EA023602B1

EA023602B1 - Ветро-водяная турбина с уменьшенным сопротивлением вращению за счет ветровой лопасти с лопатками

Info

Publication number: EA023602B1
Application number: EA201201611A
Authority: EA
Inventors: Ёсидзи Тамацу
Original assignee: Ёсидзи Тамацу
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2016-06-30
Also published as: AU2011262947A1; TWI525249B; ZA201209616B; GB2494585B; WO2011155471A1; NZ604678A; TW201207231A; CA2837836C; EA201201611A8; CN102893023B; AU2011262947B2; GB201222823D0; HK1181443A1; KR20130116238A; US8899925B2; JP4753399B1; CA2837836A1; CN102893023A; JP2012017729A; EA201201611A1

Abstract

Ветро-водяной турбинный двигатель вертикально-осевого типа содержит осесимметричные лопасти и лопатки (8), профиль лопасти является дугой окружности, разделенной осями (7) вращения лопаток, концы осей (7) зафиксированы на опорных плитах (3); одна из сторон каждой лопатки (8) шарнирно прикреплена к оси (7), дуга окружности лопасти проходит от центра (2) круга опорной плиты (3) к его внешней окружности, а центральная точка дуги окружности лопасти расположена на линии, соединяющей точки (А) и (В), круг опорной плиты (3) разделен на четыре части проходящими через его центр (2) перпендикулярными первой воображаемой линией и второй воображаемой линией, точка (А) расположена на расстоянии радиуса R окружности опорной плиты (3) от второй воображаемой линии и на расстоянии половины радиуса R от первой воображаемой линии, а точка (В) расположена на расстоянии 1/3,1 радиуса R от второй воображаемой линии и на расстоянии R1/2,3 от первой воображаемой линии. Технический результат заключается в повышении крутящего момента и облегчении принятия мер при сильном ветре.

Description

Принятие мер по предотвращению глобального потепления становится вопросом не далекого будущего, а ближайшего будущего. В качестве средства сдерживания образования парниковых газов, вызывающих глобальное потепление, продвигается экологически чистое электричество, дающее мало диоксида углерода. С точки зрения энергобезопасности и из опасения в отношении текущей ситуации, в которой выработка энергии основана на импорте сырой нефти из других стран, с разных сторон исследуются способы добавления выработки электроэнергии за счет солнца, гидроэнергии и энергии ветра с целью обеспечения энергии, которая может быть получена без внешней поддержки, и некоторые из предложенных способов внедрены в производство (например, выработка фотоэлектрической энергии с использованием солнечных батарей, гидроэлектрической энергии с использованием плотин, крупномасштабной энергии ветра с помощью пропеллеров).

У ветротурбин есть стороны, требующие усовершенствования: лопасти, которые могут вращаться с большой скоростью, не начинают вращаться сразу, и наоборот, лопасти, которые начинают вращаться при слабом ветре, не вращаются сразу с высокой скоростью.

Для повышения эффективности использования энергии ветра существуют способы уменьшения сопротивления ветротурбины, когда она движется против воздушного потока, с использованием приемов, при которых открываются небольшие промежутки, причем они открываются неполностью. Таким образом, возникший ветер не вытекает в обратном направлении до тех пор, пока он не вступит в контакт со второй стенкой, поэтому степень уменьшения сопротивления мала, а турбулентность обратного воздушного потока повышается

Существуют также приемы, с помощью которых уменьшается сопротивление ветротурбины, когда она движется против воздушного потока, путем уменьшения площади поверхности лопастей с использованием другой движущей силы, но это сложно, так как требует источника энергии и действия механизма, чтобы раскрывать и убирать лопасти, например, для каждого поворота с помощью реле типа ВКЛ/ВЫКЛ, и поскольку это должно выполняться в каждом цикле, трудно обеспечить такую работу при вращении с высокой скоростью.

В другом средстве выработки электроэнергии за счет воздуха используется способ, в котором растягивается и принудительно вращается карусель, вырабатывая тем самым электричество, с помощью корабельных свободных змейковых аэростатов, управляемых над землей на нескольких валах, растянутых, когда они уложены на земле. Но у данного способа есть несколько недостатков: он не осуществим при слабом ветре, для него необходим устойчивый и довольно сильный ветер, для каждого из змейковых аэростатов требуется управление отдельного специалиста и также требуется большая территория.

В другом средстве выработки электроэнергии за счет воздуха используется система, в которой электричество вырабатывается путем вращения всего аэростата, для чего требуется оборудование, включая мотор, которое должно быть скрыто внутри аэростата, требуется техническая экспертиза при изготовлении, и техническое обслуживание также сложно.

Ветротурбины Савониуса отличаются тем, что они генерируют высокий крутящий момент благодаря их большой ветровоспринимающей площади, но, с другой стороны, это является их недостатком, т.к. трудно обеспечить противодействие сильным ветрам, таким как тайфуны. Прочие средства выработки электричества с использованием энергии ветра в качестве противодействия сильным ветрам, таким как тайфуны, применяют такой крупномасштабный способ, как предварительная укладка на земле собственно мачты ветротурбины, но это приводит к большим потерям, включая простои во избежание аварии.

Сущность изобретения Задачи, решаемые изобретением

Необходимо решить проблему сложности принятия мер против сильного ветра для использующих силу аэродинамического сопротивления ветротурбин типа Савониуса, которые обеспечивают высокий крутящий момент, но при этом скорость вращения остается низкой.

Средство решения задач

Поставленная задача решается тем, что ветро-водяной турбинный двигатель вертикально-осевого типа содержит дугообразные лопасти по форме дуги окружности, которые установлены осесимметрично относительно оси (1) вращения; лопатки (8), повышающие эффективность вращения двигателя, причем протяженность профиля лопасти, представляющего собой дугу окружности, разделена на три или более отрезка, на границах между которыми расположены оси (7) вращения лопаток, причем оба конца осей (7) зафиксированы на опорных плитах (3) в виде кругов; причем одна из вертикальных сторон каждой лопатки (8) прикреплена к оси (7) вращения лопатки, каждая из лопаток (8) выполнена с возможностью свободного вращения в секторе до соседних осей (7) вращения лопаток с любой стороны, причем форма профиля (4) лопасти представляет собой дугообразный профиль вдоль дуги окружности, проходящей от центра (2) круга опорной плиты (3) к его внешней окружности, при этом центральная точка, из которой строится дуга окружности лопасти, расположена приблизительно на линии, соединяющей точку (А) и

- 1 023602 точку (В), причем круг опорной плиты (3) разделен на четыре части первой воображаемой линией и второй воображаемой линией, проходящими через центр (2) круга опорной плиты (3) и перпендикулярными друг другу, обе точки (А) и (В) расположены в одной и той же части из четырех частей круга опорной плиты (3), точка (А) расположена на расстоянии, равном радиусу К окружности опорной плиты (3), от второй воображаемой линии и на расстоянии половины радиуса К окружности опорной плиты (3) от первой воображаемой линии, а точка (В) расположена на расстоянии, равном 1/3,1 радиуса К окружности опорной плиты (3), от второй воображаемой линии и на расстоянии К^х 1/2,3 от первой воображаемой линии.

Части вышеуказанных лопаток (8) в окрестности их крепления к осям (7) вращения лопаток могут быть намотаны на оси (7) вращения лопаток или втянуты, так что длина горизонтальной стороны лопаток (7) немного укорочена по сравнению с расстоянием между соседними осями (7) вращения лопаток (8) с любой стороны, что позволяет лопаткам (8) свободно поворачиваться вокруг их осей вращения на 360°, при этом сила вращения двигателя теряется.

Когда лопасть обращена в направлении потока воды/воздушного потока выпуклой стороной, лопатки (8) открыты и сопротивление вращению уменьшено, а когда лопасть обращена в направлении потока вогнутой стороной, перед приведением в движение образуется рабочая лобовая поверхность путем открывания/закрывания лопаток (8) в соответствии со скоростью вращения оси (1) вращения двигателя в зависимости от интенсивности силы.

Лопатки (8) могут быть выполнены из легкого материала с возможностью легко перемещаться к наветренной стороне под действием ветра, который направлен внутрь дуги окружности, и когда лопасть находится в месте, приблизительно том же, что и наветренное направление, лопатки закрывают каждый из промежутков между осями (7) вращения лопаток (8) на наветренной стороне, причем лопатка, установленная на внешней окружности опорных плит (3) прикреплена к оси (7) вращения, установленной перед нею, и к оси (10), расположенной на внешней стороне окружности опорных плит (3), если двигатель не совершает опасное высокоскоростное вращение.

Лопатки (8) выполнены с возможностью уменьшения длины их горизонтальной стороны по сравнению с расстоянием между соседними осями (7) вращения лопаток с любой стороны, поэтому лопатки имеют возможность занять положение, в котором они могут совершать колебания в потоке воды/воздушном потоке, вследствие чего сопротивление двигателя уменьшается.

Преимущества изобретения

Способ по настоящему изобретению, посредством которого быстро обеспечивается безопасность при стихийных бедствиях или в процессе опасного вращения, позволяет сократить время и расходы на противодействие стихийным бедствиям, например до, в течение и после тайфуна. По сравнению с другими приемами противодействия, такими как размещение по земле мачты электростанции пропеллерного типа при приближении стихийного бедствия, способ по настоящему изобретению имеет преимущества, заключающиеся в том, что простая операция наматывания в оосновании лопаток может быть легко осуществлена при значительном сокращении расходов применительно к выработке энергии (например, сокращение времени простоя при эксплуатации до, во время и после противодействия стихийному бедствию, сокращение расходов на оборудование и персонал для противодействия стихийным бедствиям), т.е. имеет место соответствующее сокращение стоимости.

Преимущество имеется в том, что в районах, в которых рассматривалась, но была признана неподходящей выработка электричества с применением ветроэнергетических установок, использующих подъемную силу (преимущественно пропеллерного типа), внедрению выработки электричества с использованием энергии ветра может способствовать применение оборудования вертикально-осевого типа, использующего аэродинамическое сопротивление. Например, даже в районах, где рассматривалась возможность установки с ветроэнергетическим оборудованием для выработки электричества, но до сих пор признанных неподходящими для установки ветротурбины, например, если установка с ветроэнергетическим оборудованием горизонтально-осевого типа, использующим подъемную силу, затруднительна, например, из-за ограничений по высоте или неустойчивого направления ветра (например, из-за региональных особенностей, таких как сезонные ветры, или из-за географических особенностей местности, или из-за изменчивости, обусловленной ударным взаимодействием ветра с жилыми домами и зданиями, и прочих факторов), за счет вертикально-осевого типа ограничения по высоте установки могут быть низкими и оборудование может быть приспособлено для горных ветров и ветров по четырем направлениям, и например, несмотря на тип с использованием аэродинамического сопротивления скорость вращения может быть значительно повышена, и таким образом, можно выполнить многие условия для предпринимательства, например доходность. Кроме того, самый значительный недостаток типа с использованием аэродинамического сопротивления, а именно, трудность реализации противодействия стихийному бедствию в виде тайфуна, легко можно устранить просто за счет конфигурации лопаток в ветро-водяной турбине по настоящему изобретению, и поскольку большинство проблем решено, можно продвигать установку с обеспечением преимуществ в отношении улучшения глобального окружения в сочетании с уменьшением проблемы мировой энергобезопасности.

В соответствии с настоящим изобретением даже в отдаленных районах на окраинах, где нет воз- 2 023602 можности прокладки линий электропередачи, но есть ветер или текущая вода, можно использовать их энергию для нужд сельского хозяйства или промышленности в качестве источника энергии или вырабатывать электричество и можно вносить вклад в снижение неудобств и сокращение общих издержек.

При использовании настоящего изобретения в качестве водяной турбины глубина воды, требуемая для получения вращающей силы, не является глубиной, при которой вся лопасть погружена в воду, но вращение возможно в положении, в котором только нижний конец лопасти погружен в воду. Поэтому в дополнение к возможности использования почти во всех реках и водных каналах, например, благодаря вертикально-осевому типу оборудование, включающее генератор, может быть установлено в большом пространстве над водяной турбиной, что дает преимущество простоты управления, включая обслуживание во время работы, оборудование может применяться в большом количестве мест и обладает тем преимуществом, что энергетические проблемы могут быть решены до некоторой степени.

Так как вся ветро-водяная турбина по настоящему изобретению обладает малым весом, то даже в случае установки ее на поплавке, который плавает на поверхности воды и при этом вырабатывается электричество, имеется преимущество в том, что можно достичь сокращения общих расходов на поплавковое оборудование и т.п., поскольку по сравнению с другими типами, например вырабатывающей электричество системой пропеллерного типа, может быть снижена плавучесть.

Общая конфигурация ветро-водяной турбины по настоящему изобретению, использующей силу аэродинамического сопротивления, представляет собой простую конструкцию, содержащую пластинчатые лопатки, оси вращения лопаток, опорные плиты и центральную ось вращения, при этом по сравнению с другими типами конфигурация, необходимая для их работы, и технология их изготовления просты. Например, технология, необходимая для установки ветротурбины пропеллерного типа, являющейся типичной ветротурбиной, использующей подъемную силу, включает моделирование изысканной криволинейной формы лопаток, чтобы получить подъемную силу, и осуществление ее сложной балансировки, способы строительства высокой мачты и способы производства и сборки горизонтально-осевых несущих элементов, которые вращаются, поддерживая тяжелую нагрузку больших лопастей, и в дополнение также необходима сложная техника, такая как профессиональная техника для осуществления всего технического обслуживания на высоте.

Ветро-водяная турбина по настоящему изобретению универсальна, так как она может быть использована в воздухе, на земле, на поверхности воды и под водой; а основные принципы настоящего изобретения могут быть легко реализованы для достижения снижения массы. Изобретение характеризуется простотой и унифицированностью и может быть произведено с использованием легкодоступных материалов, включая дерево и т.п., и следовательно, может использоваться широко в мире, включая развивающиеся страны.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой общий вид, поясняющий базовую конструкцию ветро-водяной турбины.

Фиг. 2 представляет собой вид сверху, показывающий вычерчивание профиля лопасти в ветроводяной турбине и его диапазон.

Фиг. 3 представляет собой вид сверху, показывающий воздушный поток и перемещение лопаток в процессе работы, когда ветротурбина находится в процессе использования.

Фиг. 4 представляет собой вид сверху, показывающий поток воды и перемещение лопаток во время работы, когда водяная турбина находится в процессе использования.

Фиг. 5 представляет собой вид сверху, показывающий порыв ветра с аэродинамическим сопротивлением при этом и положение лопаток при предотвращении опасного высокоскоростного вращения, когда ветротурбина находится в процессе использования.

Фиг. 6 представляет собой вид сверху, показывающий положение лопаток при предотвращении опасного высокоскоростного вращения, когда водяная турбина находится в процессе использования, и состояние перепуска гидравлического сопротивления.

Фиг. 7 представляет собой вид сверху, показывающий диапазон поворота лопаток ветро-водяной турбины и подробные изменения короткой стороны лопаток, где на фиг. А и С показано положение во время работы, а на фиг. В и Ό показано положение при предотвращении опасного высокоскоростного вращения.

Фиг. 8 представляет собой вид спереди ветротурбины, аэростатов и интерцептора воздушноэнергетической системы.

Фиг. 9 представляет собой вид сбоку ветротурбины, аэростатов и интерцептора воздушноэнергетической системы.

Фиг. 10 представляет собой вид сверху А и вид спереди В, подробно показывающих ветротурбину и каркас воздушно-энергетической системы.

Фиг. 11 представляет собой вид сбоку С, подробно показывающий ветротурбину и каркас воздушно-энергетической системы.

Фиг. 12 представляет собой схему Ό, показывающую шкив для передачи вращения и электрогенератор, прикрепленные к ветротурбине воздушно-энергетической системы.

Фиг. 13 представляет собой подробную схему оси вращения 1 воздушно-энергетической системы с

- 3 023602 параллельными ветро-водяными турбинами, где фиг. А показывает главную колонну, а фиг. В показывает трубу с фланцами оси вращения.

Фиг. 14 представляет собой подробную схему оси вращения 1 воздушно-энергетической системы с параллельными ветро-водяными турбинами, где фиг. С подробно показывает верхнее крепление оси вращения, а фиг. Ό подробно показывает лопасти.

Фиг. 15 представляет собой вид сверху А воздушно-энергетической системы с параллельными ветро-водяными турбинами.

Фиг. 16 представляет собой вид сбоку В воздушно-энергетической системы с параллельными ветроводяными турбинами.

Фиг. 17 представляет собой вид сбоку С гирляндной конструкции воздушно-энергетической системы с параллельными ветро-водяными турбинами.

Лучшие примеры осуществления изобретения

Лучшая форма является такой, что во время работы, при которой цикл, в котором ветро-водяная турбина уменьшает свое сопротивление при движении против воздушного потока или потока воды и затем поворачивается и образует большую рабочую лобовую поверхность, когда ее лопасть вогнута и получает вращающую силу, может быть осуществлен повторно для каждого оборота, причем работа не требует другой новой движущей силы, но использует часть силы естественным образом без изменения направления передачи силы до того, как она становится вращающей силой.

Для ветротурбины Савониуса в качестве противодействия сильному ветру нет необходимости проводить такие крупномасштабные работы, как снятие главных лопастей или демонтаж основного корпуса или опускания всей конструкции на землю, достаточно провести простую и мгновенную операцию наматывания в основании лопаток приблизительно на 0,5-2 оборота.

Использование по назначению может быть изменено с водяной турбины на ветротурбину и наоборот без изменения каркаса внешней оболочки или других компонентов, но были достигнуты простота и унификация, так что для повышения эффективности вращения необходимо только изменить место крепления лопаток, начиная с места замены лопаток от центра круга для ветротурбины и располагая их по порядку от периферии.

Известно, что при использовании в качестве ветротурбины можно добиться более устойчивого, сильного и долгого вращения при ветре на высоте, нежели на земле, где велико время простоя без ветра. Ветро-водяная турбина по настоящему изобретению обеспечивает снижение массы за счет формы, которая не требует дополнительного нового источника энергии для осуществления операций по выработке электричества с эффективным использованием энергии ветра путем уменьшения сопротивления вращению. Помимо этого достигается дополнительное уменьшение массы с помощью лопаток, составляющих лопасть, имеющую структуру махового пера птиц, благодаря форме, которая обеспечивает возможность эффективной выработки электричества даже в воздухе.

Пример осуществления 1.

Ветро-водяная турбина по настоящему изобретению имеет базовую конфигурацию, в которой оба конца лопастей, осесимметричных относительно центральной оси вращения, закреплены на опорных плитах по дуге окружности, но лопасти состоят из нескольких лопаток, одна из вертикальных сторон лопаток прикреплена к оси вращения лопатки, при этом лопатки автоматически открываются и закрываются, и таким образом, ветро-водяная турбина имеет конфигурацию, позволяющую эффективно вращаться.

Ветро-водяная турбина относится к вертикально-осевому типу и имеет конструкцию, в которой профиль 4 лопасти, содержащий дуги окружности, симметричные относительно оси вращения 1, разделен по длине на три или более предпочтительно одинаково разнесенных отрезка, на границах между которыми вставлены оси вращения 7 лопаток, оба конца этих осей закреплены с помощью опорных плит 3. Одна из вертикальных сторон легких лопаток 8 прикреплена к каждой из осей вращения 7 лопаток, противоположная сторона является свободной, а ее диапазон поворота представляет собой сектор в границах между соседними осями вращения 7 лопаток с центром на дуге окружности профиля 4 лопасти. Один комплект лопасти содержит вышеуказанные оси вращения 7 лопаток и лопатки 8, ориентированные по профилю 4 лопасти с одной стороны границы, содержащей ось вращения 1.

Когда выпуклая сторона лопасти, описанной в вышеупомянутом абзаце 0028, обращена к воздушному потоку, лопатки 8 открываются и поворачиваются, и когда вогнутая сторона лопасти ветротурбины обращена к воздушному потоку, ветер обтекает внутрь дуги окружности профиля 4 лопасти до того, как лопасть становится вогнутой, что заставляет лопатки 8 ориентироваться в направлении, противоположном направлению ветра, который дует спереди, и при таком условии промежутки между осями вращения лопаток перекрываются, образуя рабочую лобовую поверхность. Рабочая лобовая поверхность воспринимает вращающую силу дующего на нее ветра и поворачивается вокруг оси вращения 1.

Когда выпуклая сторона лопасти, описанной в вышеупомянутом абзаце 0028, обращена к потоку воды, лопатки 8 открываются и поворачиваются, а лопасть водяной турбины начинает становиться вогнутой. По мере поворота лопасти лопатки 8 постепенно закрывают промежутки между осями вращения по дуге от оси вращения 1 в соответствии с сопротивлением потока воды, и когда вся лопасть прямо об- 4 023602 ращена к потоку воды и при этом лопасть имеет форму дуги окружности, на половине профиля 4 лопасти по направлению потока со скоростью закрытия лопаток 8 упорядоченно образуется рабочая лобовая поверхность. Максимальная вращающая сила получается, когда поток воды попадает на окончательно сформированную рабочую лобовую поверхность, которая поворачивается без изменения, и происходит поворот вокруг оси вращения 1. Зона поворота, в которой получают вращающую силу, используя рабочую лобовую поверхность лопасти, имеющую форму дуги окружности, как указано в предыдущем абзаце 0030, имеет особенную форму, которая больше, чем прямая лопасть (несколько больше 180°). Помимо указанного выше, за счет постепенного открытия и закрытия каждой из лопаток за отдельный промежуток времени, а не всех одновременно благодаря тому, что лопасть имеет форму дуги окружности, и общий поток, попадающий внутрь лопасти, является плавным благодаря обтекаемой форме, содержащей дугу окружности, соударения, возникающие в результате взаимодействия потока воды и лопаток 8, когда лопатки 8 образуют рабочую лобовую поверхность и когда рабочая лобовая поверхность разблокирована, рассредоточены. Таким образом, гидротурбина поворачивается плавно с длительной движущей силой, поддерживаемой в дуге окружности, в то время как соударения ослабляются. По сравнению с этим у прямолинейной лопасти раскрытие и закрытие лопаток происходит одновременно, а движущая сила воспринимается после положения, в котором лопасть находится непосредственно на одной линии с потоком воды, при этом наблюдается полная потеря сразу всей силы по наклонной поверхности прямолинейной лопасти при угле наклона приблизительно 135° назад от прямого положения, следовательно, существуют недостатки, заключающиеся в том, что зона вращения, в которой воспринимается вращающая сила, меньше, а удар в это время больше, поэтому ветро-водяная турбина по настоящему изобретению направлена на улучшение этих аспектов.

Предпочтительно профиль 4 лопасти, образующий дугу окружности лопасти, описанной в вышеуказанном абзаце 0028, представляет собой дугообразный профиль 4 лопасти вдоль дуги окружности, выходящей из центра 2 круга опорной плиты 3 в направлении к ее внешней окружности, где центральная точка, из которой строится дуга окружности, содержащая дугу окружности лопасти, находится приблизительно на линии, соединяющей точку А и точку В. Для определения положения точек А и В использованы понятия первой воображаемой линии 101 и второй воображаемой линии 102, под которыми подразумеваются соответственно вертикальная и горизонтальная прямые линии, проходящие через центр 2 круга опорной плиты 3 и разделяющие круг на четыре части, причем обе точки А и В находятся в одной и той же части из четырех частей круга опорной плиты 3, а также понятия первой прямой линии 103 и второй прямой линии 104, причем линии 103 и 104 тоже являются воображаемыми. Все эти линии показаны на фиг. 2. Первая прямая линия 103 параллельна первой воображаемой линии 101 и находится на расстоянии половины радиуса К от первой воображаемой линии. Точка А (см. фиг. 2) расположена на первой прямой линии 103 и на расстоянии радиуса К от второй воображаемой линии 102. Вторая прямая линия 104 параллельна первой воображаемой линии 101 и находится на расстоянии К ^х 1/2,3 от первой воображаемой линии 101. Точка В расположена на второй прямой линии 104 на расстоянии 1/3,1 радиуса К от второй воображаемой линии 102.

При этом, чем ближе центральная точка, из которой строится дуга окружности, содержащая дугу окружности лопасти, к точке В, тем менее желательны отклонения от линии, соединяющей точки А и В, потому что незначительные отклонения в окрестностях точки В вызывают нежелательные особенности на краю лопасти возле внешней окружности опорной плиты 3. Выбор лопасти, описанной в предыдущем абзаце 0032, представляет собой лопасть, приспособленную для ветра или воды и их интенсивности, при этом ветро-водяная турбина имеет две или более лопасти, имеющие одинаковую форму, и установленные осесимметрично.

Для лопаток 8 большое внимание уделяется общему облегчению их конструкции, и уменьшение массы достигается в особенности, так что при использовании энергии ветра лопатки легко перемещаются в сторону против ветра за счет ветра, обтекающего внутрь дуги окружности, когда лопасть находится в положении, приблизительно том же самом, что и направление против ветра. Лопатки 8 в целом сконструированы в виде пластинки, выполненной из материала такой прочности на изгиб, чтобы они по меньшей мере не ломались и не проходили в промежутке между осями вращения лопастей.

Предпочтительно лопатки 8 устанавливаются так, что закреплена одна из длинных сторон лопатки 8, причем протяженность этой длинной стороны в продольном (вертикальном) направлении в случае предпочтительно прямоугольной формы несколько короче расстояния между опорными плитами 3 с любого конца оси вращения 7 лопатки.

Длина 27 лопаток 8 в коротком (поперечном = горизонтальном) направлении немного больше расстояния между отрезками дуги окружности (= расстояние 26 между осями вращения лопаток) профиля 4 лопасти, описанного в вышеуказанном абзаце 0032, и это задает функцию и форму лопаток 8, имеющих диапазон поворота 21 лопаток при работе в качестве ветротурбины и диапазон поворота 22 лопаток при работе в качество водяной турбины. Свободный удаленный конец в продольном направлении на стороне центральной точки дуги окружности профиля лопасти свободно вращается отдельно в секторе между осями вращения 7 лопаток с левой и правой сторон.

Обеспечение возможности свободного поворота в пределах секторного диапазона поворота 21 ло- 5 023602 патки при работе в качестве ветротурбины или диапазона поворота 22 лопатки при работе в качестве водяной турбины в процессе работы ветро-водяной турбины по настоящему изобретению означает, что часть лопатки 8 в окрестности участка крепления лопатки изготовлена из материала, который может сгибаться и поворот происходит благодаря ее сгибанию; или ось вращения 7 закрыта трубкой, которую заставляют поворачивается; или шарнир или подобный фиксатор прикреплен к соединительному участку между осью вращения 7 лопатки и участком крепления лопатки и его заставляют поворачиваться; или прикреплены фиксаторы, которые позволяют самой оси вращения 7 лопатки поворачиваться на части опорных плит 3 с любого конца, и указанную ось таким образом заставляют поворачиваться.

В целях улучшения функции поворота ветро-водяной турбины лопатки 8 изготавливаются из легкого высокопрочного волокнистого материала, такого как стекловолокно или углеродное волокно на основе структуры из крючкообразных выступов, бородок и бородочек махового пера птицы, как объект, выполненный за одно целое с использованием смолы или т.п. и имеющий пластинчатую форму, или как пластинку, содержащую полипропилен или фторсмолу, или пластинку, содержащую материал, такой как ткань или т.п., а в частности лопатки 8 специально для ветра выполнены легкими, так что они могут легко поворачиваться под действием ветра (соответствующего 1 баллу по шкале Бофорта для силы ветра) на площадь поверхности лопатки 8 в положении, в котором одна из ее вертикальных сторон закреплена на вращающемся теле типа оси вращения 7 лопатки. Помимо этого лопатки 8 имеют пластинчатую форму и изготовлены из материала по меньшей мере такой прочности на изгиб, что когда лопасть ветро-водяной турбины вогнута и приводится в движение силой воды или ветра, лопатки, расположенные поперек промежутков 26 между осями вращения лопаток по профилю 4 лопасти, описанные в абзаце 0036, не ломаются и не проходят в промежутках.

Когда лопасть является выпуклой и лопатка 8 колеблется в потоке воды/воздушном потоке, за счет выполнения формы лопаток 8 в виде единой пластинки малые возмущения воды или ветра, направляющихся к задней части лопатки, становятся ламинарным потоком, повышая скорость потока на задней стороне ветро-водяной турбины, и таким образом способствуя скорости потока так, что скорость потока на передней поверхности тормозится, энергия ветро-водяной турбины (пропорциональная кубу скорости ветра) вырабатывается эффективно.

В зависимости от назначения лопатки 8 также могут быть такими, что часть лопатки 8 в окрестности участка крепления лопатки содержит волокна, смолу, резину или другой мягкий материал, который можно в несколько оборотов намотать вокруг оси вращения 7 лопатки, или материал, обладающий высокой прочностью на растяжение, который можно растянуть, а остальная часть лопаток 8 за исключением части в окрестности участка крепления лопатки имеет форму пластинки. Под указанной выше прочностью на растяжение понимается прочность, при которой лопатки 8 не отрываются от участка их крепления, когда они подвергаются воздействию силы потока воды/воздушного потока, что заставляет их колебаться под действием потока воды/воздушного потока, или когда лопатки 8 находятся в состоянии, в котором по существу на всю поверхность лопаток 8 воздействует сила потока воды/воздушного потока, так что они открыты или закрыты с центром на оси вращения 7 лопатки за счет силы потока воды/воздушного потока.

Указанная в абзаце 0040 длина наматывания на ось вращения лопасти 7 -это длина втягивания 9, такая чтобы свободный удаленный край вертикальной стороны лопатки 8 не касался соседних осей вращения лопасти 7 с любой стороны.

В случае необходимости, чтобы регулировать наклон лопаток 8, когда они открыты, возможна регулировка с использованием интенсивности подъемной силы, возникающей за счет того, что сторона, для которой требуется наклон, принимает обтекаемую форму, или регулировка осуществляется путем прикрепления маленького интерцептора к лопаткам 8 и повышения эффекта интерцептора посредством открывания отверстия в лопатке 8 в том месте, где установлен интерцептор.

В случае необходимости помимо выполнения формы пластинок подобно маховому перу птицы, с крючкообразными выступами, бородками и бородочками, пластинкам лопаток 8 может быть придан эффект подавления шума путем использования материалов и сборки материалов аналогично сборной структуре, в которой объекты, подобные пуху, прикреплены клеем в точках, в которых касаются лопатки 8, вызывая шум.

В случае необходимости принимаются меры, такие как повышение шумоподавляющего эффекта самой пластинки лопатки или прикрепление клеем к поверхностям вокруг оси вращения 7 лопатки или в других местах, по которым ударяют лопатки 8 при свободном открывании/закрывании, амортизирующего материала типа вспененного полиэтиленого листа или шумопоглощающего материала, изготовленного с получением мягкого шерстевидного материала, подобного птичьему пуху, путем использования, например, смолы и волокна.

В случае необходимости, в целях увеличения вращающей силы при вращении ветро-водяной турбины или снижения возникающих шумов, форму сечения оси вращения 7 лопатки можно сделать в виде пластинки так, что она находится на одной прямой с лопатками 8, когда они колеблются под действием потока воды/воздушного потока воды, или ей придают обтекаемую форму, снижающую гидравлическое сопротивление поверхности осей вращения 7 лопаток. Кроме того, в случае необходимости можно регу- 6 023602 лировать воздушный поток посредством построения выпуклых линий на поверхности осей вращения 7 лопаток или лопаток 8 в соответствии с воздушным потоком, или обеспечить шумоподавление и заднее обтекание, расположив по этим линиям тонкие и мягкие выступы (линии на соседних лопатках 8 отличны одна от другой).

Настоящее изобретение можно использовать в качестве водяной или ветровой турбины, и назначение для использования может быть изменено с водяной турбины на ветротурбину без изменения каркаса внешней оболочки или других компонентов. Однако чтобы повысить эффективность вращения ветроводяной турбины при использовании в качестве ветротурбины, центральную точку дугообразного профиля 4 лопасти размещают ближе к точке В, а не точке А, описанных в абзаце 0032, устанавливая сначала лопатки 8 на оси вращения 7 лопатки со стороны оси вращения 1 ветро-водяной турбины при том, что ось на удаленном конце является осью (стержнем) 10 для простого крепления лопатки 8.

Аналогично указанному в абзаце 0046 для повышения эффективности вращения ветро-водяной турбины при использовании в качестве водяной турбины центральную точку дугообразного профиля 4 лопасти размещают ближе к точке А, а не точке В, описанных в абзаце 0032, лопатки 8 прикрепляют, начиная с лопатки 8 на оси вращения 7, самой удаленной от оси вращения 1 ветро-водяной турбины, а ось 7 лопатки, ближайшая к оси вращения 1 ветро-водяной турбины, является осью (стержнем) 11 для остановки вращения лопатки, но при этом простое крепление лопатки, осуществляемое при использовании для ветротурбины, не осуществляется.

Разница между местом крепления лопаток и формой дуги окружности профиля 4 лопасти для ветротурбины в вышеупомянутом абзаце 0046 и для водяной турбины в вышеупомянутом абзаце 0047 заключается в том, что в случае водяной турбины при использовании исходят из того, что поскольку сопротивление нисходящего потока воды выше, чем у воздуха, все свободные удаленные концы вертикальных сторон лопаток 8 одновременно колеблются параллельно стороне оси вращения 1 ветро-водяной турбины, когда лопасть приближается к стороне против потока.

Разница между местом крепления лопаток и формой дуги окружности профиля 4 лопасти для ветротурбины в абзаце 0046 и для водяной турбины в абзаце 0047 заключается в том, что в случае ветротурбины, поскольку сопротивление нисходящего потока меньше, чем у воды, удаленные концы лопаток 8 вместе направляются наружу от центра ветро-водяной турбины, ведя себя так, что наклон лопаток 8 выравнивается. Этот эффект проявляется в характере перемещения, описанном выше, из-за действия отдельных факторов, двух или более факторов, или их синергии, к этим факторам относятся: центробежная сила; вихрь 20, который захватывается при вращении ветро-водяной турбины внутри дуги окружности профиля 4 лопасти; ветер, обтекающий внутрь лопатки 8, самой дальней на внешней окружности и просто закрепленной (открытой только при сильном ветре); ветер, дующий между лопастями непосредственно перед тем, как лопасть сменит свою ориентацию к ветру с выпуклой на вогнутую, и обтекающий внутрь дуги окружности; ветер, дующий на оси вращения 7 лопаток, которые одновременно встают по одной линии вертикально навстречу воздушному потоку; ветер, обтекающий во внутреннее пространство оси вращения 7 лопатки и участка крепления лопатки 8 со стороны оси вращения 1, увлеченный ветер, втягивающий соседнюю лопатку 8, находящуюся ниже со стороны оси вращения 1. Помимо этого в ветротурбине наклон просто закрепленной наружной лопатки 8 уже является таким, при котором она наклонена в сторону оси вращения 1, когда лопасть становится выпуклой стороной против воздушного потока, и поскольку это положение лопасти подобно положению паруса, воспринимающего ветер, когда парусное судно движется против воздушного потока, лопасть также обладает дополнительной движущей силой, способствующей вращению ветротурбины. Опорные плиты 3 ветро-водяной турбины, описанные в вышеуказанном абзаце 0028, можно модифицировать различным образом в соответствии с применением дополнительно к использованию преимущества, обеспечивающего получение силы в достаточной мере посредством того, что она приложена в значительной мере в пространстве дуги окружности, образованном профилем 4 лопасти и верхней и нижней опорными плитами 3, имеющими форму круга. Например, помимо получения силы, возникающей с четырех направлений и верхнего и нижнего косых направлений ветро-водяной турбины, для уменьшения сопротивления вращению под давлением воды или ветра за счет самих опорных плит 3 избыточные участки стачивают до величины, не вызывающей проблемы для всей конструкции ветро-водяной турбины, опорным плитам придают форму с учетом баланса осевой симметрии относительно оси вращения 1, а сточенный профиль предпочтительно подвергают чистовой обработке до получения обтекаемой формы, у которой углы удалены.

Указанные во второй половине абзаца 0050 опорные плиты 3 со сточенными избыточными участками могут подвергаться изгибанию для получения любой осесимметричной формы, включая четырехугольную, восьмиугольную, трапециевидную, круглую, эллиптическую формы или формы, содержащие их сочетание, в качестве формы внешней оболочки, если смотреть на вращающееся тело ветро-водяной турбины с горизонтального направления, и каждая из них может быть установлена в соответствующем пространстве или отверстии.

Расстояние между верхней и нижней опорными плитами 3 ветро-водяной турбины, описанными в абзаце 0051, может быть различным от оси вращения 1 вдоль профиля 4 лопасти до внешней окружности, но изобретение может быть осуществлено без изменения базовой структуры при условии, что в каж- 7 023602 дом месте на внутренней стороне верхней и нижней опорных плит 3 закреплена одна из вертикальных сторон лопатки 8, имеющей вертикальные стороны длиной, выполненной несколько короче длины оси вращения 7 лопатки, и кроме того, вертикальная сторона лопатки 8, противоположная стороне участка крепления, обрезана так, что она не ударяется о верхнюю или нижнюю опорные плиты 3 при повороте на 360° вокруг оси вращения 7 лопатки.

Работу и выработку электроэнергии можно осуществлять во многих местах путем установки ветроводяных турбин разных форм, описанных в абзаце 0052, в вентиляционных отверстиях или дренажных трубах зданий или фабрик, например, или путем установки ветро-водяных турбин подходящей формы, чтобы извлекать пользу из любого отверстия, в котором может осуществляться вращательное движение.

Когда ветро-водяная турбина по настоящему изобретению, в которой сопротивление уменьшается в направлении воды/ветра при выпуклой лопасти, используется, например, по заданному назначению, описанному в предыдущем абзаце 0053, следует отметить особенно, что она лучше, чем другие ветроводяные турбины, тем, что не препятствует в той же степени, в какой другие ветро-водяные турбины, изначальной задаче и функции, для которых был установлен канал прохода воды/ветра, такой как труба, потому что лопатки 8 постоянно открыты, когда лопасть, занимающая вертикальную полукруглую секцию, воспринимающую сопротивление в направлении воды/ветра, имеет выпуклую форму, и нагнетание может также происходить в обратном направлении, поэтому увеличивается эффективная площадь сечения трубы или другого канала для воды или ветра.

В случае приближения ветро-водяной турбины по настоящему изобретению к зоне опасного вращения или в случае чрезвычайной ситуации, такой как сильный ветер, когда приближается тайфун, или например наводнение, окрестность участка крепления лопатки в конструкции лопатки 8, описанной в абзаце 0040, наматывают или втягивают на длину втягивания 9, описанную в абзаце 0041. Таким образом, лопатки 8 находятся в положении, в котором они имеют длину 28 такую, что они не касаются осей вращения 7 лопаток, расположенных с левой и правой сторон, и вращающая сила ветро-водяной турбины теряется в положении, в котором все лопатки свободно поворачиваются на 360° вокруг осей вращения 7 лопаток и колеблются в потоке воды/воздушном потоке, а сопротивление самой ветро-водяной турбины потоку воды/воздушному потоку значительно уменьшается, обеспечивая безопасность оборудованию в целом. Переход от рабочего состояния к обеспечению безопасности оборудования в целом, как описано выше, достигается посредством втягивания окрестности участка крепления лопатки или наматывания ее на ось вращения 7 лопатки приблизительно на 0,5 -2 оборота, и таким образом противодействие может быть осуществлено быстро и легко.

Благодаря тому, что лопатки 8 имеют возможность свободно поворачиваться на 360° вокруг осей вращения 7 лопаток, как описано в вышеуказанном абзаце абзаце 0055, возможно регулировать скорость вращения ветро-водяной турбины путем увеличения или уменьшения количества лопаток 8, которые могут свободно поворачиваться на 360° одинаково для каждой лопасти, используя площадь рабочей лобовой поверхности оставшихся лопаток.

Помимо способа предотвращения опасности для ветро-водяной турбины, описанного в вышеуказанном абзаце 0055, ветро-водяную турбину можно убрать одновременно с предотвращением опасности. Способ включает обеспечение функции поворота перпендикулярной оси опорных плит, размещаемой так, что она является горизонтальной и приблизительно перпендикулярной линии, соединяющей центр оси вращения 1 и центры осей вращения 7 лопаток на верхней и нижней опорных плитах 3 ветроводяной турбины и участке крепления оси вращения 7 лопатки. Принимая линию, соединяющую центры осей вращения 7 лопаток и центр оси вращения 1 в качестве центра, в положении на опорной плите 3 с осью вращения 7 в ее центре, выполняют проход, такой, что когда лопасть хранится, ось вращения 7 лопатки не ударяется об опорную плиту 3. Размер прохода таков, что его ширина несколько больше диаметра оси вращения 7 лопатки, а его длина такова, что на нижней опорной плите 3 он несколько длиннее вниз (указывая низ оси вращения 7 лопатки) от оси, перпендикулярной нижней опорной плите, а на верхней опорной плите 3 он несколько длиннее высоты, так что он проходит вверх (указывая верх оси вращения 7 лопатки) от оси, перпендикулярной верхней опорной плите. Таким образом, когда оси вращения 7 лопаток убираются, их низ и верх убираются в опорные плиты 3 при перемещении к оси вращения 1, по существу, параллельно оси вращения 1 с помощью перпендикулярной опорным плитам оси, принадлежащей оси вращения 7 лопатки и расположенной на верхней и нижней опорных плитах 3, по мере складывания лопасти.

С учетом опорных плит 3, имеющих сточенные излишние участки, как описано в последней части абзаца 0050, в положении между ближайшей к оси вращения 1 осью вращения 7 лопатки и следующей осью вращения 7 лопатки и приблизительно перпендикулярном оси вращения 1, и с учетом пологой дуги окружности профиля 4 лопасти, имеющего центральную точку близко к точке В, описанной в абзаце 0032, вводится неглубокая прорезь под углом так, что удаленный конец сложенной лопасти размещается насколько возможно близко к центру оси вращения 1, а в неглубокой прорези закрепляется поворотное приспособление. Конструкция такова, что каждая лопасть может быть свернута или сложена или как свернута, так и сложена с помощью этого приспособления. Когда, как описано выше, лопасть как свернута, так и сложена, каждая лопасть располагается так, что оси вращения 7 лопаток убираются в опорные

- 8 023602 плиты 3 без касания вокруг оси, перпендикулярной опорным плитам, с использованием проходов, вырезанных в опорных плитах 3, как описано в абзаце 0057, и ветро-водяная турбина может быть свернута или сложена или свернута и сложена к стороне центра вращения 1. Благодаря вышеописанному способу убирания ветро-водяной турбины пространство, которое освободилось за счет того, что ветро-водяную турбину сложили из ее развернутого положения, можно эксплуатировать как другое рабочее пространство, а опасность может быть предотвращена благодаря убранной ветро-водяной турбине. Способ убирания, описанный в предыдущих абзацах 0057 и 0058, возможен только благодаря форме, при которой оси вращения 7 лопаток и лопатки 8, выровненные по одной стороне профиля 4 лопасти и связанные осью вращения 1, содержат один комплект лопасти, и лопатки 8 могут убираться при накладывании их друг на друга с ориентацией в одном направлении. При использовании ветро-водяной турбины по настоящему изобретению в качестве воздушного электрогенерирующего устройства все ее материалы представляют собой легкие высокопрочные волокнистые материалы, такие как углеродное волокно или т.п., а масса всей ветротурбины может быть снижена выполнением ее за одно целое с использованием смолы или т.п. Конструкция, в которой каркас из обрешетки 29, поперечных балок 30 и опорных колонн 31 прикреплен к или выполнен за одно целое с двумя ветротурбинами, установленными параллельно для сбережения пространства вращения ветротурбин и повышения конструктивной прочности, может быть выполнена плавающей в небе посредством прикрепления аэростатов к участкам на верхней и нижней наружных поверхностях или в одном месте на верхнем участке. Вышеупомянутый плавающий привязной трос разделяется надвое до того, как он достигает аэростатов, образуя равнобедренный треугольник с несущей штангой 40, к двум концам которой привязаны две веревки и которая перекрывает пролет, соответствующий основанию треугольника. Кроме того, несколько веревок натянуты единообразно от указанных двух концов к основным точкам на аэростатах и на вышеупомянутом каркасе. Регулировка осуществляется так, что привязной трос, идущий с земли, находится в центре воздушного электрогенерирующего устройства. Интерцепторы 39, содержащие пластинку или т. п., которая вытянута под наклоном, продуманным так, что воздушный поток собирается в центре двух параллельных ветротурбин, установлены с использованием веревок, которые растянуты от вышеупомянутой несущей штанги 40 в сторону ветротурбины, что поддерживает положение, в котором вращающая сила благодаря сконцентрированному воздушному потоку, направленному к середине параллельных ветротурбин, увеличивается, и таким образом можно вырабатывать электричество с использованием более сильного, более устойчивого высотного вращающего ветра.

Когда при использовании в качестве воздушного электрогенерирующего устройства, описанного в предыдущем абзаце 0060, противодействие опасности в чрезвычайной ситуации заключается в опускании устройства путем втягивания привязного троса, можно уменьшить массу, поскольку устройство, описанное в абзаце 0055, не требуется.

Когда ветро-водяная турбина по настоящему изобретению используется в системе, в которой она плавает по поверхности воды, в дополнение к установке ветро-турбины на поплавке и использования ее для выработки электричества или использования ее в качестве двигателя насоса или т. п. в местах речных течений или океанских течений под поплавком возможно обеспечить больший объем работ или количества генерируемой электроэнергии за счет движения над и под водой путем установки водяной турбины ниже поверхности воды.

Что касается способа работы, при котором ветро-водяные турбины установлены выше и ниже поплавка, как описано в предыдущем абзаце 0062, условия местоположения очень различаются, а именно на воде и под водой, но большая часть базовой конфигурации аналогична, разница заключается только в местах крепления лопаток, что обеспечивает такое достоинство как одинаковое техническое обслуживание, которое может быть осуществлено с использованием одинаковых компонентов, и поэтому упрощается управление техническим обслуживанием.

Вместо непосредственного соединения с осью вращения 1 ветро-водяной турбины, когда ветроводяная турбина работает как источник энергии или как электрогенератор, возможно установить шкивы 33 для передачи вращения или вращающиеся барабаны размером, равным или больше внутреннего диаметра оси вращения 1 ветро-водяной турбины, на опорных плитах 3 по обоим концам лопастей ветроводяной турбины или на одном из концов, извлекая максимальную пользу из площади свободной поверхности верхней и нижней опорных плит 3 в устройстве вертикально-осевого типа, и передавать силу вращения, используя ремень или приводной шкив 34, который меньше вышеупомянутого шкива и который вращается в одном направлении с вращением ветро-водяной турбины, внутри или снаружи шкива для передачи вращения или вращающегося барабана, что увеличивает вращение электрогенератора 35 или источника энергии, и поскольку внутренний диаметр шкива для передачи вращения и вращающегося барабана увеличивается, соответственно возможно установить один или более мест рекуперации энергии, или электрогенераторов, или т.п.

Ветро-водяная турбина по настоящему изобретению относится к вертикально-осевому типу с использованием аэродинамического сопротивления и поэтому она обладает свойством выработки высокого крутящего момента. Чтобы эффективно извлечь эту движущую силу, между ветро-водяной турбиной и электрогенератором можно установить повышающую передачу, что позволяет эффективно осуществлять

- 9 023602 выработку электричества каждой машиной, связанной через ось вращения.

Ветро-водяная турбина использует особенности ветротурбин вертикального типа в качестве ветроводяного турбинного двигателя, работающего как многоступенчатая система в виде башенной структуры, скомпонованной в колонну, где один вертикальный пролет содержит блок, имеющий конструкцию, в которой главная колонна 43 расположена в месте, соответствующем центральной оси и закрыта трубой с фланцами 44 оси вращения, которая несколько больше диаметра главной колонны, причем между главной колонной и закрывающей трубой предусмотрено пространство такое, что в указанном пространстве могут быть размещены подшипники 36, обеспечивающие возможность вращения ветро-водяной турбины, и в этом положении опорные плиты 3 ветро-водяной турбины связаны и объединены с трубой с фланцами 44 оси вращения. Опора для башенной структуры несколько больше внешней окружности ветро-водяной турбины и содержит три или более опорных колонн, установленных в местах, имеющих зазор, чтобы не было соударений с лопатками 8, самыми дальними в направлении внешней окружности, при их свободном повороте на 360°. Для каждого единичного вышеупомянутого вертикального пролета опорные колонны и центральная главная колонна 43 связаны или объединены так, чтобы можно было воплотить колонную многоступенчатую электрогенерирующую систему, имеющую башенную структуру, в которой достигается устойчивость всей башенной структуры.

В пропеллерных электрогенерирующих системах горизонтально-осевого типа пропеллер находится выше мачты, и из-за этого бывают аварии, при которых молния попадает в пропеллер и он повреждается, или молния попадает в гондолу, находящуюся наверху мачты, что вызывает ее возгорание. Ветроводяная турбина по настоящему изобретению имеет конструкцию, которая полностью умещается в башенную структуру, описанную в предыдущем абзаце 0066, и поэтому в случае необходимости могут быть приняты меры по предотвращению попадания молнии путем установки на вершине башенной структуры молниеотводов и выполнения башенной структуры, умещающейся в защитный конус с углом при вершине 60°, направленный вниз от удаленного конца молниеотвода.

При использовании особенностей ветротурбины с вертикальной осью появляются преимущества, связанные с тем, что помимо выработки электричества возможно погасить сильный ветер по боковым сторонам строительных сооружений и вихри Кармана, а также другие опасные ветровые факторы, возникающие за ними, которые появляются, когда индуцированный строением ветер дует прямо, посредством установки отдельных ветротурбин или многоступенчатых ветрогенераторов в системе, имеющей башенную структуру, по углам и наклонным участкам строений, где концентрируется индуцированный строением ветер, так как ветер, который прошел через ветротурбину, рассеивается позади ветротурбины.

Поскольку ветро-водяная турбина относится к вертикально-осевому типу, общий объем, необходимый для вращения и работы ветро-водяной турбины приблизительно тот же самый, что и у используемых в ней лопастей, и поэтому ветро-водяная турбина имеет особенность, заключающуюся в том, что пространство можно использовать эффективнее по сравнению с горизонтально-осевой ветротурбиной, и даже возможна установка в ограниченных узких пространствах, таких как выше или ниже, по бокам, спереди и сзади транспортного средства, а водяные турбины можно, например, устанавливать по бокам или спереди и сзади судна, и, следовательно, они проявляют свойство, состоящее в том, что сила, входящая в генерирующую ветро-водяную турбину, когда транспортное средство движется вперед по земле или морю, может быть вся захвачена лопастью по типу аэродинамического сопротивления и эффективно использована с меньшими потерями.

Ветер на море сильнее и имеет более устойчивое направление, нежели на земле, и, следовательно, из этого можно получить большую пользу, поплавки или суда, образующие основание, на котором устанавливается ветротурбина, постоянно качаются взад-вперед и из стороны в сторону, и поэтому, что касается пропеллерных ветротурбин горизонтально-осевого типа, известных как использующих подъемную силу, или ветротурбин вертикально-осевого типа (типа Дарье или типа жиромельницы), поток воздуха на поверхности лопастей нарушается из-за качки, что негативно влияет на вращение за счет подъемной силы, а в некоторых случаях вращение полностью прекращается. Но поскольку ветротурбина по настоящему изобретению относится к типу, использующему аэродинамическое сопротивление, ветер, который толкает рабочую лобовую поверхность, остается в пределах дуги окружности лопастей и продолжает толкать, даже если есть некоторая качка вокруг оси вращения, заставляя ветротурбину вращаться до своего выхода, и таким образом имеется свойство, заключающееся в том, что работа ветротурбины менее подвержена влиянию качки, чем работа ветротурбин с использованием подъемной силы.

Промышленная применимость

В последнее время наблюдается обострение проблемы истощения различных видов природных ресурсов, в том числе и основных источников энергии: нефти и каменного угля. Многие эксперты предсказывают наступление критической ситуации, в которой развернется борьба за ограниченные оставшиеся природные ресурсы. Многие развитые страны, обладающие технологическим потенциалом, активно развивают в качестве альтернативы использование возобновляемой энергии (солнечной энергии, энергии ветра, гидроэнергии, геотермальной энергии, энергии биомассы). Настоящее изобретение делает возможным использование энергии с применением энергии ветра и гидроэнергии.

В Японии ветровая обстановка характеризуется относительно невысокой скоростью ветра и боль- 10 023602 шим количеством горных ветров, что считается благоприятным для вертикально-осевых ветрогенераторов. Однако фактически широкое распространение получили горизонтально-осевые ветрогенераторы пропеллерного типа, использующие подъемную силу. Причины этого были в том, что вертикальноосевые ветрогенераторы, как считалось, имеют низкую эффективность выработки электроэнергии и вращаются с низкой скоростью, при этом сложно осуществить противодействие тайфунам, но настоящее изобретение в отличие от известных вертикально-осевых ветрогенераторов характеризуется лучшей мобильностью, генерирует более высокие обороты вращения, чем многие подобные типы машин, и позволяет просто и быстро осуществлять противодействие тайфунам и другим стихийным бедствиям, таким образом, оно может быть использовано в качестве вертикально-осевого ветрогенератора, относящегося к типу, наилучшим образом отвечающего ветровым условиям Японии.

Региональные банки, а также Азиатский банк развития и другие мировые финансовые институты начали крупномасштабное финансирование экологических проектов по выработке электроэнергии, таких как солнечная, ветровая и гидроэнергетика. Ветро-водяная турбина по настоящему изобретению делает возможной выработку электроэнергии с использованием энергии ветра и воды, как описано в абзаце 0071. Наибольшее внимание с точки зрения ее использования вызывают высокий крутящий момент, выше, чем в других способах, и высокое вращение, выше, чем у других машин такого же типа.

Пояснения номеров позиций

- Ось вращения

- Центр круга

- Опорная плита

- Профиль лопасти

- Профиль лопасти с центром в точке А

- Профиль лопасти с центром в точке В

- Ось вращения лопатки

- Лопатка

- Длина сворачивания лопатки (Ь3)

- Ось свободной фиксации лопатки

- Ось остановки вращения лопатки

- Временный фиксатор лопатки и т.п.

- Направление вращения ветро-водяной турбины

13а - Направление вращения ветротурбины

13Ь - Направление вращения водяной турбины

- Поток воды/воздушный поток

- Воздушный поток

- Поток воды

- Полностью открытая выпуклая лопасть

- Полностью закрытая вогнутая лопасть

- Внешняя окружность

- Внутренний вихрь

- Диапазон поворота лопатки лопастей при работе ветротурбины

- Диапазон поворота лопатки при работе водяной турбины

- Диапазон поворота лопатки при предотвращении опасности для ветротурбины

- Диапазон поворота лопатки при предотвращении опасности для водяной турбины

- Труба ввода скручивания лопатки

- Расстояние между осями вращения лопаток (Ь1)

- Длина короткой стороны (боковой стороны) лопатки во время работы (Ь2)

- Длина короткой стороны лопатки при предотвращении опасности (Ь2-Ь3)

- Вертикальная обрешетка

- Поперечная балка

- Опорная колонна

- Армирующая панель опорной плиты

- Шкив для передачи вращения

- Ведущий шкив

- Электрогенератор

- Подшипник

- Аэростат-1

- Аэростат-2

- Интерцептор

- Несущая штанга

- Привязной трос

- Ветрогенератор (параллельный)

- Главная колонна

- 11 023602

- Труба с фланцами оси вращения

- Соединительный фланец

- Анкер

- Армирующий фланец опорной плиты

- Верхний вращающийся фланец

- Вращающееся верхнее крепление

- Мотор скручивания осей вращения лопаток

- Вращающийся соединительный стержень осей вращения лопаток

Документы из уровня техники

1. Патент Японии № 1253060

2. Опубликованная японская патентная заявка № 2007-332871

3. Опубликованная японская патентная заявка № 2009-203968

4. Опубликованная японская патентная заявка № 2009-264360

5. Опубликованная японская патентная заявка № 1989-208574

6. Опубликованная японская патентная заявка № 2010-509526.

7. Опубликованная японская патентная заявка № 1986-237885

8. Опубликованная японская патентная заявка № 1994-229364

9. Опубликованная японская патентная заявка № 2005-282400

10. Опубликованная японская патентная заявка № 2001-221142

11. Опубликованная японская патентная заявка № 2005-120959

12. Опубликованная японская патентная заявка № 2007-239542

Claims

1. Ветро-водяной турбинный двигатель вертикально-осевого типа, содержащий дугообразные лопасти по форме дуги окружности, которые установлены симметрично относительно оси (1) вращения;

лопатки (8), повышающие эффективность вращения двигателя, причем протяженность профиля лопасти, представляющего собой дугу окружности, разделена на три или более отрезка, на границах между которыми расположены оси (7) вращения лопаток (8), причем оба конца осей (7) зафиксированы на опорных плитах (3) в виде кругов;

причем одна из вертикальных сторон каждой лопатки (8) прикреплена к оси (7) вращения лопатки, каждая из лопаток (8) выполнена с возможностью свободного вращения в секторе до соседних осей (7) вращения лопаток с любой стороны, причем форма профиля (4) лопасти представляет собой дугообразный профиль вдоль дуги окружности, проходящей от центра (2) круга опорной плиты (3) к его внешней окружности, при этом центральная точка, из которой строится дуга окружности лопасти, расположена приблизительно на линии, соединяющей точку (А) и точку (В), причем круг опорной плиты (3) разделен на четыре части первой воображаемой линией и второй воображаемой линией, проходящими через центр (2) круга опорной плиты (3) и перпендикулярными друг другу, обе точки (А) и (В) расположены в одной и той же части из четырех частей круга опорной плиты (3), точка (А) расположена на расстоянии, равном радиусу К окружности опорной плиты (3), от второй воображаемой линии и на расстоянии половины радиуса К окружности опорной плиты (3) от первой воображаемой линии, а точка (В) расположена на расстоянии, равном 1/3,1 радиуса К окружности опорной плиты (3), от второй воображаемой линии и на расстоянии К^х 1/2,3 от первой воображаемой линии.

2. Двигатель по п.1, в котором части вышеуказанных лопаток (8) в окрестности их крепления к осям (7) вращения лопаток намотаны на оси (7) вращения лопаток или втянуты, так что длина горизонтальной стороны лопаток (7) немного укорочена по сравнению с расстоянием между соседними осями (7) вращения лопаток (8) с любой стороны, что позволяет лопаткам (8) свободно поворачиваться вокруг их осей вращения на 360°, при этом сила вращения двигателя теряется.

3. Двигатель по п.1, в котором когда лопасть обращена в направлении потока воды/воздушного потока выпуклой стороной, лопатки (8) открыты и сопротивление вращению уменьшено, а когда лопасть обращена в направлении потока вогнутой стороной, перед приведением в движение образуется рабочая лобовая поверхность путем открывания/закрывания лопаток (8) в соответствии со скоростью вращения оси (1) вращения двигателя в зависимости от интенсивности силы.

4. Двигатель по п.3, в котором лопатки (8) выполнены из легкого материала с возможностью легко перемещаться к наветренной стороне под действием ветра, который направлен внутрь дуги окружности, и когда лопасть находится в месте, приблизительно том же, что и наветренное направление, лопатки закрывают каждый из промежутков между осями (7) вращения лопаток (8) на наветренной стороне, причем лопатка, установленная на внешней окружности опорных плит (3), прикреплена к оси (7) вращения, установленной перед нею, и к оси (10), расположенной на внешней стороне окружности опорных плит (3), если двигатель не совершает опасное высокоскоростное вращение.

- 12 023602

5. Двигатель по п.1, в котором лопатки (8) выполнены с возможностью уменьшения длины их горизонтальной стороны по сравнению с расстоянием между соседними осями (7) вращения лопаток с любой стороны, поэтому лопатки имеют возможность занять положение, в котором они могут совершать колебания в потоке воды/воздушном потоке, вследствие чего сопротивление двигателя уменьшается.

Фиг. 1

Фиг. 2

- 13 023602

Фиг. 3

- 14 023602

Фиг. 5

Фиг. 6

- 15 023602

Фиг. 7

Фиг. 8

- 16 023602

Фиг. 9

Фиг. 11

- 17 023602

Фиг. 12

Фиг. 13

- 18 023602

- 19 023602

Фиг. 17