| 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 RU2189494
Вітроустановка з роторами Магнуса
Ім'я винахідника: Соловйов А.П.
Ім'я патентовласника: Військово-морська академія ім. Адмірала Флоту Радянського Союзу Н. Г. Кузнецова
Адреса для листування: 197045, Санкт-Петербург, Ушаковская наб., 17/1, ВМА ім. адмірала М. Г. Кузнєцова, заст.начальника з навчальної та наукової роботи Н.Д.Закоріну
Дата початку дії патенту: 1993.07.23
Винахід відноситься до вітроенергетики, а саме до конструювання вітроенергетичних установок з горизонтальною віссю обертання з використанням ефекту Магнуса. Суть винаходу: ветроустановка містить вітроколесо з горизонтальним валом, радіальні лопаті у вигляді циліндрів і електрогенератор, причому приводи виконані у вигляді роторів типу Савоніуса, які встановлені на осях обертання циліндрів і жорстко з ними пов'язані. Новим є співвідношення між геометричними і кінематичними параметрами вітроустановки у вигляді: 
де V B - швидкість вітру;
D ц і D pc - діаметри циліндра і ротора Савоніуса відповідно;
n BK - число обертів вітроколеса;
R pc - отстояние від осі вала точки на осі ротора Савоніуса, яка відповідає середній величині [V окррс]2 по довжині ротора;
V окррс - швидкість потоку на радіусі R pc при обертанні вітроколеса.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до вітроенергетики, а саме до конструювання вітроенергетичних установок з горизонтальною віссю обертання на основі ефекту Магнуса.
Відомі ВЕУ з горизонтальною віссю обертання з радіальними лопатями у вигляді примусово обертаються циліндрів (роторів Магнуса // пат. СРСР 10198, F 03 D 7/02, 1927; пат. США 4366386, F 03 B 5/00, F 30 D 7 / 06, 1982; заявка ФРН 3246694, F 03 D 5/00, 1984; а.с. 1677366, F 03 D 1/02, СРСР, 1991 і ін.).
Основні недоліки цих ВЕУ - досить складні приводи для обертання циліндрів, що здорожує виготовлення і знижує надійність роботи установки, а й неможливість практичного застосування їх у водному середовищі на протязі і в переносному вигляді.
Як прототип обрана установка по пат. 10198, F 03 D 7/02, СРСР, 1927 г. Пристрій містить вітроколесо з горизонтальним валом, радіальні лопаті у вигляді циліндрів з торцевими дисками, приводи для обертання циліндрів і електрогенератор. Його недоліки ті ж, що і перераховані вище.
Для усунення цих недоліків у відомій ВЕУ, що містить вітроколесо з горизонтальним валом, радіальні лопаті у вигляді циліндрів з торцевими дисками, приводи для обертання циліндрів і електрогенератор, в якості приводів циліндрів передбачені ротори типу Савоніуса (РТС), які встановлюються на осях обертання циліндрів і жорстко пов'язані з ними.
Вплив вітру на пропоновану установку призведе до обертання роторів Савоніуса (повітряних турбінок іншого типу), а отже, і до обертання циліндрів, з якими жорстко пов'язані ці ротори. Обертання циліндрів викличе появу підйомної сили Магнуса і відповідного крутного моменту, який стане обертати ветроколесо. При цьому на ротор Савоніуса діятиме крім вітру зі швидкістю B повітряний потік в окружному напрямку зі швидкістю
V (pc)окр = 2 
R pc · n вк,
де n BK - число обертів вітроколеса, R pc - отстояние від осі вала точки на осі ротора Савоніуса, яка відповідає середній величині [V окр(рс)]2. Результуючий потік дорівнюватиме 
Розташування ротора Савоніуса по довжині лопаті, його довжина і діаметр вибираються з умови забезпечення окружної швидкості обертання циліндрів навколо своїх осей, що дорівнює V окр(ц) = (3-4) · V ст, що дає найбільшу підйомну силу Магнуса на циліндрах.
Порівняльний аналіз з прототипом показує, що заявлене пристрій відрізняється тим, що в якості приводів циліндрів використовується ротор типу Савоніуса, що розміщується на кожній лопаті на осі обертання циліндрів і жорстко пов'язаний з ними. Можна стверджувати, що запропоноване пристрій має елементи новизни.
З близьких аналогів розглянемо "Повітряну турбіну Магнуса" (пат. США 4366386, F 03 B 5/00, F 30 D 7/06, 1982) і "вітроустановки" (заявка ФРН 3246694, F 03 D 5/00, 1984). Відмінності конструктивні: у аналогів приводом циліндра лопаті служить електродвигун з системою управління параметрами електродвигуна. На обертання циліндрів витрачається 10% електроенергії, що виробляється ВЕУ енергії. Пропонований привід - РТС працює від потоку вітру і повітряного потоку в окружному напрямку і не вимагає витрат енергії. Функціональні: аналоги практично не можуть бути використані в водному середовищі на протязі і в переносному вигляді в зв'язку з відносною складністю системи приводів і управління їх роботою.
Оцінимо геометричні та кінематичні параметри ротора типу Савоніуса. Числа обертів ротора і циліндрів навколо своєї осі дорівнюють відповідно 
1,85 - досвідчений коефіцієнт, де D pc - діаметр ротора і D ц - діаметр циліндра;
(3-4) - оптимальна (відповідає найбільшою підйомної силі Магнуса) величина співвідношень окружної швидкості обертання-циліндра і швидкості вітру. З умови n pc = n ц отримаємо такий вираз 
Воно пов'язує число обертів вітроколеса, діаметри ротора і циліндрів, розташування ротора по довжині лопаті (через величину R pc). Потужність ротора типу Савоніуса достатня для забезпечення обертання циліндрів і з числом обертів n BK складе близько 5% від потужності ВЕУ.
Як показали розрахунки, ККД пропонованої установки при однакових габаритних розмірах лопатей буде не нижче, ніж у розглянутих вище ВЕУ незважаючи на те, що частина довжини лопаті зайнята ротором Савоніуса, які мають меншу, ніж у циліндрів підйомну силу Магнуса.
На кресленні представлена установка, вид спереду.
 |
Пристрій містить вежу (опору) 1, горизонтальний вал 2 (з головкою або маточиною), лопаті 3 з циліндрами Магнуса 4 і торцевими дисками 5, а і ротори типу Савоніуса 6. Електрогенератор не показаний. При впливі на ВЕУ вітру почнуть обертатися навколо своєї осі ротори типу Савоніуса 6, змушуючи обертатися одночасно пов'язані з ними циліндри 4. З появою на циліндрах і роторах достатньої підйомної сили Магнуса і відповідного крутного моменту в площині, перпендикулярній валу, прийде в обертання ветроколесо. З початком обертання вітроколеса на ротори Савоніуса крім сили вітру почне діяти потік повітря в площині обертання вітроколеса. Збільшиться число обертів ротора і циліндрів, підвищиться підйомна сила Магнуса і крутний момент для обертання вітроколеса. У стаціонарному режимі число обертів вітроколеса дорівнюватиме величині (2). Запропонована установка істотно простіша, ніж існуючі ВЕУ з роторами Магнуса і економічна. Складається з простої форми і дешевих міцних лопатей, які можуть працювати як на повітрі, так і у водному середовищі на протязі. Можна створити прості установки переносного виду. Не вимагають витрат електроенергії на обертання циліндрів. Мають більш просту електричну схему управління, звідси і більш надійну. |
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Ветроустановка з роторами Магнуса, що містить вітроколесо з горизонтальним валом, радіальні лопаті у вигляді циліндрів з торцевими дисками, приводи для обертання циліндрів і електрогенератор, причому приводи виконані у вигляді роторів типу Савоніуса, які встановлені на осях обертання циліндрів і жорстко пов'язані з ними, яка відрізняється тим , що співвідношення між геометричними і кінематичними параметрами вітроустановки становить
де V в - швидкість вітру;
D ц і D pc - діаметр циліндра і ротора Савоніуса відповідно;
n вк - число обертів вітроколеса;
R pc - отстояние від осі вала точки на осі ротора Савоніуса, яка відповідає середній величині [V окррс]2 по довжині ротора;
V окррс - швидкість потоку на радіусі R pc при обертанні вітроколеса.
Версія для друку
Дата публікації 02.02.2007гг
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.