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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2261362

Aerothermodynamischen Windmühlen (ATVU)

Name des Erfinders:
Der Name des Patentinhabers: Miodrag Shkobal (RU)
Korrespondenzanschrift: 119313, Moskau, Leninskij prospekt, 93, Gebäude 2, kv.120, M.Shkobal
Startdatum des Patents: 2003.07.10

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Windenergie. Das technische Ergebnis ist die Effizienz (Wirkungsgrad) und die Zuverlässigkeit der Windkraft, die Vereinfachung der Konstruktion, Betrieb und Wartung zu erhöhen. Aerodynamische Windenergieanlage umfasst einen Generator, eine Turbinenabgasringflügel mit der Innenfläche der "De Laval", der ein Trägerelement ist und mit Federn versehenen Oberfläche ausgestattet, um die radialen Arme trägt, wobei der Generator Kabine mit einer schlanken Außenfläche mit einer inneren Stützstruktur für die Generatorlager und der Turbinenlager, Eingangs Festkonus, radial Klammern, Einlaufring Flügel, stehen die Tragmast Schwenker mit dem Stromabnehmer, die Durchführung von Kommunikation zwischen der Kabine und dem Referenzgenerator Mast und das Profil der Eingang des Ringflügels wird im Tandem mit dem Saugring Flügel gemacht.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf Energietechnik und steht für eine Windenergieanlage aerothermodynamischen ATVU (ATWT - aerothermodynamischen Windturbine), für kinetische Windenergie umgewandelt wird , auch mit erheblichen turbulenten Komponente in elektrische Energie. Entwickelt für den Einsatz in industriellen, städtischen und ländlichen Stadtwerke usw. (Bestehend aus Windparks oder einzelne Einheiten).

Bekannte Windenergieanlagen (Windmühlen), die Windenergie wandeln mechanische oder elektrische Energie zu erzeugen, die als Workitem mit der Schraube (Windrad), Darrieus-Rotor, usw. Nachteilig bei ihrer Konstruktion sollte großen Abmessungen umfassen, Instabilität der dynamischen Belastungen zu einer Instabilität der elektrischen Stromparameter erzeugt führt, für eine spezielle Stabilisierungsvorrichtungen der Notwendigkeit führt.

Darüber hinaus ist die Praxis eine große Anzahl von Windkraftanlagen in einem Windpark von bestehend zeigt an, dass eine solche Anlage durch das Störfeld geschaffen für die menschliche Gesundheit gefährlich ist, weil seine Frequenz im Infraschallbereich liegt (4-7 Hz), dass Umweltstandards nicht akzeptabel ist.

Zur Zeit bekannt und effizientere Windenergieanlage Rotortyp, technisches Gerät und wesentlichen Merkmale der Nähe der der vorliegenden Erfindung, die als Prototyp genommen wird, nämlich RU 2124142 C1, 1998.12.27, cl. 6 F 03 D 1/04, sind mit einem Generator mechanisch verbunden, um eine Leistungseinheit montiert auf einem Träger, eine Düsenvorrichtung und zwei oder mehrere Turbinen enthält, mit einer schlanken Rumpf mit Flügeln mit Gas gefüllt, die Dichte, die geringer ist als die Dichte der Atmosphäre ist, beweglich gemacht Querschnitt zu ändern benachbarte Kanäle. Die wesentlichen Nachteile des Prototyps sind: Bau Komplexität, geringe Zuverlässigkeit, hohe Kosten für die Installation.

Technische Ergebnis der Erfindung ist es, die Effizienz zu verbessern, (Effizienz) der Windenergieanlage, einfache Konstruktion, hohe Zuverlässigkeit, reduziert Lärm, einfache Bedienung und Wartung, relativ niedrigen Herstellungskosten.

Das technische Ergebnis der Erfindung wird unter Verwendung von Licht und billigen Materialien, einfache Produktionstechnologie, die Zugänglichkeit zu rotierenden Einheiten, mit einem Minimum an Kontrolle Automatisierung erreicht.

Aerothermodynamischen Windenergieanlage besteht aus einem Generator mechanisch mit der Turbine, dem Abgasringflügel mit der Innenfläche auf dem Profil von "De Laval" gemacht, das Element der Installation trägt und mit Federn versehenen Oberfläche ausgestattet, die Ausrichtung in den Wind bietet den radialen Armen trägt, um den Generator Befestigungs, das Cockpit Generator mit einer stromlinienförmigen äußeren Oberfläche und der inneren Stützstruktur für die Generatorlager und der Turbinenträger, der Eingangs stationären Kegel, den Turbinenrotor von radialen Armen Schließen der vorderen kegelEingangsRingFlügel mit einem geschlossenen Kreislauf für die Drehung des Turbinenrotors, das Setzen und das Drehgestell tragenden Tragmaste mit dem Stromabnehmer, die Durchführung von Kommunikation zwischen der Kabine und dem Generator, den Mast zu unterstützen und das Profil der Eingang des Ringflügels wird im Tandem mit dem Saugring Flügel gemacht. Windfahne Oberfläche umfasst ein Geschwindigkeitssensor und ein Signallicht, ist der Eingang einer Stromkegelförmige Oberfläche aus Glas, Kunststoff, und eine Klingenturbinenrotor aus Fiberglas oder Polymeren. Die Kabine ist mit einem Drehständer mit dem Generator rohrförmigen Durchgang verbunden ist, um den Zugang zu den rotierenden Einheiten. Unterstützen der Mast ist in der Form eines zylindrischen Metallstruktur, Stahlbetonanker auf dem Fundament und eine Innentreppe mit dem Schwenkständer, Kabeltrassen und Beleuchtung.

Die vorliegende Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.

Aerothermodynamischen Windmühlen (ATVU)
Aerothermodynamischen Windmühlen (ATVU)

Abbildung 1 zeigt eine aerodynamische Windkraftanlage, das allgemeine Aussehen.

Figur 2 - eine Ansicht von 1,

Figur 3 - Ansicht B aus Figur 1, eine schematische Darstellung der Montage der Vorrichtung. Typ A - das Profil der Vorderkante des Saugring Flügel. Typ B - Abzugshaube Leitring Flügel.

4 zeigt eine schematische Darstellung der aerodynamischen Vorrichtung.

5 ist ein Diagramm, das die Ausrichtung der Windkraftanlage zeigt.

6 zeigt ein Diagramm der aerodynamischen Wirkung auf die Scheibe eines Turbinenanlage.

7 ist ein Diagramm, in dem Installationsdämpfungs Verwirbelung des Luftstroms zeigt.

8 zeigt eine Anordnung (Layout) Installationsschema.

Aerothermodynamischen Windkraftanlage besteht aus einem Abgasringflügel 5 mit gefiederten Fläche 1, wobei der Eingang des Ringflügels 10, die Turbine 9 ist mechanisch zugeordneten elektrischen Generator, 4 in einer glatten Kabine eingeschlossen, der stationären Einströmdüse 8, Festlager Radialarme 7 an den Einlassringflügel 10 und Flügel Saugring 5 befestigt durch Ständer mit Stromkollektoren 11 auf dem Tragmast 12 schwenken.

Exhaust Ringflügel 5 hat folgende Eigenschaften:

- Die Innenfläche des Abgasringflügel 5 ist das Profil von "De Laval" (siehe Bojan Kraut. , 1988, 201). Flügel Material - jede leichte aerodynamische Abdeckung (Aluminium-Legierungen, Fiberglas, etc.) mit einer Zelle oder minvatnym Inhalt.

- Vorderkante des Flügels 6 Abgasring 5 weist ein Profil auf, erstellen Sie einen Eingang Toroid (Ring) Luftwirbel 13, die eine weitere Strömung durch die Turbine 16 9 die Masse Luft erhöht.

- Neben dem Umfang der Hinterkante des Flügels 5 Abgasring es eine äußere ringförmige Leitblech Haube hat 2, der 15 eine Ausgangs toroidalen (Ring) Luftwirbel erzeugt, wodurch die Luftströmung beschleunigt 18.

Vane Fläche 1 liefert ohne zusätzliche Mechanismen und Werkzeuge Orientierung Setup im Wind entlang der Drehachse 20. Die Oberfläche des Flügels 1 ist mit einem Sensor der Windgeschwindigkeit ausgestattet, Blitzgerät und Warnleuchte.

Im Cockpit des Generators 4 mit einer stromlinienförmigen äußeren Oberfläche und einer inneren Stützstruktur für die Turbinenmontage und dem Generator ermöglicht den Zugang für die Inspektion und Reparatur.

Radiallagerböcke 7 Eingangsringflügel 10 und ein Radiallager 3 Montagewinkel Einströmdüse 8 und der Generator 4 Kabine Typ Strukturelemente, die in der Luftfahrtindustrie verwendet werden.

Turbineneinlass 9 ist im Inneren des Ringflügels 10, in seinem hinteren Teil befindet, wo der Luftstrom 18 hat eine maximale Dichte und Geschwindigkeit eine maximale Effizienz zu schaffen

PRINZIP DER EINHEIT

Der Luftstrom 16 entlang der Achse bewegt, in der Windfahne Oberfläche orientiert aufgrund 1 Auspuffringflügel 5, 9 erreicht die Turbine, so dass es zu drehen. Generator 4 montiert auf der gleichen Achse wie die Turbine 9 erzeugt einen elektrischen Strom, der durch Drehschleifringe 11 Ständer entfernt wird.

Um die Effizienz der Anlage zu verbessern hat die folgenden Designmerkmale.

1. Aufgrund des Profils der Vorderkante der Saugring Flügel 5, in dem torusförmigen Eingang angelegt (Ring) 13 Luftwirbel, Turbineneinlass 9 erzeugt einen konvergenten Luftströmung 17, wodurch der Massenstrom der Luft zu der Turbine 9 erhöht wird.

2. Die Form der Eingang des Ringflügels 10 und seine Position in der Anlage mit einem Ringspalt 14 ermöglicht es Ihnen, um die Einlassluft zu vergelten Turbulenz 19 und an den Schaufeln der Turbine 9 senden.

3. Die Form der Innenfläche des Auspuffringflügel 5, auf einem Profil ausgeführt "De Laval", hilft, die rarefied Zone in der Rückseite der Einheit 18 für die Turbine 9 zu schaffen, die im wesentlichen die Geschwindigkeit des Luftstroms an der Turbine erhöht.

4. Eine ringförmige Ablenkplatte Haube 2 erzeugt ein Ausgangs Toroid (Ring) Luftwirbel 15, die Geschwindigkeit des Luftstroms beschleunigt, zusätzlichen Unterdruck in der Luftströmung zu schaffen 18 nach der Turbine 9.

Dank dieser Konstruktionsmerkmale der vorgeschlagenen Anlage, impulsiv und turbulente Luftströmung im Inneren des Gerätes 19 wird stabilisiert und in den Arbeitsbereich der Turbine wird laminar und der Druck steigt, die maximale Geschwindigkeit und Dichte, was den Wirkungsgrad der Anlage und die Stabilität der Stromerzeugung erhöht.

Theoretische Grundlagen

Die oberflächennahe Windströmungen haben eine ausgeprägte Geschwindigkeitsprofil in Abhängigkeit von der Höhe und der wesentlichen turbulent Komponente, abhängig von der lokalen Topographie und Vegetation Entwicklungen. Bewegliche Luftmassen haben eine hohe Energie (kinetische, thermodynamischen und barometrischen) kW / m 3 [1]

E - Die Gesamtenergie der Luftströmung [kW / m 3]

Um E - kinetische Energie der Luftströmung = ( 2/2),

E T - thermodynamischen Energie Luftstrom = i (entalpiya)

E - Energie barometrischen Luftstrom = RT = pv.

Daher hängt die Windenergie auf den Zustand der Luftmassen [2]:

- Luftdichte,

- Luftgeschwindigkeit

T - Temperatur,

P - Luftdruck.

Spezifische Energie e = F ( . , T, p) [kW / kg].

Durch Anlegen einer Windanlage (Turbine) der im Wind enthaltene Energie in einem komplexen entsorgt werden.

Turbine übernimmt alle verwandelt Windenergie in der Anlage. In der Installation ändert sich das folgende den desolaten Zustand des Windes:

1. Wachstumsrate w Turbineneinlass 21 durch:

- Konvergenz des Ringflügels 10 und der Reduktion des Strömungsquerschnitt aufgrund der Einströmdüse 8;

- Konvergenz Staulufteinlass unter der Wirkung des Rotors 13.

2. Druck Höhe 16 ph Turbineneinlass 9 durch:

- Obstruktion der Luftstrom von der Turbinenscheibe 9;

- Rückzahlung pW Wirbelbewegung in den Ringspalt zwischen dem Einlaß 10 und Ringflügel Einströmdüse 8.

3. Steigerung der Effizienz Turbine, indem sie es in einer geschlossenen Schleife (ringförmiges Lumen) ohne induktive Reaktanz arbeiten.

4. Für die Turbinenscheibe erzeugt 9 ein Vakuum pV 23 von:

- Die Saugwirkung des Luftstromes RV1 18;

- Eine zusätzliche Beschleunigung des Luftstroms pV2 Profil "De Laval";

- Aerodynamische Generator Saugwirkung PV3 15 am Auslass des Abgasringflügel 5, das ferner die Luftströmung beschleunigt 18;

- Der Partialdruck Abfall von Wasserdampf in der Luft aufgrund von Kondensation an der adiabatischen Expansion durch die Turbine auftretenden PV4 (Auswerfer Kühlung) im Falle über die Kondensation des Gehens.

5. Die Entstehung des aerodynamischen Moment, um die Installation des Windes auf der Oberfläche zu orientieren:

- Frontalschnitt des Eingangs des Ringflügels 10 + MI;

- Die Außenfläche des Abgasringflügel 5 - MII;

- Gefiederte Oberfläche 1 - MIII.

Dabei:

M M II + III> M I (die entgegengesetzte Wirkungsrichtung - ist symmetrisch)

M = f ( ), Mit = 0 ° der Gleichgewichtszustand, und die aerodynamischen Momente fehlen.

- Stärke, auf die Turbine realisiert [3]:

p h - zusätzlicher Druck der Anströmung der Turbinenscheibe,

p v - zusätzliche Vakuumluftstrom für die Turbinenscheibe,

A [n 2] - Eingangsschnittfläche des Ringflügel,

- Die Windgeschwindigkeit,

p h [N / m 2] - Einstellung Funktion Design,

p v [N / m 2] - Einstellung Funktion Design,

- Effizienz,

ATWT [%] deutlich höher> VEU klassische Schraubenwindturbine aufgrund synergistische Wirkung:

- Konvergenz des Luftstroms;

- Rückzahlung von turbulenten Strömungen;

- Erhöhung der Menge der eingehenden Luft;

- Aktionen des vorderen aerodynamischen Generator;

- Rückaerodynamische Generator Aktion;

- Betrieb der Turbine in einem geschlossenen Kreislauf;

- Verbindung pV infolge des Partialdrucks von Wasserdampf;

- Ein Ejektor (Ziehen) die Wirkung der Rückseite der Turbine;

- Es hat eine höhere Turbinenwirkungsgrad als die Schraube.

Da die allgemeine ATWT [%] ist eine Funktion der Installation der Windgeschwindigkeit , die auf das Installations dann in der Tat [4]:

oder

wo Windkraftanlagen - ein klassischer Schraub-Windkraftanlage. Nach der klassischen aerodynamischen Berechnungen auf dem Gebiet der herkömmlichen Wind 4 ÷ 6 [m / s]:

das allein beweist den Vorteil von Windkraftanlagen vor der klassischen Schraub-Installation.

Installation unterliegt Windlasten in einer bestimmten Höhe, die durch den Abstand von der Drehachse des Turbinenbodenhorizont bestimmt wird, an dem eine Anlage gebaut. Da die Installation der Lage ist, von den Turbulenzen der Windströmungen zu löschen und zu entsorgen, ist sie Einbauhöhe nicht sehr anspruchsvoll, und sein Durchmesser ist kleiner Drehung bewirkt dies. Die einzigen Voraussetzungen für die Einbauhöhe - so, dass es einen ausreichenden Zugang zu den intensiven Luftstrahl hat, ohne dass diese Stromflüsse sind laminar.

Aufgrund des speziellen Profils 6 Vorderkante des Flügels Saugring 5, einen Eingang Toruswirbel von 13 Luft schaffen, 21 der Turbineneinlass 9 gebildet konvergenten Gegenwindstrom, wodurch der Luftmassenstrom zu erhöhen, die das System von den klassischen Installationen schraubbar unterscheidet [7]

D i - der Durchmesser des vorderen (Front) Teil des Abgasringflügel,

- Luftdichte,

K - Jet Konvergenzfaktor Wind:

Bis K = f (V w); K> 1 (siehe [6] . ).

Gesteigerte Luftmassenstrom 17 ist in dem Turbinenabgas durch 9 (Ejektor) Aktion Abgasringflügel 5. Gesteigerte Luftmassenstrom erhöht den Energieumwandlungswirkungsgrad verwendet werden, sondern auch eine Druckerhöhung 22, die Turbine 9 anzutreiben.

Der Luftstrom in den Ringraum zwischen den beiden Ringprofile 14 Geschwindigkeiten und treiben die Turbine 9 erzeugt eine Vakuumzone 23, ein zusätzliches Drehmoment auf die Turbinenwelle zu schaffen und die erhöhte Absorption (konvergenten) Luftstrom 17 10. Der Einlass Ringflügel eintritt So eine Luftströmung die Strömung durch die Turbine ohne die turbulenten Wirbel behindern Luftstrom, und dann p h [2] = max, dass maximiert die Turbinenlast.

Der ausgehende Luftstrahl zunächst in den Ringraum 14, beschleunigt und fährt dann aufgrund des Innenprofil des Abgasringflügel 5 (De Laval) zu beschleunigen, um die Turbulenz Glätten und die gesamte Massenstrom durch die Turbine 9, die Verbesserung und dann p h [2] = max, dass maximiert die Turbinenlast.

Beschleunigung des Abflusses wird noch weiter durch die Einwirkung eines äußeren Rings erhöht um den Umfang des Visiers 2 Abgasauslass des Ringkante des Flügels 5, der ein Ausgangs toroidalen Wirbel 15 erzeugt.

Dargestellt Anlage weist erhebliche Vorteile gegenüber bekannten Analoga, da sie wesentlich effizienter ist wandelt die Windströmung kinetische Energie in elektrische Energie und benötigt keinen Mechanismus zum Drehen des Windes. Darüber hinaus ist die Installation der Windturbine unterscheidet sich von anderen einfachen Design, als die technologisch komplizierte Knoten Design auf dem Profil von "De Laval" Innenfläche des Abgasringflügel durchgeführt wird.

1. Installation nutzt alle Komponenten der Windenergie (Thermodynamik der bewegten Masse des Gasgemisches).

2. Installation ist wesentlich schneller am Eingang der Turbine Fläche des ankommenden Luftstroms erhöht sich die kinetische Energie der Komponente für die Turbine einen optimalen Betriebsmodus erzeugt und Infraschall erzeugt.

3. Installation schafft eine Niederdruck (Vakuum) der Turbinenscheibe und erhöht dadurch die Druckdifferenz, die auf die Turbine realisiert.

4. Installation schafft trostlos Konvergenz der Luftströmung, wodurch der Luftmassenstrom erhöht (und realisiert Energie an die Turbine) durch die Installation.

5. Installation selbst ist an der Windfahne Oberfläche orientiert aufgrund der Auspuff des Ringflügels.

6. Die Montage der adiabatischen Expansion der Luftströmung durch die Turbine vorbei erzeugt eine Temperaturdifferenz ( tT), die weiter Vakuum für Antriebsturbinen verbessert, was zu zusätzlichen Kondensation von Luftfeuchtigkeit führt, die zu sammeln.

7. Das Gerät bietet eine ausreichend hohe Geschwindigkeit, mit der Turbine, die die Verwendung von Niedergeschwindigkeits-Asynchrongeneratoren ohne Getriebe (Multiplikatoren) ermöglicht.

8. Installation im Vergleich zu anderen Windturbine ist eine geringe Geräuschquelle, da alle Geräuschquellen Volumenkörper geschlossen; und Infraschall-Komponente ist nicht vorhanden.

9. Installieren Sie nutzt effizient die Energie der Turbulenz und Windböen, die es anwendbar in geographischen Gebieten mit schwierigen Topographie macht. Somit ist die Montage auf der Höhe seiner Installation nicht sehr anspruchsvoll.

10. Installation von verschiedenen technologischen Einfachheit des Designs (für Leistung, für die Verwendung, für die Installation und Reparatur) mit dem einfachsten elektronischen Automatisierung.

11. Durch die Beschleunigung des Luftstroms an der Eingabeeinheit eine niedrigere Schwelle für die Aufnahme hat (produziert bereits Strom mit minimalen Windgeschwindigkeiten) im Vergleich mit ähnlichen Anlagen.

12. Die vorgeschlagene Installation von komparativen Nachteile, die als solche nicht über und ist nur eine Verbesserung von Parametern und Eigenschaften der bestehenden Windkraftanlagen.

13. Die Installation ist mehr kompatibel mit der ökologischen Umwelt als andere derzeit bestehenden Windkraftanlagen.

QUELLEN VON INFORMATIONEN

1. Willy JG Flugzeugtriebwerke;

2. Erich Hau, Windkraftanlagen;

3. Eckhard Rebhan (Hrsg.), Energiehandbuch;

4. Hutte, Die Grundlagen der Ingenierwissenschaften;

5. Horst Crome, Handbuch Windenergie Technik;

6. Robert Y. Redlinger, Per Dannemand Andersen , Poul Erik Morthorst, Windenergie im 21. Jahrhundert;

7. Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins, Ervin Bossanyi, Wind Energy Handbook;

8. T.E.Faber, Fluiddynamik für Physiker;

9. Europäische Windatlas, Copyright © 1989 von Rise National Laboratory;

10. Bojan Kraut Kniga, Zagreb, 1988.

FORDERUNGEN

1. Aerodynamischer Windenergieanlage mit einem Generator, einem Turbinenabgas Ringflügel mit der Innenfläche in dem Profil "de Laval", die ein Stützelement Montagefläche ist und mit Schaufeln ausgestattet ist, gibt Orientierung zum Wind, der Radiallagerböcken Oszillatorgenerator cab Befestigungs eine stromlinienförmige äußere Oberfläche und die innere Stützstruktur für die Generatorlager und der Turbinenlager, das Eingangs festen Kegel, der radialen Turbinenrotorarme schließt, die den Eingangskonus Einlassringflügel mit einem geschlossenen Kreislauf für die Drehung des Turbinenrotors, der Tragmast Installation und dem Drehgestell tragen mit Stromabnehmer, die Kommunikation zwischen der Kabine mitführen und den Generator, den Mast zu unterstützen und das Profil der Eingang des Ringflügels wird im Tandem mit dem Saugring Flügel gemacht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Flügel eine Oberfläche Windgeschwindigkeitssensor und einem Signallicht umfasst, ist der Eingang einer Stromkegelförmige Oberfläche der Glasfaser und die Turbinenlaufschaufeln sind aus Glasfasern oder Polymeren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, daß der Rohrgenerator cabin Durchgang mit dem Drehgestell dadurch gekennzeichnet, zum Drehen Baugruppen erreichbar.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützmast in Form einer zylindrischen Metallstruktur ist, befestigt mit dem Betonfundament und die Anker eine Innentreppe zum Drehfuß, Kabeltrassen und Beleuchtung haben.

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Erscheinungsdatum 30.01.2007gg