| 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 RU2283968
Ветродвігатель для вітряків
Ім'я винахідника: Лісняк Станіслав Панасович (RU); Млявих Сергій Васильович (RU)
Ім'я патентовласника: Лісняк Станіслав Панасович (RU); Млявих Сергій Васильович
Адреса для листування: 690001, м.Владивосток, вул. Пушкінська, 37, ДВГТУ, патентний відділ, М.І. Звонарьову
Дата початку дії патенту: 2005.02.21
Винахід відноситься до вітроенергетики і може бути використано для перетворення енергії руху вітру в механічне обертання валу вітродвигуна, до якого можуть бути приєднані різні механічні пристрої або перетворювачі механічної енергії. Технічний результат, який полягає у спрощенні конструкції вітродвигуна, зменшенні його масогабаритних характеристик, збільшенні коефіцієнта використання енергії вітру, забезпечується за рахунок того, що в вітродвигунів, що містить вітроколесо з вертикальною віссю обертання, забезпечене не менше ніж трьома ветровоспрінімающімі елементами, скріпленими з радіальними траверсами, закріпленими на вертикальній осі обертання перпендикулярно їй, при цьому зовнішні кінці траверс опертих на кільцеву опору, крім того, вітроколесо встановлено з можливістю взаємодії з генератором електричної енергії, відповідно до винаходу кожен ветровоспрінімающій елемент виконаний у вигляді щілинного крила, що містить не менше двох паралельних лопатей, профілем поперечного перетину яких надана серповидна форма, опукла в бік обертання вітроколеса і увігнута з боку ветровоспрінімающіх поверхонь, при цьому ширина і довжина лопатей щілинного крила збільшується від його поверхні, що сприймає вітер, не менше ніж на 5% від розмірів сусідній найменшою, причому поперечним перерізом найбільшою лопаті кожного щілинного крила додана каплеподібна форма, для чого радіус кривизни профілю центральній частині її опуклої поверхні виконаний менше, ніж у інших лопатей щілинного крила.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до пристроїв для перетворення енергії руху вітру в механічне обертання валу вітродвигуна, до якого можуть бути приєднані різні механічні пристрої або перетворювачі механічної енергії.
Відомий вітродвигун в якому в центральній області потоку вітер безпосередньо діє на багатолопатеве ротор, а праворуч і ліворуч від потоку встановлені рухливі заслінки, по периметру поза ротора (зліва відкривають потоку рух, а праворуч перекривають), причому ці заслінки і використані в якості направляючого апарату для напрямку вітрового потоку до ротора (див. патент РФ №2074980).
Недолік цього рішення - сектор використання вітру не перевищує кута 120 °, зате значно збільшені габарити всього пристрою і ускладнена конструкція навіть в порівнянні з лопатевим вітроагрегатів.
Відомий вітродвигун, виконаний у вигляді осьової турбіни з сопловим апаратом і містить електрогенератор, передню, центральну, додаткову і зовнішні оболонки. Перераховані оболонки створюють між суміжними поверхнями три канали, кожний з яких представляє собою сопло Лаваля (див. Патент РФ №2124142).
За твердженням автора, така конструкція забезпечує високу ефективність використання вітру, що дуже суперечливе, тому що діаметр зовнішньої оболонки більш ніж на порядок більше діаметру самої турбіни, значить аеродинамічний момент оболонки буде майже в тисячу разів більше опору турбіни. Твердження автора про те, що капіталовкладення на 1 кВт потужності такого ветроагрегата будуть не більше 0,25 капіталовкладень для класичного вітряка не витримують критики (в даний час в усьому світі капіталовкладення на 1 кВт потужності вітроагрегатів становлять в середньому 1500-2000 $).
Відомий і вітродвигун, що містить вітроколесо з вертикальною віссю обертання, забезпечене не менше ніж трьома ветровоспрінімающімі елементами, скріпленими з радіальними траверсами, закріпленими на вертикальній осі обертання перпендикулярно їй, при цьому зовнішні кінці траверс опертих на кільцеву опору, крім того, вітроколесо встановлено з можливістю взаємодії з генератором електричної енергії (див. пат. РФ по з-ке №2002130128 від 10.11.2002 "Вітроенергетична установка", рішення про видачу патенту від 08.01.2004 р).
Недолік цього рішення - громіздкість і порівняно невеликий сектор використання вітру, крім того, для забезпечення безпеки експлуатації конструкції, що має розвинену площа ветровоспрінімающіх елементів, вона забезпечена пристроями для зміни їх площі парусності.
Завдання, на вирішення якої спрямовано заявлене технічне рішення, - спрощення конструкції вітродвигуна, зменшення його масогабаритних характеристик, збільшення його коефіцієнта використання енергії вітру.
Технічний результат, що отримується при вирішенні поставленого завдання, виражається в тому, що при наявності вітру, незалежно від його напряму, на його ветровоспрінімающіх елементах від 0 до 180 ° напрямку вітру виникають аеродинамічні сили, що змушують обертатися вал двигуна, так як поверхні ветровоспрінімающіх елементів, що рухаються назустріч вітру, мають більш низький аеродинамічний опір. При цьому забезпечується збільшення сектору використання вітру до 175 ° кута повороту вала, тобто в 1,6 рази вище класичних (на кутах від 2,5 ° до 177,5 ° від напрямку вітру). Крім того, виконання лопаті за типом щілинного крила Жуковського М.Є. дозволяє підвищити аеродинамічні сили на лопаті в 1,7-2 рази в порівнянні з одинарним - звичайної лопатою.
Для вирішення поставленого завдання вітродвигун, що містить вітроколесо з вертикальною віссю обертання, забезпечене не менше ніж трьома ветровоспрінімающімі елементами, скріпленими з радіальними траверсами, закріпленими на вертикальній осі обертання перпендикулярно їй, при цьому зовнішні кінці траверс опертих на кільцеву опору, крім того, вітроколесо встановлено з можливістю взаємодії з генератором електричної енергії відрізняється тим, що кожен ветровоспрінімающій елемент виконаний у вигляді щілинного крила, що містить не менше двох паралельних лопатей, профілем поперечного перерізу яких надана серповидна форма, опукла в бік обертання вітроколеса і увігнута з боку ветровоспрінімающіх поверхонь, при цьому ширина і довжина лопатей щілинного крила збільшується від його поверхні, що сприймає вітер, не менше ніж на 5% від розмірів сусідній найменшою, причому поперечним перерізом найбільшою лопаті кожного щілинного крила додана каплеподібна форма, для чого радіус кривизни профілю центральній частині її опуклої поверхні виконаний меншим, ніж у інших лопатей щілинного крила. Крім того, утворює ветровоспрінімающей поверхні найменшою з лопатей щілинного крила радіальна і перпендикулярна вертикальної осі обертання.
Порівняльний аналіз ознак заявленого рішення з ознаками прототипу і аналогів свідчить про відповідність заявленого рішення критерію "новизна".
Ознаки відмінною частини формули забезпечують вирішення наступних функціональних завдань:
Ознаки "кожен ветровоспрінімающій елемент виконаний у вигляді щілинного крила, що містить не менше двох паралельних лопатей" дозволяють підвищити аеродинамічні сили на ветровоспрінімающем елементі в 1,7-2 рази в порівнянні зі звичайною - одинарної лопаттю.
Ознаки "профілем поперечного перерізу лопатей додана серповидна форма, опукла в бік обертання вітроколеса і увігнута з боку ветровоспрінімающіх поверхонь" забезпечують, що при наявності вітру, незалежно від його напряму, на ветровоспрінімающіх елементах від 0 до 180 ° напрямку вітру виникають аеродинамічні сили, що змушують обертатися вал двигуна, так як поверхні ветровоспрінімающіх елементів, що рухаються назустріч вітру, мають більш низький аеродинамічний опір, ніж ветровоспрінімающіе поверхні.
Ознака "ширина і довжина лопатей щілинного крила збільшується від його поверхні, що сприймає вітер, не менше ніж на 5% від розмірів сусідній найменшою" забезпечує можливість взаємодії з вітром всіх лопатей щілинного крила.
Ознаки "поперечним перерізом найбільшою лопаті кожного щілинного крила додана каплеподібна форма, для чого радіус кривизни профілю центральній частині її опуклої поверхні виконаний меншим, ніж у інших лопатей щілинного крила" дозволяють до мінімуму знизити аеродинамічний опір передньої кромки ветровоспрінімающіх елементів.
Ознаки другого пункту формули винаходу задають просторову прив'язку лопатей щілинного крила по відношенню до осі обертання.
 |
 |
 |
 |
Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг.1 показаний загальний вид вітродвигуна; на фіг.2 показано укрупнено щілинне крило; на Фіг.3 і 4 показано взаємодію вітроколеса з вітром при різних кутах повороту колеса до вітру.
Вітродвигун містить вітроколесо з вертикальною віссю обертання 1, забезпечене не менше ніж трьома ветровоспрінімающімі елементами 2, скріпленими з радіальними траверсами 3, жорстко закріпленими на вертикальній осі обертання 1 перпендикулярно їй (при великих розмірах вітроколеса число траверс дорівнює двом, при малих можна використовувати тільки одну траверсу ). Зовнішні кінці 4 траверс 3 опертих на кільцеву опору 5. При необхідності (при великих розмірах ветровоспрінімающіх елементів), можна використовувати дві паралельні кільцеві опори, рознесені по висоті один над одним, але за нашими розрахунками в більшості випадків достатньо однієї. Вітроколесо встановлено з можливістю взаємодії з генератором електричної енергії 6. Кожен ветровоспрінімающій елемент 2 виконаний у вигляді щілинного крила, що містить не менше двох паралельних лопатей 7, рознесених в площині обертання ротора один від одного на 0,3 хорди лопаті за типом щілинного крила Жуковського Н. Е. Профілем поперечного перерізу лопатей 7 додана серповидна форма, опукла в бік обертання 8 вітроколеса і увігнута з боку ветровоспрінімающіх поверхонь 9, при цьому ширина і довжина лопатей щілинного крила збільшується від його увігнутій поверхні, що сприймає вітер, не менше ніж на 5% від розмірів сусідній найменшою . Поперечним перерізом найбільшою лопаті кожного щілинного крила додана каплеподібна форма, для чого радіус кривизни профілю центральній частині її опуклої поверхні виконаний меншим, ніж у інших лопатей щілинного крила. Крім того, утворює ветровоспрінімающей поверхні 9 найменшою з лопатей 7 щілинного крила радіальна і перпендикулярна вертикальної осі обертання 1.
Зовнішні кінці траверс забезпечені роликами 10 з ребордами, якими вони оперті на кільцеву опору 5, з можливістю кочення по ній. Кільцева опора 5 зафіксована на опорних щоглах 11 (як мінімум, трьох).
Вітродвигун працює наступним чином. При наявності вітру, на ветровоспрінімающіх елементах 2, при напрямках вітру від 0 до 180 ° виникають аеродинамічні сили, що змушують обертатися вал двигуна (вертикальну вісь обертання), так як поверхні щілинних крил, що рухаються назустріч вітру, мають більш низький аеродинамічний опір. При цьому, в активній зоні щілинних крил виникають додаткові аеродинамічні сили відповідно до властивостей щілинного крила, які підвищують аеродинамічні сили, що діють на лопаті, в 1,7-2 рази в порівнянні з одинарним - звичайної лопатою.
Взаємодія ветровоспрінімающіх елементів 2 з вітром представлено на фіг.3, 4 при різних кутах повороту вертикальної осі обертання 1.
З креслень випливає, що при повороті блоку лопатей від 0 ° до 180 ° практично зберігається результуюча аеродинамічна сила на ветровоспрінімающем елементі.
Збільшення числа лопатей в ветровоспрінімающіх елементах понад три призведе тільки до зниження ефективності вітродвигуна.
При повороті ветровоспрінімающіх елементів від 0 ° до 180 ° практично зберігається результуюча аеродинамічна сила на ньому.
Наявність кільцевої опори 5, укріпленої не менше ніж на трьох опорних щоглах 11, забезпечує майже повну розвантаження вертикальної осі обертання і траверс вітродвигуна від перекидаючого моменту при вітрі будь-якої сили.
Обертання вертикальної осі обертання 1 передається на вал генератора електричної енергії 6 з виробленням електроенергії.
Таким чином, пропонована конструкція дозволяє збільшити ветроеффектівность вітродвигуна майже в 3,2 рази в порівнянні з класичною і довести її до величини 0,65-0,75.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. вітрових турбін, що містить вітроколесо з вертикальною віссю обертання, забезпечене не менше ніж трьома ветровоспрінімающімі елементами, скріпленими з радіальними траверсами, закріпленими на вертикальній осі перпендикулярно їй, при цьому зовнішні кінці траверс опертих на кільцеву опору, крім того, вітроколесо встановлено з можливістю взаємодії з генератором електричної енергії, що відрізняється тим, що кожен ветровоспрінімающій елемент виконаний у вигляді щілинного крила, що містить не менше двох паралельних лопатей, профілем поперечного перерізу яких надана серповидна форма, опукла в бік обертання вітроколеса і увігнута з боку ветровоспрінімающіх поверхонь, при цьому ширина і довжина лопатей щілинного крила збільшується від його поверхні, що сприймає вітер, не менше ніж на 5% від розмірів сусідній найменшою, причому поперечним перерізом найбільшою лопаті кожного щілинного крила додана каплеподібна форма, для чого радіус кривизни профілю центральній частині її опуклої поверхні виконаний меншим, ніж у інших лопатей щілинного крила.
2. Ветродвігатель по п.1, що відрізняється тим, що утворює ветровоспрінімающей поверхні найменшою з лопатей щілинного крила радіальна і перпендикулярна вертикальної осі обертання.
Версія для друку
Дата публікації 11.01.2007гг
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.