УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЁМА ВЕТРЯНОЙ ЭНЕРГИИ

Устройство относится к ветряной энергетике.

Известно устройство для приёма ветряной энергии с вертикальной осью вращения IONNINA FACTORY: KOSMIRA, ATHENS: NIKISl l, SIDAGMA, E-mail: info@air-sun.gr, которое содержит ротор с вертикальной осью вращения и делитель потока ветра, выполненный в виде пластины в форме прямоугольного треугольника, гипотенуза которого жёстко закреплена снаружи от ротора Делитель частично меняет интенсивность потока ветра и более или менее равномерно распределяет поток ветра между вогнутой и выпуклой поверхностями ротора, за счёт чего обеспечивается вращение ротора с относительно равномерной скоростью.

Недостатком конструкции является то, что делитель потока ветра с треугольной формой частично выполняет свою функцию только в своей широкой части (у основания) и совершенно бесполезен в области верхнего острого угла треугольника. Кроме того, и что наиболее важно, делитель ветра неспособен полностью отвести поток ветра от выпуклой поверхности ротора и, следовательно, устранить возникающее вследствие этого тормозящее действие потока ветра.

Недостатком описанного аналога является также громоздкость конструкции, где активная часть (ротор) занимает всего 30% общего обЪма и экономически она также мало привлекательна, так как для изготовления предполагает использование дорогих материалов (нержавеющей стали).

Известна также ветроэнергоустановка ( Патент R U N # 2384732 С 1), в которой два ротора с вертикальной осью вращения размещены по бокам дирижаблеподобного обтекателя, где вогнутые лопасти турбин выступают симметрично снаружи от обтекателя. Последний с одной стороны, экранирует выпуклые части лопастей от встречного потока ветра, а с другой стороны, выполняет роль флюгера для ориентации всего устройства навстречу потоку ветра.

Недостатком устройства является то, что энергия потока ветра, попадающего на выступающие наружу лопасти турбин, осваивается неполностью. Следует также отметить громоздкость конструкции.

Известна также ветроэнергетическая система (WO 2012/147108, PCT/IN 2012/0003217), которая содержит корпус, где размещены два ротора с лопастями на вертикальных осях с возможностью вращения в противоположных направлениях, где корпус устройства и лопасти роторов расположены по касательной.

Недостатком её является неполное освоение энергии ветра, так как закрытые корпусом выпуклые лопасти роторов никак не участвуют в приёме энергии ветра. Следует отменить также громоздкость конструкции и проблему её ориентации против потока ветра.

Известно также "Устройство с двойной турбиной для преобразования энергии ветра в электрическую энергию" (U S 5969430 (А)- 1999- 10- 19), которое аналогично предыдущему содержит корпус с входным и выходным окнами, с расположенными внутри двумя роторами на вертикальных осях с лопастями, с возможностью вращения в противоположных направлениях, где корпус устройства и лопасти роторов расположены по касательной.

Данное устройство обладает теми же недостатками, что и предыдущее. Прототипом предполагаемого изобретения является "Ротор и устройство для приёма ветряной энергии" (GE Р 2015 6299 В), где два ротора с вертикальными осями вращения расположены в одном корпусе, между роторами спереди и сзади установлен делитель потока ветра.

Недостатком данного устройства является то,что его корпус выполняет в основном, функцию соединения и размещения роторов и делителя потока ветра, но сам корпус мало участвует в активном усилении потока ветра, попадающего в зону действия устройства.

Целью представленного предполагаемого изобретения является создание такого устройства, где его корпус обеспечит активное взаимодействие не только с вогнутыми, но и выпуклыми поверхностями лопастей ротора и делителем потока ветра для более полного освоения энергии ветра и повышения общей эффективности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для приёма ветряной энергии, содержащем четырёхугольный корпус, делитель потока ветра в центре корпуса, два крыльчатых ротора, имеющих возможность вращения в протиположных направлениях на вертикальных осях, передняя стенка четырёхугольного корпуса со стороны потока ветра полностью покрывает переднюю половину роторов, а задняя стенка корпуса покрывает 50-85% задней половины роторов; при этом боковые (вертикальные) стенки корпуса относительно передней половины роторов расположены по касательной относительно лопастей роторов, в то время как задняя вертикальная стенка корпуса выполнена закруглённой параллельно роторам, при этом внутренние поверхности горизонтальных верхней, нижней и вертикальных стенок корпуса выполнены выпуклыми, а их наружные поверхности-плоскими.

Техническим результатом устройства является значительное повышение его эффективности.

Ввиду того, что воздушный поток, поступающий в корпус устройства спереди, попадает на стенки делителя потока ветра, делитель направляет весь поток ветра на вогнутые поверхности лопастей роторов, в то же время прикрывает выпуклые поверхности лопастей роторов. Этим действием, с одной стороны, усиливается вращающий момент, действующий на роторы, а с другой стороны, устраняется тормозящее действие потока ветра, если бы он попадал на выпуклые поверхности лопастей роторов.

Ввиду того, что воздушный поток, попадающий в корпус устройства,оказывается в ограниченном пространстве, которое создаётся стенками корпуса, покрывающего всю переднюю половину роторов, а вертикальные стенки корпуса расположены в отношении роторов по касательной, происходит сужение потока ветра и, согласно закону Бернулли, соответственно, происходит его ускорение и усиление вращающего момента роторов.

Ввиду того, что вертикальные стенки корпуса в задней части выполнены закруглёнными, расположены в плоскости, параллельной роторам, а в целом корпус устройства в задней части покрывает 50-85% задней половины роторов, ускоренный поток ветра продолжает движение по направлению, совпадающему с направлением вращения роторов, что также усиливает мощность их вращения.

Ввиду того, что внутренние поверхности горизонтальных (верхней и нижней), а также вертикальных стенок корпуса выполнены выпуклыми, а наружные стенки -плоскими, также согласно закону Бернулли, происходит ускорение потока ветра внутри корпуса, что также усиливает вращающий момент роторов.

Следует особо дифференцировать усиленный поток ветра, попадающий между горизонтальными стенками корпуса и наружными и внутренними половинами торцовых частей роторов. Усиленный поток ветра, попадающий на наружные половины торцовых частей роторов, по направлению совпадает с направлением вращения роторов и усиливает это вращение.

Что касается усиленного потока ветра, попадающего на внутреннюю половину торцовых частей роторов, поток ветра создаёт вакуум с задней внутренней стороны роторов, которые прикрыты делителем потока ветра, и высасывает воздух из этого пространства, что совпадает с направлением вращения роторов в этом месте и также способствует усилению вращения роторов.

Таким образом, в общем итоге описанное устройство для приёма ветряной энергии не только полностью ориентирует попадание потока ветра на активные , вогнутые поверхности лопастей роторов, не только полностью исключает попадание потока ветра на выпуклые поверхности лопастей роторов (и их тормозящее действие), не только усиливает поток ветра, попадающий в зону действия корпуса устройства, но даже в закрытой зоне выпуклых поверхностей лопастей роторов обеспечивает активное отсасывание воздуха, что создаёт дополнительный вращающий момент, совпадающий по направлению с вращением роторов.

В результате, во всех фазах движения роторов создаётся усилие, вращающее роторы в одном направлении, и ни в одной фазе не создаётся тормозящего действия. Вследствие этого значительно увеличивается коэффициент полезного действия описанного устройства.

Предполагаемое изобретение схематически иллюстрировано фигурами 1,2 и 3.

На фигуре 1 представлен поперечный срез устройства,

На фигуре 2 представлен вид устройства спереди,

На фигуре 3 представлен вид устройства сбоку.

Устройство для приёма ветряной энергии содержит четырёхугольный корпус 1, делитель потока ветра 2 в центре корпуса 1, два крыльчатых ротора 3, имеющих возможность вращения в противоположных направлениях на вертикальных осях; корпус 1 со всех четырёх сторон покрывает переднюю половину роторов 3, а задняя стенка корпуса 1 покрывает 50-85% задней половины роторов 3; при этом боковые (вертикальные) стенки 4 корпуса 1 относительно передней половины роторов 3 расположены по касательной, в то время как задняя часть 5 вертикальных стенок 4 корпуса 1 выполнены закруглёнными параллельно роторам 3, при этом внутренние поверхности горизонтальных верхней, нижней 7 и вертикальных 9 стенок 4 корпуса 1 выполнены выпуклыми, а наружных стенок 8 и 10-плоскими.

Устройство для приёма ветряной энергии работает следующим образом. Когда поток ветра попадает в переднюю часть устройства, поток ветра оказывается в ограниченном пространстве, которое создаётся между корпусом 1 и делителем потока ветра 2, расположенным в етре между роторами 3. Благодаря этому поток ветра направляется на вогнутые поверхности лопастей роторов 3 и исключается попадание потока ветра на выпуклые поверхности лопастей роторов 3, поэтому энергия потока ветра создаёт только вращающий момент роторов 3 и не тормозит их вращение.

Ввиду того, что корпус 1 устройстваа в передней части покрывает всю переднюю половину роторов 3, а вертикальные стенки 4 в отношении передней половины роторов 3, расположены по касательной, происходит сужение потока ветра и, следовательно, согласно закону Бернулли, происходит его ускорение, что способствует ускорению вращения роторов 3.

Так как в задней части корпуса 1 вертикальные стенки 5 выполнены закруглёнными и расположены в параллельной плоскости относительно роторов 3, ускоренный поток ветра меняет своё прямолинейное направление, закругляется вовнутрь, что совпадает с направлением вращения роторов 3 и усиливает мощность их вращения.

Так как внутренние поверхности горизонтальной верхней и нижней стенок 7, а также вертикальных стенок 9 выполнены выпуклыми, а наружные поверхности 8 и 10-плоскими, опять же, согласно закону Бернулли, происходит ускорение потока ветра и, соответственно,-увеличение вращающего момента роторов 3. Следует отдельно отметить разницу в действии ускоренного потока ветра, который попадает между внутренними горизонтальными стенками 7 корпуса 1 и торцовыми поверхностями роторов 3 снаружи и изнутри от осей роторов.

В первом случае направление ускоренного потока ветра совпадает с направлением вращения роторов 3 и усиливает мощность их вращения. Во втором же случае ускоренный поток ветра действует как вакуум, высасывающий воздух со стороны выпуклых поверхностей лопастей роторов 3, прикрытых делителем потока ветра 2, что фактически создаёт дополнительный вращающий момент, совпадающий по направлению с направлением вращения роторов 3.

В конечном итоге, описанный корпус 1 устройства и делитель 2 потока ветра согласованно обеспечивают то, что во всех фазах движения роторов 3 направляют поток ветра только на активные, вогнутые поверхности лопастей роторов 3, отводят поток ветра от пассивных выпуклых поверхностей лопастей роторов 3, максимально усиливают поток ветра, попадающего в зону действия устройства, что в целом существенно увеличивает эффективность устройства.

Есть все основания полагать, что его использование будет иметь большие перспективы в ветроэнергетике.