UA119085C2

UA119085C2 - Vortex Solar-Wind Power Installation

Info

Publication number: UA119085C2
Application number: UAA201706480A
Authority: UA
Inventors: Олександр Федорович Немчин; Данило Олександрович Немчин; Сергій Анатолійович Болтенко; Георгій Тимофійович Тодорашко
Original assignee: Олександр Федорович Немчин; Данило Олександрович Немчин; Сергій Анатолійович Болтенко
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Винахід належить до галузі геліовітроенергетики і може знайти застосування при виробництві сонячно-вітрових установок з вертикальною віссю обертання ротора. Вихрова сонячно-вітрова енергетична установка містить закріплену на рамі вертикальну конфузорну вежу з вертикальним повітряним каналом і впускними вікнами, напрямні пластини, закріплені на конфузорній вежі і рамі, лопатеву турбіну, додаткову лопатеву турбіну, розташовані обертально в вертикальному повітряному каналі, електрогенератори, завихрювач вертикального повітряного потоку, розташований під лопатевою турбіною, сонячний колектор, встановлений під конфузорною вежею, і дефлектор у вигляді конусоподібного купола-турбіни, встановленої на осі над рамою вершиною догори з можливістю вільного обертання. Лопаті лопатевої турбіни, конусоподібного купола-турбіни і завихрювача мають евольвентну просторову форму. Кут нахилу навітряної поверхні лопатей до площини, перпендикулярної осі обертання турбіни, зменшується в поздовжньому напрямку від вхідної кромки до пласкої горизонтальної вихідної кромки. Таке виконання пристрою дозволяє забезпечити зменшення моменту рушання елементів, що обертаються, збільшення та пришвидшення маси повітря в повітряному каналі установки за рахунок створення в конструкції вихрового потоку повітря по типу торнадо і ефекту приєднаних мас за рахунок пульсації потоків повітря, які потрапляють в вертикальний повітряний канал і обертаються в ньому.The invention relates to the field of solar wind power and can find application in the production of solar-wind installations with a vertical axis of rotation of the rotor. Vortex solar-wind power installation includes a vertical confusional tower with a vertical air channel and inlet windows fixed on the frame, guide plates fixed on the confuser tower and frame, a turbine blade, an additional blade turbine, vertically rotating air, a vertical air generator flow, located under the blade turbine, solar collector mounted under the confuser tower, and the deflector in the form of a conical turbine dome, installation flax on the axis above the frame, the top of the top with the possibility of free rotation. The blades of the blade turbine, conical turbine dome and swirl have an involuntary spatial shape. The angle of inclination of the windward surface of the blades to the plane perpendicular to the axis of rotation of the turbine decreases in the longitudinal direction from the inlet edge to the flat horizontal outlet edge. This embodiment of the device allows to reduce the torque of the rotating elements, increase and accelerate the mass of air in the air duct of the installation by creating in the design of a vortex air flow in the type of tornado and the effect of the attached mass due to the ripple of air flows entering the vertical air channel and rotate in it.

Description

Винахід належить до галузі геліовітроенергетики і може знайти застосування при виробництві сонячно-вітрових установок з вертикальною віссю обертання ротора. Такі вітроустановки потрібні, зокрема, в малих і великих фермерських господарствах для забезпечення електроенергією або при необхідності насичення киснем водоймищ рибних господарств та боротьбі з синьо-зеленими водоростями.The invention belongs to the field of solar and wind energy and can be used in the production of solar and wind installations with a vertical axis of rotation of the rotor. Such wind turbines are needed, in particular, in small and large farms to provide electricity or, if necessary, to saturate fish ponds with oxygen and fight against blue-green algae.

Для однозначного розуміння термінів, що використані у описі та формулі винаходу, нижче наведені їх тлумачення:For a clear understanding of the terms used in the description and claims of the invention, their interpretations are given below:

Вежа - споруда, висота якої набагато більша за її горизонтальні розміри.A tower is a structure whose height is much greater than its horizontal dimensions.

Дефлектор - витяжний пристрій, що встановлюється на кінці зовнішньої частини труби (шахти) для відсмоктування з неї повітря.Deflector - an exhaust device installed at the end of the outer part of the pipe (shaft) to suck air from it.

Діагональна лопатева турбіна - різновид лопатевої турбіни, у якої лопаті розташовані під гострим кутом до осі обертання.A diagonal blade turbine is a type of blade turbine in which the blades are located at an acute angle to the axis of rotation.

Дифузор - частина каналу, в якій відбуваються уповільнення (розширення) потоку і збільшення тиску. При швидкостях, які не перевищують швидкості звуку, площа поперечного перерізу дифузора вздовж: потоку зростає, а при надзвукових швидкостях зменшується.The diffuser is a part of the channel in which the flow slows down (expands) and the pressure increases. At speeds that do not exceed the speed of sound, the cross-sectional area of the diffuser along the flow increases, and at supersonic speeds, it decreases.

Конфузор - частина каналу, в якій відбувається з'єднання і плавний перехід більшого перерізу в менший. Рух повітря в конфузорі характеризується тим, що динамічний тиск у ньому в напрямку руху потоку збільшується, а статичний - зменшується. Збільшується швидкість течії рідини чи газу.Confusor - a part of the channel in which there is a connection and a smooth transition of a larger cross-section into a smaller one. The movement of air in the confusor is characterized by the fact that the dynamic pressure in it increases in the direction of the flow, and the static pressure decreases. The flow rate of liquid or gas increases.

Кут розхилу конуса - кут між двома протилежними твірними (кут при вершині конуса, всередині конуса).The angle of the cone is the angle between two opposite generating angles (the angle at the top of the cone, inside the cone).

Міделевий переріз (мідель) найбільший за площею переріз цього тіла площиною, перпендикулярною напрямку руху або площа проекції тіла на площину, перпендикулярну напрямку його руху.Midel section (midel) is the largest cross-section of this body in a plane perpendicular to the direction of movement or the area of the projection of the body on a plane perpendicular to the direction of its movement.

Ометаєма площа - площа, через яку проходить вітровий потік.The swept area is the area through which the wind flow passes.

Сонячний колектор - пристрій для збору теплової енергії Сонця (геліоустановка), яка переноситься видимим світлом і ближнім інфрачервоним випромінюванням.A solar collector is a device for collecting thermal energy from the Sun (heliostation), which is transmitted by visible light and near-infrared radiation.

Спиця - дерев'яний або металевий стрижень різного призначення; один з дерев'яних або металевих стрижнів, що з'єднує втулку колеса з обідом.A spoke - a wooden or metal rod for various purposes; one of the wooden or metal rods connecting the hub of the wheel to the rim.

Зо Існуючі широко відомі у вітроенергетиці традиційні пристрої з горизонтальною або вертикальною віссю обертання мають низьку питому щільність повітряного потоку і значну залежність величини вітрового потоку від природних умов. Традиційні вітроустановки мають обмеження по ефективності використання енергії вітру, яка відповідно до закону Беца не може бути більше 59,3 95 навіть в ідеальних вітроустановках. Традиційна технологія заснована на тому, що вітер впливає на різноманітної конструкції лопаті і розкручує їх, віддаючи їм тільки частину своєї кінетичної енергії. Нарощування потужності повітряних станцій через збільшення габаритів вітродвигунів має верхню межу ефективності, тому не може привести до суттєвого підвищення ефективності перетворення кінетичної енергії вітру. |Льксенко В.С. Анализ технологической модернизации в ветрознергетике // Международньй журнал прикладньмх и фундаментальньх исследований. - 2014. - Мо 4. - б. 18-20; ОВ: пре /Ллимму.аррнНеа- гезеагсп.ги/ги/апісів/иієм?іа-50611.The existing traditional devices with a horizontal or vertical axis of rotation, widely known in wind energy, have a low specific density of the air flow and a significant dependence of the wind flow on natural conditions. Traditional wind turbines have limitations on the efficiency of using wind energy, which according to Betz's law cannot be more than 59.3 95 even in ideal wind turbines. Traditional technology is based on the fact that the wind affects various blade designs and spins them, giving them only part of their kinetic energy. Increasing the power of air stations due to the increase in the dimensions of wind engines has an upper limit of efficiency, so it cannot lead to a significant increase in the efficiency of converting wind kinetic energy. |Lksenko V.S. Analysis of technological modernization in wind energy // International Journal of Applied and Fundamental Studies. - 2014. - Mo 4. - b. 18-20; ОВ: pre /Llymmu.arrnNea-gezeagsp.gy/gy/apisiv/iiem?ia-50611.

Тому останнім часом набули популярності конструкції вихрових вітроенергетичних установок, в яких виникають штучні вихрові утворення повітряних мас, і закручені потоки повітря обертають турбіну. За оцінками Нью-Йоркського політехнічного інституту і університету штатуTherefore, recently, the design of vortex wind power plants has gained popularity, in which artificial vortex formations of air masses arise, and swirling air flows rotate the turbine. According to estimates by the New York Polytechnic Institute and State University

Віргінія, установки з "енераторами вихору" здатні розвивати потужність в декілька разів більшу, ніж традиційні вітродвигуни з вітроколесом того ж діаметра, розташованим у вільному вітровому потоці. |Родионов В. Г. Знергетика: проблемьї настоящего и возможности будущего / В. Г.Virginia, installations with "vortex generators" are able to develop power several times greater than traditional wind engines with a wind wheel of the same diameter located in a free wind stream. Rodionov V. G. Energy: problems of the present and opportunities of the future / V. G.

Родионов. М.: ЗНАС, 2010. 352 с: ил., С. 178)|. Збільшення потужності відбувається через закручування вітрових потоків перед вітротурбіною, що викликає збільшення "ефективної площі" (діаметра) вітрового потоку порівняно з фізичною площею (діаметром) обтікання вітротурбіни (ефект торнадо).Rodionov. M.: ZNAS, 2010. 352 p.: ill., p. 178)|. The increase in power occurs due to the twisting of wind flows in front of the wind turbine, which causes an increase in the "effective area" (diameter) of the wind flow compared to the physical area (diameter) of the flow around the wind turbine (tornado effect).

Конструкцій вихрових вітроенергетичних установок з патентної літератури відомо багато.Many designs of vortex wind power plants are known from the patent literature.

Направлені вони, зазвичай, на підвищення ефективності використання вітрової енергії, створення конструкцій, що не залежать від напрямку вітру, як, наприклад, відомі вихрові енергоустановки на базі ротора Дар'є (патенти ОА 32145), публ. 2008 р., та СМ 201065812У, публ. 2008 р.) або турбінні вітроустановки, які відомі, наприклад, з патентів КО 2070661С1, публ. 1996 р.; КО 2093702С1, публ. 1997 р.; КО 2390654С1, публ. 2010 р.; ОА 76252 С2, публ. 2006 р., ША 53213), публ. 2010 р.; СА 9558602, публ. 2011 р., О5 4309146, публ. 1982 р., 5 4508973, публ. 1985 р. Недоліком таких конструкцій є їх неможливість працювати при малих бо швидкостях вітру.They are usually aimed at increasing the efficiency of wind energy use, creating structures that do not depend on the direction of the wind, such as, for example, the well-known vortex power plants based on the Darye rotor (patent OA 32145), publ. 2008, and CM 201065812U, publ. 2008) or wind turbines, which are known, for example, from patents KO 2070661С1, publ. 1996; KO 2093702С1, publ. 1997; KO 2390654С1, publ. 2010; OA 76252 C2, publ. 2006, Sha 53213), publ. 2010; SA 9558602, publ. 2011, O5 4309146, publ. 1982, 5 4508973, publ. 1985. The disadvantage of such structures is their inability to work at low wind speeds.

Відомі вихрові сонячно-вітрові енергетичні установки, в яких разом з енергією вітру додатково використовують накопичувачі теплової енергії, як, наприклад, описані в публікаціїVortex solar-wind power plants are known, in which, together with wind energy, heat energy storage devices are additionally used, as, for example, described in the publication

УМО 2014054997А1, публ. 2014 р. або патентах ОА 8294402, публ. 2008 р., 05 4275309, публ. 1981 р., 05 4452046, публ. 1984 р., СМ 03352802, публ. 2013 р.UMO 2014054997A1, publ. 2014 or patents OA 8294402, publ. 2008, 05 4275309, publ. 1981, 05 4452046, publ. 1984, CM 03352802, publ. 2013

Близькою до винаходу, що заявляється, є вихрова сонячно-вітрова електроустановка (патент 0О56772593 В2, публ. 2004 р.) яка містить раму, закріплену на рамі башту з вертикальним повітряним каналом всередині, колектор тепла сонячного випромінювання, з'єднаний з вертикальним повітряним каналом башти. Вертикальний повітряний канал має вигляд конфузора в нижній частині башти, і дифузора в верхній її частині. Всередині вертикального повітряного каналу встановлений вал, на якому розташовані з можливістю обертання лопаті. В конфузорі лопаті мають профіль, перпендикулярний до осі каналу колектора тепла, а в дифузорі профіль, перпендикулярний осі башти. Таким чином лопаті конфузора здатні сприймати тангенціальний потік теплого повітря, що надходить від колектора тепла сонячного випромінювання, і закручувати його вздовж осі башти, а лопаті дифузора під впливом вихрового потоку розкручуються і приводять в дію електрогенератор, розташований на одному валу з лопатями. Для пуску описаної в патенті електроустановки на верхній частині вала передбачена лопатева вітротурбіна. Недоліком відомої вихрової сонячно-вітрової електроустановки є її неможливість працювати при вітрі малої сили, оскільки для розгону лопатей турбіни потрібна велика сила вітру.Close to the claimed invention is a vortex solar-wind power plant (patent 0О56772593 B2, publ. 2004), which includes a frame fixed to the frame of a tower with a vertical air channel inside, a heat collector of solar radiation connected to a vertical air channel towers The vertical air channel has the form of a confusor in the lower part of the tower, and a diffuser in its upper part. A shaft is installed inside the vertical air channel, on which the blades are located with the possibility of rotation. In the baffle, the blades have a profile perpendicular to the axis of the heat collector channel, and in the diffuser, the profile is perpendicular to the axis of the tower. Thus, the baffle blades are able to perceive the tangential flow of warm air coming from the heat collector of solar radiation and twist it along the axis of the tower, while the diffuser blades under the influence of the vortex flow untwist and activate the electric generator located on the same shaft as the blades. A bladed wind turbine is provided on the upper part of the shaft to start the electrical installation described in the patent. The disadvantage of the well-known vortex solar-wind power plant is its inability to work in low wind conditions, since a large force of wind is required to accelerate the turbine blades.

Найближчою до винаходу, що заявляється, є вихрова сонячно-вітрова енергетична установка за інноваційним патентом Республіки Казахстан Мо 29993, опублікованим в 2015р.The closest to the claimed invention is a vortex solar-wind power plant according to the innovation patent of the Republic of Kazakhstan Mo 29993, published in 2015.

Зазначена установка містить раму, закріплену на рамі вертикальну конфузорну вежу з вертикальним повітряним каналом всередині вежі, лопатеву турбіну з встановленим на ній електрогенератором, завихрювач вертикального повітряного потоку, сонячний колектор, і дефлектор. На поверхні вежі утворені по периметру впускні вікна у вигляді шарнірних клапанів, які відкриваються всередину дифузора. Рама має вигляд вертикальних скріплених між собою горизонтальними розчалками стояків, встановлених на фундаментних фланцях. Конфузорна вежа складається з двох частин, що нагадують орієнтовані вертикально зрізані конуси, які меншими основами спрямовані назустріч один одному. Вертикальний повітряний канал в своїйThe specified installation includes a frame, a frame-mounted vertical baffle tower with a vertical air channel inside the tower, a blade turbine with an electric generator installed on it, a vertical air flow swirler, a solar collector, and a deflector. On the surface of the tower, intake windows in the form of hinged valves are formed around the perimeter, which open inside the diffuser. The frame has the form of vertical risers fastened together by horizontal braces, installed on the foundation flanges. The confusion tower consists of two parts, resembling oriented vertically cut cones, which are directed towards each other with smaller bases. A vertical air duct in its

Зо нижній частині має форму конфузора, а у верхній частині має форму співвісного йому дифузора. Зовні конфузорної вежі по периметру розташовані напрямні пластини, закріплені на конфузорній вежі і рамі. Лопатева турбіна встановлена обертально в верхній дифузорній частині вертикального повітряного каналу. Лопаті турбіни закріплені на осі ротора і мають спеціальний профіль, при цьому кути нахилу лопатей зменшуються по радіусу у напрямку до центру. Завихрювач вертикального повітряного потоку розташований під лопатевою турбіною над сонячним колектором. Завихрювач має вигляд вітроколеса, що має лопаті з кутами нахилу 30-45". Сонячний колектор встановлений під конфузорною вежею. Дефлектор розташований на вежі над лопатевою турбіною і має вигляд кільця, робоча поверхня якого має дещо увігнутий профіль і нахилена під кутом 50" до вертикальної обі.From the lower part it has the shape of a confusor, and in the upper part it has the shape of a coaxial diffuser. There are guide plates fixed to the confusion tower and frame on the perimeter of the confusion tower. The blade turbine is installed in a rotational manner in the upper diffuser part of the vertical air channel. The blades of the turbine are fixed on the axis of the rotor and have a special profile, while the angles of inclination of the blades decrease along the radius towards the center. The vertical air flow swirler is located under the blade turbine above the solar collector. The swirler has the form of a windmill, having blades with angles of inclination of 30-45". The solar collector is installed under the baffle tower. The deflector is located on the tower above the blade turbine and has the form of a ring, the working surface of which has a slightly concave profile and is inclined at an angle of 50" to the vertical both

Відома сонячно-вітрова енергетична установка може працювати при швидкостях вітру 3-25 м/сек. При максимальній потужності установки її загальний коефіцієнт використання енергії вітру може досягати 0,65. Однак, в світі є багато місцевостей, в яких частими є вітри тихої або легкої сили (0,4-3,5 м/с). В таких місцевостях відома установка не може працювати через конфігурацію лопатей турбіни, її розташування, конструкцію впускних вікон і відсутність засобів для додаткового збільшення маси повітряного потоку в вертикальному повітряному каналі.A well-known solar-wind power plant can operate at wind speeds of 3-25 m/s. At the maximum power of the installation, its total coefficient of wind energy utilization can reach 0.65. However, there are many places in the world where winds of calm or light strength (0.4-3.5 m/s) are frequent. In such areas, the known installation cannot work due to the configuration of the turbine blades, its location, the design of the intake windows, and the lack of means to additionally increase the mass of the air flow in the vertical air channel.

Задачею, на вирішення якої спрямований винахід, є вдосконалення складових елементів установки, що заявляється, спрямовані на зменшення моменту рушання елементів, що обертаються, збільшення маси повітря в повітряному каналі конфузорної вежі, та його пришвидшення в повітряному каналі за рахунок створення в конструкції крім вихрового потоку повітря по типу торнадо, ефекту приєднаних мас за рахунок пульсації потоків повітря, які потрапляють в вертикальний повітряний канал і обертаються в ньому.The problem to be solved by the invention is the improvement of the components of the proposed installation, aimed at reducing the moment of movement of the rotating elements, increasing the mass of air in the air channel of the confusor tower, and its acceleration in the air channel due to the creation in the structure in addition to the vortex flow air in the form of a tornado, the effect of attached masses due to the pulsation of air flows that fall into a vertical air channel and rotate in it.

Поставлена задача вирішена таким чином. Вихрова сонячно-вітрова енергетична установка, як і відомий найближчий аналог, містить раму, закріплену на рамі вертикальну конфузорну вежу з вертикальним повітряним каналом і впускними вікнами, напрямні пластини, розташовані зовні конфузорної вежі по периметру, закріплені на конфузорній вежі і рамі, лопатеву турбіну, розташовану обертально в вертикальному повітряному каналі, електрогенератор, встановлений на лопатевій турбіні, завихрювач вертикального повітряного потоку, розташований під лопатевою турбіною, сонячний колектор, встановлений під конфузорною вежею, і дефлектор, встановлений над конфузорною вежею. Конфузорна вежа складається з двох частин, що бо нагадують вертикально спрямовані зрізані конуси, спрямовані меншими торцевими поверхнями назустріч один одному, при цьому вертикальний повітряний канал, що виконаний у конфузорній вежі, у нижній частині має вигляд конфузора, а у верхній частині має вигляд дифузора, співвісного конфузору. Згідно з винаходом, частини, що утворюють конфузорну вежу, розташовані на відстані одна від одної, при цьому між наближеними торцями цих частин і наближеними до конфузорної вежі кінцями сусідніх напрямних пластин утворені вищезазначені впускні вікна, між їх бічними поверхнями і поверхнями сусідніх напрямних пластин утворені горизонтально спрямовані впускні конфузорні канали. Відповідно, у вертикальному повітряному каналі дифузор віддалений від конфузора з утворенням порожнини навпроти впускних вікон в центральній частині повітряного каналу. Лопатева турбіна є діагональною, містить вісерадіальну опуклу втулку, виконану з можливістю обертання, та встановлені на втулці лопаті аеродинамічного профілю з пласкими вихідними торцевими поверхнями, по «суті, перпендикулярними осі обертання турбіни. Лопаті мають евольвентну просторову форму. Кут нахилу навітряної поверхні лопатей до площини, перпендикулярної осі обертання турбіни, зменшується в поздовжньому напрямку від вхідної кромки до пласкої горизонтальної вихідної кромки. Встановлена лопатева турбіна в конфузорі вертикального повітряного каналу так, щоб вихідні торцеві поверхні лопатей були розташовані на виході з конфузора, і орієнтована вона по ходу вертикального потоку повітря, тобто так, що її вихідні торцеві поверхні орієнтовані догори.The task was solved in this way. A vortex solar-wind power plant, like the closest known analogue, contains a frame, a vertical baffle tower fixed on the frame with a vertical air channel and intake windows, guide plates located outside the baffle tower along the perimeter, fixed on the baffle tower and frame, a blade turbine, located rotationally in a vertical air channel, an electric generator installed on a blade turbine, a vertical air flow swirler located under a blade turbine, a solar collector installed under a baffle tower, and a deflector installed above the baffle tower. The confusor tower consists of two parts, which resemble vertically directed truncated cones with smaller end surfaces facing each other, while the vertical air channel made in the confusor tower has the form of a confusor in the lower part, and a diffuser in the upper part, coaxial confusor. According to the invention, the parts forming the confusing tower are located at a distance from each other, while between the approximate ends of these parts and the ends of the adjacent guide plates that are close to the confusing tower, the aforementioned intake windows are formed, between their side surfaces and the surfaces of the adjacent guide plates are formed horizontally directed intake baffle channels. Accordingly, in the vertical air channel, the diffuser is distant from the confusor with the formation of a cavity opposite the intake windows in the central part of the air channel. The blade turbine is diagonal, contains a vise-radial convex sleeve, made with the possibility of rotation, and blades of an aerodynamic profile with flat output end surfaces are installed on the sleeve, essentially perpendicular to the axis of rotation of the turbine. The blades have an involute spatial shape. The angle of inclination of the windward surface of the blades to the plane perpendicular to the axis of rotation of the turbine decreases in the longitudinal direction from the inlet edge to the flat horizontal outlet edge. A bladed turbine is installed in the baffle of the vertical air channel so that the output end surfaces of the blades are located at the exit from the baffle, and it is oriented along the vertical air flow, i.e. so that its output end surfaces are oriented upwards.

Крім того, вихрова сонячно-вітрова енергетична установка містить додаткову лопатеву вітротурбіну з розташованим на ній додатковим електрогенератором. Додаткова лопатева вітротурбіна встановлена з можливістю обертання над лопатевою турбіною у центральній частині повітряного каналу. Вона містить несучу основу і встановлені на периферійній частині несучої основи вертикальні лопаті аеродинамічного профілю, у поперечному перерізі спрямовані у тому ж напрямку, що і лопаті лопатевої турбіни. При цьому вертикальні лопаті виконані і встановлені так, що при обертанні додаткової вітротурбіни вони повністю або неповністю перекривають впускні вікна конфузорної вежі. Вертикальні лопаті мають висоту, що не менша за висоту впускних вікон, і обмежують центральну частину вертикального повітряного каналу. В центральній частині несучої основи по колу виконані вікна, які можуть послідовно перекривати пласкі вихідні торцеві поверхні лопатевої турбіни при її обертанні. Між вікнами і периферійною частиною несучої основи додаткової лопатевої вітротурбіни розташованаIn addition, the vortex solar-wind power plant contains an additional bladed wind turbine with an additional electric generator located on it. An additional bladed wind turbine is installed with the possibility of rotation above the bladed turbine in the central part of the air duct. It contains a supporting base and vertical blades of an aerodynamic profile installed on the peripheral part of the supporting base, in the cross-section are directed in the same direction as the blades of the blade turbine. At the same time, the vertical blades are designed and installed so that when the additional wind turbine rotates, they completely or partially cover the intake windows of the confusor tower. The vertical blades have a height that is not less than the height of the intake windows and limit the central part of the vertical air channel. In the central part of the supporting base, windows are made in a circle, which can successively overlap the flat output end surfaces of the blade turbine during its rotation. An additional bladed wind turbine is located between the windows and the peripheral part of the supporting base

Зо вертикальна труба, висота якої менша за висоту вертикальних лопатей. Завихрювач вертикального повітряного потоку вихрової сонячно-вітрової установки має вигляд діагонального лопатевого колеса, виконаного з можливістю обертання, лопаті якого спрямовані у тому ж напрямку, що і лопаті лопатевої турбіни, а дефлектор має вигляд конусоподібного купола.Z is a vertical pipe, the height of which is less than the height of the vertical blades. The swirler of the vertical air flow of the vortex solar-wind installation has the form of a diagonal blade wheel, made with the possibility of rotation, the blades of which are directed in the same direction as the blades of the blade turbine, and the deflector has the form of a cone-shaped dome.

В основі виконання вихрової сонячно-вітрової енергетичної установки, що заявляється, лежать два фізичних явища, а саме ефект торнадо і ефект приєднаних мас. Ефект торнадо виникає при з'єднанні тангенційно спрямованого потоку повітря, який закручується і з пришвидшенням проникає через горизонтально спрямовані впускні конфузорні канали в вертикальний повітряний канал, і вертикально спрямованого потоку, закрученого в тому ж напрямку, що і тангенційно спрямований вітровий потік, який проникає в вертикальний повітряний канал з-під конфузорної вежі та сонячного колектора, пришвидшується в вертикальному конфузорі і закручується завихрювачем і діагональною лопатевою турбіною.Two physical phenomena are at the heart of the proposed vortex solar-wind power plant, namely the tornado effect and the effect of attached masses. The tornado effect occurs when a tangentially directed air flow, which twists and with acceleration penetrates through the horizontally directed inlet baffle channels into a vertical air channel, and a vertically directed flow swirled in the same direction as the tangentially directed wind flow, which penetrates into the the vertical air channel from under the baffle tower and solar collector is accelerated in the vertical baffle and swirled by the swirler and diagonal blade turbine.

Ефект приєднаних мас виникає завдяки розрідженню повітря через імпульсні коливання тиску, спричинені пульсацією названих вище потоків повітря, яка утворена періодичним перекриттям впускних вікон конфузорної вежі і вікон в несучій основі додаткової лопатевої вітротурбіни.The effect of the attached masses occurs due to the rarefaction of the air due to pulsed pressure fluctuations caused by the pulsation of the above-mentioned air flows, which is formed by the periodic overlap of the intake windows of the confusor tower and the windows in the supporting base of the additional bladed wind turbine.

Розрідження, яке виникає при цьому в вертикальному повітряному каналі, в декілька разів збільшує масу повітря в ньому, яке обертає в каналі лопаті турбін, незважаючи на невелику силу вітру назовні конфузорної вежі.The rarefaction that occurs in the vertical air channel increases several times the mass of air in it, which rotates the turbine blades in the channel, despite the small force of the wind outside the confusor tower.

Згідно з винаходом, напрямні пластини можуть бути виконані пласкими і спрямованими під кутом до радіального напрямку, можуть також бути вигнутими за логарифмічною спіраллю або гіперболою. При цьому напрямні пластини спрямовані у тому ж напрямку, що і лопаті лопатевої турбіни. Вигнуте виконання пластин є більш переважним, оскільки збільшує кількість повітря вітрового потоку, яке захоплюється горизонтальним конфузором, при цьому профіль напрямних пластин сприяє додатковому закручуванню потоку.According to the invention, guide plates can be made flat and directed at an angle to the radial direction, can also be curved in a logarithmic spiral or hyperbola. At the same time, the guide plates are directed in the same direction as the blades of the blade turbine. The curved design of the plates is more preferable, as it increases the amount of air in the wind stream, which is captured by the horizontal baffle, while the profile of the guide plates contributes to additional twisting of the flow.

Лопатева діагональна турбіна і додаткова лопатева вітротурбіна можуть обертатись в повітряному каналі, наприклад, за допомогою підшипників, встановлених на турбіні, однак, згідно з винаходом, переважним є виконання, при якому вихрова сонячно-вітрова енергетична установка містить вісь, нерухомо встановлену на рамі, а лопатева турбіна, додаткова лопатева турбіна встановлені на осі з можливістю обертання, при цьому завихрювач вертикального бо повітряного потоку встановлений на осі з можливістю вільного обертання на відстані від лопатевої турбіни 0,25-0,7 діаметра ометаємої площі цієї турбіни, а діаметр міделевого перерізу завихрювача складає 0,1-0,18 діаметра ометаємої площі турбіни. Зазначені параметри визначені експериментально і є оптимальними.The bladed diagonal turbine and the additional bladed wind turbine can rotate in the air channel, for example, by means of bearings mounted on the turbine, however, according to the invention, a preferred embodiment is that the vortex solar wind power plant includes an axis fixedly mounted on a frame, and a blade turbine, an additional blade turbine are installed on an axis with the possibility of rotation, while the swirler of the vertical air flow is installed on an axis with the possibility of free rotation at a distance from the blade turbine of 0.25-0.7 of the diameter of the swept area of this turbine, and the diameter of the middle section of the swirler is 0.1-0.18 of the diameter of the swept area of the turbine. The specified parameters are determined experimentally and are optimal.

Згідно з винаходом, переважним є виконання, при якому втулка завихрювача вертикального повітряного потоку виконана у вигляді легкообтічної поверхні обертання, лопаті мають евольвентну просторову форму, а кут нахилу навітряної поверхні лопатей до площини, перпендикулярної осі обертання завихрювача, зменшується в поздовжньому напрямку від вхідної до вихідної кромок лопатей. При цьому зазначений завихрювач орієнтований по ходу вертикального потоку повітря.According to the invention, the preferred embodiment is in which the sleeve of the vertical air flow swirler is made in the form of an easily flowing surface of rotation, the blades have an involute spatial shape, and the angle of inclination of the windward surface of the blades to the plane perpendicular to the axis of rotation of the swirler decreases in the longitudinal direction from the inlet to the outlet the edge of the blades. At the same time, the specified swirler is oriented in the direction of the vertical air flow.

Таке виконання і розташування завихрювача сприяє ще більшому пришвидшенню потоку повітря, який виходить з сонячного колектора з каналом у формі конфузора, утворюючи області з меншим тиском, які спричиняють додаткове надходження повітря до лопатей лопатевої турбіни із площі, яка перевищує ометаєму площу лопатей лопатевої турбіни. Через легкообтічну форму завихрювач майже не гальмує потік, але ще більше його закручує. Вітровий потік, закручений завихрювачем, набігає на навітряну сторону кожної лопаті за більш ефективним, порівняно із лопатями турбіни в прототипі, кутом атаки.This design and location of the swirler further accelerates the flow of air that exits the solar collector with the channel in the form of a baffle, creating areas with lower pressure that cause additional air to enter the blades of the blade turbine from an area that exceeds the swept area of the blades of the blade turbine. Due to its streamlined shape, the swirler almost does not slow down the flow, but twists it even more. The wind flow, swirled by the swirler, hits the windward side of each blade at a more effective angle of attack compared to the turbine blades in the prototype.

Переважним є виконання вихрової сонячно-вітрової енергетичної установки, при якому, згідно з винаходом, несуча основа додаткової лопатевої вітротурбіни з вертикальними лопатями виконана у вигляді кільцевого обода і втулки, з'єднаних між собою обтічними спицями, ширина яких дорівнює відстані між вікнами. При цьому на втулці виконаний обтічник у вигляді вигнутої поверхні, що нагадує конічну, спрямовану вершиною у напрямку руху вертикального повітряного потоку, а кількість вікон, утворених обтічними спицями між ободом і втулкою, кратна кількості лопатей лопатевої турбіни. Обтічник запобігає зривам потоку, а кратність кількості вікон і кількості лопатей лопатевої турбіни робить можливим створення резонансної пульсації вертикального повітряного потоку з частотою, яка є добутком кількості лопатей на кількість вікон і на число обертів турбіни.It is preferable to implement a vortex solar-wind power plant, in which, according to the invention, the supporting base of an additional bladed wind turbine with vertical blades is made in the form of an annular rim and a bushing, connected to each other by streamlined spokes, the width of which is equal to the distance between the windows. At the same time, the sleeve has a fairing in the form of a curved surface resembling a conical one, the top of which is directed in the direction of the vertical air flow, and the number of windows formed by the fairing spokes between the rim and the sleeve is a multiple of the number of blades of a bladed turbine. The fairing prevents flow interruptions, and the multiplicity of the number of windows and the number of blades of the blade turbine makes it possible to create a resonant pulsation of the vertical air flow with a frequency that is the product of the number of blades by the number of windows and the number of revolutions of the turbine.

Переважним також є виконання, при якому, згідно з винаходом, кут розхилу дифузора вертикального повітряного каналу становить 10-18", а на виході з дифузора встановлена додаткова частина каналу, утворена закріпленим на рамі додатковим дифузором з кутомIt is also preferable to perform in which, according to the invention, the angle of inclination of the diffuser of the vertical air channel is 10-18", and at the outlet of the diffuser, an additional part of the channel is installed, formed by an additional diffuser with an angle fixed on the frame

Зо розхилу, який лежить в межах 90-1207. При такому куті розхилу дифузора опір потоку є мінімальним і виключена ймовірність зриву потоку, а в додатковому дифузорі зрив потоку унеможливлюють лопаті вентилятора, що обертаються.From the spread, which lies within 90-1207. At this angle of the diffuser, the flow resistance is minimal and the possibility of flow interruption is excluded, and in the additional diffuser, the flow interruption is prevented by the rotating fan blades.

Згідно з винаходом, купол установки, переважно виконаний у вигляді встановленої на осі над рамою вершиною догори з можливістю вільного обертання порожнистої діагональної лопатевої турбіни, що має лопаті евольвентної просторової форми. При цьому кут нахилу навітряної поверхні лопаті до площини, перпендикулярної осі обертання цієї турбіни, зменшується в поздовжньому напрямку від верхньої вхідної до нижньої вихідної кромок лопатей, а між зазначеною лопатевою турбіною і частиною повітряного каналу, утвореною додатковим дифузором, закріплені на внутрішній поверхні діагональної лопатевої турбіни лопаті вентилятора.According to the invention, the dome of the installation is preferably made in the form of a hollow diagonal blade turbine mounted on an axis above the frame with the top facing up with the possibility of free rotation, having blades of an involute spatial shape. At the same time, the angle of inclination of the windward surface of the blade to the plane perpendicular to the axis of rotation of this turbine decreases in the longitudinal direction from the upper inlet to the lower outlet edges of the blades, and between the specified blade turbine and the part of the air channel formed by the additional diffuser, fixed on the inner surface of the diagonal blade turbine fan blades.

Переважним є виконання, при якому згідно з винаходом, сонячний колектор містить каркас, встановлений на стояках з регульованою висотою, на каркасі встановлені з'єднані між собою трапецієподібні рами, похилені до горизонтальної площини і покриті листами прозорого полікарбонату, хемосорбційний теплоакумулятор, розташований всередині каркаса, і напрямні вертикальні пластини, встановлені на каркасі з можливістю закручування потоку повітря, яке через прямокутні щілини, утворені під каркасом, потрапляє до сонячного колектора.The preferred embodiment is that, according to the invention, the solar collector contains a frame mounted on risers with an adjustable height, trapezoidal frames connected to each other, inclined to the horizontal plane and covered with sheets of transparent polycarbonate, are installed on the frame, a chemisorption heat accumulator located inside the frame, and guide vertical plates installed on the frame with the possibility of twisting the air flow, which through the rectangular slits formed under the frame, enters the solar collector.

Переважне виконання винаходу більш детально висвітлене у фігурах креслень і нижченаведеному описі переважного виконання пристрою, що заявляється.The preferred embodiment of the invention is illustrated in more detail in the figures of the drawings and the following description of the preferred embodiment of the claimed device.

На фіг. 1 наведено вид спереду вихрової сонячно-вітрової установки; на фіг. 2 - розріз по А-In fig. 1 shows a front view of a vortex solar-wind installation; in fig. 2 - section along A-

А на фіг. 3; на фіг. З - вигляд зверху вихрової сонячно-вітрової установки; на фіг. 4 - виносний елемент Д на фіг. 2; на фіг. 5 - вигляд зверху додаткової лопатевої вітротурбіни; на фіг. 6 - вигляд збоку діагональної лопатевої турбіни; на фіг. 7 - складний розріз по Г-Г на фіг. 5; на фіг. 8 - переріз по В-В на фіг. 1; на фіг. 9 - виносний елемент Е на фіг. 1; на фіг. 10 - переріз по Б-Б на фіг. 1.And in fig. 3; in fig. C - top view of a vortex solar-wind installation; in fig. 4 - remote element D in fig. 2; in fig. 5 - top view of an additional bladed wind turbine; in fig. 6 - side view of a diagonal blade turbine; in fig. 7 - complex section along GG in fig. 5; in fig. 8 - cross-section along B-B in fig. 1; in fig. 9 - remote element E in fig. 1; in fig. 10 - section along B-B in fig. 1.

Вихрова сонячно-вітрова енергетична установка містить раму 1, виконану у вигляді вертикальних трубчастих стояків 2, встановлених на фундаментних фланцях 3, скріплених між собою горизонтальними розчалками 4. На рамі закріплена конфузорна вежа, яка утворена з двох частин у вигляді зрізаних вертикально спрямованих конусів 5 і 6, спрямованих меншими торцевими поверхнями, тобто основами, назустріч один одному. Зрізані конуси 5 і 6 60 розташовані на відстані один від одного, з'єднані між собою вертикальними стрижнями (на фігурах креслень не показані) і з'єднані з розчалками 4 рами. Всередині конфузорної вежі утворений вертикальний повітряний канал 7. Зовні конфузорної вежі по периметру розташовані напрямні пластини 8, закріплені на бічних поверхнях зрізаних конусів 5 та 6 і на вертикальних стрижнях 2 рами. Між наближеними основами зрізаних конусів 5 і б та наближеними до конфузорної башти кінцями сусідніх напрямних пластин 8 утворені впускні вікна 9, а між бічними поверхнями зрізаних конусів 5 і б і поверхнями сусідніх напрямних пластин утворені горизонтально спрямовані впускні конфузорні канали 10. Напрямні пластини 8, переважно, вигнуті за логарифмічною спіраллю або гіперболою і спрямовані у тому ж напрямку, що і лопаті лопатевої турбіни (на фіг. 1, фіг. 2 та фіг. 8 наведені пласкі напрямні пластини). Вертикальний повітряний канал 7 в нижній частині має вигляд конфузора 11, він обмежений зрізаним конусом 12, спрямованим меншою основою догори. У верхній частині канал має вигляд дифузора 13, він обмежений зрізаним конусом 14, спрямованим меншою основою донизу і встановленим співвісно із зрізаним конусом 12. Кут розхилу конфузора становить 60-70", кут розхилу дифузора 13 становить 157. На виході з дифузора 13 виконаний додатковий дифузор 15, утворений закріпленим на рамі додатковим зрізаним конусом 16 з кутом розхилу 1157. Дифузор 13 віддалений від конфузора 11 з утворенням порожнини навпроти впускних вікон 9 в центральній частині повітряного каналу 7. На рамі нерухомо встановлена вісь 17, на якій в конфузорі 11 розташована з можливістю обертання діагональна лопатева турбіна 18. Турбіна містить вісерадіальну опуклу втулку 19, встановлену на підшипниках, та лопаті 20 аеродинамічного профілю з пласкими вихідними торцевими поверхнями 21, по суті, перпендикулярними осі обертання турбіни, що виконані на втулці. Лопаті 20 мають евольвентну просторову форму, а кут нахилу а навітряної поверхні лопатей до площини, перпендикулярної осі обертання турбіни, зменшується в поздовжньому напрямку від вхідної кромки до пласкої горизонтальної вихідної поверхні 21 лопатей і становить біля вхідної кромки -- 75", а біля вихідної кромки «- 25". Кути встановлені як оптимальні кути натікання потоку на кромку (кут атаки) і виходу з лопаті (кут скосу потоку). Турбіна 18 встановлена в конфузорі 11 так, щоб вихідні торцеві поверхні 21 лопатей 20 були розташовані на виході з конфузора і орієнтована по ходу вертикального потоку повітря, тобто торцевими поверхнями 21 догори. На вихідних торцевих поверхнях 21 лопатевої турбіни 18 встановлені постійні магніти 22 пласкогоThe vortex solar-wind energy installation contains a frame 1, made in the form of vertical tubular risers 2, installed on foundation flanges 3, fastened together with horizontal struts 4. A confusor tower is fixed on the frame, which is formed from two parts in the form of truncated vertically directed cones 5 and 6, directed by smaller end surfaces, i.e. bases, towards each other. Truncated cones 5 and 6 60 are located at a distance from each other, connected to each other by vertical rods (not shown in the figures of the drawings) and connected to the struts 4 of the frame. A vertical air channel 7 is formed inside the confusion tower. Guide plates 8 are located outside the perimeter of the confusion tower, fixed on the side surfaces of the truncated cones 5 and 6 and on the vertical rods 2 of the frame. Inlet windows 9 are formed between the approximate bases of the truncated cones 5 and b and the ends of the adjacent guide plates 8 that are close to the baffle tower, and between the side surfaces of the truncated cones 5 and b and the surfaces of the adjacent guide plates, horizontally directed intake baffle channels 10 are formed. Guide plates 8, mainly , curved in a logarithmic spiral or hyperbola and directed in the same direction as the blades of a bladed turbine (flat guide plates are shown in Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 8). The vertical air channel 7 in the lower part has the form of a confusor 11, it is limited by a truncated cone 12, the smaller base of which is directed upwards. In the upper part, the channel has the form of a diffuser 13, it is limited by a truncated cone 14, the smaller base of which is directed downwards and installed coaxially with the truncated cone 12. The angle of divergence of the confusor is 60-70", the angle of divergence of the diffuser 13 is 157. At the outlet of the diffuser 13, an additional diffuser 15, formed by an additional truncated cone 16 fixed to the frame with a deflection angle of 1157. The diffuser 13 is distant from the baffle 11 with the formation of a cavity opposite the intake windows 9 in the central part of the air channel 7. The axis 17 is fixed on the frame, on which the baffle 11 is located with diagonal blade turbine 18. The turbine contains a vise-radial convex bushing 19 mounted on bearings, and a blade 20 of an aerodynamic profile with flat output end surfaces 21, essentially perpendicular to the axis of rotation of the turbine, which are made on the bushing. The blades 20 have an involute spatial shape, and the angle of inclination a of the windward surface of the blades to the plane perpendicular to the axis rotation of the turbine, decreases in the longitudinal direction from the inlet edge to the flat horizontal output surface of the 21 blades and is 75" at the inlet edge, and 25" at the outlet edge. The angles are set as the optimal angles of the flow entering the edge (angle of attack) and leaving the blade (flow bevel angle). The turbine 18 is installed in the baffle 11 so that the output end surfaces 21 of the blades 20 are located at the exit from the baffle and oriented along the vertical flow of air, that is, the end surfaces 21 are up. On the output end surfaces 21 of the blade turbine 18, permanent magnets 22 of the flat

Зо горизонтального електрогенератора. Котушки збудження електрогенератора розташовані на нерухомому диску 23, закріпленому на осі 17. Під лопатевою турбіною 18 встановлений на підшипниках з можливістю вільного обертання завихрювач 24 вертикального повітряного потоку. Завихрювач 24 може бути встановлений на відстані 0, 25-0,7 діаметра ометаємої площі цієї турбіни, переважно на відстані 0, 5 діаметра від лопатевої турбіни 18. При цьому завихрювач 24 менший від лопатевої турбіни 18, діаметр міделевого перерізу завихрювача складає 0,1-0,018 діаметра ометаємої площі турбіни. Виконаний завихрювач 24 у вигляді діагонального лопатевого колеса. Втулка 25 завихрювача 24 виконана у вигляді легкообтічної поверхні обертання, лопаті 26 мають евольвентну просторову форму і спрямовані у тому ж напрямку, що і лопаті 20 лопатевої турбіни 18. Кут нахилу навітряної поверхні лопатей 26 до площини, перпендикулярної осі обертання завихрювача, зменшується в поздовжньому напрямку від вхідної до вихідної кромки лопатей, як і в лопатях 20 лопатевої турбіни 18.From a horizontal generator. The excitation coils of the electric generator are located on a stationary disk 23, fixed on the axis 17. Under the blade turbine 18, a vertical air flow swirler 24 is installed on bearings with the possibility of free rotation. The swirler 24 can be installed at a distance of 0.25-0.7 diameters of the swept area of this turbine, preferably at a distance of 0.5 diameters from the blade turbine 18. At the same time, the swirler 24 is smaller than the blade turbine 18, the diameter of the metal section of the swirler is 0.1 -0.018 of the diameter of the swept area of the turbine. The swirler 24 is made in the form of a diagonal paddle wheel. The bushing 25 of the swirler 24 is made in the form of a smooth surface of rotation, the blades 26 have an involute spatial shape and are directed in the same direction as the blades 20 of the blade turbine 18. The angle of inclination of the windward surface of the blades 26 to the plane perpendicular to the axis of rotation of the swirler decreases in the longitudinal direction from the inlet to the outlet edge of the blades, as in the blades 20 of the blade turbine 18.

Орієнтований завихрювач 24 по ходу вертикального потоку повітря.Oriented swirler 24 along the vertical air flow.

Крім того, вихрова сонячно-вітрова енергетична установка містить додаткову лопатеву вітротурбіну 27, встановлену над лопатевою турбіною 18 у центральній частині повітряного каналу 7 з можливістю обертання навколо осі 17. Додаткова вітротурбіна 27 містить несучу основу, виконану у вигляді кільцевого обода 28 і втулки 29, з'єднаних між собою обтічними спицями 30. На кільцевому ободі 28 встановлені вертикальні лопаті 31 аеродинамічного профілю, у поперечному перерізі спрямовані у тому ж напрямку, що і лопаті 20 лопатевої турбіни 18. Лопаті 31 виконані і розташовані так, що уможливлюють почергове повне або неповне перекривання впускних вікон 9 при обертанні додаткової лопатевої вітротурбіни 27.In addition, the vortex solar-wind energy installation contains an additional bladed wind turbine 27 installed above the bladed turbine 18 in the central part of the air channel 7 with the possibility of rotation around the axis 17. The additional wind turbine 27 contains a supporting base made in the form of an annular rim 28 and a bushing 29, interconnected by streamlined spokes 30. Vertical blades 31 of an aerodynamic profile are installed on the annular rim 28, in the cross-section they are directed in the same direction as the blades 20 of the blade turbine 18. The blades 31 are designed and located in such a way that they enable alternating full or partial covering the intake windows 9 during the rotation of the additional bladed wind turbine 27.

Висота лопатей 31 рівна з висотою впускних вікон 9, таким чином вертикальні лопаті 31 утворюють центральну частину вертикального повітряного каналу 7. Обтічні спиці 30 утворюють вікна 32 в центральній частині несучої основи, для чого ширина обтічних спиць 30 дорівнює відстані між вікнами 32. Вікна 32 виконані по колу з можливістю послідовного перекривання їх пласкими вихідними торцевими поверхнями 21 лопатей 20 лопатевої турбіни 18 при її обертанні. Кількість вікон 32 кратна кількості лопатей 20 лопатевої турбіни 18. Між вікнами і кільцевим ободом 28 розташована вертикальна труба 33, висота якої менша за висоту вертикальних лопатей. На втулці виконаний обтічник 34 у вигляді вигнутої поверхні, що нагадує конічну, спрямованої вершиною у напрямку руху вертикального повітряного потоку. На поверхні 60 втулки 29 встановлені постійні магніти 35 плаского горизонтального додаткового електрогенератора, які обертаються разом з додатковою вітротурбіною 27. Котушки збудження електрогенератора розташовані на нерухомому диску 36, закріпленому на осі 17. Над конфузорною вежею встановлений дефлектор у вигляді конусоподібного купола. Купол виконаний у вигляді встановленої на осі над рамою вершиною догори з можливістю вільного обертання порожнистої діагональної лопатевої турбіни 37. Купол-турбіна 37 має лопаті 38 евольвентної просторової форми, кут нахилу навітряної поверхні лопаті до площини, перпендикулярної осі обертання цієї турбіни, зменшується в поздовжньому напрямку від верхньої вхідної до нижньої вихідної кромок лопатей 38 від 75" до 257. Між куполом-турбіною 37 і частиною повітряного каналу, утвореною додатковим дифузором 15, закріплені на внутрішній поверхні купола-турбіни 37 лопаті 39 вентилятора.The height of the blades 31 is equal to the height of the intake windows 9, thus the vertical blades 31 form the central part of the vertical air channel 7. The streamlined spokes 30 form windows 32 in the central part of the supporting base, for which the width of the streamlined spokes 30 is equal to the distance between the windows 32. The windows 32 are made in a circle with the possibility of sequentially overlapping them with the flat output end surfaces 21 of the blades 20 of the blade turbine 18 during its rotation. The number of windows 32 is a multiple of the number of blades 20 of the blade turbine 18. Between the windows and the annular rim 28 there is a vertical pipe 33, the height of which is less than the height of the vertical blades. On the sleeve, a fairing 34 is made in the form of a curved surface, reminiscent of a cone, directed by the top in the direction of movement of the vertical air flow. On the surface 60 of the bushing 29, permanent magnets 35 of the flat horizontal additional electric generator are installed, which rotate together with the additional wind turbine 27. The excitation coils of the electric generator are located on a fixed disk 36 fixed on the axis 17. A deflector in the form of a cone-shaped dome is installed above the confusing tower. The dome is made in the form of a hollow diagonal blade turbine 37 mounted on an axis above the frame with the possibility of free rotation. The dome-turbine 37 has blades 38 of an involute spatial shape, the angle of inclination of the windward surface of the blade to the plane perpendicular to the axis of rotation of this turbine decreases in the longitudinal direction from the upper inlet to the lower outlet edge of the blades 38 from 75" to 257. Between the dome-turbine 37 and the part of the air channel formed by the additional diffuser 15, fan blades 39 are fixed on the inner surface of the dome-turbine 37.

Під конфузорною вежею встановлений сонячний колектор 40. Сонячний колектор містить установлений на стояках 41 регульованої висоти каркас 42, на якому виконані з'єднані між собою трапецієподібні рами 43, похилені до горизонтальної площини і покриті листами прозорого полікарбонату. Всередині каркаса розташований хемосорбційний теплоакумулятор (на кресленнях не показаний). На каркасі 42 встановлені напрямні вертикальні пластини 44.A solar collector 40 is installed under the confusor tower. The solar collector contains a frame 42 mounted on risers 41 of adjustable height, on which trapezoidal frames 43 connected to each other are made, inclined to the horizontal plane and covered with sheets of transparent polycarbonate. Inside the frame is a chemisorption heat accumulator (not shown in the drawings). Guide vertical plates 44 are installed on the frame 42.

Пластини 44 встановлені на осі так, що мають можливість повороту навколо осі кріплення для закручування потоку повітря, яке через прямокутні щілини, утворені під каркасом, потрапляє до сонячного колектора 40.The plates 44 are mounted on an axis so that they can be rotated around the axis of the mount to twist the air flow, which through the rectangular slots formed under the frame, enters the solar collector 40.

Працює вихрова сонячно-вітрова енергетична установка таким чином. При швидкості вітру від 0,5 до 10-12 м/с і вище вітровий потік, набігаючи на конфузорну вежу і напрямні пластини 8, на виході з горизонтальних конфузорних каналів 10, збільшує свою швидкість в 3-5 разів. З такою окружною швидкістю вітровий потік потрапляє через впускні вікна 9 на вертикальні лопаті 31 додаткової вітротурбіни 27, розташованої в вертикальному повітряному каналі 7. Лопаті 31 розкручуються, на виході з додаткової вітротурбіни 27 в центральній приосевій частині закрученого потоку за рахунок дії відцентрових сил утворюється розрідження повітря. Повітря, розширюючись на лопатях 31, здійснює роботу і охолоджується, віддаючи їм свою кінетичну енергію (за рахунок перерозподілу тиску на лопатях 31 додаткової вітротурбіни 27 момент сили на них збільшується). Крім того, в сонячному колекторі 40 повітря нагрівається від землі та тепла сонячного випромінювання. В похмуру погоду чи вночі при відсутності тепла і сонячногоThis is how a vortex solar-wind power plant works. When the wind speed is from 0.5 to 10-12 m/s and higher, the wind flow, running into the baffle tower and guide plates 8, at the exit from the horizontal baffle channels 10, increases its speed by 3-5 times. With such a circumferential speed, the wind flow enters through the intake windows 9 on the vertical blades 31 of the additional wind turbine 27 located in the vertical air channel 7. The blades 31 spin up, at the exit from the additional wind turbine 27 in the central axial part of the swirling flow due to the action of centrifugal forces, air rarefaction is formed . The air, expanding on the blades 31, performs work and cools, giving them its kinetic energy (due to the redistribution of pressure on the blades 31 of the additional wind turbine 27, the moment of force on them increases). In addition, in the solar collector 40, the air is heated by the earth and the heat of solar radiation. In cloudy weather or at night in the absence of heat and sunshine

Зо випромінювання використовують тепло хемосорбційного теплоакумулятора (наприклад, з питомою тепловою ємкістю 180-299 квт-час/м3). Нагріте повітря засмоктується в конфузор 11 вертикального повітряного каналу 7 і потрапляє на лопаті 26 завихрювача 24. Завдяки встановленню завихрювача 24 по ходу повітряного потоку знизу вверх і його здатності реагувати на слабкі потоки повітря, він закручує потік повітря у тому ж напрямку, в якому спрямовані лопаті турбіни 18 (для Північної півкулі лопаті мають бути закручені проти часової стрілки, якщо дивитись на вежу зверху, для додаткового використання коріолісових сил). Потік нагрітого повітря закручується і спрямовується догори, рухаючись по конфузору 11, він збільшує свою швидкість і в пришвидшеному вигляді потрапляє на лопаті 20 діагональної лопатевої турбіни 18. Лопаті 20 спрямовують потік повітря догори, крім того, розрідження, яке утворюється на виході з конфузора 11 за торцевими пласкими вихідними поверхнями 21 лопатей 20 та в центральній приосевій частині на виході з додаткової вітротурбіни 27 сприяє руху вертикального закрученого потоку догори. Разом з тим, маса повітря в вертикальному повітряному каналі збільшується за рахунок додаткового всмоктування його з боків і знизу вежі.From radiation, the heat of a chemisorption heat accumulator (for example, with a specific heat capacity of 180-299 kWh/m3) is used. Heated air is sucked into the baffle 11 of the vertical air channel 7 and falls on the blades 26 of the swirler 24. Due to the installation of the swirler 24 in the direction of the air flow from the bottom up and its ability to respond to weak air flows, it twists the air flow in the same direction as the blades are directed 18 turbines (for the Northern Hemisphere, the blades should be rotated counterclockwise when looking at the tower from above, for additional use of Coriolis forces). The flow of heated air swirls and is directed upwards, moving along the confusor 11, it increases its speed and in an accelerated form falls on the blades 20 of the diagonal blade turbine 18. The blades 20 direct the flow of air upwards, in addition, the rarefaction that is formed at the exit from the confusor 11 by end flat output surfaces 21 of the blades 20 and in the central axial part at the exit from the additional wind turbine 27 promotes the movement of the vertical swirling flow upwards. At the same time, the mass of air in the vertical air duct increases due to its additional suction from the sides and bottom of the tower.

Конструкція лопатей лопатевої турбіни 18 здатна приймати самі слабкі повітряні потоки, які розкручують турбіну разом з встановленими на ній постійними магнітами 22. Крім того, експериментально і теоретично доведено, що при збільшенні маси повітря, що засмоктується в центр вихору за рахунок розрідження, збільшується тільки колова складова швидкості. Отже, за рахунок збільшення маси повітря в вертикальному повітряному каналі відбувається компенсація невеликої сили і швидкості вітру.The design of the blades of the bladed turbine 18 is able to receive the weakest air flows that spin the turbine together with the permanent magnets 22 installed on it. In addition, it has been experimentally and theoretically proven that when the mass of air sucked into the center of the vortex due to rarefaction increases, only the circle increases velocity component. Therefore, due to the increase in the mass of air in the vertical air channel, the small force and speed of the wind is compensated.

Турбіни 18 і 27 обертаються з різною швидкістю. Турбіна 18 при обертанні періодично перекриває пласкими вихідними торцевими поверхнями 21 вертикальний потік повітря, який проходить через вікна 32 в несучій основі додаткової лопатевої вітротурбіни 27, створюючи пульсацію вертикального повітряного потоку. Так само впускні вікна 9 у конфузорній вежі перекриваються вертикальними лопатями 31 вітротурбіни 27, яка обертається, створюючи пульсацію горизонтального вітрового потоку. Потоки коливаються вздовж своєї швидкості з певною частотою (яка рівна добутку кількості лопатей на кількість вікон і на число обертів турбіни) і амплітудою (тиск розрідження), яка залежить від швидкісного напору цього потоку.Turbines 18 and 27 rotate at different speeds. During rotation, the turbine 18 periodically covers the vertical flow of air passing through the windows 32 in the supporting base of the additional bladed wind turbine 27 with flat output end surfaces 21, creating a pulsation of the vertical air flow. Similarly, the intake windows 9 in the confusor tower are overlapped by the vertical blades 31 of the wind turbine 27, which rotates, creating a pulsation of the horizontal wind flow. Flows oscillate along their speed with a certain frequency (which is equal to the product of the number of blades by the number of windows and the number of revolutions of the turbine) and amplitude (vacuum pressure), which depends on the velocity pressure of this flow.

При швидкому перекритті вікна 9 лопатями 31 та вікна 32 торцевими поверхнями 21 турбіни 18 через сили інерції маси повітря, яке рухається, перед лопаттю 31 та на вихідній кромці турбіни бо 18 тиск підвищується, а за лопаттю 31 та на вході в трубу 33 понижується. При цьому в зону розрідження через інші, неперекриті, вікна 9 та 32 надходять додаткові маси повітря. При швидкому відкритті вікон 9 та 32 стиснуте перед лопаттю 31 та вихідною кромкою турбіни 18 повітря значно збільшує свою швидкість, відповідно, і свою кінетичну енергію. В режимі імпульсних коливань тиску за рахунок сил інерції повітряних мас, що рухаються, в декілька разів збільшується маса повітря, яке проходить через лопаті 31 та трубу 33, і значно зростає кінетична енергія пульсуючих потоків повітря. Слабкий вітровий потік разом з пульсуючим вихровим потоком може розкрутити лопаті 31 вітротурбіни 27 від 100 до 600 об/хв. Разом з додатковою вітротурбіною 27 обертаються постійні магніти 35, які завдяки руху свого магнітного поля генерують струм у витках котушок збудження, закріплених на нерухомому диску 36.When the window 9 is quickly covered by the blades 31 and the window 32 by the end surfaces 21 of the turbine 18 due to the inertial forces of the moving air mass, the pressure in front of the blade 31 and at the outlet edge of the turbine 18 increases, and behind the blade 31 and at the entrance to the pipe 33 it decreases. At the same time, additional masses of air enter the rarefaction zone through other, unblocked, windows 9 and 32. When the windows 9 and 32 are quickly opened, the air compressed in front of the blade 31 and the outlet edge of the turbine 18 significantly increases its speed, respectively, and its kinetic energy. In the mode of pulsed pressure fluctuations due to the forces of inertia of moving air masses, the mass of air passing through blades 31 and pipe 33 increases several times, and the kinetic energy of pulsating air flows increases significantly. A weak wind flow together with a pulsating vortex flow can spin the blades 31 of the wind turbine 27 from 100 to 600 rpm. Together with the additional wind turbine 27, the permanent magnets 35 rotate, which, thanks to the movement of their magnetic field, generate current in the turns of the excitation coils fixed on the stationary disk 36.

Аналогічно, магніти 22 генерують струм у витках котушок збудження, закріплених на нерухомому диску 23. Струм далі передається для споживання чи акумулювання.Similarly, the magnets 22 generate a current in the turns of the excitation coils fixed on the fixed disk 23. The current is then transmitted for consumption or accumulation.

Якщо частоти коливань горизонтального і вертикального вітрових потоків, які проходять через конфузори, збігаються, виникають резонансні коливання, ефект приєднаних мас збільшується ще більше, ефективність роботи вітроустановки стає ще більшою. Вводять установку в резонанс, змінюючи навантаження. Дефлектор у вигляді порожнистої діагональної лопатевої турбіни 37, яка нависає над конфузорною вежею і вільно обертається від щонайменшого вітрового потоку, направляє повітряний потік, що виходить з вертикального повітряного каналу 7, донизу, лопаті вентилятора 39 закручують цей потік. Зовнішня поверхня турбіни 37 з лопатями, обертаючись, закручує зовнішній вітровий потік, який набігає на вежу.If the oscillation frequencies of the horizontal and vertical wind streams passing through the baffles coincide, resonant oscillations occur, the effect of the attached masses increases even more, and the efficiency of the wind turbine becomes even greater. The installation is brought into resonance by changing the load. The deflector in the form of a hollow diagonal blade turbine 37, which hangs over the confusor tower and rotates freely from the slightest wind flow, directs the air flow coming from the vertical air channel 7 downwards, the fan blades 39 twist this flow. The outer surface of the turbine 37 with blades, rotating, twists the external wind flow that runs into the tower.

Утворюється зовнішній макровихор "типу торнадо" навколо вежі, ефективна ометаєма вітровим потоком площа вітрогенератора збільшується за рахунок залучення додаткових мас повітря до процесу енергообміну.An external "tornado-type" macrovortex is formed around the tower, the effective area of the wind generator swept by the wind stream increases due to the involvement of additional air masses in the energy exchange process.

Запропонована конструкція вихрової сонячно-вітрової енергетичної установки не залежить від напрямку вітру та не має шкідливого для людини газодинамічного звукового впливу, тобто не створює під час роботи шуму і високочастотних коливань, як і установка, описана в прототипі. Тому її можна споруджувати на дахах будівель, на подвір'ях біля будинків чи господарських будівель. Однак, порівняно з найкращими відомими зразками вітроустановок, в яких використовують ефект торнадо, коефіцієнт використання енергії вітру в заявленій вітроустановці збільшений приблизно, в 1,5-1,75 разу. Питома встановлена потужність (в квт/кг)The proposed design of the vortex solar-wind power plant does not depend on the direction of the wind and does not have a gas-dynamic sound effect harmful to humans, that is, it does not create noise and high-frequency vibrations during operation, just like the plant described in the prototype. Therefore, it can be built on the roofs of buildings, in yards near houses or outbuildings. However, compared to the best known examples of wind turbines that use the tornado effect, the coefficient of wind energy utilization in the claimed wind turbine is increased by approximately 1.5-1.75 times. Specific installed power (in kW/kg)

Зо на 30-3595 вище за рахунок використання ефектів торнадо і приєднаних мас. | через це собівартість вітроустановки зменшена на 25-30 95.From 30-3595 higher due to the use of tornado effects and attached masses. | due to this, the cost of the wind turbine is reduced by 25-30 95.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

1. A vortex solar-wind power plant, which includes a frame, a frame-mounted vertical baffle tower with a vertical air duct and intake windows, which consists of two parts resembling vertically directed truncated cones with smaller end surfaces facing each other, guide plates , located on the outside of the baffle tower along the perimeter, fixed on the baffle tower and frame, a blade turbine located rotationally in a vertical air channel, an electric generator installed on the blade turbine, a vertical air flow swirler located under the blade turbine, a solar collector installed under the baffle tower, and a deflector installed above the confusor tower, while the lower part of the vertical air channel is made in the form of a confusor, and the upper part of the channel is made in the form of a diffuser coaxial with it, which differs in that the parts forming the confusor tower are located at a distance from each other, at the same time, between the approximate ends of these parts and the ends of the adjacent guide plates that are close to the confusor tower, the aforementioned intake windows are formed, between their side surfaces and the surfaces of the adjacent guide plates, horizontally directed intake confusor channels are formed, the diffuser of the vertical air channel is distant from the confusor to form a cavity opposite the intake windows in the central part of the air channel, the blade turbine is diagonal, contains a vise-radial convex bushing, made with the possibility of rotation, and blades of an aerodynamic profile with flat output end surfaces installed on the bushing, essentially perpendicular to the axis of rotation of the turbine, the blades have an involute spatial shape, and the angle of inclination of the windward surface of the blades to the plane perpendicular to the axis of rotation of the turbine decreases in the longitudinal direction from the inlet edge to the flat horizontal outlet edge of the blades, while the specified turbine is installed in the confusor of the vertical of the friction channel so that the output end surfaces of the blades are located at the exit from the confusor, and oriented along the vertical air flow, in addition, the vortex solar or wind energy installation contains an additional bladed wind turbine with an additional electric generator located on it, installed with the possibility of rotation over blade turbine in the central part of the air channel, the additional wind turbine contains a supporting base and installed on the peripheral part of the supporting base vertical blades of an aerodynamic profile, in the cross section are directed in the same direction as the blades of the blade turbine, while the vertical blades are made and located so that enable alternating complete or partial covering of the intake windows during rotation of the additional bladed wind turbine, have a height that is not less than the height of the intake windows, and limit the central part of the vertical air channel, while in the central part of the supporting base, circular windows are made of due to their successive overlap with the flat output end surfaces of the blade turbine blades during its rotation, a vertical pipe is located between the windows and the peripheral part of the supporting base, the height of which is less than the height of the vertical blades, the swirler of the vertical air flow is made in the form of a diagonal blade wheel, made with the possibility of rotation, the blades of which are directed in the same direction as the blades of the blade turbine, and the deflector has the form of a cone-shaped dome.

2. A vortex solar-wind energy installation according to claim 1, which is characterized by the fact that the guide plates are flat or curved in a logarithmic spiral or hyperbola and are directed at an angle in the same direction as the blades of the blade turbine.

3. A vortex solar-wind energy installation according to one of claims 1 or 2, which is characterized by the fact that it contains an axis fixedly mounted on the frame, and a blade turbine and an additional blade turbine are mounted on the axis with the possibility of rotation, the vertical air flow swirler is mounted on the axis on the distance from the blade turbine is 0.25-0.7 of the diameter of the sweeping area of this turbine with the possibility of free rotation, while the diameter of the middle section of the swirler is 0.1-0.18 of the diameter of the sweeping area of the turbine.

4. Vortex solar-wind energy installation according to one of claims 1-3, which is characterized by the fact that the vertical air flow swirler is oriented along the direction of the vertical flow, its sleeve is made in the form of a smooth surface of rotation, the blades have an involute spatial shape, and the angle of inclination of the windward the surface of the blades to the plane perpendicular to the axis of rotation of the swirler, decreases in the longitudinal direction from the inlet to the outlet edges of the blades. Zo

5. A vortex solar-wind energy installation according to one of claims 1-4, which is characterized by the fact that the supporting base of the additional bladed wind turbine with vertical blades is made in the form of an annular rim and a bushing, interconnected by streamlined spokes, the width of which is equal to the distance between windows, while on the sleeve there is a fairing in the form of a curved surface resembling a conical one, the top of which is directed in the direction of the vertical air flow, and the number of windows formed by the fairing spokes between the rim and the sleeve is a multiple of the number of blades of a bladed turbine.

6. A vortex solar-wind energy installation according to any of claims 1-5, which is characterized by the fact that the vertical air channel diffuser angle is 10-18", and at the outlet of the diffuser, an additional diffuser is installed, formed by an additional cut-off fixed to the frame a cone with a deflection angle that lies within 90-120".

7. A vortex solar-wind energy installation according to any of claims 1-6, which is characterized by the fact that the dome is made in the form of a hollow diagonal bladed turbine installed on an axis above the frame top with the possibility of free rotation, the specified turbine has blades of involute spatial shape, and the angle of inclination of the windward surface of the blade to the plane perpendicular to the axis of rotation of this turbine decreases in the longitudinal direction from the upper inlet to the lower outlet edges of the blades, while between the specified blade turbine and the part of the air channel formed by the additional diffuser, fixed on the inner surface of the diagonal blade turbine fan blade.

8. A vortex solar-wind energy installation according to any one of claims 1-7, characterized in that the solar collector contains a frame mounted on risers of adjustable height, trapezoidal frames mounted on risers, connected to each other, inclined to the horizontal plane and covered with sheets of transparent polycarbonate, a chemisorption heat accumulator located inside the frame, and guide vertical plates installed on the frame with the possibility of twisting the air flow, which enters the solar collector through the rectangular slits formed under the frame.