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 RU2076947

ПЕРЕТВОРЮВАЧ ЕНЕРГІЇ

Ім'я винахідника: Зубарєв Костянтин Васильович; Зубарєв Олександр Костянтинович; Медведєв Валентин Вікторович
Ім'я патентовласника: Зубарєв Костянтин Васильович; Зубарєв Олександр Костянтинович; Медведєв Валентин Вікторович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1994.06.07

Використання: у вітроенергетиці, гідроенергетиці, а й в транспортних засобах. Перетворювач енергії містить ферму 1, змонтований в ній з можливістю повороту вертикальний вал 2, на якому поярусно укріплені горизонтальні траверси з поворотними елементами 5, кожна нижня пара траверс 4 розгорнута по горизонталі щодо верхньої, а кожен поворотний елемент 5 виконаний складається з пари сітчастих каркасів 19 , 20 обтічної форми, укріплених з можливістю взаємного переміщення уздовж траверси 4. Каркаси 19, 20 обтягнуті сітками 21, 22 з різною за розміром вічком. Одна з сіток 21, розташована з зовнішнього боку, є опорною і має меншу за розміром вічко. Друга сітка 22, внутрішня, з більшою вічком, забезпечена вітрильними елементами 23, укріпленими на одній зі сторін кожної комірки. Кожен з вітрильних елементів 23 виконаний з еластичного матеріалу з розміром, що відповідає розміру вічка.

ОПИС ВИНАХОДИ

Передбачуване винахід відноситься до енергетики, зокрема до перетворювачів енергії, що працює від повітряних або водних потоків.

Відомо безліч перетворювачів енергії з різним виконанням поворотних площин, пластин і лопатей, які шарнірно укріплені в різних положеннях, оптимальних в аеродинамічному відношенні для створення опору як назустріч, так і проти робітничого середовища. Ці перетворювачі працюють, як правило, при порівняно стабільних параметрах робочого середовища, що в реальних умовах зустрічається вкрай рідко і не дозволяє істотно підвищити ККД (до 25%).

Відомий "Карусельний вітродвигун" [1] містить вертикальний вал з радіальними лопатями, які виконані у вигляді рамок. На кожній з рамок з можливістю повороту щодо горизонтальних осей укріплені поворотні елементи у вигляді пластин з відігнутими краями. Відоме пристрій, нескладне по конструкції, має істотний недолік воно недостатньо ефективно перетворює енергію потоку робочого середовища, не передбачає можливості управління цим потоком при зміні умов і параметрів робочого середовища. Пристрій має і обмежений діапазон потужності. Збільшення її призведе до істотного збільшення площі радіальних лопатей.

Відомий і "вітрових" [2] містить вертикальний вал, на якому укріплені поворотні елементи з гнучкими лопатями. Лопаті виконані у вигляді тонкостінних панелей з внутрішніми порожнинами. Цей пристрій і недостатньо ефективно через обмежені його можливостей. При мінусових показниках робочого середовища і при значних пружних деформаціях матеріал лопатей не забезпечить не тільки передбачуваного ККД, але і довгострокової роботи пристрою.

Найбільш близьким до заявляється є, на наш погляд "вітрових" [3]

Відомий вітродвигун містить: ферму, змонтований в ній з можливістю повороту вертикальний вал, на якому поярусно укріплені горизонтальні траверси з поворотними елементами, а й програмне пристрій повороту, кінематично пов'язане з поворотними елементами. Причому кінематичні зв'язку програмного пристрою мають різні передавальні відносини з поворотними лопатями різних рядів і виконані у вигляді ланцюгових передач.

Основним недоліком даного пристрою при його конструктивної складності і є невисока його ефективність при значних коливаннях параметрів зовнішнього середовища (температури, сили вітру, атмосферних опадів), так як численні кінематичні зв'язку, зокрема ланцюгові передачі, не зможуть гарантувати стабільну роботу в цих умовах. Викликає сумнів і надійність роботи пристрою через підвищену його складності.

Основним завданням, яке поставили перед собою автори пропонованого винаходу, є підвищення ефективності використання енергії як повітряного, так і водного потоку. Попутної завданням є створення нескладного по конструкції і надійного в роботі пристрою.

Поставлена мета досягається тим, що в запропонованій конструкції, що містить ферму, змонтований в ній з можливістю повороту вертикальний вал, на якому поярусно укріплені горизонтальні траверси з поворотними елементами, кожна нижня пара траверс розгорнута щодо верхньої на кут 35-55 ^o, а кожен поворотний елемент виконаний складається з пари сітчастих каркасів обтічної форми, укріплених з можливістю взаємного переміщення уздовж траверси, при цьому каркаси обтягнуті сітками з різною за розміром вічком, з яких принаймні одна забезпечена вітрильними елементами. При цьому одна з сіток, розташована із зовнішнього боку і має меншу за розміром вічко, є опорною, а друга, внутрішня, з більшою вічком, забезпечена вітрильними елементами, укріпленими на одній зі сторін кожної комірки. Причому кожен з вітрильних елементів виконаний з еластичного матеріалу з розміром, що відповідає розміру вічка.

Установка кожної наступної пари траверс з розворотом щодо розташованої вище дозволяє найбільш повно враховувати зміни напрямків повітряних потоків.

Виконання поворотних елементів у вигляді пари сітчастих каркасів обтічної форми, встановлених послідовно в одному напрямку, з можливістю повороту щодо вертикального вала, дозволяє створити крутний момент, що дорівнює різниці опорів робочої середовищі "цільного" і відкритого вітрил. При цьому виникає різниця опорів є основною складовою рушійної сили (складової ККД) енергопреобразователя.

Виконання каркасів у вигляді аеродинамічний обтічної форми дозволяє значно поліпшити роботу вітрила, зокрема пропонована напівциліндричні форма дозволяє поліпшити результат на 10-20% в порівнянні з плоским вітрилом.

Опорна і вітрильна сітки в робочому положенні розташовані впритул один до одного і при впливі робочого середовища з боку парусної сітки пір'я парусної сітки притискаються до опорної сітці і утворюють "цілісний парус". При впливі робочого середовища з боку опорної сітки пір'я (клапті) повертаються або згинаються (відкривають), забезпечуючи значно менший опір робочої середовищі, ніж на "цілісному вітрилі".

Установка об'ємних каркасів з можливістю переміщень щодо траверси (на відстань не більше ніж ширина клаптя) дозволить регулювати потужність пристрою при різних погодних змінах, тобто знижувати або відключати потужність при сильному вітрі (штормі, ураган).

Набірний з клаптів вітрило легко фіксувати на каркасі об'ємної аеродинамічній обтічної форми, що значно покращує роботу складального вітрила. Оптимальна об'ємна форма в даний час додатково опрацьовується, але і пропонована напівциліндричні форма відрізняється від плоского на 10-20% на користь об'ємного.

Форма клаптя (пера) і його розміри, як правило, повинні повторювати форму і розміри осередків парусної сітки (можливо розташування декількох шматків, які повторюють в сумі одну клітинку сітки). Основною вимогою до форми клаптів є більш щільне перекриття опорної сітки при вільному проході в клітинку парусної сітки (або найбільш щільного відкриття).

Сітки опорна і вітрильна можуть бути звичайними металевими (дротяними) сітками.

Матеріал клаптя (пера) залежить від експлуатованої середовища (вода, течія, відлив або повітря, вітер) і для повітря (вітру) може бути парашутним шовком, парусиною або інший щільною матерією, просоченою вологовідштовхуючим складом або полімерними плівками типу морозотривкої поліетиленової плівки, т. е. матеріалами, такими, що відповідають вимогам легкості, міцності, морозостійкості, влагонепоглощаемості, гнучкості і т.п. вимогам. Для роботи в воді вимоги до матеріалу клаптя (пера) відрізняються насамперед зниженою вологопоглинання, стійкістю до размоканию і іншими аналогічними вимогами. Вага матеріалу може бути трохи більшим, ніж для повітря, тобто для води в якості клаптя (пера) можуть бути використані гума, тонколистові алюмінієві сплави (у прісній воді), титанові сплави, полімерні пластини, пластики та інші матеріали, стійкі до впливу морської води.

Існуючі сьогодні матеріали і технології їх обробки теоретично дозволяють створити "вітрильні" перетворювачі для вітру з ККД більше 50%.

На фіг.1 схематично зображено вітроенергетична установка, вид збоку (розріз); на фіг.2 Що ж, вид в плані (частковий вирив); на Фіг.3 схематично зображено збірка набірного продувається в одному напрямку вітрила і його управління; на фіг.4 схематично зображено робота групи клаптів в двох напрямках.

Конструкція вітроенергетичної установки (фіг.1, 2) є наступними: сталева ферма 1, на якій змонтований вертикальний вал 2, у верхній частині спирається на упорно-радіальний підшипник 3. По висоті на валу жорстко закріплені вісім хрестоподібних траверс 4, що утворюють чотири яруси (поверху), де на кожному ярусі кріпиться по чотири вітрила 5, тобто всього шістнадцять вітрил. Кожен ярус відносно один одного повернуть на 45 ^o. Між ярусами вал радіально обмежений прохідними втулками 6. Нижній кінець вала через жорстку муфту 7 пов'язаний з передавальним валом 8, нижній кінець якого обмежений радіальним підшипником 9. Таким чином, ротор перетворювача висить на верхньому наполегливому підшипнику. На передавальному валу 8 через обгону муфту 10 посаджений провідний шків ротора 11, передає крутний момент через ремінну перехресну передачу 12 на підвищувальний редуктор 13, який на вихідному валу має шків-маховик 14 на обгонной муфті 15, передає крутний момент на шків 16 генератора постійного струму 17. Генератор 17 працює на блок акумуляторів 18, який через перетворювач 18 видає електроенергію споживачеві.

Набірний продувається в одному напрямку парус зображений на Фіг.3 і являє собою збірну конструкцію, що складається з двох жорстких каркасів, одного каркаса опорної сітки 19 і одного каркаса парусної сітки 20. На каркас опорної сітки 19 закріплена опорна сітка 21 з квадратної вічком розміром 30х30 мм . На каркас парусної сітки 20 закріплена вітрильна сітка 22 з квадратної вічком розміром 100х100 мм із сталевого оцинкованого дроту діаметром 1,6 мм. Кожна осередок парусної сітки 22 перекрита клаптем 23 з морозостійкого поліетиленової плівки товщиною 0,5 мм квадратної форми, розміром 98Х98 мм. Форми каркасів і сіток (опорної і парусного) подібні і відрізняються тільки розмірами, що дозволяє вітрильний каркас 20 з сіткою 22 вставляти в опорний каркас 19 з опорної сіткою 21. Кріплення кожної парусної сітки з каркасом до кожної опорної сітці з каркасом здійснюється через пружини стиснення 24 на три або чотири штиря 25, приварених до опорного каркасу. Таке кріплення дозволяє відсувати вітрильну сітку з каркасом від опорної сітки на ширину клаптя, тобто на 90-100 мм при заданому зусиллі. У зібраному, робочому стані клапті (пір'я) парусної сітки розташовуються в безпосередній близькості від опорної сітки і складають цілісний вітрило.

Площа одного шматка (пера) залежить від властивостей матеріалу і повинна бути мінімальною по набору з клаптів, тобто загальна площа складального вітрила обмежується потрібної потужності установки і регіональних умов робочого середовища. Наприклад, при опорній сітці з вічком 30х30 мм вітрильна сітка може бути з вічком 100х100 мм або 100х50 мм. При цьому розмір клаптя складе 98Х98 мм або 98х48 мм. Сітки можуть бути полімерними (капрон, нейлон), для парусної сітки як мінімум оцинкованими і максимум нержавіючими. Підвищені вимоги до матеріалу парусної сітки щодо корозійної стійкості виправдовуються довговічною роботою в змінних (атмосферних) погодних умовах.

Для штатного або автоматичного відключення вітрила при досягненні ротором певних оборотів (максимальних) кожен вітрильний каркас через гнучку зв'язок 26 навантажений вільним вантажем 27, який під дією відцентрових сил виробляє автоматичне відсуванням парусної сітки, а при падінні оборотів ротора сітки автоматично приймають робоче положення.

Робота вітроенергетичної установки полягає в наступному: швидкісний тиск вітру з одного боку вала 2 притискає клапті 23 до опорної сітці 19, утворюючи і впливаючи на "цілісний" парус, з іншого боку вала вітер розгортає клапті 23 на продувається стороні і з набагато меншим опором проникає в утворені щілини і сітки.

Виникає різниця опору становить різні зусилля на "цілісному" і "відкритому" вітрилах, в результаті чого виникає крутний момент і вал 2 ротора починає обертатися в одну сторону. У міру обертання валу вітрила змінюють положення, клапті чергового вітрила притискаються до опорної сітці, утворюючи "цілісний" парус, і процес триває до тих пір, поки є тиск вітру. Розташування вітрил на траверсах вала вибрано таким чином, що в роботі знаходиться як мінімум два вітрила в повному перерізі і два вітрила в проекції до вітру, що становлять один повний вітрило. Маючи повний переріз "цільного" вітрила 1 м і різниця парусність в різних напрямках руху ротора, тобто закритого вітрила і відкритого вітрила як 1: 0,3, має право розраховувати, що на протилежних сторонах вала зусилля будуть виникати в аналогічному відношенні. За середньостатистичними даними, на 1 м суцільний стінки виникає зусилля до 100 кгс. Через неповну щільності цільного вітрила виникає зусилля буде менше і буде падати при нарощуванні швидкості обертання ротора, але початкове зусилля можна прийняти не менше 0,8 від статистичного, що становитиме різницю зусиль 80 кгс 30 кгс 50 кгс. Оскільки середина вітрила знаходиться на радіусі 1 м, крутний момент складе 50 кгм. Оскільки в роботі знаходиться три вітрила одночасно, крутний момент може досягати 150 кгм. При середній швидкості вітру 8 м / сек і ККД, що дорівнює 50% швидкість обертання ротора складе:



або приблизно 40 об / хв, що через співвідношення моменту і частоти обертання складе потужність близько 6 кВт.

Управління вітрилами передбачається шляхом розсування парусної і опорної сіток в разі відключення вручну, або при виникненні вітру, що перевищує номінальну швидкість, розсування сіток відбувається автоматично за рахунок виникнення достатньою відцентрової сили, що впливає на вантаж і через гнучку зв'язок на вітрильну сітку.

Для досягнення рівномірного обертання електрогенератора в схемі передбачені маховик, обгінні муфти, електроакумуляторів, перетворювач, електронні схеми управління потужністю генератора, тобто питання вирішується відомими способами.

Експериментальна установка, що має вісім вітрил розміром 1 м х 1 м 1 м ² кожен, розташованих навколо вертикального вала по чотири штуки в два яруси по висоті, розгорнуті на 45 ^o відносно один одного, показала стійку роботу і відмінний від відомих автору ККД на користь " парусної ". Пір'я (клапті) на установці виконані розміром: 50 мм завширшки і 250 мм довжиною, з морозостійкого поліетиленової плівки товщиною 0,5 мм і показали хорошу стійкість в усі сезони. На всіх восьми вітрилах працювали 608 клаптів, і за весь час випробувань з ладу вийшло шість шматків, і то за рахунок невисокої якості виконання кріплення (пайка, зварювання навколо дроту парусної сітки). Заміна або ремонт клаптя труднощів не викликають.

Випробування моделей з розмірами вітрил 100х100 мм і розміром пера 95х25 мм дали наочний результат по ККД і аеродинамічній формі вітрила. На моделі встановлено, що при високих швидкостях вітру, тобто при 250-400 об / хв на радіусі 150 мм клапті встигають спрацьовувати на відкривання і закривання, що дозволяє створювати переносні мініустановкі потужністю до 100 Вт, корисні в експедиціях, туристичних походах та інших подібних ситуаціях, у віддалених сигнальних точках. Можливе використання пропонованого перетворювача, наприклад, в цільових вітроенергетичних установках, де доцільно безпосереднє застосування механічної енергії. Це можуть бути насосні, компресорні і гідравлічні станції або їх комбінації аж до теплових (холодильних) установок. Набірний продувається в одному напрямку вітрило в режимі двигуна може бути і використаний на морських і річкових суднах, що не вимагають високих швидкостей переміщення. У режимі двигуна подібні вітрила можуть виявитися перспективними при створенні транспортних засобів на повітряній подушці, махоліт та інших засобів, що використовуються для переміщення як по повітрю, так і по воді.

Таким чином, "парус" для вітроенергетичних установок забезпечує ККД до 50% безшумність роботи, простоту конструкції і управління нею, і в залежності від регіональних атмосферних умов широкий діапазон установок різних потужностей.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Перетворювач енергії, що містить ферму, змонтований в ній з можливістю повороту вертикальний вал, на якому поярусно укріплені горизонтальні траверси з поворотними елементами, що відрізняється тим, що кожна нижня пара траверс розгорнута щодо верхньої по горизонталі, а кожен поворотний елемент виконаний складається з по меншій міру пари сітчастих каркасів обтічної форми, укріплених співвісно з можливістю переміщення уздовж траверс, при цьому каркаси обтягнуті сітками з різною за розміром вічком, одна з яких, розташована з внутрішнього боку, забезпечена вітрильними елементами.

2. Перетворювач по п.1, що відрізняється тим, що одна з сіток, укріплена на зовнішньому каркасі, має меншу за розміром вічко і є опорною.

3. Перетворювач по п.1, що відрізняється тим, що вітрильні елементи виконані з еластичного матеріалу, укріплені на одній зі сторін вічка внутрішньої сітки і мають розмір, відповідний розміру вічка.

4. Перетворювач по п. 1, який відрізняється тим, що кожна нижня пара траверс розгорнута щодо верхньої по горизонталі на кут в межах 30-55 ^o.

Версія для друку
Дата публікації 30.03.2007гг

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