| 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 RU2182985
ВИХРОВИЙ Ветродвігатель для вітряків
Ім'я винахідника: Бубнов В.А .; Овсянников В.М .; Осокін А.А.
Ім'я патентовласника: Московський міський педагогічний університет
Адреса для листування: 125040, Москва, вул. Скаковая, 4/1, кв.75, В.М.Овсяннікову
Дата початку дії патенту: 2000.11.17
Винахід відноситься до вітроенергетики, а саме до вихровим двигунів, що перетворює кінетичну енергію ураганоподобного вихору в механічну. Технічний результат, що полягає в збільшенні потужності на валу вітродвигуна за рахунок використання енергії ураганоподобного вихору, досягається за рахунок того, що в вихровому вітродвигунів, що містить статор-завихритель з, щонайменше, одним конфузорно каналом, ротор з профільованими лопатками на валу і додаткове джерело висхідних потоків нагрітого повітря, відповідно до винаходу, в статорі-Завихрювачі розміщена зона формування повітряного вихору, бокова поверхня якої утворена кінцевими перетинами конфузорно каналів, а нижню і верхню підстави - опорними кільцями, що мають наскрізні отвори, причому сам статор-завихритель встановлений на опорній конструкції над поверхнею землі в потоці повітря, що має швидкість більшу, ніж у її поверхні.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області вітроенергетики, а саме до вихровим двигунів, що перетворює кінетичну енергію ураганоподобного вихору в механічну або електричну енергію.
Відомий вихровий вітродвигун, що містить статор-завихритель з, щонайменше, одним конфузорно каналом, ротор з профільованими лопатками на валу і додаткове джерело висхідних потоків нагрітого повітря (див. SU, 1539382 А1, кл. F 03 D 3/04, 30.01. 1990), за сукупністю суттєвих ознак винаходу, прийнятий за найближчий аналог (прототип).
Відомий вихровий вітродвигун має низький ККД через велику втрату енергії у вхідних каналах через їх великої довжини при малому поперечному розмірі, а через відсутність отвору внизу вежі не створюються інтенсивні осьові потоки, що призводять до збільшення кутового моменту, що впливає на ротор, і відсутні рекомендації по оптимальному куті введення струменів в область злиття щодо її радіусу і немає оптимальних співвідношень висоти і діаметра області злиття, що знижує надійність і ефективність двигуна.
Технічний результат, що полягає в збільшенні потужності на валу вітродвигуна за рахунок використання енергії ураганоподобного вихору, досягається за рахунок того, що в вихровому вітродвигунів, що містить статор-завихритель з, щонайменше, одним конфузорно каналом, ротор з профільованими лопатками на валу і додаткове джерело висхідних потоків нагрітого повітря, відповідно до винаходу, в статорі-Завихрювачі розміщена зона формування повітряного вихору, бокова поверхня якої утворена кінцевими перетинами конфузорно каналів, а нижню і верхню підстави - опорними кільцями, що мають наскрізні отвори, причому сам статор-завихритель встановлений на опорній конструкції над поверхнею землі в потоці повітря, що має швидкість більшу, ніж у її поверхні, причому вертикальні стінки конфузорно каналів складають кут 30 o з дотичними до горизонтального перетину циліндричної зони формування вихору, конфузорно канали мають стінки зверху і знизу, ставлення діаметрів отворів опорних кілець до діаметру зони формування вихору дорівнює 0,5, висота циліндричної зони формування вихору дорівнює його діаметру, ротор додатково містить хрестовину, площині якої в нижній частині мають вирізи для вала, додаткове джерело висхідних потоків нагрітого повітря утворений у вигляді газодинамічного факела полум'я, що минає з сопла, в яке подають газоподібний пальне, і розташованого нижче нижнього опорного кільця, при цьому лопатки ротора спрофільовані з можливістю створення спадними і висхідними потоками кутового моменту одного напрямку в зоні формування вихору.
 |
 |
 |
На фіг.1 зображений вихровий вітродвигун (загальний вигляд); Вихровий вітродвигун містить статор-завихритель, що складається з, щонайменше одного конфузорно каналу 1, ротора 2 з профільованими лопатками 3 на валу 4 і додаткового джерела висхідних потоків нагрітого повітря, утвореного у вигляді газодинамічного факела 5 полум'я, що минає з сопла 6, в яке подають газоподібний пальне, при цьому в статорі-Завихрювачі розміщена зона 7 формування повітряного вихору, бокова поверхня якої утворена кінцевими перетинами конфузорно каналів 1, а нижню і верхню підстави - нижнім і верхнім опорними кільцями 8, 9, мають верхнє і нижнє наскрізні отвори 10, 11, причому сам статор-завихритель встановлений на опорній конструкції 12 над поверхнею землі в потоці повітря, що має швидкість більшу, ніж у її поверхні. |
Вертикальні стінки конфузорно каналів 1 складають кут 30 o з дотичними до горизонтального перетину циліндричної зони 7 формування вихору, при цьому конфузорно канали 1 мають стінки зверху і знизу, ставлення діаметрів отворів опорних кілець 8,9 до діаметру зони 7 формування вихору дорівнює 0,5, а висота L циліндричної зони 7 формування вихору дорівнює його діаметру D (L / D = 1).
Ротор 2 додатково містить хрестовину 13, площині якої в нижній частині мають вирізи для вала 4. Газодинамический факел 5 полум'я розташований нижче нижнього опорного кільця 8, а сопло 6 розташоване на такій висоті h над поверхнею землі, щоб довжина факела 5 досягала рівня отвору 11.
Лопатки 3 ротора 2 спрофільовані з можливістю створення спадними і висхідними потоками кутового моменту одного напрямку в зоні 7 формування вихору.
Вихровий вітродвигун працює наступним чином. Прямолінійний потік повітря, що має на висоті велику швидкість, ніж у поверхні землі, незалежно від напрямку швидкості вітру потрапляє в один або кілька конфузорно каналів 1, пройшовши які і збільшивши початкову швидкість вітру в стільки разів, у скільки площа вхідного перетину каналу 1 більше вихідного, він потрапляє в зону 7 формування вихору під кутом 30 o до дотичній до горизонтального перетину циліндричної зони 7. у цій зоні 7 через великій швидкості вітру, за відомим рівнянням Бернуллі, зменшується статичний тиск, що призводить до ежектування повітряних мас усередину зони 7 через канали, суміжні з каналами, через які проник прямолінійний потік вітру. У свою чергу, входячи в зону 7, ежектіруемие потоки відхиляють від сусідніх каналів прямолінійний прискорений потік повітря, викликаючи його закрутку в одну і ту ж сторону, що не залежить від його первісного напрямку. При цьому нижні і верхні стінки конфузорно каналів 1 забезпечують входження в зону 7 всіх повітряних мас, які потрапили під вхідні перетину каналів 1, що збільшує кінетичну енергію вихору. Опорні кільця 8 і 9 і утримують закручений повітряний потік в зоні 7 формування вихору.
Описаним вище шляхом відбувається формування периферійного вихору, що спирається на опорні кільця 8 і 9 і має зрушений по радіусу максимум окружної швидкості v всередину вихору через відтісняє дії ежектіруемих потоків.
Відцентрова сила периферійного вихору викликає відтік в радіальному напрямку повітря від осі зони 7. Цей відтік спільно з припливом до центру зони 7 вихідного потоку повітря і ежектіруемих потоків формує стійкий і спостережуваний контур вихору в формі циліндричного стовпа, що спирається на опорні кільця 8, 9.
Відтік повітря від осі зони 7 викликає зменшення статичного тиску в цьому місці. Внаслідок цього і дії сили тяжіння через верхній отвір 10 всередину зони 7 залучаються повітряні маси, закручувати периферійним вихором і мають спадний осьової потік в центрі. Так формується внутрішній вихор.
Відцентрова сила внутрішнього вихору і викликає відтік повітря від осі зони 7 в радіальному напрямку. Тому не вся маса повітря, що увійшла через отвір 10, доходить до нижнього отвору 11. Повітря, який увійшов в отвір 10 і не дійшов до отвору 11, разом з повітряними масами з конфузорно каналів 1 створює висхідні потоки поблизу периферії верхнього отвору 10. Радіальний профіль 14 осьової швидкості, яка формує зазначені осьові потоки, типовий для реальних ураганів.
Сформований таким чином в зоні 7 з прямолінійного повітряного потоку ураганоподобний вихор має співмірні за абсолютними величинами осьову 14w і окружну 15v швидкості. При цьому, такий вихор з розмірами L = D має максимальну кінетичну енергію.
Вал 4 вітродвигуна приводиться в обертання хрестовиною 13, що перетворює кінетичну енергію окружного руху в механічний кутовий момент, а й лопатками 3, спрофільоване так, щоб спадний і висхідний осьові потоки вихору створювали кутовий момент одного напрямку, що збігається з напрямком обертання хрестовини 13. Так як поблизу осі вихору окружна швидкість вихору незначна, то площини хрестовини 13 мають вирізи, що полегшує конструкцію ротора 2.
При відсутності вітру газодинамический факел 5 полум'я, дія якого закінчується у вільний простір з сопла 6 з великою гідродинамічної швидкістю, спрямованої уздовж осі зони 7 від низу до верху, втягує в рух шари повітря, що прилягають до периферії факела 5. Ці шари повітря поблизу периферії нижнього отвору 11 в напрямку від низу до верху втікають в зону 7, створюючи в ній вертикальні осьові потоки. В околиці центру нижнього отвору 11 фронт полум'я 5 сильно розігріває повітря, що викликає спадний вільно-конвективний потік повітря, що входить в зону 7 через верхній отвір 10. Ці два осьових потоку, діючи на лопатки 3, приводять в обертання вал 4, який приводить в обертання хрестовину 13. Хрестовина 13 в даному випадку, діючи як завихритель, створює окружний повітряний потік і за рахунок додаткових мас повітря, ежектіруемих через канали 1, збільшує кінетичну енергію вихору при фіксованих оборотах вала 4, одержуваних за допомогою описаних вище осьових потоків.
Спільне використання двох вищеописаних джерел вихрового руху (прямолінійного потоку вітру і факела полум'я) тільки посилить потужність вітродвигуна.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Вихровий вітродвигун, що містить статор-завихритель з, щонайменше, одним конфузорно каналом, ротор з профільованими лопатками на валу і додаткове джерело висхідних потоків нагрітого повітря, що відрізняється тим, що в статорі-Завихрювачі розміщена зона формування повітряного вихору, бокова поверхня якої утворена кінцевими перетинами конфузорно каналів, а нижню і верхню підстави - опорними кільцями, що мають наскрізні отвори, причому сам статор-завихритель встановлений на опорній конструкції над поверхнею землі в потоці повітря, що має швидкість більшу, ніж у її поверхні.
2. Ветродвігатель по п. 1, який відрізняється тим, що вертикальні стінки конфузорно каналів складають кут 30 o з дотичними до горизонтального перетину циліндричної зони формування вихору.
3. вітрових за допомогою одного з пп. 1, 2, який відрізняється тим, що конфузорно канали мають стінки зверху і знизу.
4. вітрових по п. 1, який відрізняється тим, що відношення діаметрів отворів опорних кілець до діаметру зони формування вихору дорівнює 0,5.
5. вітрових по п. 1, який відрізняється тим, що висота циліндричної зони формування вихору дорівнює його діаметру.
6. вітрових по п. 1, який відрізняється тим, що ротор додатково містить хрестовину, площині якої в нижній частині мають вирізи для вала.
7. вітрових по п. 1, який відрізняється тим, що додаткове джерело висхідних потоків нагрітого повітря утворений у вигляді газодинамічного факела полум'я, що минає з сопла, в яке подають газоподібний пальне, і розташованого нижче нижнього опорного кільця.
8. вітрових по п. 1, який відрізняється тим, що лопатки ротора спрофільовані з можливістю створення спадними і висхідними потоками кутового моменту одного напрямку в зоні формування вихору.
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.