| 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 RU2293209
Вітряні багатолопатеву ДВИГУН
Ім'я винахідника: Пухлеков Дмитро Володимирович
Ім'я патентовласника: Пухлеков Дмитро Володимирович
Адреса для листування: 624205, Свердловська обл., М Лісовий, вул. Леніна, 75, кв.55, Д.В.Пухлекову
Дата початку дії патенту: 2002.09.02
Винахід відноситься до вітроенергетики. Технічний результат полягає в підвищенні ефективності використання енергії вітру. Двигун містить підставу з валом, розташованим перпендикулярно потоку вітру, і лопатями. Вал закріплений в рухомих опорах, а лопаті закріплені на осях з можливістю зміни свого становища так, що опір потоку вітру максимально при збігу напрямку потоку вітру і напрямки проекції лінійної швидкості обертання лопатей навколо валу на лінію напрямку потоку і опір мінімально при протилежних напрямках потоку вітру і проекції лінійної швидкості, при цьому кількість осей на валу дорівнює двом, на осях і валу розміщені пристрої фіксації лопатей, що представляють собою виступи, розташовані на осях між лопатями і валом, і відповідні їм виступи, розташовані на валу, що сполучаються поверхні яких можуть з'єднуватися при досягненні лопатями положення, при якому їх опір потоку максимально або мінімально, при цьому лопаті встановлені так, що коли будь-яка вісь перпендикулярна напрямку потоку вітру, опір потоку лопаті, розташованої праворуч (ліворуч) від осі симетрії вала, максимально.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області вітроенергетики.
Відомий вітряної багатолопатеве двигун, що містить підставу і встановлений на ньому вал з лопатями, розташований перпендикулярно потоку вітру (SU, 1744304 А1, кл. F 03 D 7/06, 30.06.1992).
До недоліків двигуна відносяться невисокі ефективність і коефіцієнт корисної дії (ККД).
Технічний результат полягає в підвищенні ефективності використання енергії вітру при менших витратах на спорудження та виготовлення двигуна і коефіцієнта корисної дії (ККД).
Вітряний багатолопатеве двигун містить підставу і встановлений на ньому вал з лопатями, розташований перпендикулярно потоку вітру. При цьому вал вітряного багатолопатеву двигуна встановлений в одній або декількох рухомих опорах, закріплених на елементі (елементах) підстави, лопаті, площини яких мають кривизну, закріплені на осях, встановлених в рухомих опорах на валу в площинах, перпендикулярних осі симетрії вала, з можливістю зміни свого розташування таким чином, що опір потоку вітру площин максимально при збігу напрямку потоку вітру і напрямки проекції лінійної швидкості обертання лопатей навколо валу на лінію напрямку потоку, при цьому в кожній площині, перпендикулярній осі симетрії вала, встановлено по одній осі, що розташовується по обидва боки осі симетрії вала, лопаті, встановлені на одній осі, розташовані в перпендикулярних або непаралельних площинах, при кількості осей на валу, що дорівнює двом, осі розташовуються в вертикальних перпендикулярних площинах, осі симетрії осей розташовані між центрами тиску потоку вітру на лопаті в положенні, коли їх опір потоку максимально, і передніми краями лопатей, щодо фронту потоку вітру при русі їх проти напрямку потоку, на осях і валу розміщуються пристрої фіксації лопатей, що представляють собою виступи, розташовані на осях між лопатями і валом, і відповідні їм виступи, розташовані на валу, поверхні, що сполучаються яких мають можливість з'єднуватися при досягненні лопатями положення, при якому їх опір потоку максимально або при якому їх опір потоку мінімально, причому лопаті на осях встановлені так, що коли будь-яка вісь розташована перпендикулярно до напрямку потоку вітру, опір потоку лопаті, розташованої праворуч (ліворуч ) від осі симетрії вала, максимально.
Осі попарно пов'язані декількома жорсткими конструктивними елементами, в яких осі встановлені в рухомих опорах, а й зубчастої передачею, що складається з однієї або декількох пар коліс зубчастих (секторів зубчастих), що знаходяться в зачепленні попарно і встановлених нерухомо на пов'язаних осях.
Лопаті кріпляться до осей за допомогою знімних з'єднань або лопаті, закріплені на осях, встановлені на валу за допомогою знімних з'єднань.
Двигун має додаткові кріплення лопатей, а саме жорсткі елементи, розташовані на ділянках лопатей, в яких лопаті встановлені на осях в рухомих опорах, в кожному елементі закріплені одна або кілька лопатей, причому жорсткі елементи прикріплені до нижньої частини валу за допомогою стійок або (і) жорсткі елементи скріплені між собою елементом, що має форму кільця і розташованим в площині перпендикулярній осі симетрії вала, і закріплені за верхню частину валу гнучкими елементами.
На осях і додаткових кріпильних лопатей розміщуються додаткові пристрої фіксації лопатей, що представляють собою виступи, розташовані на осях, і відповідні їм виступи, розташовані на жорстких елементах, що сполучаються поверхні яких мають можливість з'єднуватися при досягненні лопатями положення, при якому їх опір потоку максимально або при якому їх опір потоку мінімально.
Двигун має додаткові кріплення лопатей, а саме розташовані на ділянках лопатей жорсткі елементи, в яких лопаті встановлені на осях в рухомих опорах, в кожному елементі закріплені одна або кілька лопатей, причому жорсткі елементи прикріплені до нижньої частини валу стійками або (і) жорсткі елементи з'єднані між собою елементом, що має форму кільця і розташованим в площині, перпендикулярній осі симетрії вала, і закріплені за верхню частину валу гнучкими елементами, причому лопаті в місцях додаткових кріплень встановлені на осях за допомогою знімних з'єднань.
Двигун має додаткові кріплення лопатей, а саме розташовані на ділянках лопатей жорсткі елементи, в яких лопаті встановлені на осях в рухомих опорах, в кожному елементі закріплені одна або кілька лопатей, жорсткі елементи прикріплені до нижньої частини валу стійками або (і) жорсткі елементи скріплені між собою елементом, що має форму кільця і розташованим в площині, перпендикулярній осі симетрії вала, і закріплені за верхню частину валу гнучкими елементами, причому на осях і додаткових кріпильних лопатей розміщуються додаткові пристрої фіксації лопатей, що представляють собою виступи, розташовані на осях у жорстких елементів, і відповідні їм виступи, розташовані на жорстких елементах, що сполучаються поверхні яких мають можливість з'єднуватися при досягненні лопатями положення, при якому їх опір потоку максимально або мінімально, при цьому лопаті в місцях додаткових кріплень встановлені на осях за допомогою знімних з'єднань.
На одній або обох сполучаються поверхнях пристроїв фіксації лопатей завдано один або кілька шарів демпфуючого матеріалу.
Вал встановлений в одній або декількох додаткових рухомих опорах, які закріплені одним або декількома жорсткими або гнучкими елементами на одній або декількох опорах, або (і) одна або кілька додаткових рухомих опор вітряного багатолопатеву двигуна закріплена (закріплені) одним або декількома жорсткими або гнучкими елементом ( елементами) за додаткову рухому опору (опори) розташованого поруч одного (або кількох) вітряного багатолопатеву двигуна (двигунів).
Винахід ілюструється кресленнями, на яких представлено:
 |
 |
Фіг.1 зображений вітряної багатолопатеве двигун (загальний вигляд); на фіг.2 зображено вітряної багатолопатеве двигун з жорсткими елементами і зубчастої передачею (загальний вигляд).
 |
 |
Фіг.3 зображено кріплення лопатей до осей за допомогою знімних з'єднань; на фіг.4 зображено додаткове кріплення лопатей, утворене за допомогою жорстких елементів, рухомих опор і стійок.
 |
 |
Фіг.5 зображені додаткові пристрої фіксації лопатей; на фіг.6 зображені додаткові кріплення лопатей (варіант).
 |
 |
Фіг.7 зображені додаткові кріплення лопатей (варіант); на фіг.8 зображений вал, встановлений на одну або кілька додаткових опор, забезпечених жорсткими або гнучкими елементами.
 |
 |
Фіг.9 і фіг.10 зображені ілюстрації різного характеру обтікання потоком середовища різних площин лопаті.
Вітряний багатолопатеву двигун містить вал 2, встановлений в рухомий опорі 6, закріпленої на підставі 1, на валу 2 закріплені рухомі опори 5, в яких встановлені осі 4 з лопатями 3, на валу 2 і осях 4 розміщуються пристрої фіксації лопатей 7.
Двигун (див. Фіг.1) працює в такий спосіб: коли вісь 4 з лопатями 3 встановлюється вздовж напрямку потоку повітря, вона повертається в рухомий опорі 5 на 90 градусів або відмінний від нього кут в напрямку стрілки б, щодо попереднього положення. При цьому лопать 3 займає положення найбільшого опору потоку повітря (наприклад, вертикальне) або положення меншого опору, але більш мінімального опору потоку повітря. В даному положенні за рахунок з'єднання сполучаються поверхонь елементів пристрою фіксації лопатей 7 вісь 4 фіксується. У той же час лопать 3 на протилежному боці площині обертання валу 2 з лопатями 3, встановлюючи вздовж напрямку потоку повітря, і повертається на 90 градусів або відмінний від нього кут і займає положення найменшого опору потоку повітря (наприклад, горизонтальне), звертаючись до набігаючого потоку своєї поздовжньої площиною з найменшою площею перетину. Поворот лопатей 3 на осях 4 в рухомих опорах 5 в напрямку стрілки б, відбувається за рахунок впливу набігаючого потоку повітря на поверхні лопатей 3. При зміні положення осей 4 (за рахунок обертання валу 2), від паралельного напрямку потоку повітря до непаралельності ( тобто такого, коли між осями 4 і напрямком потоку є деякий кут), відбувається поворот лопатей 3 по стрілці б. Поворот відбувається за рахунок впливу потоку повітря на лопать 3, що обертається щодо осі вала 2 проти напрямку потоку повітря. За рахунок різних площ поздовжніх перетинів площин протилежних лопатей 3 створюється обертовий момент, рушійний вал 2 в напрямку стрілки а.
На фіг.2 представлений варіант вітряного багатолопатеву двигуна.
До його складу додатково входять нерухомо закріплені на осях 4 зубчасті колеса 10, що знаходяться в зачепленні попарно з зубчастими колесами, розташованими поруч з осями 4, а й елементи 8 з розміщеними в них рухомими опорами 9, в яких додатково встановлені осі 4. Зубчасті колеса 10 забезпечують статичну рівновагу знаходяться в зачепленні осей 4 з розміщеними на них лопатями 3.
Елементи 8 забезпечують надійне зачеплення зубчастих коліс 10 один з одним. Після проходження осями 4 положення, коли осі 4 паралельні потоку вітру, одна пара лопатей 3, обертаючись в напрямку, зазначеному стрілками б1 і б2, стає вертикально (займає положення найбільшого опору потоку повітря) і створює крутний момент вала 2 в напрямку стрілки а . Пара протилежних лопатей 3 стає горизонтально (займає положення найменшого опору потоку повітря), створюючи мінімальне зустрічну опір.
На Фіг.3 представлений варіант вітряного багатолопатеву двигуна.
До його складу додатково входять знімні з'єднання 11, за допомогою яких лопаті 3 кріпляться на осях 4.
На фіг.4 представлений варіант вітряного багатолопатеву двигуна.
До його складу додатково входять жорсткі елементи 12, закріплені на валу 2 за допомогою стійок 14. У жорстких елементах 12 за допомогою рухомих опор 13 додатково встановлені на валу 2 осі 4 з лопатями 3. Додаткові кріплення лопатей 3 призначені для збільшення міцності конструкції з метою збільшення довжини застосовуваних лопатей 3.
На фіг.5 представлений варіант вітряного багатолопатеву двигуна.
До його складу додатково входять додаткові пристрої фіксації 15 лопатей 3, розміщених на осях 4 і жорстких елементах 12. Додаткові пристрої фіксації 15 лопатей 3 утримують лопаті 3 в положенні найбільшого опору потоку повітря, зменшуючи деформацію скручування лопатей 3 під впливом натиску вітру.
На фіг.6 представлений варіант вітряного багатолопатеву двигуна.
До його складу додатково входять жорсткі елементи 12, закріплені на валу 2 за допомогою стійок 14. У жорстких елементах 12, за допомогою рухомих опор 13 з встановленими в них осями 16, додатково встановлені на валу 2 осі 4 з лопатями 3 за допомогою знімних з'єднань 17 . Додаткові кріплення лопатей 3 призначені для збільшення міцності конструкції з метою збільшення довжини застосовуваних лопатей 3.
На фіг.7 представлений варіант вітряного багатолопатеву двигуна.
До його складу додатково входять жорсткі елементи 12, закріплені на валу 2 за допомогою стійок 14. У жорстких елементах 12, за допомогою рухомих опор 13 з встановленими в них осями 16, додатково встановлені на валу 2 осі 4 з лопатями 3 за допомогою знімних з'єднань 17 . Причому на осях 16 і жорстких елементах 12 розміщені додаткові пристрої фіксації лопатей 15, які утримують лопаті 3 в положенні найбільшого опору потоку повітря, зменшуючи деформацію скручування лопатей 3 під дією напору вітру. Додаткові кріплення лопатей 3 призначені для збільшення міцності конструкції з метою збільшення довжини застосовуваних лопатей 3.
Крім того, на одну або кілька сполучаються поверхонь пристроїв фіксації 7 лопатей 3 завдано один або кілька шарів демпфуючих пристроїв у вигляді шарів демпфуючих матеріалів, що дозволить уникнути зіткнень елементів пристроїв фіксації 7 лопатей 3 при з'єднанні один з одним. Крім того, вал 2 встановлений в додаткових рухомих опорах 18 (див. Фіг.8). Додаткова рухома опора 18 одного вітряного багатолопатеву двигуна прикріплена жорстким елементом 19 за додаткову рухому опору 18 іншого вітряного багатолопатеву двигуна, яка в свою чергу прикріплена за опору 20 ще одним жорстким елементом 19. З'єднання вітряних вбагатолопатеву двигунів між собою і додаткове кріплення їх за міцні опори 20 забезпечує високу міцність і стійкість конструкції до сильних вітрових навантажень.
і в якості відомостей, що підтверджують можливість здійснення винаходу, наводиться розрахунок коефіцієнта корисної дії багатолопатеву вітряного двигуна.
Розрахунок коефіцієнта корисної дії багатолопатеву вітряного двигуна.
Так як сила тиску вітру Fдв на лопать в положенні, коли площина лопаті перпендикулярна потоку, визначена співвідношенням:
, де
S - площа максимального перетину площині лопаті, яка підлягає впливу потоку середовища,
V / 2 - тиск потоку середовища на лопать (динамічний напір),
- Щільність середовища, з якої складається потік,
V - швидкість потоку,
К - коефіцієнт, що враховує характер обтікання лопаті потоком середовища (див. Фіг.9, фіг.10).
Для сили тиску вітру, протидіє, тобто діючої на лопать в положенні, коли лопата паралельна потоку - Fдвп, справедливо співвідношення (1) з відповідними значеннями S і К.
А так як Fвр і Fпвр прямо пропорційні Fдв і Fдвп, то формула ККД набуде вигляду:
ККД = (Fвр-Fпвр-Fтр-Fпп) / Fвр, де
Fвр - сумарна сила обертання, прикладена до лопат;
Fпвр - сумарна сила протидії обертанню, прикладена до лопат;
Fтр-сила тертя в рухомих опорах;
Fпп - зусилля, що витрачається на поворот лопатей.
Так як втрати на тертя незначні, Fтр ~ (3% -5%) для промислових підшипників, а Fпп залежить від конструктивного виконання, то при розрахунку Fтр і Fпп не враховуємо, і формула ККД набуде вигляду:
Застосовуючи до співвідношення (2) співвідношення (1) і з огляду на що, наприклад, для чотирилопатевий схеми Fвр = Fдв і Fпвр = Fдвп відповідно, при інших рівних умовах отримаємо:
, де
Smin, Smax - площі перетинів площин лопатей, підтверджених впливу потоку середовища;
K1, K2 - коефіцієнти, що враховують характер впливу потоку середовища.
Таким чином, при співвідношенні К1 / К2 0,9 до 1,1 і Smin / Smax 1 до 10, що відповідає нескладної технології виготовлення, розраховуючи за формулою (3), отримаємо:
ККД установки = 0,918,
з урахуванням втрат на тертя і приймаючи втрати на поворот лопатей 10%, отримаємо теоретичне значення ККД 75-80%.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Вітряний багатолопатеву двигун, що містить підставу і встановлений на ньому вал з лопатями, розташований перпендикулярно потоку вітру, що відрізняється тим, що вал вітряного багатолопатеву двигуна встановлений в одній або декількох рухомих опорах, закріплених на елементі (елементах) підстави, лопаті, площини яких мають кривизну, закріплені на осях, встановлених в рухомих опорах на валу в площинах, перпендикулярних осі симетрії вала, з можливістю зміни свого розташування таким чином, що опір потоку вітру площин максимально при збігу напрямку потоку вітру і напрямки проекції лінійної швидкості обертання лопатей навколо валу на лінію напрямку потоку, при цьому в кожній площині, перпендикулярній осі симетрії вала, встановлено по одній осі, що розташовується по обидва боки осі симетрії вала, лопаті, встановлені на одній осі, розташовані в перпендикулярних або непаралельних площинах, при кількості осей на валу, що дорівнює двом, осі розташовуються в вертикальних перпендикулярних площинах, осі симетрії осей розташовані між центрами тиску потоку вітру на лопаті в положенні, коли їх опір потоку максимально, і передніми краями лопатей щодо фронту потоку вітру при русі їх проти напрямку потоку, на осях і валу розміщуються пристрої фіксації лопатей , що представляють собою виступи, розташовані на осях між лопатями і валом, і відповідні їм виступи, розташовані на валу, що сполучаються поверхні яких мають можливість з'єднуватися при досягненні лопатями положення, при якому їх опір потоку максимально або при якому їх опір потоку мінімально, причому лопаті на осях встановлені так, що, коли будь-яка вісь розташована перпендикулярно до напрямку потоку вітру, опір потоку лопаті, розташованої праворуч (ліворуч) від осі симетрії вала, максимально.
2. Вітряний багатолопатеву двигун по п.1, що відрізняється тим, що осі попарно пов'язані декількома жорсткими конструктивними елементами, в яких осі встановлені в рухомих опорах, а й зубчастої передачею, що складається з однієї або декількох пар коліс зубчастих (секторів зубчастих), що знаходяться в зачепленні попарно і встановлених нерухомо на пов'язаних осях.
3. Вітряний багатолопатеву двигун по п.1 або 2, який відрізняється тим, що лопаті кріпляться до осей за допомогою знімних з'єднань, або лопаті, закріплені на осях, встановлені на валу за допомогою знімних з'єднань.
4. Вітряний багатолопатеву двигун по п.1 або 2, який відрізняється тим, що має додаткові кріплення лопатей, а саме жорсткі елементи, розташовані на ділянках лопатей, в яких лопаті встановлені на осях в рухомих опорах, в кожному елементі закріплені одна або кілька лопатей, причому жорсткі елементи прикріплені до нижньої частини валу за допомогою стійок, або (і) жорсткі елементи скріплені між собою елементом, що має форму кільця і розташованим в площині, перпендикулярній осі симетрії вала, і закріплені за верхню частину валу гнучкими елементами.
5. Вітряний багатолопатеву двигун по п.1, що відрізняється тим, що на осях і додаткових кріпильних лопатей розміщуються додаткові пристрої фіксації лопатей, що представляють собою виступи, розташовані на осях, і відповідні їм виступи, розташовані на жорстких елементах, що сполучаються поверхні яких мають можливість з'єднуватися при досягненні лопатями положення, при якому їх опір потоку максимально або при якому їх опір потоку мінімально.
6. Вітряний багатолопатеву двигун по п.1, що відрізняється тим, що має додаткові кріплення лопатей, а саме, розташовані на ділянках лопатей жорсткі елементи, в яких лопаті встановлені на осях в рухомих опорах, в кожному елементі закріплені одна або кілька лопатей, причому жорсткі елементи прикріплені до нижньої частини валу стійками або (і) жорсткі елементи з'єднані між собою елементом, що має форму кільця і розташованим в площині, перпендикулярній осі симетрії вала, і закріплені за верхню частину валу гнучкими елементами, причому лопаті в місцях додаткових кріплень встановлені на осях при допомогою знімних з'єднань.
7. Вітряний багатолопатеву двигун по п.1, що відрізняється тим, що має додаткові кріплення лопатей, а саме, розташовані на ділянках лопатей жорсткі елементи, в яких лопаті встановлені на осях в рухомих опорах, в кожному елементі закріплені одна або кілька лопатей, жорсткі елементи прикріплені до нижньої частини валу стійками, або (і) жорсткі елементи скріплені між собою елементом, що має форму кільця і розташованим в площині, перпендикулярній осі симетрії вала, і закріплені за верхню частину валу гнучкими елементами, причому на осях і додаткових кріпильних лопатей розміщуються додаткові пристрої фіксації лопатей, що представляють собою виступи, розташовані на осях у жорстких елементів, і відповідні їм виступи, розташовані на жорстких елементах, що сполучаються поверхні яких мають можливість з'єднуватися при досягненні лопатями положення, при якому їх опір потоку максимально або мінімально, при цьому лопаті в місцях додаткових кріплень встановлені на осях за допомогою знімних з'єднань.
8. Вітряний багатолопатеву двигун по п.1, що відрізняється тим, що на одній або обох сполучаються поверхнях пристроїв фіксації лопатей завдано один або кілька шарів демпфуючого матеріалу.
9. Вітряний багатолопатеву двигун по п.1, що відрізняється тим, що вал встановлений в одній або декількох додаткових рухомих опорах, які закріплені одним або декількома жорсткими або гнучкими елементами на одній або декількох опорах, або (і) одна або кілька додаткових рухомих опор вітряного багатолопатеву двигуна закріплена (закріплені) одним або декількома жорсткими або гнучкими елементами за додаткову рухому опору (опори) розташованих поруч одного або декількох вітряних вбагатолопатеву двигунів.
Версія для друку
Дата публікації 17.02.2007гг
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.