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 RU2210000

РОТОРНИЙ Ветродвігатель

Ім'я винахідника: Туркін К.М.
Ім'я патентовласника: Секерин Анатолій Петрович
Адреса для листування: 191 187, Санкт-Петербург, а / я 578, Патентна служба, А.П. Секерин
Дата початку дії патенту: 2002.06.20

Винахід відноситься до вітроенергетики і може бути використано для вироблення електроенергії або виконання механічної роботи. Технічний результат, що полягає в підвищенні ефективності використання енергії вітру і ККД вітродвигуна, досягається за рахунок того, що в вітродвигунів, що містить каркас, закріплений на ньому за допомогою підшипників вал і робочі лопаті, з'єднані з валом з можливістю обертання з ним, відповідно до винаходу робочі лопаті ротора виконані у вигляді пластин із змінною товщиною і шириною, які у вертикальній площині зігнуті по спіралі, а в горизонтальній - зігнуті по дузі.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до екологічно чистої вітроенергетики і може бути використано для вироблення електроенергії або виконання механічної роботи, наприклад для створення електростанцій у важкодоступних районах або місцях, де переважають постійні вітри.

Пошук джерел енергії цікавить людство з давніх-давен. В останні десятиліття відродився інтерес до екологічно чистим і ресурсозберігаючих установкам, що використовують енергію природних природних сил - вітру і води. На суші і на морі широко використовуються вітрові і хвильові двигуни, що використовують силу вітру і енергію морських течій і припливів.

Відомо безліч різновидів вітродвигунів: з горизонтальною (наприклад, карусельні, барабанні) або з вертикальної (крильчасті, роторні) віссю обертання, з плоскою формою обертаються ветропріемних частин або у вигляді різних криволінійних поверхонь. Основною частиною будь-якого з таких вітродвигунів є ветропріемное пристрій, безпосередньо піддане дії повітряного або водяного потоку і перетворює кінетичну енергію цього потоку в механічну роботу. У роторних вітродвигуна ветропріемним пристроєм є лопаті, які мають різну форму.

Наприклад, відома роторна вітроенергетична установка (патент РФ 2130127, МПК F 03 D 7/02, 04.03.1998) з горизонтальним валом відбору потужності, вітрове колесо якої має змонтовані за допомогою радіальних несучих опор радіально розташовані конусоподібні ротори з кінцевими діафрагмами - Образного профілю. При цьому конуси роторів звернені великими підставами до валу відбору потужності, а меншими підставами - до периферії ротора і виконані з кутом конусності в межах 2-4 ^o. Крім того, ротор розділений на частини додаткової розділової діафрагмою, розташованої на тілі ротора між кінцевими діафрагмами. Частини ротора виконані з можливістю автономного обертання навколо поздовжньої осі ротора і один щодо одного і мають різні кути конусності, величина яких зменшується від центру вітрового колеса до периферії ротора, що дозволяє підвищити коефіцієнт використання вітрового потоку.

Особливістю даної конструкції є велика загальна площа установки і складність передачі потужності до виконавчих механізмів.

Відомий роторний вітродвигун, що містить встановлений на вертикальному валу ротор, розміщений в корпусі (патент РФ 2118703, МПК F 03 D 3/00, 1998). Ротор виконаний з двома крилами у формі двох напівциліндрів, зміщених один відносно одного на відстань не менше, ніж величина їх радіусу, і жорстко закріпленими між верхнім і нижнім дисками. Крила ротора виконані з продувні закрилками у формі увігнутих пластин, а корпус забезпечений стулками для входу і виходу повітряного потоку та напрямки його на крила ротора і виконаний у вигляді дифузора. В даному винаході вирішується завдання створення простої та надійної конструкції вітродвигуна з використанням легких матеріалів - фанери, пластмаси, текстоліту, тонколистового металу. Однак дана конструкція відрізняється низькою стійкістю до сильних поривів вітру та ураганів, а й трохи придатна для серійного виробництва.

У винаході за патентом РФ 2169857, МПК F 03 D 3/02, 21.03.2000, і пропонується варіант вітряного агрегату зі спрощеної конструкцією, в якому на нерухомому центральному валу розміщено рухливий каркас з плоскими робочими лопатями. Над кожною робочою лопатою при посередництві планетарного зубчастого редуктора встановлений флюгер, вісь якого укріплена з можливістю повороту в корпусі редуктора. При цьому центральний вал виконаний у вигляді ресивера для закачування в нього стисненого повітря від встановленого на агрегаті компресора. Ця конструкція і відрізняється громіздкістю і низькою стійкістю до сильних поривів вітру.

Загальним недоліком аналогів є необхідність значного початкового стартового моменту, що зменшує ККД вітродвигунів. Як наслідок, це викликає імпульсивність їх роботи, що негативно позначається на приводяться механізмах.

Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого рішення можна вважати роторний вітродвигун з ротором Савоніуса (Шефтер Я.І., Різдвяний І.В. Винахідникові про вітродвигуна та вітроустановках. - 1967 стр. 18, 19).

Агрегат являє собою каркас, в якому розміщена система з чотирьох попарно співвісних напівциліндрів, встановлених на горизонтальні диски. Для підвищення ефективності роботи вітродвигуна вся конструкція піднята на високу щоглу, на якій передбачений спеціальний майданчик для обслуговуючого персоналу. Наведені механізми розміщуються на землі, в створі між опорами щогли.

Недоліками прототипу є:

- Нерівномірна робота ротора при різних швидкостях і напрямках вітру і як наслідок великий стартовий момент при запуску вітродвигуна;

- Необхідність врахування рельєфу місцевості - для роботи вітродвигуна кращий рельєф з постійним і прямим потоком повітряних мас;

- Низький опір конструкції до сильних поривів вітру та ураганним вітрам, які можуть привести до її руйнування внаслідок загальної громіздкість конструкції;

- Складність технічного обслуговування, пов'язана з необхідністю підйому на щоглу.

Завдання пропонованого рішення - підвищення ефективності вітродвигуна.

Для вирішення поставленого завдання пропонується конструкція роторного вітродвигуна, що містить каркас, закріплений на ньому за допомогою підшипників вал і робочі лопаті, з'єднані з валом з можливістю обертання з ним, причому робочі лопаті виконані у вигляді пластин із змінною товщиною і шириною, які у вертикальній площині вигнуті по спіралі, а в горизонтальній - зігнуті по дузі.

Для кріплення до центрального валу і передачі потужності на вал робочі лопаті ротора з'єднуються з валом і фіксуються один щодо одного за допомогою коромисел і стяжок. Таке кріплення лопатей ротора не перекриває канал переміщення повітряних мас, що зменшує гідравлічний опір вітродвигуна в цілому.

Робочі лопаті ротора пропонується виконувати зігнутої форми так, щоб кут підйому зовнішньої кромки лопатей (так званий кут атаки) становив від 0 до 180 ^o. Це дозволить забезпечити підйом повітряних мас від нижньої основи конструкції вгору і надходження нових повітряних мас незалежно від умов місцевості, в якій встановлюється двигун, і приведе до збільшення швидкості обертання лопатей. Для збільшення робочої площі ветропріемних поверхонь, а й для зручності транспортування робочі лопаті ротора можуть бути виконані збірними.

Пропоноване конструктивне рішення забезпечує рівномірність роботи вітродвигуна і різко підвищує його ефективність при будь-якій швидкості вітру. Вигнута у всіх напрямках форма ветропріемних лопатей утворює постійну робочу поверхню, звернену до потоку повітря незалежно від напрямку його руху, і значно знижує рівень стартового моменту для запуску вітродвигуна. Крім того, пропонована форма робочих лопатей ротора забезпечує роботу двигуна і з висхідними, і тих, що сходять потоками повітря, підвищуючи тим самим його ККД і ефективність використання в цілому.

Заявляється роторний вітродвигун показаний на кресленнях.

	На фіг.1 зображений загальний вид вітродвигуна, на фиг.2 - лопаті ротора в перетинах, на фіг. 3 - кріплення лопатей ротора до валу, на фіг.4 - принцип взаємодії лопатей ротора з вітровим потоком, на фіг.5 - варіант конструкції ротора при використанні його у водному потоці в якості гідродвигуна.

Пропонований вітродвигун складається з розміщеного всередині каркаса 1 ротора 2, який встановлений на валу 3 з можливістю обертання за допомогою підшипникових вузлів 4 і 5 (фіг.1). Робочі лопаті 6 і 7 ротора 2 виконані з перемінним перетином і шириною і спірально вигнуті по вертикалі і по дузі - по горизонталі. З валом 3 лопаті 6 і 7 жорстко з'єднані за допомогою коромисел 8 і стяжок 9 (фіг.1-3).

Каркас 1 змонтований зі стійок 10 і планок 11. Стійки 10 зміцнюються в палях 12, які вбудовуються в бетон, грунт і т.п., забезпечуючи тим самим кріплення всієї конструкції вітродвигуна.

Для відбору потужності передбачений другий вал 13, який встановлений концентрично валу 3 в підшипникових вузлах 14 і 15. На валу 13 можуть бути змонтовані, наприклад, маховик 16 енергоакумулятора з храповим механізмом 17, електрогенератор 18, а й інші споживачі механічної енергії 19, кінематично пов'язані пасової, ланцюгової або інший передачею 20 з валом 13.

Описуваний вітродвигун може бути використаний не тільки при роботі з повітряними потоками, а й у воді. При цьому встановлено він може бути як вертикально, так і горизонтально (фіг.5).

Ветродвігатель працює наступним чином

Потік рухається повітря (фіг.4), набігаючи на внутрішню стінку однієї з робочих лопатей ротора 2, завдяки увігнуто-опуклого гвинтоподібно її виконання, автоматично повертає жорстко пов'язані між собою лопаті 6 і 7. коромисло 8 рух передається валу 3, який, в свою чергу, передає крутний момент на другий вал 13. Потік вхідного повітря піднімається гвинтоподібно по лопатей 6 і 7. При цьому знімаються вихрові потоки з кромок лопатей 6 і 7, зменшується їх лобове опір і швидкість обертання ротора збільшується. З підйомом повітряних мacc вгору з'являється тяга, що провокує надходження нових повітряних мас, і всі ефекти посилюються. Це тягне за собою збільшення крутного моменту і передачу його через вал 13 храповими механізму 17, який обертає маховик 16 енергоакумулятора. У енергоакумуляторів відбувається накопичення енергії, що дозволить стабілізувати число обертів і забезпечити більш стійку роботу вітродвигуна.

З валу 13 обертання передається і іншим споживачам механічної енергії 18 і 19.

У відсутності вітру маховик 16 обертається за рахунок накопиченої енергії, а механізм хропіння 17 відключає робочі лопаті 6 і 7 ротора, що дозволить уберегти вітродвигун від перевантажень і, отже, підвищити його надійність і довговічність.

Технічні переваги використання пропонованого роторного вітродвигуна полягають у наступному.

1. Вигнута гвинтоподібна форма робочих лопатей ротора завдяки змінюваному куті атаки , Завжди звернена до вступнику потоку повітря незалежно від напрямку його руху. За рахунок цього створюється смерчеподобний потік повітря, що зменшує лобовий опір, а й різко підвищує ефективність двигуни при будь-яких швидкостях вітрового потоку незалежно від рельєфу місцевості.

2. Як наслідок, стартовий момент запуску вітродвигуна мінімальний.

3. Завдяки змінному перетину і дугообразному профілем робочих лопатей ротора збільшується їх аеродинамічний ефект.

4. Як наслідок перших трьох якостей, конструкція пропонованого вітродвигуна може витримувати великі ураганні вітри і різкі пориви, зберігаючи стабільну, надійну і безпечну роботу агрегату.

5. Конструктивні особливості робочих лопатей ротора дозволяють з однаковою ефективністю використовувати як робоче середовище не тільки повітряні потоки будь-яких напрямків - прямі горизонтальні, висхідні, низхідні і т.д., а й водні, тобто використовувати двигун як гідроагрегат.

З технічних переваг випливають економічні. Так як відпадає необхідність встановлювати робочу частину вітродвигуна на високу щоглу, полегшується оперативний доступ при його ремонті та технічному обслуговуванні. При цьому всі приймальні механізми і встановлюються внизу, що полегшує їх під'єднання до двигуна.

Можливість виконання ротора у вигляді збірної конструкції дозволяє варіювати його довжиною і спростити транспортування двигуна.

Пропонований роторний вітродвигун може знайти широке застосування, особливо в умовах сільської місцевості, а й у геологічних партіях. Компактність конструкції і її простота роблять можливим значно знизити матеріаломісткість і в цілому собівартість пропонованого агрегату, що приверне увагу до нього потенційних споживачів.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Роторний вітродвигун, що містить каркас, закріплений на ньому за допомогою підшипників вал і робочі лопаті, з'єднані з валом з можливістю обертання з ним, що відрізняється тим, що робочі лопаті виконані у вигляді пластин із змінною товщиною і шириною, які у вертикальній площині зігнуті по спіралі, а в горизонтальній - зігнуті по дузі.

2. Роторний вітродвигун по п.1, що відрізняється тим, що робочі лопаті з'єднані з валом за допомогою коромисел і стяжок.

3. Роторний вітродвигун по кожному з пп.1 і 2, що відрізняється тим, що кут підйому зовнішньої кромки робочих лопатей становить від 0 до 180 ^o.

4. Роторний вітродвигун по кожному з пп.1-3, що відрізняється тим, що робочі лопаті виконані збірними.

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