потоками (варианты)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для 5 преобразования энергии движения атмосферных воздушных потоков в механическое вращение вала ветродвигателя, к которому могут быть присоединены различные механические устройства или преобразователи механической энергии в электрическую или любую другую энергию.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

ю Известна ветроустановка, содержащая воздухозаборник с расположенным внутри него ветроколесом с лопастями, прикрепленными к верхнему и нижнему кольцам, опирающимся на центрирующие ролики, установленные на валах роторов преобразователей энергии, расположенные сверху и снизу разрежители потока, которые установлены с возможностью вращения

15 относительно воздухозаборника и ветроколеса для передачи вращающего момента на статор преобразователя энергии, а на внутренней стороне разрежителей потока установлены лопатки с аэродинамическим профилем, обеспечивающим встречное вращение разрежителей потока по отношению к ветроколесу (см. Пат. RU JYO2522271, МПК F03D 3/00, опубл. 10.07.2014).

20 Недостатком известного изобретения является сложность конструкции и низкий КПД.

Известен роторный вертикально-осевой ветродвижитель (см. патент RU 2096259, кл. В63Н 9/00, опубл. 20.11.1997), содержащий вертикальную ось вращения и вертикальные крылообразные лопасти, которые снабжены

25 механизмом их поворота для изменения угла установки, содержащим тяги, связанные с лопастями, при этом ветродвижитель выполнен с нижней и верхней дисковыми шайбами, ось которых совпадает с вертикальной осью вращения ротора, на нижних торцах лопастей установлены фиксаторы их положения с возможностью их взаимодействия с отверстиями, которые зо выполнены в этих шайбах, а упомянутый механизм поворота лопастей выполнен с установленным на нижней шайбе элементом по форме усеченного конуса, закрепленным на оси ротора, при этом каждая из вышеуказанных тяг подпружинена на одном концевом участке и выполнена со сферическим элементом, касающимся поверхности вышеуказанного конусного элемента, а на другом посредством штанги шарнирно связана с передней кромкой этой лопасти.

Известные ветровые генераторы с горизонтальной осью вращения имеют следующие недостатки:

- максимально достигаемый КПД 59.26%;

- площадь поперечного сечения воздушного потока, поступающего на ветровую турбину, ограничена, следовательно, ограничено и количество получаемой ею электрической энергии;

- для увеличения мощности ветровой турбины необходимо увеличивать площадь поперечного сечения воспринимаемого воздушного потока;

- при увеличении размеров лопастей значительно возрастает опасность разрушения ветровой турбины сильными порывами ветра;

- при малых скоростях атмосферных потоков возникают проблемы с запуском ветровой турбины и невозможностью обеспечить ее равномерное вращение;

- требуются большие капитальные вложения на строительство фундамента и несущей опоры ветроэнергетической установки и ее обслуживание;

- при вращении лопасти производят значительный шумовой эффект, эффект мерцания и создают угрозу для полёта пернатых.

Исходя из вышеизложенного традиционный ветровой генератор с горизонтальной осью вращения без инструментов воздействия на параметры атмосферных воздушных потоков имеет недостаточную экономическую эффективность и конструктивные недостатки. Обычно в ветровых генераторах для приведения в движение органа, генерирующего электрическую энергию, используется естественный воздушный поток. Для большинства районов европейского континента среднегодовая скорость ветра составляет не более 5-7 м/с, в связи с этим, 5 необходима установка, которая позволяет использовать ветровую энергию с достижением максимального КПД в условиях невысоких среднегодовых скоростей воздушных потоков.

Для повышения эффективности выработки энергии увеличивают площадь поперечного сечения воспринимаемого ветряным колесом воздушного потока. Ю Увеличение диаметра воспринимающего воздушный поток ветряного колеса приводит к необходимости увеличения размеров опорной конструкции, а это, в свою очередь, приводит к увеличению стоимости сооружения, а выработка электрической энергии остается ограниченной (изменяется пропорционально диаметру лопастей).

15 Из-за влияния приземного слоя воздушного потока горизонтальная скорость ветра разная на разной высоте, а также порывисто изменчива. При вращении ветряного колеса больших размеров на него действует неуравновешенная сила, которая способна привести к повреждению ветряного колеса.

20 Наиболее близкой к заявляемому изобретению является ветроустановка с принудительным разрежением затурбинного пространства, состоящая из ветротурбины, механически связанной с генератором, по крайней мере, двух радиально расположенных конфузоров, внешней оболочки, диффузора, камеры принудительного разрежения воздуха, в которой установлены вытяжные 25 устройства для создания дополнительной тяги на лопасти ветряной турбины (см. Пат. RU ^2498106, МПК F03D 1/00, опубл. 10.1 1.2013).

Данная ветроустановка выбрана в качестве прототипа.

Прототип и заявляемое изобретение имеют следующие общие признаки: - ветротурбина с лопастями, механически связанная с генератором; зо - камера принудительного разрежения воздуха; - вытяжные устройства для создания дополнительной тяги;

- канал конфузора.

Прототипу присущи следующие недостатки:

- малый объем поступающего воздушного потока в привод вытяжного устройства для создания дополнительной тяги и, как следствие, низкая производительность вытяжного устройства;

- наличие в вытяжном устройстве дополнительных механических узлов, что повышает возможные риски выхода из строя конструкции в целом, а так же усложняет всю установку;

- наличие в вытяжном устройстве дополнительных вращающихся узлов приводит к снижению эффективности за счет аэродинамического сопротивления вытяжных вращающихся лопастей;

- основной и дополнительный конфузоры находятся в спаренном положении, что уменьшает начальную скорость воздушного потока в них обеих и негативно сказывается на его общей производительности;

- невозможность работы данной установки при высоких скоростях воздушных потоков;

- присутствует эффект обледенения лопастей, что приводит к остановке работы установки в зимний период;

- отсутствует возможность управления параметрами рабочего воздушного потока (скорость, объем, направление, площадь поперечного сечения). РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу изобретения поставлена задача создания системы, способной эффективно всесезонно работать в широком диапазоне скоростей атмосферных воздушных потоков с высоким КПД в любое время года.

Поставленная задача решена двумя вариантами выполнения энергетической системы управления локальными атмосферными потоками. В первом варианте поставленная задача решена в энергетической системе управления локальными атмосферными потоками, содержащая воздушную турбину с лопастями, соединенную с генератором, камеру принудительного разряжения, канал конфузора и вытяжные устройства для создания 5 дополнительной тяги тем, что система дополнительно содержит разгонный канал, расположенный между суженным участком канала конфузора и рабочей камерой, регулируемую подвижную спаренную заслонку, расположенную на выходе разгонного канала воздушную турбину с лопастями, при этом лопасти обеих воздушных турбин имеют разнонаправленный вектор вращения, а ю турбины соединены между собой и расположены в рабочей камере, одна из противоположных открытых сторон которой соединена через разгонный канал с каналом конфузора, а другая открытая сторона рабочей камеры соединена с диффузорной камерой, на выходе которой расположены регулируемые подвижные дефлекторные заслонки, кроме того, входной канал конфузора

15 расположен перпендикулярно воздушному потоку.

Поперечное сечение выхода диффузорной камеры расположено вдоль или параллельно направлению воздушного потока.

Кроме того, энергетическая система по первому варианту дополнительно содержит расположенный в носовой части поворотного основания

20 вспомогательный конфузор с разгонным каналом, на выходе которого установлена регулируемая подвижная заслонка.

Во втором варианте энергетическая система управления локальными атмосферными потоками по второму варианту содержащая воздушную турбину с лопастями, соединенную с генератором, камеру принудительного разрежения,

25 канал конфузора и вытяжное устройство для создания дополнительной тяги тем, что система содержит дополнительную воздушную турбину с лопастями, при этом лопасти обеих воздушных турбин имеют разнонаправленный вектор вращения, а турбины соединены между собой и расположены в рабочей камере, одна из противоположных сторон которой соединена с каналом конфузора, а зо другая открытая сторона рабочей камеры соединена с диффузорной камерой, на выходе которой установлены регулируемые подвижные заслонки, по внешнему периметру диффузорной камеры установлены регулируемые подвижные дефлекторные заслонки, а внутри рабочей камеры выполнены распределительные каналы, в которых расположены регулируемые подвижные заслонки.

Энергетическая система по второму варианту дополнительно содержит две вспомогательные воздушные турбины, установленные в диффузорной камере.

Каждая лопасть воздушных турбин по первому и второму вариантам выполнена в виде внутренней и наружной деталей, имеющих форму вытянутой полусферы, при этом внутренняя и наружная детали соединены между собой с образованием зазора, а размер наружной детали меньше внутренней детали, в вершине которой выполнено отверстие.

Энергетическая система по первому и второму вариантам дополнительно содержит механизм регулирования количества лопастей на валу воздушной турбины, выполненный в виде многогранного вала с проточками, на котором расположен с возможностью перемещения сборный рычаг и подпружиненные подвижные втулки, ограничивающие перемещение сборного рычага.

Конструктивные особенности энергетической системы по первому и второму вариантам позволяют получить следующий технический результат:

- обеспечить возможность регулирования скорости, объема, направления и давления атмосферных потоков воздуха воздействующих на лопасти ветровой турбины;

- повысить эффективность работы и увеличить КПД преобразования кинетической энергии атмосферных воздушных потоков в механическую, электрическую или любую другую энергию;

- возможность оптимизации работы системы в режиме ураганных ветров без ограничения их скоростей;

- дополнительный эффект данной компоновки системы исключает возможность процесса обледенения лопастей. Увеличение коэффициента использования энергии ветра обеспечивается за счет того, что в модуле системы, содержатся две механически зависимые друг от друга воздушные турбины, с вертикальной осью вращения, имеющие противоположное направление вращения по отношению друг к другу. При этом конфузор выполнен в виде произвольного, поворотного, горизонтального закрытого и сужающегося канала, с зоной повышенного давления воздушного потока на входе в канал, снабженный управляемыми подвижными дефлекторными заслонками, разгонным каналом, снабженным регулируемой подвижной спаренной заслонкой, рабочей камеры силового блока и диффузорной камеры с зоной пониженного давления для отбора отработанного объема отработанного воздушного потока из рабочей камеры, снабженной регулируемыми подвижными дефлекторными заслонками, что дает возможность:

1) обеспечивать наполнение массами воздушного потока приемных каналов модуля и создавать зону повышенного давления в узкой части канала конфузора и в разгонном канале;

2) регулируемые дефлекторные подвижные заслонки диффузорной камеры создают зону пониженного давления в диффузорной камере;

3) в силовом блоке создавать условия управляемого прироста скорости, наращивания кинетической энергии, направления, объема и площади поперечного сечения рабочего воздушного потока, а так же в зоне диффузорной камеры создавать условия управляемого отвода отработанного воздушного потока;

4) увеличивать мощность системы путем наращивания модулей в вертикальной плоскости, без увеличения занимаемой системой площади и габаритных размеров вращающихся приводных лопастей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Энергетическая система управления локальными воздушными потоками по первому и второму вариантам указана на чертежах где:

фиг.1 - вид модуля системы по первому варианту (вид сверху); фиг.2 - вид сверху модуля системы по первому варианту с вспомогательным конфузором;

фиг.З - вид сверху модуля системы по первому варианту с указанием зон давления воздушных потоков в каналах модуля;

фиг.4 - вид сверху модуля системы по первому варианту с указанием направления воздушных потоков;

фиг. 5 - внешний вид лопасти воздушной турбины по первому и второму вариантам, вид сбоку;

фиг. 6 - внешний вид лопасти воздушной турбины по первому и второму вариантам, вид сверху;

фиг.7 - детализация механизма изменения количества приводных лопастей на вертикальном валу в поперечной плоскости набегающему потоку в системе по первому варианту, где:

а) вид сбоку четырех рычагов крепления лопастей в положении А б) вид сбоку

- приводной вал в сборе

- шестигранный приводной вал с проточками

- подвижные втулки

- пружины

в) вид сбоку: приводной вал в сборе с рычагами крепления лопастей, при чем рычаги находятся в положении Б;

фиг.8 - вид сверху детализации механизма изменения количества приводных лопастей на вертикальном валу в поперечной плоскости набегающему потоку в системе по первому варианту;

- А - рычаги крепления лопастей находятся в рабочем положении

(положение А);

- Б - рычаги крепления лопастей через один по вертикали повернуты на 60 градусов относительно оси приводного вала (положение Б); фиг.9 - блок схема компоновки узлов в энергетической системе по первому варианту; фиг.10 - вид сверху модуля системы по второму варианту;

фиг.1 1 - вид сверху модуля системы по второму варианту с дополнительными воздушными турбинами;

фиг.12 - вид сверху модуля системы по второму варианту с указанием зон давления воздушных потоков в его каналах;

фиг.13 - вид сверху модуля системы по второму варианту с дополнительными воздушными турбинами с указанием зон давления воздушных потоков в его каналах;

фиг.14 - вид сверху модуля системы по второму варианту с указанием направления воздушных потоков в его каналах;

фиг.15 - вид сверху модуля системы по второму варианту с дополнительными воздушными турбинами с указанием направления воздушных потоков в его каналах;

фиг.16 - блок-схема компоновки узлов в энергетической системе по второму варианту.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Энергетическая система управления локальными атмосферными потоками по первому варианту включает:

1 - поворотное в горизонтальной плоскости основание;

2 - канал конфузора - сужающийся канал с зоной повышенного давления;

3 - разгонный канал;

4 - вспомогательный конфузор;

5 - дополнительный разгонный канал вспомогательного конфузора;

6 - рабочая камера;

7 - две вертикально расположенные и механически зависимые воздушные турбины с лопастями, образующие силовой блок;

8 - лопасти;

9 - диффузорная камера с зоной пониженного давления;

10 - регулируемые подвижные дефлекторные заслонки; 1 1 - регулируемая подвижная спаренная заслонка на выходе из разгонного канала;

12 - регулируемые подвижные заслонки канала конфузора;

13 - регулируемая подвижная заслонка дополнительного разгонного канала;

14 - вертикальный передающий канал с карданным валом в центре для передачи крутящего момента от силового блока на генератор в основании системы.

15 - горизонтальный руль поворота основания модуля энергетической системы по направлению набегающих атмосферных воздушных потоков;

16 - зона повышенного давления воздушного потока;

17 - зона ускорения воздушного потока;

18 - зона пониженного давления воздушного потока;

19 - внутренняя деталь лопасти;

20 - наружная деталь лопасти;

27 - контролер;

28 - сервоприводы;

29 - генератор;

30 - механизм регулирования количества лопастей на валу воздушной турбины, включающий:

23 - шестигранный приводной вал с проточками;

24 - подвижные втулки;

25 - пружинные узлы;

26 - сборный рычаг, выполненный с возможностью соединения двух и более лучей.

Заявляемая энергетическая система может включать один или несколько модулей, каждый из которых состоит из размещенного в горизонтальной плоскости поворотного основания 1 ; в носовой части модуля расположен сужающийся воздушный канал конфузора 2, который своей входной частью ориентирован на встречный атмосферный воздушный поток. Атмосферный воздушный поток поступает в канал конфузора 2. В зоне перехода канала конфузора 2 в разгонный канал 3 установлены регулируемые подвижные заслонки 12, позволяющие регулировать скорость, объем и давление атмосферного воздушного потока, поступающего в разгонный канал 3. В самой узкой части канала конфузора 2 уплотненный атмосферный воздушный поток направляется в разгонный канал 3, где происходит процесс наращивания его скорости за счет разницы давления, создаваемого на входе и на выходе из разгонного канала 3, а так же за счет его длины и профиля поперечного сечения вдоль его всей длины. На выходе из разгонного канала 3 ускоренный и уплотненный с наращенной кинетической энергией рабочий воздушный поток разделяется регулируемой подвижной спаренной заслонкой 1 1 на две части и направляется в рабочую камеру 6. С помощью регулируемой подвижной спаренной заслонки 1 1 происходит регулирование скорости, объема, направления и площади поперечного сечения рабочего воздушного потока, поступающего в рабочую камеру 6 на лопасти 8 воздушных турбин 7. Так же, регулируемая подвижная спаренная заслонка 1 1 экранирует часть воздушного потока, направляющегося на участок воздушных турбин 7, в котором лопасти 8 вращаются в направлении противоположном движению разделенного рабочего воздушного потока, что обеспечивает уменьшение аэродинамического сопротивления вращению лопастей воздушных турбин 7. В рабочей камере ό обе разделенные части рабочего воздушного потока передают увеличенную кинетическую энергию, воздействуя на лопасти 8 двух вертикально расположенных и механически связанных воздушных турбин 7, объединенных в силовой блок. Каждая разделенная часть рабочего воздушного потока оказывает воздействие на лопасти 8 только одного вала воздушной турбины 7 входящей в силовой блок, в сторону которой она направлена. Далее, уже отработанный и отдавший часть кинетической энергии рабочий воздушный поток, минуя область лопастей 8 принудительно втягивается в диффузорную камеру 9 с зоной пониженного давления и через регулируемые подвижные дефлекторные заслонки 10 выводится за периметр действия модуля, что способствует более быстрому отводу отработанного воздушного потока из зоны рабочей камеры 6, а так же оказывает значительное влияние непосредственно в наращивании скорости рабочего воздушного потока и приобретения дополнительной кинетической энергии в разгонном канале 3. За счет возможности коррекции скорости и плотности входящего внешнего атмосферного потока воздуха и принудительно отводимого отработанного рабочего воздушного потока, при помощи регулируемых подвижных заслонок 12, разгонного канала 3, регулируемой подвижной спаренной заслонки 1 1, регулируемой подвижной заслонки 13 дополнительного разгонного канала 5, регулируемых подвижных дефлекторных заслонок 10 в полученном соединенном канале: (внешний атмосферный поток - канал конфузора 2 - разгонный канал 3 - рабочая камера 6 - диффузорная камера 9 - регулируемые подвижные дефлекторные заслонки 10 - внешний атмосферный поток) создаются оптимальные условия для искусственного и принудительного увеличения кинетической энергии и принудительного отвода отработавшего рабочего воздушного потока из каналов модуля за счет и с помощью естественного перемещения атмосферных воздушных потоков (эффект искусственного сквозняка).

С помощью применения лопастей 8 воздушных турбин 7 с пониженным аэродинамическим сопротивлением набегающему воздушному потоку возможно снижение сил, противодействующих полезной работе, выполняемой приводным валом 23.

Конструкция лопасти 8 предназначена для применения в вертикальных лопастных валах и состоит из двух деталей - вытянутых полусфер, что уже снижает их аэродинамическое сопротивление набегающему потоку. Внутренняя деталь 19 лопасти 8 (см. фиг.5) выполнена в виде вытянутой полусферы, имеет больший диаметр и отверстие в вершине сферы. Наружная деталь 20 лопасти 8 (см. фиг. 5, 6) выполнена в виде вытянутой полусферы, имеет меньший диаметр и является цельной. Детали 19 и 20 соединены между собой на некотором расстоянии друг от друга так, что бы между ними присутствовал воздушный зазор, так называемый эжекторный канал, вершины обеих сфер находятся на одной оси. Рабочее положение лопасти 8 - основание внутренней полусферы детали 19 направлено в сторону набегающего воздушного потока и частично принимает его кинетическую энергию. Через 5 имеющееся в вершине полусферы внутренней детали 19 отверстие, часть кинетической энергии передаётся на наружную деталь 20. При движении лопасти 8 навстречу воздушному потоку, через имеющийся воздушный зазор между деталями 20 и 19, а так же через отверстие в вершине детали 19, происходит создание зоны пониженного давления во внутренней полости

Ю детали 19, что дает лопасти 8 дополнительный импульс в преодолении сопротивления встречного набегающего потока воздуха. Данная конструкция лопасти 8 позволяет снизить сопротивление набегающему потоку воздуха, за счёт чего повышается КПД вертикальных воздушных турбин 7.

Данная конструкция лопасти 8 вертикальной воздушной турбины 7

15 эффективна к применению в любых других ветронаправляющих устройствах, либо же без них.

Механизм регулирования количества лопастей 30 позволяет изменять количество лопастей на одной оси вертикальной или горизонтальной воздушной турбины поперечно воздушному потоку, который позволяет более

20 эффективно принимать и передавать кинетическую энергию воздушных потоков в зависимости от параметров рабочего воздушного потока, преобразуя ее в крутящий момент.

Лопасти 8 имеют возможность горизонтального поворота относительно оси шестигранного приводного вала 23, а шестигранное отверстие в сборном

25 рычаге 26 связывает его с шестигранным приводным валом 23. Проточки в шестигранном приводном валу 23 обеспечивают поворот сборного рычага 26 относительно вала 23. Путем перемещения сборного рычага 26 по оси относительно шестигранного приводного вала 23 и при совмещении его с проточками, сборный рычаг 26 выходит из жесткого зацепления с зо шестигранным приводным валом 23 и имеет возможность поворота относительно оси вала 23 на угол 1 - 360° с шагом 60°. По вертикали сборные рычаги 26 связаны между собой через один. Такая конструкция позволяет удваивать количество лопастей 8 на шестигранном приводном валу 23.

Энергетическая система снабжена контроллером 27, позволяющим работать в автономном режиме: с помощью сервоприводов 28 управлять положением всех регулируемых подвижных заслонок 10, 1 1, 12, 13 в зависимости от меняющихся внешних параметров поступающего атмосферного воздушного потока, оптимизирует параметры рабочего воздушного потока внутри установки, воздействующего на лопасти 8 силового блока. С помощью регулируемых подвижных заслонок 10, 1 1, 12 и 13 возможно полное управление скоростью рабочего воздушного потока, его объемом, направлением и площадью поперечного сечения, что позволяет эффективно использовать энергетическую систему как при низких скоростях атмосферного воздушного потока, так и при ураганных максимальных порывах ветра.

Регулируемые подвижные заслонки 12 и 1 1 работают в зоне повышенного давления.

Регулируемые подвижные заслонки 10 и 13 работают в зоне пониженного давления.

Функции заслонок.

Регулируемые подвижные дефлекторные заслонки 10 - выполняют работу и полный контроль принудительной вытяжной системы и отвода за внешний периметр отработанного рабочего воздушного потока. Путем регулирования угла регулируемых подвижных дефлекторных заслонок 10 относительно набегающего встречного атмосферного воздушного потока возможно изменение мощности и объема отвода отработавшего рабочего воздушного потока. Параллельно они оказывают непосредственное влияние на ускорение и прирост кинетической энергии рабочего воздушного потока в разгонном канале 3. Их количество не имеет ограничения. В данной конструкции модуля площадь, покрытая регулируемыми подвижными дефлекторными заслонками 10, значительно превышает площадь поперечного сечения входного канала конфузора 2. Таким образом, атмосферный воздушный поток принудительно (за счет повышения давления на входе и понижения давления на выходе) прогоняется по соединенным между собой каналам модуля и выводится за ее периметр.

При полностью закрытых регулируемых подвижных дефлекторных заслонках 10 возможно полное торможение работы всей системы.

Регулируемая подвижная спаренная заслонка 1 1 на выходе из разгонного канала 3 выполняет функцию перепускного регулирующего клапана. С ее помощью возможно:

- разделение рабочего воздушного потока на две независимых друг от друга части на выходе из разгонного канала 3;

- изменение площади поперечного сечения каждой отдельной разделенной части независимо друг от друга, что оказывает влияние на скорость, объем и направление разделенных частей рабочего воздушного потока воздействующих на лопасти 8 только одного вала воздушной турбины 7, входящей в силовой блок в рабочей камере 6;

- «затенение» участка силового блока, в котором лопасти 8 двигаются в направлении, противоположном направлению разделенного рабочего воздушного потока.

При полностью закрытой спаренной заслонке 1 1 возможно полное торможение работы всей системы.

Регулируемые подвижные заслонки 12 канала конфузора 2 выполняют функцию перепускного регулирующего клапана. С их помощью возможно: а) регулирование давления, объема и скорости воздушного потока в зоне канала конфузора 2;

б) уменьшение процесса потери скорости и регулирование объема вхо- дящего атмосферного воздушного потока, поступающего в разгонный канал 3; в) при полностью открытых регулируемых подвижных заслонках 12 возможно полное торможение работы всей системы, происходит практически полный сброс давления и всего объема поступающего атмосферного воздушного потока в зону канала конфузора 2 за внешний периметр действия модуля.

Регулируемая подвижная заслонка дополнительного разгонного канала 13 выполняет функцию перепускного регулирующего клапана. С ее помощью возможно управление и контроль объема и скорости поступающего уплотненного и ускоренного атмосферного воздушного потока на выходе дополнительного разгонного канала 5 носовой части системы в район диффузорной камеры 9 с зоной пониженного давления, с целью усиления принудительного отвода отработанного рабочего воздушного потока из рабочей камеры 6.

Заявляемая энергетическая система позволяет при минимальных габаритных размерах с максимальной эффективностью использовать, наращивать, контролировать и преобразовывать в электрическую или любую другую энергию, получаемую от природных возобновляемых аэро- и гидропотоков, имеющих изначальную потенциальную кинетическую энергию. Она способна увеличить до 4000-6500 час\год эффективной отдачи номинальной мощности и увеличить ежегодную выработку электроэнергии более чем в 4 раза по сравнению с прототипом или аналогичными установками.

Конструкция заявляемой системы позволяет изменять количество модулей.

Вышедший из строя модуль не влияет на работу всех остальных модулей, входящих в данную систему и может быть заменен. Т.е. система не останавливается полностью на период проведения ремонта или профилактических работ в отдельном модуле.

Энергетическая система управления локальными атмосферными потоками по второму варианту включает:

1 - поворотное в горизонтальной плоскости основание;

2 - канал конфузора - сужающийся канал с зоной повышенного давления; 3 - разгонный канал; 4 - вспомогательный конфузор;

5 - дополнительный разгонный канал вспомогательного конфузора;

6 - рабочая камера;

7 - две вертикально расположенные и механически зависимые воздушные турбины с лопастями, образующие силовой блок;

8 - лопасти;

9 - диффузорная камера с зоной пониженного давления;

10 - регулируемые подвижные дефлекторные заслонки;

1 1 - регулируемая подвижная спаренная заслонка на выходе из разгонного канала;

14 - вертикальный передающий канал с карданным валом в центре для передачи крутящего момента от силового блока на генератор в основании системы;

15 - горизонтальный руль поворота основания модуля энергетической системы по направлению набегающих атмосферных воздушных потоков;

16 - зона повышенного давления воздушного потока;

17 - зона ускорения воздушного потока;

18 - зона пониженного давления воздушного потока;

19 - внутренняя деталь лопасти;

20 - наружная деталь лопасти;

21 - дополнительные вспомогательные воздушные турбины

22 - каналы диффузорной камеры

27 - контроллер

28 - сервопривод

29 - генератор

30 - механизм регулирования количества лопастей на валу воздушной турбины, включающий:

23 - шестигранный приводной вал с проточками;

24 - подвижные втулки;

25 - пружинные узлы; 26 - сборный рычаг, выполненный с возможностью соединения двух и более лучей;

31 - регулируемые подвижные заслонки в каналах диффузорной камеры;

32 - внешние регулируемые подвижные заслонки диффузорной камеры. Энергетическая система по второму варианту также может включать один или несколько модулей, каждый из которых состоит из размещенного в горизонтальной плоскости поворотного основания 1. В целях уплотнения ветровой энергии в носовой части модуля расположен сужающийся воздушный канал конфузора 2, который своей входной большей частью ориентирован на встречный атмосферный воздушный поток. Атмосферный воздушный поток поступает в канал конфузора 2. В канале конфузора 2 происходит прирост скорости рабочего воздушного потока за счет разницы давления, создаваемого на входе и на выходе из канала конфузора 2, а так же за счет создания пониженного давления в зоне диффузорной камеры 9 через соединяющую их рабочую камеру 6. На выходе из канала конфузора 2 ускоренный и уплотненный с наращенной кинетической энергией рабочий воздушный поток, минуя регулируемую подвижную спаренную заслонку 1 1 направляется в рабочую камеру 6. С помощью регулируемой подвижной спаренной заслонки 1 1 происходит регулирование скорости, объема, направления и площади поперечного сечения рабочего воздушного потока, поступающего в рабочую камеру 6 на лопасти 8 воздушных турбин 7. Так же регулируемая подвижная спаренная заслонка 1 1 экранирует часть воздушного потока, направляющегося на участок воздушных турбин 7 силового блока, в котором лопасти 8 вращаются в направлении, противоположном движению разделенного рабочего воздушного потока, что обеспечивает уменьшение аэродинамического сопротивления вращению лопастей 8 воздушных турбин 7 силового блока. В рабочей камере 6 обе разделенные части рабочего воздушного потока передают увеличенную кинетическую энергию, воздействуя на лопасти 8 двух вертикально расположенных и механически связанных воздушных турбин 7, объединенных в силовой блок. Каждая разделенная часть рабочего воздушного потока оказывает воздействие на лопасти 8 только одного вала воздушной турбины 7 входящей в силовой блок, в сторону которой она направлена. Далее уже отработанный и отдавший часть кинетической энергии рабочий воздушный поток, минуя область лопастей 8, принудительно втягивается в диффузорную 5 камеру 9 с зоной пониженного давления и по каналам 22 через регулируемые подвижные дефлекторные заслонки 10 выводится за периметр действия модуля системы, что способствует интенсивному отводу отработанного воздушного потока из зоны рабочей камеры 6, а так же оказывает значительное влияние непосредственно в наращивании скорости рабочего воздушного потока в зоне

Ю рабочей камеры 6 и приобретения дополнительной кинетической энергии в канале конфузора 2. За счет возможности коррекции скорости и объема принудительно отводимого отработанного рабочего воздушного потока, при помощи регулируемых подвижных заслонок 31 в каналах диффузорной камеры, регулируемой спаренной подвижной спаренной заслонки 1 1 ,

15 регулируемых подвижных дефлекторных заслонок 10 в полученном соединенном канале: (внешний атмосферный поток— канал конфузора 2 - рабочая камера 6 - диффузорная камера 9 - заслонки разделительных каналов 31 - каналы диффузорной камеры 22 - регулируемые подвижные дефлекторные заслонки 10 - внешний атмосферный поток) создаются оптимальные условия

20 для искусственного и принудительного увеличения кинетической энергии и интенсивного принудительного отвода отработавшего рабочего воздушного потока из каналов модуля установки за счет и с помощью естественного перемещения атмосферных воздушных потоков (эффект искусственного сквозняка).

25 Дополнительным отличием энергетической системы по второму варианту является то, что в диффузорной камере 9 установлены вспомогательные воздушные турбины 21. Воздушный поток, минуя рабочую камеру 6, устремляется в диффузорную камеру 9, откуда через каналы диффузорной камеры 22, при этом получая дополнительное ускорение, оказывает зо воздействие на вспомогательные воздушные турбины 21 и устремляется к регулируемым подвижными дефлекторным заслонкам 10, минуя их, вытягивается за периметр модуля.

Энергетическая система снабжена контроллером 27, позволяющим работать в автономном режиме: с помощью сервоприводов 28 управлять положением всех регулируемых подвижных заслонок 10, 1 1, 31 , 32 в зависимости от меняющихся внешних параметров поступающего атмосферного воздушного потока, оптимизирует параметры рабочего воздушного потока внутри модуля, воздействующего на лопасти 8 воздушных турбин 7 силового блока. С помощью регулируемых подвижных заслонок 10, 1 1 , 31, 32 возможно полное управление скоростью рабочего воздушного потока, его объемом, направлением и площадью поперечного сечения, что позволяет эффективно использовать систему как при низких скоростях атмосферного воздушного потока, так и при ураганных максимальных порывах ветра.

Регулируемая подвижная заслонка 1 1 работает в зоне повышенного давления.

Регулируемые подвижные заслонки 10, 31 , 32 работают в зоне пониженного давления.

Функции заслонок 31и 32.

Регулируемые подвижные заслонки 31 в каналах диффузорной камеры 9 выполняют функцию перепускного регулирующего клапана. С их помощью возможно управление скоростью и объемом отводимого рабочего воздушного потока, воздействующего на лопасти 8 дополнительной воздушной турбины 21 в диффузорной камере 9.

Кроме того, заслонки 31 «затеняют» участок силового блока, в котором лопасти 8 двигаются в направлении, противоположном направлению разделенного рабочего воздушного потока в диффузорной камере 9. При полностью закрытых заслонках 31 возможно полное торможение работы модуля и всей системы. Внешние регулируемые подвижные заслонки 32 диффузорной камеры 9 выполняют функцию перепускного регулирующего клапана. С их помощью возможно:

а) регулирование разрежения, объема и скорости отвода воздушного потока в зоне диффузорной камеры 9;

б) при полностью открытых внешних регулируемых подвижных заслонках 32 возможно частичное снижения интенсивности отвода отработавшего воздушного потока и торможение работы всего модуля, происходит практически полный сброс разрежения в диффузорной камере 9 и уменьшение объема отводимого рабочего воздушного потока за периметр действия модуля и, фактически перевод модуля в режим работы с использованием только канала конфузора 2.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Заявляемая энергетическая система позволяет при минимальных габаритных размерах с максимальной эффективностью использовать, наращивать, контролировать и преобразовывать в электрическую или любую другую энергию, получаемую от природных возобновляемых аэро- и гидропотоков, имеющих изначальную потенциальную кинетическую энергию.