| початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві | хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи | таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |   |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => | На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2193688
Вітроагрегатів для вітряків
Ім'я винахідника: Елескін В.Г .; Лапочкін Ю.В .; Скулевіч О.М .; Стародумов М.І.
Ім'я патентовласника: Елескін Віталій Геннадійович; Лапочкін Юрій Володимирович; Скулевіч Олександр Миколайович; Стародумов Михайло Іванович
Адреса для листування: 103009, Москва, а / я 184, для ППФ "ЮС", пат.пов. С.М.Кочемазову, рег. № 748
Дата початку дії патенту: 2001.09.19
Винахід відноситься до енергетики, зокрема до вітродвигуна, і може бути використано для створення вітродвигуна з віссю обертання, перпендикулярній до напрямку вітру. Технічний результат, що полягає в забезпеченні можливості повороту лопаті в положення з найбільшим аеродинамічним опором лопаті з оптимальним кутом атаки, зменшенні навантаження на механізм повороту лопаті і підвищенні стабільності швидкості обертання робочого колеса, забезпечується за рахунок того, що в вітроагрегатів, що містить робоче колесо з вертикальною віссю обертання, на якому встановлені з можливістю повороту навколо вертикальних осей лопаті, які мають індивідуальний механізм повороту, виконаний у вигляді флюгера, кінематично сполученого з віссю повороту лопаті, згідно винаходу верхній кінець кожної лопаті виконаний з можливістю відхилення в площині лопаті симетрично щодо вертикальної осі на відстань не більше В / 5,27, де В - максимальне значення ширина лопаті.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до вітроенергетики і, зокрема, до ортогональні вітроагрегати з лопатями, що мають вертикальну вісь повороту.
Відомий вітродвигун, що містить встановлене на вертикальному валу ротор з верхніми і нижніми спицями, між якими на їх кінцях розміщені поворотні балансирні лопаті, вали яких через муфти розвантаження пов'язані ланцюговою передачею (передавальне відношення 1: 2) із загальним флюгером (SU 1483081 А1, F 03 D 3/02, 30.05.1989). Виконання лопатей поворотними дозволяє оптимально орієнтувати їх у процесі роботи, що забезпечує оптимальну аеродинаміку лопатей при русі по потоку вітру і проти. При цьому з'являється можливість регулювати навантаження на лопатях двигуна. Однак загальний механізм повороту лопатей, що представляє собою ланцюгову передачу, яка б пов'язала флюгер з кожної лопатою, складний, що знижує надійність пристрою. Крім цього, ланцюгова передача не може бути достатньо жорсткою, що викликає підвищений рівень автоколивань і зниження виброустойчивости всієї пружної конструкції, що в свою чергу є причиною раптових відмов, а й низька ефективність самозахисту вітродвигуна від сильних вітрів.
Відома вітроенергетична установка з віссю обертання, що перетинає напрямок вітру, що містить ротор з лопатями, встановленими під кутом 42 ÷ 55 градусів до осі обертання ротора (RU 2099589 C1, F 03 D 3/00, 20.12.1997). В даній установці передбачена можливість синхронного відхилення всіх лопатей щодо їх нижніх опор під дією відцентрових сил. Дане технічне рішення забезпечує збільшення моменту інерції ротора з лопатями при збільшенні швидкості обертання. Таким чином, забезпечується захист електрогенератора від перевантаження.
Найбільш близьким за технічною сутністю і досягається результату до описуваного винаходу є вітроагрегат, що містить робоче колесо з вертикальною віссю обертання, на якому встановлені з можливістю повороту навколо вертикальних осей лопаті, які мають індивідуальний механізм повороту, виконаний у вигляді флюгера, кінематично сполученого з віссю повороту лопаті ( RU 2119094 C1, F 03 D 7/06, 20.09.1998). Постачання кожної поворотною лопаті окремим механізмом повороту дозволяє збільшити потужність вітродвигуна, підвищує надійність пристрою при загальному спрощення конструкції і зниження металоємності. Однак робота по повороту лопаті з положення з найбільшим аеродинамічним опором, коли площина лопаті збігається з радіусом робочого колеса, відбувалася виключно за рахунок механізму повороту і флюгера. В результаті цього механізм повороту лопаті працює в навантаженому режимі, оскільки зростає протидія лопаті флюгера, що знижує ресурс і надійність роботи.
Завданням цього винаходу є розробка і створення ветроагрегата, що володіє поліпшеними характеристиками при поривах вітру.
В результаті рішення даної задачі з'являється можливість отримання технічних результатів, які полягають в тому, що забезпечується можливість повороту лопаті в положення з найбільшим аеродинамічним опором лопаті з оптимальним кутом атаки за рахунок відцентрової сили, зміщує верх лопаті відносно осі симетрії в момент збігу площини лопаті з напрямком радіуса робочого колеса, зменшується навантаження на механізм повороту лопаті, а й підвищується стабільність швидкості обертання робочого колеса.
Дані технічні результати досягаються тим, що в вітроагрегатів, що містить робоче колесо з вертикальною віссю обертання, на якому встановлені з можливістю повороту навколо вертикальних осей лопаті, які мають індивідуальний механізм повороту, виконаний у вигляді флюгера, кінематично сполученого з віссю повороту лопаті, верхній кінець кожної лопаті виконаний з можливістю відхилення в площині лопаті симетрично щодо вертикальної осі на відстань не більше в / 5,27, де в - максимальне значення ширина лопаті.
Відмітна особливість цього винаходу полягає в тому, що верхній кінець кожної лопаті виконаний з можливістю відхилення в площині лопаті симетрично щодо вертикальної осі. В результаті зменшується площа лопаті, що взаємодіє з потоком вітру з навітряного боку, а з підвітряного збільшується і лопать набуває функцію флюгера, що в свою чергу значно розвантажує власне флюгер. Експериментально встановлено, що відхилення верхнього кінця лопаті в порожнині лопаті відносно вертикальної осі не повинно перевищувати В / 5,27, оскільки в іншому випадку істотно зростає опір потоку повітря, а за рахунок асиметрії при відхиленні верхнього кінця лопаті різко знижується ефективність ветроагрегата, тобто . знову придбані вітрилом властивості флюгера будуть прагнути утримати вітрило уздовж потоку вітру, а флюгер буде не в змозі протистояти потоку повітря і управляти вітрилом.
Лопаті можуть бути виконані у формі прямокутника, або овалу, або будь-якої форми, що має вертикальну вісь симетрії.
Доцільно кожен флюгер кинематически з'єднати з віссю повороту лопаті за допомогою механізму розвантаження, який може бути виконаний у вигляді запобіжної муфти.
 |  |  |  |
На фіг.1 представлений загальний вигляд ветроагрегата, на фіг.2 схематично представлено стан лопаті в момент найбільшого (положення А на фіг.1) аеродинамічного опору вітровому потоку, на фіг.3 схематично представлено стан лопаті в момент найменшого (положення В на фіг. 1) аеродинамічного опору вітровому потоку, а й балансовий вузол лопаті, а на фіг.4 показано в плані відхилення лопаті в своїй площині щодо вертикальної осі.
Вітроагрегат містить встановлене на вертикальному валу 1 з опорою 2 робоче колесо, що містить верхні і нижні спиці 3, на кінцях яких розміщені лопаті 4, мають верхні і нижні опори. Лопаті виконані поворотними навколо вертикальних осей, що проходять через опори лопатей.
Конструкції лопатей можуть бать різними. Верхні кінці лопатей 4 виконані з можливістю зворотно-поступального переміщення в площинах лопатей. Очевидно, що при цьому самі лопаті 4 здійснюють зворотно-качательние руху в своїх площинах щодо вертикальних осей. Зворотно-поступальні переміщення верхніх кінців лопатей 4 здійснюються за допомогою вузлів, схематично представлених на фіг.2, якими забезпечена кожна лопать 4.
Можна запропонувати велике конструктивне різноманітність таких вузлів. Кожен вузол може являти собою, наприклад, полоз 5 і спрямовуючу 6. При цьому кожен полоз 5 жорстко пов'язаний з рамою своєї лопаті і знаходиться з нею в одній площині, як це показано на Фіг.3. Напрямна 6 охоплює полоз 5 і полоз може здійснювати в ній зворотно-поступальні переміщення. Таким чином, кожні полоз і спрямовуюча утворюють кінематичну поступальну пару.
Для забезпечення зворотно-руху, що гойдає нижні опори лопатей 4 повинні мати три кутові ступені свободи і можуть бути виконані, наприклад, у вигляді кульових опор 7.
Вітроагрегат містить механізм 8 повороту лопаті, виконаний, наприклад, у вигляді редуктора з передавальним відношенням 1 ÷ 2, і механізм 9 розвантаження лопатей 4, виконаний, наприклад, у вигляді запобіжної муфти. Як говорилося вище, кожна лопать має свій автономний механізм 8 повороту. По суті механізм повороту управляє кутом атаки лопаті.
Механізм повороту лопаті містить флюгер 10, кінематично з'єднаний з віссю повороту лопаті.
Доцільно, щоб кінематична зв'язок флюгера з віссю повороту лопаті мала передавальне відношення 1: 2, забезпечуючи тим самим один оборот лопаті на два оберти флюгера. Флюгери 10 завжди займають таке кутове положення, при якому аеродинамічний опір флюгера потоку вітру мінімально. Завдяки кінематичного зв'язку з флюгером і в результаті обертання робочого колеса кожна лопать повертається навколо вертикальної осі, при цьому автоматично встановлюється кут атаки, тобто лопать так орієнтується за напрямком вітру, що забезпечується найкраща аеродинаміка ветроагрегата. Передавальне відношення 1: 2 дозволяє лопатей здійснювати тільки півоберта за повний оборот робочого колеса, тобто весь робочий цикл лопать здійснює за половину свого обороту.
Вітроагрегатів працює наступним чином
Здійснюють монтаж установки, підключають електрогенератор (не показаний) через передачу (не відображено) до валу 1 робочого колеса.
Робота установки починається з моменту появи вітрового потоку, який повідомляє робочого колеса сумарний крутний момент більший, ніж момент тертя в опорах і момент опору в генераторі.
Під дією вітру кожен флюгер 10, повертаючись, встановлює свою лопать 4 на необхідний кут атаки. Лопать 4 від потоку вітру впливає на спиці 3 та створює обертовий момент на робочому колесі, приводячи його в обертання.
В результаті обертання робочого колеса на лопаті діють відцентрові сили. У момент, коли площина лопаті збігається з радіусом робочого колеса (положення А на фіг.1), лопата має найбільшу аеродинамічний опір. Внаслідок цього верхній кінець лопаті починає відхиляється в площині лопаті щодо своєї вертикальної осі на відстань, рівну не більше В / 5,27, у напрямку дії відцентрової сили, повертаючи лопать щодо опори 7, як це показано на Фіг.3. Слід зазначити, що в цей момент лопать щодо вертикальної осі повороту розташована симетрично. Вісь повороту лопаті залишилася тією ж самою, оскільки вона проходить через нижню опору 7, яка не змінила свого положення. Завдяки виникає асиметрії площ, що дорівнює подвоєною площі заштрихованого трикутника, щодо осі повороту лопаті на лопаті виникає крутний момент, який прагне повернути лопать в положення з найменшим аеродинамічним опором. При русі лопаті назустріч повітряному потоку, коли лопата і флюгер розташовані паралельно, лопать сама встановлюється в положення, при якому опір повітряному потоку мінімально. Таким чином, в результаті обертання робочого колеса лопать повертається під впливом моменту, який виник внаслідок асиметрії площ лопаті відносно осі повороту, зменшуючи свій опір вітрі.
При цьому виник момент повороту лопаті передається флюгеру, який повертається в ту ж сторону, що і лопата, підставляючи свою площину під потік вітру, в результаті чого на валу флюгера утворюється момент, який протидіє і врівноважує момент повороту лопаті. При цьому момент повороту флюгера не повинен бути менше моменту повороту лопаті. Ця умова забезпечується вибором відповідного розміру площі флюгера. При поривах вітру або ураганному вітрі спрацьовує механізм розвантаження і лопать займає, повертаючись, положення, близьке до флюгерне, зменшуючи кут атаки, і флюгер і займає положення з мінімальним кутом атаки. В результаті лопать повертається ребром до вітру, що не дозволяє вітроагрегатів збільшувати число оборотів робочого колеса, стабілізуючи швидкість обертання робочого колеса. Далі лопать послідовно проходить положення з найменшим аеродинамічним опором (положення В на фіг.1), рухаючись назустріч повітряному потоку, лопать і флюгер розташовані паралельно, при цьому опір повітряному потоку мінімально і знову наближається до положення А з найбільшим аеродинамічним опором. До цього часу робоче колесо зробило повний оберт. Однак завдяки тому, що передавальне відношення механізму повороту лопаті 1: 2, лопать повернулася тільки на 180 градусів. У момент чергового збігу площини лопаті з радіусом робочого колеса під дією відцентрових сил верхній кінець лопаті зміщується в напрямку дії відцентрової сили, відхиляючи лопать, як це показано на Фіг.3, тобто повторюється описаний вище процес.
Таким чином, за один оборот робочого колеса лопать здійснює гойдає відхилення один раз, тобто частота зворотно-качательние відхилень лопаті від вертикальної осі в площині лопаті дорівнює частоті обертання робочого колеса.
Оскільки всі лопаті виконані ідентичними, очевидно, що всі лопаті відхиляються в міру обертання робочого колеса по черзі описаним вище чином. При цьому за один оборот робочого колеса кожна лопать відхиляється по одному разу.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Вітроагрегат, що містить робоче колесо з вертикальною віссю обертання, на якому встановлені з можливістю повороту навколо вертикальних осей лопаті, які мають індивідуальний механізм повороту, виконаний у вигляді флюгера, кінематично сполученого з віссю повороту лопаті, що відрізняється тим, що верхній кінець кожної лопаті виконаний з можливістю відхилення в площині лопаті симетрично щодо вертикальної осі на відстань не більше в / 5,27, де в - максимальне значення ширина лопаті.
2. Вітроагрегат по п. 1, який відрізняється тим, що кожен флюгер кинематически з'єднаний з віссю повороту лопаті за допомогою механізму розвантаження.
3. Вітроагрегат по п. 2, який відрізняється тим, що механізм розвантаження виконаний у вигляді запобіжної муфти.
Версія для друку
Дата публікації 31.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.