| 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 RU2247860
Вітряного двигуна Бєлашової
Ім'я винахідника:
Ім'я патентовласника: Бєлашов Олексій Миколайович
Адреса для листування: 109559, Москва, Тихорецкий б-р, 14, корп.2, кв.63, А.Н.Белашову
Дата початку дії патенту: 2003.09.22
Винахід відноситься до вітроенергетики, зокрема до вітряних двигунів, і призначене для використання в вітроенергетичних установках різної потужності. Технічний результат полягає в збільшенні продуктивності вітряного двигуна і зменшення витрат на його виробництво. Суть винаходу полягає в тому, що вітряної двигун містить циліндричну головку, яка через ковзаючі і опорні елементи пов'язана з валом. На валу вітряного двигуна встановлено, щонайменше, два вітряних колеса різного діаметра з парних або непарних кількістю поворотних лопатей різної довжини, модульний генератор з корпусом, механізм синхронізації обертів вітряного колеса, пристрій орієнтації на вітер, конусна гайка, пристрій ущільнення, захисний кожух і поворотний пристрій. Поворотний пристрій вітряного двигуна розташоване в передній частині циліндричної голівки і виконано у вигляді втулки, яка за допомогою ковзних і опорних елементів пов'язана з опорною шайбою нерухомої вежі. Кожне вітряне колесо містить парне або непарна кількість лопатей різної довжини, які об'єднані в робочі сектора, де кожен робочий сектор має, щонайменше, одну лопать. Мінімальна відстань між вітряними колесами з поворотними лопатями має становити не менше половини діаметра від вітряного колеса з поворотними лопатями, розташованого за генератором. Вітряні колеса з поворотними лопатями повинні бути розташовані на валу в порядку зростання діаметрів і мати можливість осьового переміщення.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до вітроенергетики, зокрема до вітряних двигунів, і призначене для використання в вітроенергетичних установках різної потужності.
Відомий гвинт Белашова, що містить вал з порожнистої втулкою, механізм синхронізації оптимального обертання, розміщений у внутрішній порожнині втулки, і поворотні лопаті з осями, встановлені за допомогою шарнірів, закріплених у втулці, і кінематично пов'язані через механізм синхронізації з приводним валом, де кожна лопать забезпечена встановленої в кінцевий її частини обтічним напрямних оперенням з внутрішньою порожниною, віссю обертання, закріпленої в порожнині, і підпружиненим обтічним саморегульованим закрилком. Дивіться Патент РФ № 2046996, F 03 D 7/00 - аналог.
Відомий вітряної двигун, що містить нерухому вежу, головку з парних або непарних кількістю вітряних коліс різного діаметра з поворотними лопатями, розташованими в порядку зростання діаметрів і елементи кочення. Дивіться Авторське свідоцтво СРСР № 1078120, F 03 D 1/00 - прототип.
Мета винаходу - збільшення продуктивності вітряних двигунів і зменшення витрат на їх виробництво. Для цього надати і переконливо довести відомості, що підтверджують можливість здійснення даного винаходу, шляхом виведення математичних виразів в формулах і графіках:
- Визначення повного відстані шляху повітряного потоку вітру,
- Визначення кінематичної в'язкості повітряного потоку вітру,
- Визначення максимальної сили струменя повітряного потоку вітру,
- Визначення максимальної роботи повітряного потоку вітру,
- Визначення максимальної потужності повітряного потоку вітру,
- Визначення ефективної роботи вітряного двигуна,
- Визначення ефективної потужності вітряного двигуна,
- Визначення коефіцієнта використання гвинта без навантаження,
- Визначення коефіцієнта використання гвинта під навантаженням.
- Визначення кількості холостих обертів вітряного двигуна,
- Визначення робочої сили струменя вітряного двигуна,
- Визначення кількості обертів вітряного двигуна, що працює без навантаження генератора,
- Визначення кількості обертів вітряного двигуна, що працює з навантаженням генератора.
Поставлена мета досягається тим, що вітряної двигун, що містить нерухому вежу, головку з парних або непарних кількістю вітряних коліс різного діаметра з поворотними лопатями, розташованими в порядку зростання діаметрів і елементи кочення, має, щонайменше, два вітряних колеса з поворотними лопатями, два пристрою ущільнення, генератор, механізм синхронізації обертів вітряного колеса і пристрій орієнтації на вітер, розташованих на одному валу і пов'язаних через ковзаючі і опорні елементи з циліндричною головкою, що включає в себе конусну гайку, корпус генератора, захисний кожух і поворотний пристрій, розташоване в передній частині циліндричної голівки і виконане у вигляді втулки, яка за допомогою ковзних і опорних елементів пов'язана з опорною шайбою нерухомої вежі, причому, кожне вітряне колесо містить поворотні лопаті різної довжини, об'єднані в робочі сектора, де кожен робочий сектор має, щонайменше, одну поворотну лопать, відстань між вітряними колесами з поворотними лопатями становить не менше половини діаметра від вітряного колеса, розташованого за генератором, лопаті якого забезпечені аеродинамічним виступом, що має оточуючий профіль, при цьому, пристрої ущільнення розташовані в корпусі генератора і всередині конусної гайки циліндричної голівки, механізм синхронізації оборотів вітряного колеса виконаний у вигляді пов'язує і поворотно-поворотного пристроїв, а електрична проводка від генератора проходить по каналу внутрішньої порожнини циліндричної голівки і проходу втулки в нерухоме підставу вежі.
На фіг.1 зображений загальний вид вітряного двигуна.
 |
 |
На фіг.2 зображено багатосекторні вітряне колесо з поворотними лопатями.
На фіг.3 зображений вітряної двигун з двома поворотними лопатями вітряного колеса 5 і двома поворотними лопатями вітряного колеса 9.
 |
 |
На фіг.4 зображений механізм синхронізації обертів вітряного колеса.
На фіг.5 зображений графік максимальної роботи струменя повітряного потоку вітру, яка має діаметр два метри.
На фіг.6 зображена таблиця максимальної роботи і потужності повітряного потоку вітру при 20 ° С і нормальному атмосферному тиску.
На фіг.7 зображені графіки коефіцієнта використання гвинта, вітряного двигуна з різною кількістю поворотних лопатей, що мають різні маси.
На фіг.8 зображений порівняльний графік максимальної і ефективної потужності вітряного двигуна, що складається з одного і двох вітряних коліс.
Вітряний двигун, фіг.1, містить вал 1, який через елементи кочення 2 і елементи кочення 3 взаємодіє з циліндричною головкою 4. На одній підставі вала 1 для передачі крутних моментів на поворотні лопаті вітряного колеса 5 встановлено шпонкові з'єднання 6. Різьбове з'єднання 7 служить для фіксації вітряного колеса 5 за допомогою конусної гайки 8. на іншій підставі вала 1 для передачі крутних моментів на поворотні лопаті вітряного колеса 9 встановлено шпонкові з'єднання 10, а для передачі крутних моментів на генератор 11 встановлено шпонкові з'єднання 12. Різьбове з'єднання 13 служить для фіксації поворотних лопатей вітряного колеса 9 за допомогою прорізний гайки 14. Різьбове з'єднання 15 служить для фіксації пристрою орієнтації на вітер, яке виконано у вигляді жорсткості 16 і полого конуса 17. за допомогою елементів кочення 18, генератор 11 встановлений в корпусі 19, який жорстко закріплений на циліндричної втулки 4. за допомогою елементів кріплення 20 в корпусі 19 встановлений фланець 21. Опорний підшипник 22 розташований між фланцем і втулкою 23, яка взаємодіє з елементами кочення 3. На зовнішній стороні корпусу 19 встановлено ущільнювальне з'єднання 24. Вхідний отвір циліндричної головки 4, при допомоги нарізного сполучення закрито конусної гайкою 25. Усередині конусної гайки 25 встановлено ущільнювальне з'єднання 26. Поворотні лопаті вітряного колеса 9 забезпечені аеродинамічним виступом 27, який має оточуючий профіль 28. Для підвищення ефективності в користуванні вітряним двигуном кількість робочих секторів з поворотними лопатями вітряного колеса 5 і поворотними лопатями вітряного колеса 9 повинно мати парне або непарна кількість лопатей різної довжини, об'єднаних в робочі сектора, де кожен робочий сектор має, щонайменше одну лопать, причому мінімальна відстань між вітряними колесами з поворотними лопатями має становити не менше половини діаметра вітряного колеса з поворотними лопатями, розташованого за генератором. На циліндричної голівці 4 жорстко встановлена втулка 29 і кожух 30. Втулка 29 за допомогою елементів кочення 31 і елементів кочення 32 взаємодіє з нерухомою вежею 33. Усередині нерухомої вежі 33 встановлена опорна шайба 34, яка через опорні елементи кочення 35 пов'язана з втулкою 29. Електричні дроти від генератора 11 проходять по каналу 36, внутрішньої порожнини циліндричної головки 4, по проходу 37 втулки 29 в нерухоме підставу вежі 33. багатосекторні вітряне колесо, фиг.2, з поворотними лопатями містить робочий сектор 38, який має 8 поворотних лопатей, робочий сектор 39, який має 4 поворотні лопаті, робочий сектор 40, який має 2 поворотні лопаті. Причому будь-який вітряне колесо може містити парне або непарна кількість робочих секторів, що мають парне або непарна кількість поворотних лопатей, але кожен робочий сектор 41 повинен мати як мінімум одну поворотну лопать 42. Вітряний двигун, фіг.3, містить вітряне колесо 9, яке має парне або непарна кількість лопатей, наприклад дві лопаті, і вітряне колесо 5, яке має парне або непарна кількість лопатей, наприклад дві лопаті, повинні мати різні діаметри. Для надійної і стійкої роботи вітряного двигуна, діаметр вітряного колеса 9 повинен перевищувати діаметр вітряного колеса 5, поз.43, на 10-25%. Механізм синхронізації обертів вітряного колеса виконаний у вигляді пов'язує і поворотно-поворотного пристрою, фіг.4. Сполучна пристрій містить болт 44, який через пружину 45 взаємодіє з наполегливою шайбою 46 і стопорним пристроєм 47. Поворотно-зворотний пристрій вітряного колеса 5 і вітряного колеса 9 містить шарнір 48, розташований на опорній втулці 49, яка за допомогою пружини 46 і болта 44 взаємодіє з поворотною лопатою.
Залежно від швидкості вітряного потоку, необхідно правильно вибрати тип вітряного колеса, що містить парне або непарна кількість поворотних лопатей і робочих секторів, правильно визначити максимальну і ефективну потужність струменя повітряного потоку вітру, коефіцієнт використання вітряного колеса з навантаженням і без навантаження.
Виникла необхідність в коректуванні математичних формул, які застосовуються у вітроенергетиці, гідродинаміки і авіабудуванні, по
- Визначення повного відстані шляху повітряного потоку вітру,
- Визначення кінематичної в'язкості повітряного потоку вітру,
- Визначення максимальної сили струменя повітряного потоку вітру,
- Визначення максимальної роботи повітряного потоку вітру,
- Визначення максимальної потужності повітряного потоку вітру,
- Визначення ефективної роботи вітряного двигуна,
- Визначення ефективної потужності вітряного двигуна,
- Визначення коефіцієнта використання гвинта без навантаження,
- Визначення коефіцієнта використання гвинта під навантаженням,
- Визначення кількості холостих обертів вітряного двигуна,
- Визначення робочої сили струменя вітряного двигуна,
- Визначення кількості обертів вітряного двигуна, що працює без навантаження генератора,
- Визначення кількості обертів вітряного двигуна, що працює з навантаженням генератора.
Для наочності визначимо максимальну роботу струменя повітряного потоку вітру, що має діаметр 2 метри, який переміщається на відстань 8 метрів
А мах = F · L,
де:
F - сила повітряного потоку вітру, Н;
L - відстань пройденого шляху, м;
А мах - максимальна робота повітряного потоку вітру, Н · м.
Визначимо площу кола робочого струменя повітряного потоку,
де:
D - діаметр струменя повітряного потоку = 2 метри,
де:
П - 3,141592653 ...... (відношення довжини кола до діаметру);
S - площа кола, м 2;
D - діаметр кола, м.
З хімії ми знаємо, що 1 літр повітря при 20 ° С, нормальному атмосферному тиску і вологості важить 1,293 г або 0,001293 кг.
Визначимо об'єм повітря, що має площу кола 3,1415926 м 2, і висоту повітряного стовпа один метр
V = S · h = 3,141592653 м 2 · 1 м = 3,141592653 м 3,
де:
V - об'єм повітряного циліндра, м 3;
S - площа кола, м 2;
h - висота повітряного стовпа, м.
Визначимо масу повітря в 1 м 3,
де:
1 літр = 1 дм 3;
1 дм = 10 -3 м;
1 м 3 = 1000 дм 3 = 1000 літрів;
G = 0,001293 кг · 1000 литров = 1,293 кг,
де:
G - маса повітря, кг;
V - об'єм повітря в 1 м 3 або в 1000 літрах.
Визначимо щільність повітря
,
де:
G - маса повітря, кг;
V - об'єм повітря, м 3;
ро - щільність повітря, кг / м 3.
Визначимо скільки літрів повітря міститься в 3,14159265 м 3,
де:
1 м 3 = 1000 літрів;
3,141592653 м 3 = Х літрів;
Визначимо вагу повітря в +3141,592653 літрах,
де:
1 літр = 0,001293 кг;
+3141,592653 Літрів = Х кг;
Переведемо вага повітря в Ньютони,
де:
9,80665 Н = 1 кг;
Х Н = +4,062079300329 кг;
Знаючи максимальну силу струменя повітряного потоку вітру і довжину шляху його переміщення, можна визначити максимальну роботу струменя повітряного потоку вітру
А = F · L,
де:
А - робота, Н · м;
F - сила, Н;
L - шлях, м.
Наочно визначимо максимальну роботу струменя повітряного потоку вітру, що має діаметр 2 метри і висоту повітряного стовпа 1 метр, який дискретно переміщається на відстань 8 метрів.
Максимальна робота повітряного потоку вітру, що має діаметр 2 метри і висоту стовпа 1 метр, який переміщається на відстань 8 метрів, = +1434,07403894056980 Н · м.
На малюнку 1 безліч натуральних чисел n, ... ... ..., які виражають повне відстань всього шляху повітряного потоку вітру - L,
L = n + n + n ... = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 = 36 м,
L - повне відстань шляху повітряного потоку вітру, м.
n - безліч натуральних чисел, які виражають відстань окремих відрізків шляху повітряного потоку вітру і входять в загальну відстань відрізка шляху повітряного потоку вітру, м.
Визначимо максимальну роботу струменя повітряного потоку вітру діаметром в 2 метри, яке проходить повне відстань шляху - 36 метрів (при швидкості вітру 8 м / с),
А мах = F · L = 39,83538997 Н · 36 м = +1434,074039209798747 Н · м,
де:
L - шлях переміщення повітряного потоку вітру, м;
F - сила струменя повітряного потоку вітру, Н.
За формулою Белашова (1) можна визначити повне відстань всього шляху повітряного потоку вітру, м,
де:
L - повний шлях переміщення повітряного потоку вітру, м;
n - безліч натуральних чисел, які виражають відстань окремих відрізків шляху повітряного потоку вітру і входять в загальну відстань відрізка шляху повітряного потоку вітру, м.
За цією методикою можна визначити максимальну роботу струменя повітряного потоку вітру, що має діаметр 2 метри, яке проходить повне відстань шляху повітряного потоку вітру - 210 м (при швидкості вітру 20 м / с),
А мах = F · L = 39,83538997 Н · 210 м = +8365,4318938 ... Н · м,
де:
L - шлях переміщення повітряного потоку вітру, м;
F - сила струменя повітряного потоку вітру, Н.
Знаючи силу струменя повітряного потоку повітря, діаметр струменя повітряного потоку повітря і щільність повітря при 20 ° С і нормальному атмосферному тиску, можна вивести кінематичну в'язкість повітряного потоку - Б.
При цьому необхідно враховувати, то, що повітряний потік вітру надходить дискретними імпульсами через певний інтервал часу - 
t, що має дискретне кількість інтервалів - n і
де:
F - сила струменя повітряного потоку = 39,83538997 Н;
Б - кінематична в'язкість повітряного потоку за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с;
D - діаметр струменя повітряного потоку = 2 метри;
ро - щільність повітря = 1,293 кг / м 3;
t - дискретний інтервал часу = 0,125 с;
n і - кількість дискретних інтервалів = 8.
За формулою Белашова (2) можна визначити максимальну силу струменя повітряного потоку вітру
(2)
де:
F м - максимальна сила струменя повітряного потоку вітру, Н;
Б - кінематична в'язкість повітряного потоку за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с;
D - діаметр струменя повітряного потоку, м;
ро - щільність повітря, кг / м 3;
t - дискретний інтервал часу = 0,125 с;
n і - кількість дискретних інтервалів = 8.
За формулою Белашова (3) можна визначити максимальну роботу струменя повітряного потоку, який проходить повне відстань шляху повітряного потоку вітру - 210 метрів (при швидкості вітру 20 м / с)
(3)
де:
Б - кінематична в'язкість повітряного потоку за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с;
L - відстань шляху повітряне потоку вітру, м;
D - діаметр струменя повітряного потоку, м;
ро - щільність повітря, кг / м 3;
t - дискретний інтервал часу = 0,125 с;
n і - кількість дискретних інтервалів = 8.
A мах - максимальна робота струменя повітряного потоку, Н · м.
Формула Балашова (3) точно визначає максимальну роботу струменя повітряного потоку вітру на всіх швидкостях, дивіться таблицю №1 фіг.6 і відповідає розмірним одиницям фізичних величин.
Кінематична в'язкість повітряного потоку повітря за одиницю часу, при 20 ° С і нормальному атмосферному тиску, (4) виведена А.Н.Белашовим і відповідає розмірним одиницям фізичних величин
(4)
Б = 7,70212489908158646549242043365948 ... ... ... м 2 / с.
За формулою Белашова (5) можна визначити ефективну роботу вітряного двигуна
(5)
де:
Б - кінематична в'язкість повітряного потоку за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с;
L - відстань шляху повітряного потоку вітру, м;
D - діаметр струменя повітряного потоку, м;
ро - щільність повітря, кг / м 3;
k н - коефіцієнт використання гвинта з навантаженням;
t - дискретний інтервал часу = 0,125 с;
n і - кількість дискретних інтервалів = 8;
А еф - ефективна робота струменя повітряного потоку, Н · м.
З фізики ми знаємо, що потужністю називається робота, вироблена (або споживана) в одну секунду,
де:
А - paбот, Н · м;
Р - потужність, Вт;
t - час, с.
За формулою Балашова (6) можна визначити максимальну потужність повітряного потоку
(6)
де:
Б - кінематична в'язкість повітряного потоку за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с;
L - відстань шляху повітряного потоку вітру, м;
D - діаметр струменя повітряного потоку, м;
ро - щільність повітря, кг / м 3;
t - дискретний інтервал часу = 0,125 с;
t - час, с;
n і - кількість дискретних інтервалів = 8;
Р мах - максимальна потужність струменя повітряного потоку, Вт.
За формулою Белашова (7) можна визначити ефективну потужність вітряного двигуна
(7)
де:
Б - кінематична в'язкість повітряного потоку за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с;
L - відстань шляху повітряного потоку вітру, м;
D - діаметр струменя повітряного потоку, м;
po - щільність повітря, кг / м 3;
t - дискретний інтервал часу = 0,125 с;
t - час, с;
k н - коефіцієнт використання гвинта з навантаженням;
n і - кількість дискретних інтервалів = 8;
P еф - ефективна потужність струменя повітряного потоку, Вт.
За формулою Белашова (8) можна визначити коефіцієнт використання гвинта з навантаженням
(8)
де:
Б - кінематична в'язкість повітряного за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с;
L - відстань шляху повітряного потоку вітру, м;
m - маса лопатей вітряного двигуна, кг;
k н - коефіцієнт використання гвинта з навантаженням;
n під - число підшипників вітряного двигуна;
S лопа - площа однієї лопаті вітряного двигуна;
n лопа - натуральне число лопатей вітряного двигуна;
sin 
- Кут повороту лопаті, град .;
t - дискретний інтервал часу = 0,125 с;
n і - кількість дискретних інтервалів = 8;
М п.воз - вентиляційні втрати повітряного середовища, Н · м;
М п.под - втрати на тертя підшипників, Н · м.
A max - максимальна робота струменя повітряного потоку вітру при заданій швидкості, Н · м.
Наприклад необхідно розрахувати коефіцієнт використання гвинта, виготовленого з пресованої деревини покритої плівкою з вуглепластика, який має такі характеристики:
довжина лопаті - 1 м;
ширина лопаті - 0,08 м;
D - діаметр вітряного двигуна - 2 м;
m - маса 3 лопатей кріпильного і зв'язує пристрої вітряного двигуна - 5,0 кг;
V - лінійна швидкість повітряного потоку вітру - 8 м / с;
L - повний шлях переміщення повітряного потоку вітру - 36 м;
t - дискретний інтервал часу - 0,125 с;
n і - кількість дискретних інтервалів - 8;
po - щільність повітря - 1,293 кг / м 3;
A max - максимальна робота струменя повітряного потоку вітру при швидкості 8 м / с - +1434 Н · м;
S лопа - площа однієї лопаті вітряного двигуна - 0,08 м 2;
n лопа - число лопатей вітряного двигуна - 3;
sin - Кут повороту лопаті 15 ° - 0,258819;
М п.воз - вентиляційні втрати повітряного середовища - 0,6 Н · м;
М п.под - число підшипників вітряного двигуна - 2 шт .;
Б - кінематична в'язкість повітряного потоку за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с.
За формулою Белашова (8) визначимо коефіцієнт використання гвинта з навантаженням
На фіг.7 зображені графіки коефіцієнта використання гвинта вітряного двигуна з різною кількістю поворотних лопатей, що має різні маси:
- Поз.50 зображений графік коефіцієнта використання гвинта вітряного двигуна з одного поворотною лопатою, що має масу 1,2 кг;
- Поз.51 зображений графік коефіцієнта використання гвинта вітряного двигуна з двома поворотними лопатями, що має масу 2,5 кг;
- Поз.52 зображений графік коефіцієнта використання гвинта вітряного двигуна з трьома поворотними лопатями, що має масу 5 кг;
- Поз.53 зображений графік коефіцієнт використання гвинта вітряного двигуна з чотирма поворотними лопатями, що має масу 6,2 кг;
- Поз 54 зображено графік коефіцієнта використання гвинта вітряного двигуна з шістьма поворотними лопатями, що має масу 8,6 кг;
- Поз.55 зображений графік коефіцієнта використання гвинта вітряного двигуна з вісьмома поворотними лопатями, що має масу 11 кг;
- Поз.56 зображений графік коефіцієнта використання гвинта вітряного двигуна з трьома поворотними лопатями, які взаємодіють з навантаженням генератора.
Момент тертя в підшипниках кочення, що застосовуються в якості опор осі вітряного двигуна можна, визначити за формулою:
М п.под. = 0,5 · G · f · d,
де:
G - вага вітряного двигуна, кг;
f - наведений коефіцієнт тертя в підшипниках кочення;
d - діаметр вала під підшипником, м.
Вентиляційні втрати енергії в повітряному середовищі можна визначити за формулою:
де:
n - частота обертання гвинта, об / хв;
p - тиск середовища в частках від атмосферного;
L - ширина гвинта, м;
D - діаметр гвинта, м;
М п.воз - вентиляційні втрати повітряного середовища, Н · м.
За формулою Белашова (5) визначимо ефективну роботу вітряного двигуна, який проходить повне відстань шляху повітряного потоку вітру - 36 метрів (при швидкості вітру 8 м / с),
За формулою Белашова (7) визначимо ефективну потужність вітряного двигуна, який проходить повне відстань шляху повітряного потоку вітру - 36 метрів (при швидкості вітру 8 м / с),
За формулою Белашова (9) можна визначити ефективну силу струменя повітряного потоку вітру в залежності від коефіцієнта використання гвинта з навантаженням
(9)
де:
F еф - ефективна сила струменя повітряного потоку вітру, Н;
Б - кінематична в'язкість повітряного потоку за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с;
D - діаметр струменя повітряного потоку, м;
k н - коефіцієнт використання гвинта з навантаженням;
po - щільність повітря, кг / м 3;
t - дискретний інтервал часу = 0,125 с;
n і - кількість дискретних інтервалів = 8.
За формулою роботи можна визначити кількість оборотів вітряного двигуна, який знаходиться під навантаженням генератора (при швидкості повітряного потоку вітру 8 м / с)
A = F · L = F еф · П · D · n,
де:
L = П · D · n,
де:
F еф - ефективна сила струменя повітряного потоку вітру, Н;
A еф - ефективна робота струменя повітряного потоку, Н · м;
L - шлях лопаті вітряного колеса, м;
П - 3,141592653 (відношення довжини кола до його діаметру);
D - діаметр вітряного колеса, м;
n - кількість обертів гвинта під навантаженням.
За формулою Белашова (10) можна визначити коефіцієнт використання гвинта без навантаження
(10)
А еф - ефективна робота струменя повітряного потоку, Н · м;
Б - кінематична в'язкість повітряного потоку за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с;
L - відстань шляху повітряного потоку вітру, м;
S лопа - площа однієї лопаті вітряного двигуна, м 2;
sin - Кут повороту лопаті, град .;
kx - коефіцієнт використання гвинта без навантаження;
m - маса лопатей вітряного двигуна, кг;
t - дискретний інтервал часу - 0,125 с;
n і - кількість дискретних інтервалів - 8;
М п.воз - вентиляційні втрати повітряного середовища, Н · м;
М п.под - втрати на тертя підшипників, Н · м;
n під - число підшипників вітряного двигуна;
За формулою Белашова (11) можна визначити холосту силу струменя повітряного потоку вітру, яка вільно обертає лопаті вітряного двигуна
(11)
де:
F хол - неодружена сила струменя повітряного потоку вітру, Н;
Б - кінематична в'язкість повітряного потоку за одиницю часу = 7,70212489908158646549242043365948 м 2 / с;
D - діаметр струменя повітряного потоку, м;
kx - коефіцієнт використання гвинта без навантаження;
ро - щільність повітря, кг / м 3;
t - дискретний інтервал часу = 0,125 с;
n і - кількість дискретних інтервалів = 8.
За формулою роботи можна визначити кількість холостих обертів гвинта вітряного двигуна, який не навантажений генератором, де лопаті вітряного двигуна знаходяться у вільному обертанні (при швидкості вітру 8 м / с),
A = F · L = F хол · П · D · n,
де:
L = П · D · n,
де:
F хол - неодружена сила струменя повітряного потоку вітру, Н;
А еф - ефективна робота струменя повітряного потоку, Н · м;
L - шлях лопаті вітряного двигуна, м;
П - 3,141592653 (відношення довжини кола до його діаметру);
D - діаметр вітряного колеса, м;
n - кількість обертів гвинта об / хв.
Якщо вітряної двигун не навантажений генератором, то на лопатях вітряного двигуна виникає дуже велика доцентрова сила, яку можна обчислити за формулою:
де:
F ц - доцентрова сила, Н;
m - маса лопатей і з'єднувального пристрою, кг;
V - лінійна швидкість вимірюваного повітряного потоку, м / с;
R - радіус вітряного двигуна, м.
При цьому необхідно враховувати, що величина А еф включає в себе не тільки ефективну роботу вітряного двигуна, а й ефективну роботу генератора. В ефективну роботу генератора входить к.к.д. генератора в процентах і інші втрати електричних компонентів вітряної установки
де:
Р 1 - споживана потужність генератора, Вт;
Р 2 - корисна потужність генератора, Вт;
U - напруга на затискачах генератора, V;
I - струм в навантаженні, А;
Р ст - втрати потужності в сталі на гістерезис і вихрові струми;
Р про - втрати потужності в обмотках на нагрівання провідників;
Р хутро - втрати механічні на тертя в підшипниках;
n - к.к.д. генератора,
і далі:
- Повітряні втрати якоря,
- Втрати енергії на лінії зв'язку генератора з споживачем,
- Втрати енергії на реактивне опір якоря.
Для вітряного двигуна Белашова доцільно застосовувати модульні генератори Белашова, статори яких виконані з діамагнітного матеріалу, які
- Можуть мати синусоїдальний сигнал змінного струму і напруги або прямокутний імпульсний сигнал змінної напруги і струму;
- Мають гарне охолодження;
- Мають велику площу системи збудження;
- Мають надійне опір ізоляції;
- Не мають втрат на гістерезис;
- Не мають втрат на вихрові струми.
- Не мають втрат на реактивне опір якоря.
- Споживач може самостійно задавати і комплектувати з окремих модулів будь-які параметри генератора, при заданій кількості оборотів.
В даному випадку це необхідно, для того щоб генератор, без мультиплікатора, при 340 об / хв зміг виробити потужність ЕРС не менше 420 Вт.
На фіг.8 зображений порівняльний графік максимальної потужності вітряного потоку, що має діаметр 2 метри, поз.57, який складений за таблиці №1, фіг.6. Поз.58 позначений графік ефективної потужності вітряного двигуна без навантаження, який складений за графіком 52, фіг.7, з урахуванням коефіцієнта використання гвинта, що має три поворотні лопаті і масу 5 кг. Поз.59 позначений графік ефективної потужності вітряного двигуна, який навантажений генератором, з урахуванням коефіцієнта використання гвинта, зображеного на графіку 56. Поз.60 позначений графік вітряного двигуна Белашова, який має два вітряних колеса, кожне з яких складається з трьох поворотних лопатей.
З графіків коефіцієнта використання гвинта вітряного двигуна, що має різну кількість поворотних лопатей, фіг.7, ясно, що вітряні колеса, що мають три поворотні лопаті, які широко застосовуються у вітроенергетиці, є найбільш неефективними. При лінійної швидкості повітряного потоку вище 5 м / с, вітряної двигун Белашова доцільно комплектувати з вітряних коліс, кожне з яких забезпечено двома поворотними лопатями, фіг.3.
При лінійної швидкості повітряного потоку менше 5 м / с або при великих діаметрах вітряного колеса, вітряні двигуни Белашова доцільно комплектувати з багатосекторних вітряних коліс 9 з великою кількістю поворотних лопатей і робочих секторів, фіг 2, яке працює наступним чином. При невеликих потоках вітру, швидкість яких вище одного м / с, за рахунок тиску вітру на всі поворотні лопаті вітряне колесо 9 починає обертатися. При посиленні тиску вітру на поворотні лопаті робочого сектора 38 збільшується кутова швидкість вітряного колеса. Поворотні лопаті цього сектора, при подальшому збільшенні швидкості обертання вітряного колеса, поступово перекривають повітряний потік робочого сектора 38, який починає максимально використовувати роботу повітряного потоку на даній швидкості вітру і даному прискоренні вітряного колеса. Повітряні втрати, тобто невикористаний повітряний потік робочого сектора 38 починає поступово перерозподілятися на робочий сектор 39, який починає максимально використовувати повітряний потік свого сектора і повітряні втрати повітря робочого сектора 38. При посиленні тиску на поворотні лопаті робочого сектора 39, збільшується кутова швидкість вітряного колеса, яка поступово перекриває повітряний потік робочого сектора 39, який починає максимально використовувати роботу вітряного потоку на даній швидкості вітру і даному прискоренні вітряного колеса. Повітряні втрати, тобто невикористаний повітряний потік робочого сектора 39 починає перерозподілятися на робочий сектор 40, який починає максимально використовувати повітряний потік свого сектора і повітряні втрати робочого сектора 40, збільшується кутова швидкість вітряного колеса, яка поступово перекриває повітряний потік робочого сектора 40, який починає максимально використовувати роботу повітряного потоку на заданій швидкості вітру і даному прискоренні вітряного колеса. Повітряні втрати, тобто невикористаний повітряний потік робочого сектора 40 починає перерозподілятися на робочий сектор 41, який повинен мати як мінімум одну поворотну лопать 42. Для зменшення втрат повітряного потоку вітру, зовнішні підстави поворотних лопатей забезпечені аеродинамічним виступом 27, який має оточуючий профіль 28. При проектуванні вітряного двигуна необхідно враховувати те, що вітряне колесо з меншим числом поворотних лопатей буде обертатися швидше за рахунок того, що встигає захоплювати повітряний потік більшої площі. При великих поривах вітру або інших екстремальних ситуаціях, починає працювати механізм синхронізації обертів вітряного колеса, який за допомогою сполучного і поворотно-поворотного пристрою запобігає руйнуванню поворотних лопатей вітряного колеса за рахунок його прогину, і одночасно даний пристрій сповільнює обертання поворотних лопатей вітряного колеса за рахунок того , що перерозподіляє силу повітряного потоку, яка діє на кутову швидкість обертання гвинта вітряного двигуна Белашова.
Винахід дозволяє збільшити продуктивність вітряних двигунів і зменшити витрати на їх виробництво при застосуванні в одному вітряному двигуні як мінімум двох вітряних коліс з парних або непарних кількістю поворотних лопатей, які працюють в одному повітряному потоці, а й переглянути існуючі математичні формули, що застосовуються зараз в вітроенергетиці, гідродинаміки і авіабудуванні.
ДОВІДКОВІ МАТЕРІАЛИ
Книга "Одиниці фізичних величин і їх розмірність", автор Л.А. Сена, видавництво "Наука", Головна редакція фізико-математичної літератури, місто Москва, 1988 рік.
Книга "Вітродвигуни і їх застосування в сільському господарстві", автор Фатєєв Е.М., видавництво "МашГіс", 1957 рік.
Книга "маховикові двигуни", автор М.В.Гуліа, видавництво "Машинобудування", місто Москва, 1976 рік.
Книга "Загальна хімія", автор Н.Л.Глінка, видавництво "Хімія", місто Ленінград, 1988 рік.
Книга "Фізика, довідкові матеріали", автор О.Ф.Кабардін, видавництво "Просвіта", місто Москва, 1988 рік.
Патент Російської Федерації "Універсальна електрична машина Белашова", № 2118036, H 02 K 23/54, 27/24, 27/00 за 1998 рік.
Книга "Електротехніка з основами промислової електроніки", автор В.Е.Кітаев і Л.С.Шляпінтох, видавництво "Вища школа", Москва, 1973 рік.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Вітряний двигун, що містить нерухому вежу, головку з парних або непарних кількістю вітряних коліс різного діаметра з поворотними лопатями, розташованими в порядку зростання діаметрів, і елементи кочення, що відрізняється тим, що містить, щонайменше, два вітряних колеса з поворотними лопатями, два пристрої ущільнення, генератор, механізм синхронізації обертів вітряного колеса і пристрій орієнтації на вітер, розташованих на одному валу і пов'язаних через ковзаючі і опорні елементи з циліндричною головкою, що включає в себе конусну гайку, корпус генератора, захисний кожух і поворотний пристрій, розташоване в передній частині циліндричної головки і виконане у вигляді втулки, яка за допомогою ковзних і опорних елементів пов'язана з опорною шайбою нерухомої вежі, причому кожне вітряне колесо містить поворотні лопаті різної довжини, об'єднані в робочі сектора, де кожен робочий сектор має, щонайменше, одну поворотну лопать, відстань між вітряними колесами з поворотними лопатями становить не менше половини діаметра вітряного колеса, розташованого за генератором, лопаті якого забезпечені аеродинамічним виступом, що має оточуючий профіль, при цьому пристрої ущільнення розташовані в корпусі генератора і всередині конусної гайки циліндричної голівки, механізм синхронізації обертів вітряного колеса виконаний у вигляді сполучного і поворотно-поворотного пристроїв, а електрична проводка від генератора проходить по каналу внутрішньої порожнини циліндричної голівки і проходу втулки в нерухоме підставу вежі, причому пристрій орієнтації на вітер виконано у вигляді жорсткості і полого конуса.
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.