RU158390U1 - Ветроустановка с вихревым ускорителем ветрового потока - Google Patents

Abstract

Ветроустановка с вихревым ускорителем ветрового потока, выполненным в виде трубки Вентури, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена генератором вихря воздушного потока, наветренная грань которого выполнена в продольном направлении криволинейно-вогнутой, и который создает завихренный поток, имеющий продольную и окружную составляющие скорости, и установленными на суженном участке трубки Вентури патрубками для всасывания наружного воздушного потока внутрь сопла, при этом трубка Вентури расположена в центре установленного на мачте горизонтально-осевого ветроколеса.

Description

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть применена в качестве ускорителя ветрового потока. Полезная модель может быть использована в ветроустановках, применяемых для электрификации в районах, удаленных от ископаемых источников энергии и водных ресурсов, а также для орошения и водоснабжения животноводческих хозяйств, для подачи воды на отгонных пастбищах в зоне орошаемого земледелия.

Известны ветродвигатели с установкой раструба (конуса) перед ветроколесом, которые предположительно позволяют повысить мощность ветродвигателя за счет увеличения скорости потока в узком сечении конуса по сравнению с его скоростью в широком сечении у входа в раструб. Однако на самом деле, увеличения мощности или увеличения скорости потока не наблюдалось. Это объясняется следующими причинами: образованием воздушной подушки на входе в уширенную часть раструба; из-за подпора воздушные массы начинают обтекать конус по его внешней поверхности, что приводит к потере воздушным потокам части своей энергии (Я.И. Шефтер «Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках», Издательство Министерства Сельского хозяйства СССР, Москва, 1957, стр. 22).

Тем не менее, существует множество патентов разработки ветроэнергетических установок с использованием концентраторов воздушного потока в виде раструбов или конфузоров и т.д. различного вида (патент РФ №: 2078995. МПК: F03D 9/00, патент РФ №: 2008516 МПК: F03D 1/04, F03D 7/00, патент РФ №: 65579. МПК: F03D 3/00, патент РФ №: 2009369. МПК: F03D 1/04, F03D 7/00, патент РФ №: 2076946 МПК: F03D 1/04, F03D 1/0, патент РФ №: 2067690 МПК: F03D 1/04, F03D 1/02 и т.д.). Недостатками данных ветроустановок является низкое КПД, малое значение коэффициента использования ветра 4, а также то, что конструкции таких ветроустановок очень громоздки, металлоемки и сложны в обслуживании.

Известна ветроустановка с атмосферным диффузором в виде кольцевого крыла, на внутренней стенке которого имеются две последовательно расположенные независимые щели для кольцевого вдува (патент РФ №: 2261363. МПК: F03D 1/04, F03D 9/02).

Недостатком атмосферного диффузора является возникновение в нем отрыва потока (снижение эффективности) при увеличении угла натекания потока воздуха на диффузор свыше 10…15°; увеличение осевого усилия на башню, усложнение ВЭУ.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является ветроэнергетическая установка с пассивным ускорителем ветрового потока. Установка содержит ускоритель ветрового потока расположенный в центре горизонтально-осевого ветроприемного устройства (ВПУ) и выполнен в виде трубки Вентури, на суженном участке которой установлены патрубки для всасывания наружного воздушного потока внутрь сопла (патент РФ на полезную модель №: 143120 МПК: F03D 1/04).

Недостатком данного устройства является то, что эффективность ветроэнергетической установки увеличивается незначительно и зависит от скорости поступающего ветрового потока.

Инжектор типа Вентури (трубка Вентури) представляет собой трубку с конусными заужениями с обеих сторон, работающую на принципе перепада давления (Н.Я. Фабрикант «Аэродинамика», Государственное Издательство технико-теоретической литературы, Москва-Ленинград, 1949, стр. 81). В основе принципа действия трубы Вентури лежит эффект Вентури и закон Бернулли - в суженном участке трубы скорость возрастает, а давление соответственно уменьшается. За сужением трубопровод снова плавно расширяется, образуя диффузор, где происходит обратный переход кинетической энергии потока в энергию давления.

Так как внутренняя часть ветроколеса обычно остается неиспользованной, конструктивные соображения и плохой коэффициент полезного действия затрудняют использование этой части. Эти затруднения у тихоходных двигателей более велики, чем у быстроходных, так как неиспользуемая площадь у тихоходных типов в общем больше, чем у быстроходных. Однако принимают, что в обоих типах не используется ⅓ действительного радиуса (А. Бетц «Энергия ветра и ее использование посредством ветряных двигателей», Государственное научно-техническое издательство Украины, Харьков, 1933, стр. 38).

Задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции ветроустановки с вихревым ускорителем ветрового потока с использованием трубки Вентури, расположенной в центре ветроколеса, и генератора вихря воздушного потока в конфузорной части трубки, что увеличивает эффективность ветроустановки, а также значительно уменьшает размеры и упрощает конструкцию установки.

В результате использования предлагаемой полезной модели появляется возможность увеличения скорости вращения ветроколеса за счет разрежения воздуха за ветроколесом, которое создается инжекцией наружного воздушного потока внутрь сопла по патрубкам, установленным на суженном участке трубки, что увеличивает мощность ветродвигателя и период работы в расчетном режиме, как в суточном, так и в сезонном периоде.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что ветроустановка с вихревым ускорителем ветрового потока, выполненным в виде трубки Вентури, и дополнительно снабженной генератором вихря воздушного потока, наветренная грань которого выполнена в продольном направлении криволинейно-вогнутой, который создает завихренный поток, имеющий продольную и окружную составляющие скорости, и установленным на суженном участке трубки Вентури патрубками для всасывания наружного воздушного потока внутрь сопла, при этом трубка Вентури расположена в центре установленного на мачте горизонтально-осевого ветроколеса.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлено схематическое изображение ветроустановки с вихревым ускорителем ветрового потока.

Ветроустановка с вихревым ускорителем ветрового потока, выполненным в виде трубки Вентури 1 и расположенным в центре горизонтально-осевого ветроколеса 2, установлена на мачте 3. При этом ветроколесо 2 свободно вращается на подшипнике 4, посаженном на трубку Вентури 7. В узкой части трубки Вентури 7 установлены патрубки 5, через которые происходит всасывание наружного воздушного потока внутрь сопла 6, при этом устройство дополнительно снабжено генератором вихря воздушного потока 7, наветренная грань которого выполнена в продольном направлении криволинейно-вогнутой и который создает завихренный поток на суженном участке трубки Вентури 7, окружная составляющая скорости которого согласно теореме Стокса в два раза больше продольной составляющей, что, в свою очередь, еще больше увеличивает инжекцию наружного воздуха и создает разрежение за ветроколесом и способствует увеличению скорости воздушного потока проходящего через ветроколесо (Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951 г.).

Работает ветроустановка с вихревым ускорителем ветрового потока, следующим образом.

Воздушный поток, входящий в трубку Вентури 7 со скоростью V₁ ускоряется в ее узком сечении до скорости V₃ за счет уменьшения статического давления и разрежения, усиленного генератором вихря воздушного потока 7, наветренная грань которого выполнена в продольном направлении криволинейно-вогнутой. Ускоренный в узкой части трубки Вентури 7 воздушный поток V₃ увлекает за собой наружный ветровой поток V₂ внутрь сопла 6 через патрубки 5, установленные на суженном участке трубки Вентури 7, создавая за ветроколесом 2 некоторое разрежение. За счет этого происходит соответствующее увеличение скорости потока V₂ за ветроколесом 2 и соответственно увеличивается скорость воздушного потока V₁, все это приводит, к росту мощности, развиваемой двигателем.

Claims (1)

1. Ветроустановка с вихревым ускорителем ветрового потока, выполненным в виде трубки Вентури, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена генератором вихря воздушного потока, наветренная грань которого выполнена в продольном направлении криволинейно-вогнутой, и который создает завихренный поток, имеющий продольную и окружную составляющие скорости, и установленными на суженном участке трубки Вентури патрубками для всасывания наружного воздушного потока внутрь сопла, при этом трубка Вентури расположена в центре установленного на мачте горизонтально-осевого ветроколеса.

   

Images