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 RU2263815

РОТОРНИЙ ДВИГУН вітряків з вертикальним валом ОБЕРТАННЯ

Ім'я винахідника: Халюткін В.А. (RU); Мерзлікін Р.Ю.
Ім'я патентовласника: Федеральне державне освітня установа вищої професійної освіти Ставропольський державний аграрний університет
Адреса для листування: 355017, Ставрополь, пров. Зоотехнічний, 12, ФГТУ ВПО СтГАУ, ОІВ, патентний відділ
Дата початку дії патенту: 2004.04.05

Винахід відноситься до вітродвигуна, а саме до вітродвигуна роторного типу з вертикальним валом обертання. Технічний результат, який може бути отриманий за допомогою пропонованого винаходу, зводиться до збільшення ККД і підвищенню працездатності роторного вітродвигуна за рахунок постачання його жорсткої фермою, збільшення безаварійного терміну служби за рахунок зниження вібрації всієї конструкції при застосуванні жорсткої ферми, до можливості збільшення потужності роторного вітродвигуна з вертикальним валом обертання за рахунок збільшення розмірів ротора як за діаметром, так і по висоті, використовуючи жорстку ферму. Роторний вітродвигун з вертикальним валом обертання складається з опорної ферми, що складається, як мінімум, з трьох опор; верхніх і нижніх поперечин, що з'єднують опори в єдиний жорсткий конструктивний вузол; верхньої і нижньої опорних майданчиків з отворами в центрі, прикріплених до поперечин; на верхній і нижній опорних майданчиках, співвісно отворів, кріпляться верхній і нижній підшипникові корпусу, в яких розміщені верхній і нижній підшипники, встановлені відповідно на верхньому і нижньому кінцях вала ротора, розміщеного всередині опорної ферми між опорними площадками з можливістю його обертання; робочих органів, лопатей, виконаних у вигляді частини порожнистої сфери або у вигляді порожнього циліндра. Опори ферми жорстко закріплені на фундаменті.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до вітродвигуна, а більш конкретно до вітродвигуна роторного типу з вертикальним валом обертання.

Відомий двухопорний вітродвигун роторного типу з вертикальним валом, у якого підшипники розташовані по обидва боки ротора. Підшипник, встановлений на нижньому кінці вала закріплюється в фермі, а підшипник, встановлений на верхньому кінці вала закріплюється в хрестовині, від якої до землі йдуть розтяжки, що підтримують всю конструкцію в вертикальному положенні (див. Вітер опалює будинок // Юний технік. 1988, № 3, с.76-80).

Перевагою цієї конструкції є мала металоємність і простота виготовлення. Однак вона має значні недоліки.

1. При впливі сили вітру на ротор виникне вигин вала і, як наслідок, статична розбалансування ротора.

2. При обертанні ротора під впливом вітру в результаті відхилення вала виникає динамічна розбалансування, згинають вал ще сильніше.

Даному вітродвигун притаманні недоліки, обумовлені значною рухливістю хрестовини, в якій встановлено корпус верхнього підшипника разом з самим підшипником, що тягне за собою деформацію самої хрестовини, прогинання розтяжок під власною вагою, деформацію грунту.

Другий недолік пов'язаний з з'єднанням нижнього кінця вала ротора з робочим механізмом - вісь вала ротора змінює своє положення в режимі частоти вібрації і проблеми виникають навіть при використанні м'яких муфт, при цьому актуальні додаткові втрати потужності вітродвигуна від перекосів і тертя.

Третій недолік полягає в обмеженні розмірів ротора як за діаметром, так і по висоті.

В результаті статичної та динамічної розбалансування вал в місці зчленування з підшипником відчуває сильні знакозмінні навантаження, які призводять до того, що вал близько підшипника ламається.

Збільшення міцності вала дає позитивний ефект тільки для роторних вітродвигунів малої потужності з малими розмірами ротора, а для потужних вітродвигунів збільшення міцності вала тільки посилює проблему.

і відома вітряна теплоелектростанція, яка містить, щонайменше, один додатковий вітроагрегат, розміщений в корпусі, що складається, щонайменше, з однієї верхньої і однієї нижньої горизонтальних рам, рівномірно розміщених по висоті ветроагрегата і з'єднаних між собою вертикальними опорами, які жорстко пов'язані поперечними тягами (див. RU 2142573 C1, 6 F 03 D 9/02).

Першим недоліком даного пристрою є те, що розподілені таким чином вітроагрегати, екранують один одного.

Якщо ж встановлювати вітроагрегати на значних відстанях, то з'єднувати їх верхньої і нижньої горизонтальними рамами втрачає будь-який сенс. Такі вітроагрегати за своєю конструкцією повинні бути автономними.

Другий недолік даного пристрою полягає в тому, що підпір повітря, що створюється перед другим рядом вітроагрегатів, знижує різницю тисків потоку повітря перед першим рядом вітроагрегатів та за ним, що погіршує їх роботу.

Стосовно до зазначеної теплоелектростанції необхідно розглянути тільки одну клітинку, в якій встановлений вітроагрегат. Він встановлений в прямокутної вертикальної рами. Вісь барабана вітроколеса кріпиться своїми кінцями до верхньої та нижньої сторонам прямокутної рами. Сама прямокутна рама самостійно утримуватися у вертикальному положенні не може. У даному пристрої всі рами займають вертикальне положення тільки за рахунок їх груповий установки і з'єднання жорсткими поперечними тягами. Щоб окрема прямокутна рама займала стійке положення, вона повинна бути забезпечена розтяжками, з'єднаними з грунтом. Однак таке рішення не забезпечує необхідної жорсткості конструкції, необхідної для роботи барабанного вітроколеса.

Пропоноване рішення проблеми - ротор повинен обертатися всередині жорсткої конструкції у вигляді спеціальної ферми.

Найбільш близьким до заявленого винаходу є вітродвигун роторного типу з вертикальним валом, що містить ротор, у якого робочими органами є лопаті, виконані у вигляді частини полого циліндра, закріплені на валу, на кінцях якого встановлені верхній і нижній підшипники, що знаходяться в підшипникових корпусах. Корпус нижнього підшипника встановлено в жорсткій конструкції, а корпус верхнього підшипника укріплений в хрестовині, до кінців якої приєднані розтяжки, закріплені в грунті (Климов О., Клімов В. Сенсація! Роторний, спірально-вихровий // Техника - молодежи. 2003 №2 , с.36-37). Даний вітродвигун володіє всіма перерахованими вище недоліками.

Пропонований винахід усуває всі перераховані вище недоліки.

Розкриття винаходу.

Технічний результат, який може бути отриманий за допомогою пропонованого винаходу, зводиться до збільшення ККД і підвищенню працездатності роторного вітродвигуна за рахунок постачання його жорсткої фермою, збільшення безаварійного терміну служби за рахунок зниження вібрації всієї конструкції при застосуванні жорсткої ферми, до можливості збільшення потужності роторного вітродвигуна з вертикальним валом обертання за рахунок збільшення розмірів ротора як за діаметром, так і по висоті, використовуючи жорстку ферму.

Технічний результат досягається тим, що роторний вітродвигун з вертикальним валом обертання, що містить ротор, у якого робочими органами є лопаті, виконані у вигляді частини полого циліндра або частини порожнистої сфери, закріплені на валу, на кінцях якого встановлені верхній і нижній підшипники, що знаходяться в верхньому і нижньому підшипникових корпусах, забезпечений опорної фермою, що складається, як мінімум, з трьох опор, з'єднаних між собою в один жорсткий конструктивний вузол верхніми і нижніми перекладинами, до яких прикріплені відповідно верхня і нижня опорні майданчики з отворами в центрі, до опорних майданчиків соосно отворам прикріплені верхній і нижній підшипникові корпусу верхнього та нижнього підшипників таким чином, що ротор верхнім і нижнім кінцями вала з розміщеними на них верхнім і нижнім підшипниками встановлюється в цих підшипникових корпусах і розміщується всередині опорної ферми між опорними площадками з можливістю його обертання.

На кресленні зображений роторний вітродвигун з вертикальним валом обертання, ротор якого встановлений між опорами опорної ферми і закріплений верхнім і нижнім кінцями вала за допомогою підшипників і підшипникових опор на відповідних опорних майданчиках. Роторний вітродвигун з вертикальним валом обертання складається з опорної ферми 1, що складається, як мінімум, з трьох опор 2; верхніх 3 і нижніх 4 перекладин, що з'єднують опори 2 в єдиний жорсткий конструктивний вузол; верхньої 5 і нижньої 6 опорних майданчиків з отворами в центрі, прикріплених до поперечин 3 і 4; на верхній 5 і нижньої 6 опорних майданчиках, співвісно отворів, кріпляться верхній 7 і нижній 8 підшипникові корпусу, в яких розміщені верхній 9 і нижній 10 підшипники, встановлені відповідно на верхньому 11 і нижньому 12 кінцях вала 13 ротора 14, розміщеного всередині опорної ферми 1 між опорними площадками 5 і 6 з можливістю його обертання; 15 - робочі органи, лопаті, виконані у вигляді частини порожнистої сфери або у вигляді порожнього циліндра. Опори 2 ферми 1 жорстко закріплені на фундаменті 16.

ПРАЦЮЄ ВІТРЯК наступним чином

При набіганні потоку вітру на робочі органи 15, мають вигляд частини порожнистої сфери або полого циліндра, виникають потужні поперечні сили (ефект Магнуса), значно перевищують силу прямого тиску вітру. Під впливом сили прямого тиску вітру і цих поперечних сил ротор 14 обертається, спираючись кінцями вертикального вала 11 і 12 на верхній 9 і нижній 10 підшипники, що знаходяться в верхньому 7 і нижньому 8 підшипникових корпусах, які жорстко з'єднані з верхньої 5 і нижньої 6 опорними площадками з отворами в центрі і соосни їм, приєднаними до верхніх 3 і нижнім 4 поперечин, що запобігає деформації самих верхньої і нижньої опорних майданчиків 5 і 6, а й перекоси і утиск ротора 14 у верхньому і нижньому підшипниках 9 і 10, знижуючи, тим самим , втрати енергії на тертя, що збільшує ККД вітродвигуна і підвищує його надійність. Верхні 3 і нижні 4 перекладини жорстко з'єднані з опорами 2, а отже, і зі всією конструкцією опорної ферми 1, жорстко прикріпленої до фундаменту 16, що забезпечує надійне кріплення всієї конструкції до грунту. Жорстке з'єднання верхньої 5 і нижньої 6 опорних майданчиків, верхніх 3 і нижніх 4 перекладин і опор 2 в єдиний жорсткий конструктивний вузол запобігає вигину вертикального вала 13, що знижує статичну і динамічну розбалансування вертикального вала 13, збільшуючи термін його служби, а й забезпечує стабільне положення його осі в режимі частоти вібрації. Таким чином, ротор 14 при обертанні займає стабільне положення, а нижній кінець 12 вертикального вала 13 можна з'єднувати з будь-яким робочим механізмом за допомогою м'якої або жорсткої муфти. Вібрації, що створюються динамічними силами при обертанні ротора 14, сприймаються всією опорною фермою 1 і гасяться, що знімає обмеження на розміри ротора як по висоті, так і по діаметру, а це дає можливість будувати потужні вітродвигуни роторного типу.

Перевага заявленого вітродвигуна перед прототипом полягає в тому, що опорна ферма 1 забезпечує:

- Жорстку фіксацію положення кінців вертикального вала і гасіння вібрації ротора, що викликається динамічними силами при його обертанні;

- Скорочує втрати механічної енергії обертового вертикального вала за рахунок ліквідації перекосів, защемлень, затиснутого, підвищеного тертя між зчленованими деталями і вузлами і тим самим підвищує ККД роторного вітродвигуна з вертикальним валом обертання і збільшує його працездатність, тобто продовження терміну служби;

- Жорстка фіксація положення кінців вертикального вала ротора дозволяє приєднувати до нижнього кінця вертикального вала будь виконавчий механізм за допомогою як жорсткої, так і м'якої муфти;

- Гасіння вібрацій жорсткої рамою дозволяє повністю уникати аварійних ситуацій, збільшити термін служби роторного вітродвигуна з вертикальним валом обертання, що визначається тільки зносом його вузлів і деталей;

- Жорстка опорна ферма знімає обмеження на розміри ротора як за діаметром, так і по висоті, а отже, дозволяє будувати потужні вітросилові установки роторного типу, наприклад для приводу потужних електрогенераторів. Металоємність конструкції за рахунок опорної ферми збільшується, але для потужних вітродвигунів питома металоємність буде знижуватися.

Порівняльний аналіз дозволяє зробити висновок про те, що в порівнянні з прототипом і іншими розглянутими вітродвигуни, заявлений роторний вітродвигун з вертикальним валом обертання, що містить жорстку опорну ферму, має ряд істотних переваг, які забезпечують надійність його роботи, підвищення ККД використання енергії вітру, а й можливість будівництва роторних вітродвигунів з вертикальним валом обертання підвищеної потужності.

Аналіз відомих технічних рішень в досліджуваній області та в суміжних областях дозволяє зробити висновок про відсутність в них ознак, подібних з ознаками заявленого пристрою, які виконують ті ж функції.

Економічна ефективність від використання заявленого пристрою полягає в тому, що:

- Збільшується надійність роботи і термін служби роторного вітродвигуна з вертикальним валом обертання;

- Підвищується ККД використання енергії вітру;

- Надається можливість створення потужного, надійно працює роторного вітродвигуна з вертикальним валом обертання.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Роторний вітродвигун з вертикальним валом обертання, що містить ротор, у якого робочими органами є лопаті, виконані у вигляді частини порожнистої сфери або частини полого циліндра, закріплені на вертикальному валу, на кінцях якого встановлені верхній і нижній підшипники, що знаходяться відповідно в верхньому і нижньому підшипникових корпусах , що відрізняється тим, що він забезпечений опорної фермою, що складається як мінімум з трьох опор, з'єднаних між собою в один жорсткий конструктивний вузол верхніми і нижніми перекладинами, до яких прикріплені відповідно верхня і нижня опорні майданчики з отворами в центрі, а до опорних майданчиків соосно з отворами прикріплені підшипникові корпусу верхнього та нижнього підшипників таким чином, що ротор верхнім і нижнім кінцями вала з розміщеними на них верхнім і нижнім підшипниками встановлюють в підшипникових корпусах і розміщують всередині опорної ферми між опорними площадками з можливістю його обертання.

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