| 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 RU2124649
Вітроколіс ДЕНИСОВА-Дубовський
Ім'я винахідника: Денисов Анатолій Олексійович; Дубовський Леонід Якович
Ім'я патентовласника: Денисов Анатолій Олексійович; Дубовський Леонід Якович
Адреса для листування: 196135 Санкт-Петербург, пр-т Ю.Гагаріна 27-93, Дубовський Л.Я.
Дата початку дії патенту: 1996.12.24
Область використання: у вітроенергетиці і може бути використано для перетворення енергії вітру. Суть винаходу ветроколесо містить горизонтальний вал трубчастого типу і жорстко закріпленої на ньому обертається елемент, виконаний у вигляді двох співвісно розташованих з можливістю синхронного обертання в протилежних один щодо одного напрямках приводних дисків, положення осі обертання яких жорстко зафіксовано на горизонтальному валу за допомогою редуктора приводу, і кільцевого кожуха по колах дисків з зазором до поверхонь дисків. Горизонтальний вал проходить в просторі між дисками по діаметральної осі і з'єднаний з кільцевих кожухом, розташованим в площині співвісного обертання приводних дисків. Співвісний обертання дисків в протилежних один щодо одного напрямках здійснюється за допомогою валу приводу, що проходить всередині трубчастого горизонтального вала, і редуктора приводу. Технічний результат полягає в збільшенні ККД і зменшення габаритів вітроколеса.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до вітроенергетики і може бути використано для перетворення енергії вітру.
Відомі вітроколеса з лопатями крильчатого типу з горизонтальною віссю обертання і вітроколеса з вигнутими лопатями Ж - подібної форми з вертикальною віссю обертання (роток Дарині), що використовують підйомну силу для перетворення енергії вітру / 1,2 /.
Недоліками відомих конструкцій є недостатньо високий ККД і великі габарити.
Найбільш близьким до пропонованого винаходу за сукупністю ознак є вітроколесо, що містить лопаті, які мають профіль крила, і горизонтальний вал обертання. Одним з основних параметрів, за якими оцінюється ступінь досконалості крила є його аеродинамічна якість, що показує у скільки разів при цьому вугіллі атаки підйомна сила крила більше сили його бокового опору. Величина аеродинамічного якості багато в чому залежить від геометричних характеристик крила. Так підйомна сила крила при даній швидкості повітряного потоку збільшується при збільшенні циркуляції уздовж профілю крила, що може бути досягнуто при збільшенні кривизни профілю. Однак зі збільшенням кривизни профілю крила його аеродинамічну якість зменшується, так як коефіцієнт лобового опору зростає швидше коефіцієнта підйомної сили / 3 /.
Підйомна сила такої конструкції крила може бути збільшена лише при збільшенні розмаху крила.
Недоліками вітроколеса, що має лопаті крильчатого типу є великий діаметр, що вимагає високих опорних конструкцій, недостатньо високий ККД, великий коефіцієнт лобового опору.
Завданням запропонованого винаходу є збільшення ККД і зменшення габаритів і коефіцієнта лобового опору вітроколеса.
Поставлена задача вирішується тим, що в ветроколесе, що містить горизонтальний вал і закріплений на ньому обертається елемент, відповідно до винаходу обертовий елемент виконаний у вигляді двох співвісно розташованих з можливістю синхронного обертання в протилежних один щодо одного напрямках приводних дисків, вісь обертання яких перпендикулярна горизонтальному валу, і кільцевого кожуха по колах дисків з зазорами до поверхонь дисків. Горизонтальний вал проходить в просторі між дисками по діаметральної осі і з'єднаний з жорстко фіксованим в площині співвісного обертання приводних дисків кільцевим кожухом.
У такому ветроколесе при приведенні в обертання приводних дисків і розміщенні його в потоці вітру створюється підйомна сила за рахунок різниці тисків близько зовнішніх поверхонь співвісно обертових в протилежних один щодо одного напрямках приводних дисків, причому наявність кільцевого кожуха виключає проникнення вітрового потоку в простір між дисками, що створило б перешкоду виникненню підйомної сили.
Над двома половинами зовнішніх поверхонь дисків, які обертаються назустріч потоку вітру, будуть утворюватися області зниженого тиску P 1, а над двома іншими половинами зовнішніх поверхонь дисків, які обертаються у напрямку потоку вітру будуть утворюватися області підвищеного тиску P 2 (фіг. 2). Внаслідок різниці тиску на двох відносно діаметральної осі поверхнях обертового елемента вітроколеса виникають підйомні сили F, спрямовані в протилежні сторони (фіг. 2), що призводить до обертання горизонтального вала, з якого відводиться вихідна потужність.
Підйомну силу можна визначити, використовуючи рівняння Бернуллі, яке встановлює зв'язок між швидкістю і тиском в потоці повітря і складаючи сили, що діють на зовнішні і внутрішні поверхні співвісно обертових дисків.
1) Для половини зовнішньої поверхні диска, напрямок обертання якої протилежно напрямку потоку вітру 
2) Для половини внутрішньої поверхні диска, напрямок обертання якої протилежно напрямку потоку вітру 
3) Для половини внутрішньої поверхні диска, напрямок обертання якої збігається з напрямком потоку вітру 
4) Для половини зовнішньої поверхні диска, напрямок обертання якої збігається з напрямком потоку вітру 
де
P - статичний атмосферний тиск;
r - щільність повітря;
y - швидкість потоку вітру;
v - усереднена поздовжня (у напрямку потоку вітру) складова швидкості співвісного обертання дисків (фіг. 5).
де
R - радіус дисків;
V вр - лінійна швидкість обертання дисків;
n - число обертів співвісного обертання дисків у сек.
В результаті на кожен квадратний метр поверхні обертового елемента вітроколеса діє підйомна сила: 
В іншому підйомна сила обертового елемента вітроколеса залежить від радіуса і швидкості співвісного обертання приводних дисків.
Порівняння з прототипом показує, що підйомна сила лопатей вітроколеса крильчатого типу розраховується за формулою: 
де
C y - коефіцієнт підйомної сили;
r - щільність повітря;
y - швидкість потоку повітря;
S - площа лопаті.
Коефіцієнт C y можна прийняти рівним одиниці (практично його мінімальне значення), тоді на кожен квадратний метр поверхні лопаті вітроколеса діє підйомна сила 
.
Порівнюючи підйомну силу заявляється вітроколеса 2 rЧyЧ v = 4 ЧrЧ R Ч n Чy і підйомну силу прототипу 
неважко бачити, що перша величина більше 
Наприклад, при y = 6 м / сек, R = 2 м, n = 1 сек -1, 
При збільшенні R і n відмінність в підйомних силах зростає багаторазово, відповідно зростають коефіцієнт використання енергії вітру, вихідна потужність на горизонтальному валу, а в цілому, ККД вітроколеса.
При цьому, потужність, необхідна для обертання приводних дисків заявляється вітроколеса, щонайменше на порядок менше вихідної потужності.
Неважко оцінити, що діаметр заявляється вітроколеса при однакових значеннях вихідної потужності буде істотно меншим, ніж діаметр вітроколеса прототипу. Наприклад, відома система Mod - OA (США) на 200 Квт має лопаті діаметром 38 м / 2 /, тоді як діаметр приводних дисків заявляється вітроколеса на таку ж вихідну потужність дорівнює 8 - 19 м. В зв'язку зі зменшенням габаритів заявляється вітроколеса зменшується і коефіцієнт лобового опору, особливо по відношенню до багатолопатеву ветроколесам.
Порівняльний аналіз заявляється вітроколеса з прототипом показує, що заявляється вітроколеса відрізняється від відомого тим, що його обертовий елемент виконаний у вигляді двох співвісно розташованих з можливістю синхронного обертання в протилежних один щодо одного напрямках приводних дисків, вісь обертання яких перпендикулярна горизонтальному валу, і кільцевого кожуха по окружності дисків з зазорами до поверхонь дисків. Горизонтальний вал проходить в просторі між дисками по діаметральної осі і з'єднаний з жорстко фіксованим в площині співвісного обертання приводних дисків кільцевим кожухом.
Таким чином, заявляється ветроколесо відповідає критерію винаходу "новизна".
Порівняння заявляється рішення не тільки з прототипом, але і з іншими технічними рішеннями в даній області дозволило зробити висновок, що воно явно не випливає з рівня техніки і, отже, відповідає критерію "винахідницький рівень".
Можливість широкого використання заявляється вітроколеса у вітроенергетиці забезпечує йому критерій "промислова придатність".
Пропонований винахід пояснюється кресленням, де
 |
 |
 |
 |
 |
|
Фіг. 1, показаний вид вітроколеса зліва; на фіг. 2 показаний вигляд вітроколеса спереду; на фіг. 3 показаний вид вітроколеса справа; на фіг. 4 показаний схематичний вигляд перерізу А-А вітроколеса по діаметральної осі перпендикулярно площині дисків з фіг. 1; на фіг. 5 показана усереднена поздовжня щодо спрямована потоку вітру складова швидкості обертання дисків.
Вітроколесо включає горизонтальний вал 1 трубчастого типу і жорстко закріплений на ньому обертається елемент, виконаний у вигляді двох співвісно розташованих з можливістю синхронного обертання в протилежних один щодо одного напрямках приводних дисків 2 і 3, положення осі обертання яких жорстко зафіксовано на горизонтальному валу 1 за допомогою редуктора приводу 6, і кільцевого кожуха 4 по колах дисків з зазорами 5 до поверхонь дисків. Горизонтальний вал 1 проходить в просторі між дисками 2 і 3 по діаметральної осі і з'єднаний з кільцевих кожухом 4, розташованим в площині співвісного обертання приводних дисків 2 і 3. співвісний обертання дисків 2 і 3 в протилежних один щодо одного напрямках здійснюється за допомогою валу приводу 7, що проходить всередині трубчастого горизонтального вала 1, і редуктора приводу 6.
При приведенні в обертання дисків 2 і 3 і розміщенні вітроколеса в потоці вітру, що має швидкість y, відбувається обтікання зовнішньої поверхні дисків 2 і 3 потоком повітря. При цьому кільцевої кожух 4 не допускає проникнення потоку повітря в простір між дисками. При таких умовах обтікання потоком повітря на кожній половині (щодо діаметральної осі) поверхні дисків створюється підйомна сила F, що дорівнює 4 ЧrЧ R Ч n Чy на кожен квадратний метр цієї поверхні, де r - щільність повітря, R - радіус дисків, n - число обертів диска, y - швидкість потоку вітру. Внаслідок протилежності напрямків підйомної сили на кожній половині (щодо діаметральної осі) поверхні дисків, здійснюється обертання вітроколеса на горизонтальному валу 1, з якого знімається вихідна потужність.
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
1. Я.І. Шефтер. Використання енергії вітру. М .: Вища школа, 1983, с. 71 - 72, с. 68.
2. Вітроенергетика. Під. ред. Д. де Рензо. М .: Вища школа, 1982, с. 26 - 29, с. 87 - 88.
3. Л.Х. Кокуніної. Основи аеродинаміки. М .: Транспорт, 1982, с. 54.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Вітроколесо, що містить горизонтальний вал і жорстко закріплений на ньому обертається елемент, що відрізняється тим, що обертається елемент виконаний у вигляді двох співвісно розташованих з можливістю синхронного обертання в протилежних один щодо одного напрямках приводних дисків, вісь обертання яких перпендикулярна горизонтальному валу, і кільцевого кожуха по колах дисків з зазорами до поверхонь дисків, причому горизонтальний вал проходить в просторі між дисками по діаметральної осі і з'єднаний з жорстко фіксованим в площині співвісного обертання приводних дисків кільцевим кожухом.
Версія для друку
Дата публікації 10.04.2007гг
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.