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)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2178830

СПОСІБ УПРАВЛІННЯ Відбір потужності вітрового ПОТОКА
І вітроенергетичних ПРИСТРІЙ

Ім'я винахідника: Лаврентьєв Микола Олексійович (BY); Хлебцевіч Всеволод Олексійович
Ім'я патентовласника: Лаврентьєв Микола Олексійович (BY); Хлебцевіч Всеволод Олексійович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1999.09.09

Винахід відноситься до вітроенергетики, а саме до конструкцій вітроенергетичних установок. Технічний результат, що полягає в збільшенні продуктивності ветроротор, підвищенні надійності і міцності, забезпечується за рахунок того, що в способі управління відбором потужності вітрового потоку, ометаемую ветроротор вітроенергетичного пристрою, що включає додаткове формування вихору, ущільненого по своєму периметру в зоні, що примикає до ветроротор, згідно винаходу вихор формують гелікоїдний безперервними вітровими струменями по периметру ветроротор від навітряного до підвітряного зоні вітрового потоку, ометаемую ветроротор. Зазначений спосіб реалізується у відповідному вітроенергетичному пристрої.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до механіки, до області конструювання вітро-енергетичних установок, і може бути використано в різних галузях господарської діяльності.

Відомий спосіб управління відбором потужності вітрового потоку, ометаемую ветроколесом вітроенергетичного пристрої (ВЕУ) в залежності від швидкості набігаючого вітрового потоку шляхом зміни швидкості обертання ротора вітроколеса (1).

Відомий спосіб технологічно важко виконаємо, має малу достовірністю і низьким коефіцієнтом використання потужності вітрового потоку.

Найближчим технічним рішенням, прийнятим в якості прототипу, є спосіб управління відбором потужності вітрового потоку, ометаемую ветроколесом вітроенергетичного пристрою, що включає зміну частоти обертання ветроротор в залежності від швидкості вільного повітряного потоку, при цьому в процесі здійснення способу виробляють зміна кута повороту-атаки лопаті ветротора щодо його поздовжньої осі (2).

Відомий спосіб забезпечує сталість підйомної сили на лопатях ветротора.

Недолік відомого способу проявляється в тому, що він не забезпечує оптимізації набігаючого вітрового потоку і, отже, знижує можливості вибору оптимального значення потужності вітродвигуна ВЕУ.

Відомі конструкції вітроенергетичних пристроїв, що містять ветроротор циліндричної і конічної форми з вертикальною віссю обертання і прямими лопатями, який має, щонайменше, дві лопаті каплевидного аеродинамічного перетину і генератор, кінематично пов'язаний через редуктор з віссю обертання ветроротор (1).

Найближчим технічним рішенням, прийнятим в якості прототипу, є вітроенергетичне пристрій з ветроротор Дарині, що має вертикальну вісь обертання з двома і більше лопатями, вигнутими уздовж вертикальній площині і профілем каплевидного аеродинамічного перетину. Лопаті утворюють просторову овальну конструкцію, яка обертається під дією підйомних сил, що виникають на лопатях від вітрового потоку (2).

Гідність відомого пристрою в досить високому значенні коефіцієнта використання енергії вітру до 0,30-0,35 при високих робочих швидкостях вітру. Крім того, вітродвигуни Дарині кінематично не потребують механізмі орієнтації на вітер.

Недолік відомої конструкції пов'язаний зі значними змінами умов обтікання лопаті потоком за один оборот ветроротор з циклічністю в процесі експлуатації, що досягає мільйона разів. Це призводить до зниження надійності в зв'язку з різким переходом вертикальної лопаті із зони ламінарного вітрового потоку в зону турбулентності за ветроротор, що супроводжується явищем одиночних ривків при малих обертах ветроротор з подальшим зі збільшенням оборотів виникненням автоколивань, що призводять до резонансного руйнування як елементів ветроротор, так і корпусу редуктора, опори або фундаменту вітроустановки, що в кінцевому підсумку призводить до зниження продуктивності ВЕУ.

В основу винаходу покладено завдання збільшення продуктивності ветроротор, підвищення надійності та конструктивної міцності ветроротор і пристрої в цілому шляхом створення вихрового потоку у внутрішню порожнину ветроротор, що забезпечує підтягування вітрового потоку всередину конструкції ветроротор за принципом турбінного ветронасоса, а й плавного переходу лопаті від навітряного зони до підвітряного щодо ВЕУ.

Поставлена ​​задача досягається і тим, що в способі управління відбором потужності вітрового потоку ометаемую ветроротор вітроенергетичного пристрою, що включає додаткове формування вихору ущільненого по своєму периметру в зоні, що примикає до ветроротор, відповідно до винаходу вихор формують гелікоїдний безперервними вітровими струменями по периметру ветротора від навітряного до підвітряного зоні вітрового потоку ометаемую ветроротор.

Технологічно, щоб в способі на виході осьової зоні вихору у внутрішню порожнину ветроротор примусово створювали б розрідження, а з навітряного боку в зоні фронту вихору, т. Е на вході у внутрішню порожнину ветроротор, утворюють примусовий підсмоктування повітряної маси з розрідженням вздовж осі вихору.

Переважно, щоб в способі з навітряного боку фронт вихору, який утворює додатковий підсос повітряної маси вздовж осі ветроротор, направляють під кутом до осі вітрового потоку.

Застосовують і в способі додаткове подсасиваніе повітряної маси вздовж осі вихору шляхом примусового формування вихору в формі гелікоїдний струменів в вихрову воронку, керовану по діаметральним і осьовим параметрам.

Поставлена ​​задача досягається і й тим, що в вітроенергетичному пристрої для здійснення способу, що містить горизонтальну основу, ветроротор з вертикальною віссю обертання, що має, щонайменше, дві лопаті аеродинамічного перетину, генератор, кінематично пов'язаний через редуктор з валом ветроротор, відповідно до винаходу вертикальна вісь обертання ветроротор утворює тупий або гострий кут з площиною горизонтального підстави, а лопаті аеродинамічного перетину виконані жолобчастого профілю з гвинтовою круткой навколо вала ветроротор і мають форму гелікоїда обертання, т. е. у вигляді профільного жолобчастого гелікоїда обертання.

Завдання досягається і й тим, що лопаті аеродинамічного перетину жолобчастого профілю виконані у формі просторового циліндроїда обертання.

Одним з варіантів досягнення завдання є те, що лопаті аеродинамічного перетину жолобчастого профілю виконані у формі просторового конусоіда обертання.

Переважно, щоб в ветроротор в площині Окоренкові підстави і в площині периферійного підстави циліндроїда і / або конусоіда обертання були б змонтовані, відповідно, два вітроколеса з лопатями каплевидного аеродинамічного перетину.

Конструктивно, щоб в ветроротор лопаті циліндроїда і / або конусоіда обертання були б кінематично пов'язані з лопатями каплевидного аеродинамічного перетину за допомогою шарнірів.

Технологічно, щоб лопаті двох вітроколіс були б забезпечені засобом зміни кута нахилу поздовжньої осі лопаті вітроколеса до вертикальної осі обертання ротора.

Переважно, щоб, щонайменше, одне з вітроколіс було б забезпечено засобом углоповорота вітроколеса щодо осі обертання ветроротор.

Вариантно, щоб, щонайменше, одне з вітроколіс було б забезпечено засобом поступального переміщення вітроколеса вздовж осі обертання ветроротор.

Винахід пояснюється кресленням, де на

фіг. 1 - загальний вигляд ВЕУ з конусоідальний ветроротор вертикальної осі обертання;

фіг. 2 - загальний вигляд ВЕУ з ціліндроідним ветротором на кутовий осі обертання;

фіг. 3 - схема фронту вітрового потоку, ометаемую жолобчасту лопать;

фіг. 4 - схема вітрового потоку за жолобчастою лопатою;

фіг. 5 - схема регулювання конусоідного вітроенергетичного пристрою (на фіг. 5 - нижня частина схеми виду "прямо");

фіг. 6 - схема регулювання ціліндроідного вітроенергетичного пристрою (на фіг. 6 - верхня частина виду повернуто).

Вітроенергетичне пристрій (ВЕУ) з горизонтальною основою 1 містить ветроротор 2 з вертикальною віссю обертання, що має, щонайменше, дві лопаті 3, 4 аеродинамічного жолобчастого перетину, змонтовані в комлевой і верхньої площинах обертання ветроротор 2 за допомогою двох пар вітроколіс 5 і 6, що мають лопаті 7 і 8 каплевидного аеродинамічного перетину на складеному валу 9 відбору потужності ветроротор, кінематично пов'язаного, наприклад, через формувач 10 гелікоїда, карданну передачу 11, редуктор 12 з генератором 13.

Редуктор 12 і генератор 13 розміщені на підставі 1. Вітроколесо 6 з формувачем 10 і карданної передачею розміщені на поздовжньої поворотній платформі 14 з приводом 15 і підшипниковий вузлом 16, закріпленими на поперечної поворотній платформі 17, яка встановлена ​​в підшипникових вузлах 18 на стійках 19, вертикально прикріплених до горизонтальному підставі 1 і з'єднаних шарнірно приводом 20 зміни кута нахилу платформи 17.

Лопаті 7 встановлені на осях 21, жорстко пов'язаних з гелікоїдний лопатями 3 і 4 і шарнірно у верхній частині ветроротор з перемичкою 22, жорстко прикріпленої до зовнішньої втулці 23 складеного валу 9. На внутрішній стороні лопатей 7 закріплені сошки 24, шарнірно встановлені на кулісі 25 приводу управління поворотом лопатей 7, 8, наприклад, відцентрового регулятора, що містить вертлюги 26, встановлені на шипах 27 важеля 28 з вантажами 29. Важелі 28 встановлені на осях обертання 30, прикріплених до зовнішньої втулці 23. Верхні кінці важеля 28 пов'язані з перемичкою 22 поворотними пружинами 31. Усередині зовнішньої втулки 23 поміщена гайка 32 з гвинтом 33 приводний осі 34 формирователя гелікоїда. Зовнішня втулка 23 (фіг. 6 перетин Г-Г) за допомогою шліцьового з'єднання пов'язана з втулкою 35, закріплена на корпусі 36 вітроколеса 6. На приводний осі 34 всередині корпусу 36 встановлена ​​шестерня 37 з рейками 38, до кінців яких шарнірно прикріплені лопаті 8. На зовнішніх кінцях лопатей 7 і 8 закріплені важелі 39, 40, шарнірно зв'язують тягами 41 верхні і нижні кінці гелікоїдний лопатей 3, 4. Приводний вал 9 з'єднує з формувачем 10 гелікоїда шестерінку 37 рейкового механізму гвинта 33. Управління формувачем 10 гелікоїда, т. е. трансформування його в конусоід з циліндроїда або навпаки, здійснюють блоком 42 управління.

Лопаті 3 і 4 аеродинамічного перетину по фіг. 1, 2 можуть бути виконані у формі гелікоїда обертання жолобчастого профілю. Поперечні лопаті 7 і 8 виконані з можливістю регулювання кута нахилу їх поздовжньої осі до осі вала 9 відбору потужності і, відповідно, до фронту дії вітрового потоку за допомогою регулятора 10 при переміщенні рейки шляхом обертання шестерні 37 в шарнірних опорах. При цьому відповідно регулюється величина більшого підстави конусоіда за рахунок зміни величини його радіуса R в зоні окоренкові частини лопатей 3 і 4 і, відповідно, зміни величини діаметра верхнього підстави конусоіда аж до трансформування його в циліндроїда (фіг. 2).

Роботу ВЕУ здійснюють наступним чином. За фіг. 1 вітрової потік А впливає на ротор 2. При обертанні жолобчастого гелікоїда лопаті 3 або 4 проти вітрового потоку у напрямку А крутний момент М1 на валу 9 відбору потужності створюється похідною силою _F n від центростремительной сили _F y і підйомної сили _F c від уніфікованої крильчасті лопаті 5 каплевидного перетину (по фіг. 3) з зовнішньої опуклістю профілю Б. При описаної кінематиці така лопать проявляє ефект ежекції під жолобом 43, забезпечуючи підсос повітряної маси всередину жолоби 43, формуючи і направляючи її в формі струменів уздовж жолоба по гелікоідной складової, на вихідному зрізі якого ця струмінь трансформує вихровий шлейф.

При русі гелікоідной жолобчастою лопаті 3, 4 в напрямку вітрового потоку А виявляється двояке його вплив. Перше вплив - штовхає, при якому сила в напрямку А (фіг. 4) організовує досить високої величини момент М2 обертання на валу 9 відбору потужності, особливо в момент стартового періоду ветроротор 2 при початкових величинах швидкості вітру. Збільшення швидкості вітрового потоку до штовхає силі додає силу ковзання вітрової струменя уздовж жолоба 43 лопатей 3, 4 по гелікоідной гвинтовий складової, що крім створення моменту М обертання на валу 9 забезпечує формування кільцевого вихору В на вихідному зрізі з гелікоїдний лопатей 3, 4 по котра утворює кінцевих торців лопатей 3, 4. Цей вихровий шлейф забезпечує прискорення відтоку відпрацьованої повітряної маси у вигляді сформірововавшегося вертикального або похилого трубчастого вихрового шлейфу, який проявляється під впливом його відцентрових сил. Утворений розріджене серединний обсяг, що сформувався всередині ротора 2 за рахунок підйомних сил тертя, заповнюється вітровим потоком Р всередині площині гелікоїдний складових лопатей 3, 4. Закручений в вихровий шлейф вітрової потік У на зрізі верхнього торця ветроротор 2 забезпечує підвищення швидкості руху повітряної маси як на виході зрізу верхнього торця ротора 2, так і підсосу додаткової Р повітряної маси до вітрового потоку А, передає силовий вплив на лопаті 3, 4, забезпечуючи в свою чергу приріст величини крутного моменту М3 на валу 9 відбору потужності. Воронкоподібна форма ветроротор 2 забезпечує додаткове прискорення руху повітряних мас до верхнього зрізу ветроротор 2 і при наявності пари лопатей 7 спостерігається явище збільшення крутного моменту М4 на валу 9.

Таким чином, сумарний момент М _с = М1 + М2 + М3 + М4, отриманий по винаходу, в 2.. . 3,5 рази перевищує величину крутного моменту для традиційних репеллерних і вертикально-лопатевих модифікацій ВЕУ.

За фіг. 2 вітрової потік впливає на ветроротор аналогічним чином ветроротор по фіг. 1. Відмінна риса проявляється в прискоренні руху вітрових струменів уздовж жолобів 24 лопатей 3, 4 з огляду на нахилу осі обертання ветроротор від вітрового потоку А і рівномірному русі повітряних мас усередині ветроротор 2, т. К. Гелікоїдний складова лопатей 3, 4 відповідає виконанню циліндроїда. Таке виконання знижує ефективність через відсутність внутрішнього воронкообразующего вихору, що компенсується прискореним рухом по зовнішній утворює ветроротор 2.

Такий варіант виконання конструкції ветротора ВЕУ найбільш ефективний при швидкостях вітру до 5 м / с. При зміні напрямку вітру ветроротор 2 ухиляється-розгортається під вітер в залежності від зміни кутів установки ветроротор 2 за рахунок зміни кутів нахилу платформ 14 і 17.

При аварійних швидкостях вітру лопаті 3, 4 і 7, 8 встановлюють в положення гальмування, т. Е вони працюють проти руху вітрового потоку. За рахунок зміни площині повороту лопатей і зміни кута нахилу їх поздовжньої осі до осі обертання ветроротор, що призводить до трансформування конусоіда в циліндроїда, з'являється можливість прецизійного регулювання швидкості обертання ветроротор для досягнення оптимальної частоти електричного струму генератора ВЕУ.

При зростанні швидкості вітру понад, що забезпечує перевищення номінальної потужності ВЕУ, або при перевищенні споживаної потужності вище нормативної зміна кута нахилу ветроротор щодо заснування 1 дозволяє відрегулювати рівень потужності ВЕУ за рахунок підвищення або зниження впливу вітрового потоку на ветроротор.

На дату подачі заявки виготовлений макетний зразок ВЕУ, пройдуть в аеродинамічній трубі, виготовляється документація для виробництва дослідного зразка ВЕУ.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Авт. свид. СРСР 842215, F 03 D 5/00, БІ 24-81 або В. В. Зубарєв. "Використання енергії вітру в районах півночі." Наука ". Ленінград, 1989 г., с. 10, рис. 1.7.

2. Е. Р. Абрамовський та ін. Аеродинаміка вітродвигунів. Навчальний посібник. Дніпропетровський державний університет. Дніпропетровськ, 1987, с. 167, рис. 4, 1, 5, 3.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб управління відбором потужності вітрового, потоку ометаемую ветроротор вітроенергетичного пристрою, що включає додаткове формування вихору, ущільненого по своєму периметру в зоні, що примикає до ветроротор, що відрізняється тим, що вихор формують гелікоїдний безперервними вітровими струменями по периметру ветроротор від навітряного до підвітряного зоні вітрового потоку , ометаемую ветроротор.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в осьовій зоні вихору примусово створюють розрідження, а з навітряного боку в зоні фронту вихору утворюють примусовий підсмоктування повітряної маси з розрідженням вздовж осі вихору.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що з навітряного боку фронт вихору, який утворює додатковий підсос повітряної маси вздовж осі ветроротор, направляють під кутом до осі вітрового потоку.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додаткове подсасиваніе повітряної маси вздовж осі вихору примусово формують гелікоїдний струменями в вихрову воронку.

5. Вітроенергетичне пристрій для здійснення способу, що містить горизонтальну основу, на якому змонтований ветроротор з вертикальною віссю обертання, що має щонайменше дві лопаті аеродинамічного перетину, кінематично пов'язаний з електричним генератором, що відрізняється тим, що вертикальна вісь обертання ветроротор утворює тупий або гострий кут з площиною горизонтального підстави, а лопаті аеродинамічного перетину виконані у формі жолобчастого гелікоїда обертання.

6. Вітроенергетичне пристрій по п. 5, що відрізняється тим, що лопаті аеродинамічного перетину жолобчастого профілю виконані у формі просторового циліндроїда обертання.

7. Вітроенергетичне пристрій по п. 5 або 6, що відрізняється тим, що лопаті аеродинамічного перетину жолобчастого профілю виконані у формі просторового конусоіда обертання.

8. Вітроенергетичне пристрій за допомогою одного з пп. 5-7, що відрізняється тим, що в ветроротор в площині Окоренкові підстави і в площині периферійного підстави циліндроїда і / або конусоіда обертання змонтовані відповідно два вітроколеса з лопатями каплевидного аеродинамічного перетину.

9. Вітроенергетичне пристрій за допомогою одного з пп. 5-8, що відрізняється тим, що в роторі лопаті циліндроїда і / або конусоіда обертання кинематически пов'язані з лопатями каплевидного аеродинамічного перетину за допомогою шарнірів.

10. Вітроенергетичне пристрій за допомогою одного з пп. 5-9, що відрізняється тим, що лопаті двох вітроколіс забезпечені засобом зміни кута нахилу поздовжньої осі цих лопатей вітроколіс до вертикальної осі обертання ротора.

Версія для друку
Дата публікації 31.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів