечения, производит захват увеличенного объема воздушной массы. Этот увеличенный объем воздушной массы, пройдя через меньшее сечение проемов 8, ускоряет свое движение в направляющий канал 20, образованный стенками конуса 19 и конфузорной части 2, и далее прямо на осевое ветроколесо 5. Ветроколесо 5, воспринимая воздействие увеличенного по объему и скоростному напору воздушного потока, увеличивает скорость вращения. Одновременно с этим зона диффузорной части 3 находится под воздействием дефлектора, установленного над устьем вертикальной трубы 1. Ветер любого направления, обладающий повышенной скоростью на уровне устья вертикальной трубы 1, пройдя через кругообразный конфузорный вход 15 и увеличив свою скорость, устремляется в прямолинейный горизонтальный воздушный канал 13 и далее через кругообразный диффузорный выход 16 с противоположной стороны выбрасывается наружу. При этом поток ветра, протекая над устьем вертикальной трубы 1, производит увеличенный эжекционный отсос воздуха из зоны диффузорной части 3, тем самым создает в ней зону разряжения и значительно снижает нагрузку осевому ветроколесу 5. Таким образом, создание в активной рабочей зоне вертикальной трубы 1 двойного положительного воздействия на работу осевого ветроколеса 5, т.е. создание с фронтальной стороны увеличенного по объему и скоростному напору воздушного потока и создание с тыльной стороны зоны разряжения, позволяет значительно повысить коэффициент использования энергии ветра, увеличить скорость осевого ветроколеса 5 и, соответственно, увеличить мощность ветроэнергетической установки.
Включение в работу нагревательного элемента 21, размещенного в полости конуса 19, позволяет через нагретую поверхность 19 подогревать окружающий воздух, который с большей скорость поднимается к ветроколесу 5, увлекая за собой основной поток воздуха, поступающего через конфузорный вход 18, что позволяет дополнительно увеличить эффективность работы ветроколеса 5. Выполнение дренажных щелей 17 на изгибах 14 зонта 11 дефлектора позволяет не допустить перегрузки на дефлектор от атмосферных осадков, поскольку дождевая вода стекает через дренажные щели 17 вниз и не скапливается на поверхности зонта 11.
1. Ветроэнергетическая установка, содержащая вертикальную трубу, активная рабочая зона которой выполнена в виде нижней конфузорной, верхней диффузорной и средней малой цилиндрической частей, осевое ветроколесо, соединенное с электрогенератором и размещенное в средней малой цилиндрической части, нижняя конфузорная часть установлена на основании с образованием входных воздушных проемов, отличающаяся тем, что установка снабжена дефлектором, расположенным над устьем вертикальной трубы и выполненным в виде фланца с патрубком, соединенным непосредственно с устьем вертикальной трубы, и зонта в виде диска, соединенного с фланцем с образованием между ними прямолинейного горизонтального воздушного канала, при этом периферийные участки фланца и дискообразного зонта выполнены в виде изгибов для совместного образования кругообразного конфузорного входа в прямолинейный горизонтальный воздушный канал и такого же по размеру и профилю кругообразного диффузорного выхода.
2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что основание вертикальной трубы снабжено направляющим аппаратом, выполненным в виде кругообразного конфузорного входа и конуса, установленного в основании с образованием воздушных каналов между поверхностью конуса и внутренней поверхностью конфузорной части активной рабочей зоны вертикальной трубы.
3. Ветроэнергетическая установка по п.2, отличающаяся тем, что конус направляющего аппарата выполнен полым и в полости конуса размещен нагревательный элемент.
4. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на изгибах дискообразного зонта дефлектора выполнены дренажные щели, расположенные продольно профилю изгибов.
