| 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 RU2049263
лопаті Вітроколесо
Ім'я винахідника: Будніков В.Ф .; Миколаївський Л.В.
Ім'я патентовласника: Миколаївський Лев Васильович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1991.02.07
Використання: у вітроенергетиці. Суть винаходу: елементи лопаті вітроколеса виконані у вигляді жорстко пов'язаних між собою лобовій частині, обтічника і хвостової частини, встановлених співвісно з утворенням каналів, при цьому лобова частина, обтічник і хвостовик виконані у вигляді тіл обертання, а торці лобовій частині і хвостовика виконані відкритими.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до енергетичного машинобудування і може бути використано в робочих колесах гідромашин, вітродвигунів.
Відомий вітроелектричні агрегат, що містить вітроколесо з порожніми лопатями, встановлене на порожнистої вежі з вікнами, всередині якої закріплені турбіна з генератором, причому на кінці кожної лопаті встановлено насос, наприклад, струменевий, забезпечений регулятором швидкості обертання вітроколеса. При цьому проточна частина насоса утворена двома дифузними каналами, виконаними співвісно під кутом до осі лопаті і з'єднаними кільцевим каналом з порожниною останньої, а регулятор швидкості виконаний у вигляді подпружиненной заслінки з вантажем, вбудованої в стінку одного з дифузорів [1]
Недоліками вітроелектричних агрегату є його конструктивна складність, низький коефіцієнт використання енергії вітру, а й обмежена область його застосування.
Відома лопать (прототип), що містить первинне крило, на шкарпетці якого встановлено вторинне крило або предкрилок з можливістю руху між робочим і холостим положеннями [2] У робочому положенні предкрилок (вторинне крило) розташований щодо первинного крила з проміжком, через який може проходити потік повітря .
У холостому положенні предкрилок щільно прилягає до носку первинного крила і фактично діє як цього носка. Предкрилок зміщується в робоче положення під дією зусилля пружин і повертається в неодружене положення, долаючи це зусилля під дією відцентрової сили.
Основним недоліком відомої лопаті є низький коефіцієнт використання енергії вітру, обумовлений тим, що аеродинамічна сила, що обертає вітроколеса, виникає, переважно в разі набігаючого вітрового потоку. Крім того, недоліком відомої лопаті є виникнення кінцевих вихорів на ній, що в результаті призводить до гальмування лопаті.
Мета винаходу усунення зазначених недоліків та підвищення коефіцієнта використання енергії вітру шляхом додаткового вітрового потоку і запобігання кінцевих вихорів, що виникають на кінцях лопаті.
Мета досягається тим, що елементи лопаті вітроколеса виконані у вигляді жорстко пов'язаних між собою лобовій частині, обтічника і хвостової частини, встановлених співвісно з утворенням кільцевих каналів, при цьому хвостова частина і хвостовик утворені обертанням навколо осі Крилової профілю відповідно позитивної і негативної кривизни, обтічник виконаний в вигляді тіла обертання з конусоподібної і напівсферичної частинами, спрямованими до хвостовика і лобової частини відповідно, а торці останніх виконані відкритими.
На фіг. 1 зображений загальний вид заявляється лопаті, поздовжній розріз; на фіг.2 паралелограм сил, які впливають на лопать в разі, коли вітровий потік спрямований паралельно осі симетрії в торцеве отвір лобової частини; на Фіг.3 паралелограм сил, які впливають на лопать, коли вітровий потік спрямований паралельно осі симетрії в торцеве отвір хвостовій частині; на фіг.4 вітрової потік, спрямований перпендикулярно осі симетрії в кільцевої зазор між лобовою і хвостовій частинами; на фіг.5 загальний вигляд робочого колеса вітродвигуна з лопатями, встановленими по відношенню один до одного під кутом 120 о; на фіг.6 перетин Б-Б на фіг.5; на фіг.7 зовнішній вітровий потік спрямований під кутом 45 о к осі симетрії лопаті.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Пропонована складова лопать виконана у вигляді аеродинамічного профілю і включає розташовані послідовно на одній осі симетрії з утворенням повітряних каналів між собою роз'ємні елементи: лобову частину 1, обтічник 2 і хвостовик 3, кожен з яких представляє собою тіло обертання. Причому лобова частина 1 являє собою тіло обертання, утворене обертанням крилоподібного профілю, наприклад профілю Жуковського, з позитивною кривизною, тобто опуклістю назовні, навколо осі симетрії 4. Хвостовик 3 і являє собою тіло обертання, утворене шляхом обертання навколо осі симетрії 4 елементи крилоподібного профілю з негативною кривизною, тобто опуклістю всередину. При цьому лобова частина 1 з'єднана нерухомо (будь-яким з відомих методів, наприклад, за допомогою тяг) з обтічником 2 з утворенням між ними повітряних каналів 5 і 6. Хвостовик 3 аналогічним чином з'єднаний з обтічником 2 з утворенням між ними повітряним каналів 7 і 8. послідовно з'єднуючись між собою, канали 5, 6, 7 і 8 утворюють контур, по якому переміщається вітрової потік, що надходить в нього через отвори 9 і 10 відповідно лобової частини 1 і хвостовика 3. Лобова 1 і хвостова 3 частини встановлені послідовно уздовж осі симетрії з утворенням між ними кільцевого каналу 11. Лопаті розташовані рівномірно по окружності робочого колеса (фіг.5), наприклад, під кутом 120 о за допомогою кріпильного отвору 12 в тілі обтічника 2 і порожнистої горизонтальної штанги 13, кінематично зв'язаної з опорної вертикальної штангою 14, встановленої з можливістю обертання в опорному підшипнику 15. |
Лопать працює наступним чином.
Розглянемо випадок, коли напрямок вітрового потоку збігається з напрямком осі симетрії (фіг.2).
В цьому випадку вітровий потік спрямований в торцеве отвір 9 лобовій частині 1. На фіг.2 прийняті наступні позначення: 
основний вітрової потік; 1 усереднений вектор повітряного потоку в нижньому перетині 6 повітряного каналу лобової частини 1; 
1 = + 1 допоміжний вектор, перпендикулярний підйомній силі, що виникає в профілі лобовій частині 1;
М 1 N 1 умовна лінія паралельна вектору 1 (лінії дії); 
1 підйомна сила, що виникає в нижньому профілі лобовій частині 1; 
1 тягне сила, що представляє собою горизонтальну геометричну проекцію підйомної сили.
Геометричні побудови векторів сил, що впливають на лопать, виконані на фіг.2 для нижнього перетину лобовій частині 1. Аналогічні побудови для верхнього перетину лобовій частині 1 і для будь-якого іншого перерізу лобовій частині 1, що проходить через вісь симетрії 4.
2 усереднений вектор повітряного потоку в нижньому перетині каналу 8 хвостовій частині 2; 2 = 
+ 2 допоміжний вектор, спрямований перпендикулярно підйомній силі, що виникає в профілі хвостовій частині 2;
M 2 N 2 умовна лінія, паралельна вектору 2; 2 підйомна сила, що виникає в нижньому профілі хвостовій частині 2; 2 тягне сила, що представляє собою горизонтальну геометричну проекцію підйомної сили 2.
Геометричні побудови векторів сил, що впливають на лопать, виконані на фіг.2 для нижнього перетину хвостовій частині 2. Аналогічні побудови для верхнього перетину хвостовій частині 2 і для будь-якого іншого перерізу хвостовій частині, що проходить через вісь симетрії 4.
При вході повітряного вітрового потоку через отвір 9 в повітряні канали 5, 6, 7 і 8 (фіг.2), він стає внутрішнім вітровим (повітряним) потоком 1, який на кінцевий внутрішній кромці лобовій частині 1 діє фактично як струменевий насос (інжектор), що перешкоджає зриву вітрового потоку з зовнішньої поверхні і котрий сприяє виникненню циркуляції вектора навколо профілю лобовій частині. Аналогічно викид повітря з отвору 10 хвостовика 3 діє як струменевий насос (ежектор) і перешкоджає зриву потоку з зовнішньої поверхні хвостовика 3, і сприяє виникненню циркуляції вектора навколо профілю хвостовика 3. Аналогічна картина складається і для інших фігур 3 і 4, тобто завдяки тому, що крилоподібні елементи виконані у вигляді тіл обертання, вони не мають "-решт", властивих звичайному авіаційному крила, і тому в лопаті відсутні кінцеві вихори, що роблять значний опір руху.
На кресленнях в побудові використані тільки якісні характеристики векторів, тобто враховуються тільки їх напрямки, а не алгебраїчні величини, крім того, не враховано сили опору, що виникають від впливу потоку на лопать.
У тривимірному просторі є сукупність підйомних сил i, що утворюють умовно два усічених конуса (для лобової частини 1 і хвостовика 3), розширені частини, тобто великі підстави яких спрямовані в бік напрямку руху (лобовою частиною вперед).
Більш складна картина спостерігається, коли потік спрямований не вздовж осі симетрії і не перпендикулярно їй (фіг.7).
Нехай, наприклад, потік спрямований під кутом 45 о к осі симетрії. При вході зовнішнього вітрового потоку в верхню частину торцевого отвору, він в каналі 7 стає внутрішнім повітряним потоком 9 хвостовій частині 3 і діє як струменевий насос (інжектор), який відсмоктує повітря з каналу 5 лобовій частині. Потік в каналі 5 слабкіше, ніж в каналу 7. При вході зовнішнього вітрового потоку в отвір 9 лобовій частині 1 він розбивається на два потоки: один 7 спрямовується в канал 6 лобовій частині, інший 10, під дією сил інжекції потоку 7, в канал 5 лобовій частині 1.
Потік повітря 9 діє як струменевий насос (ежектор), посилюючи потік 10.
потік 8, виходячи з каналу 6, частково засмоктується під дією 9 в канал 8.
На фіг. 7 показаний випадок, коли | 10 | > | |, Так як в будь-якому випадку, коли | 10 | > | | або | 10 | <| | завжди кут між 10 і близький до 90 о і тому | 10 | min | i |.
Нижня частина хвостовика (фіг. 7) є погано обтічним тілом, за яким відбувається відрив зовнішнього потоку з утворенням застійної зони, в якій тиск постійно. З іншого боку, в каналі 8 відбувається рух повітря. За формулою Бернуллі P / r + 1 / 2V 2 = const.
Таким чином, у нижній кромки хвостовика тиск Р нижн одно повного тиску Р нижн = r + 1 / 2V 2, де p тиск в каналі 8. Звідси Р нижн -p = 1/2 r V 2> 0, тобто результуюча R 8 направлена приблизно перпендикулярно хорді М 8 N 8 профілю та її геометрична проекція Т 8 на горизонталь спрямована в бік лобової частини.
У будь-якому випадку напрямок результуючої е
i на фіг.7 буде таке ж, як на фіг.1-3, хоча вона буде ослаблена завдяки тому, що можливий один з випадків:
1) | 10 | малий, напрямок 10 таке ж, як і інших i;
2) | 10 | малий, напрямок 10 протилежно напрямку інших i;
3) | 10 | = 0.
Лопать призводить робоче колесо вітроустановки в рух в тому випадку, коли е
i більше сил опору, під якими маються на увазі сили опору тиску вітрового потоку, тертя вітрового потоку і тертя в підшипниках, а й тягнуть сили, що виникають при дозвуковом обтіканні тіла обертання (лопаті), під деяким кутом атаки в зв'язку з розрідженням, яке утворюється на передній кромці лобовій частині 1 лопаті.
На фіг.2, 3, 4 і 7 наочно видно, що утворюється в каналах 5, 6, 7 і 8 вітрової потік спрямований по внутрішній поверхні, уздовж внутрішніх кромок лобовій частині 1, обтічника 2 і хвостовика 3. Що виникає при цьому підйомна сила i (по теоремі Жуковського) буде направлена перпендикулярно цьому потоку. Вона буде максимальною, коли вітровий потік спрямований строго в торцеві отвори 9 і 10 і буде ослаблений, коли основний вітрової потік направлений збоку, в кільцевої канал 11 між лобовою частиною 1 і хвостовиком 3.
Іншими словами, при будь-якому напрямку зовнішнього вітрового потоку і дотримання умов, при яких сума сил i більше суми сил опору, пропонована лопать при русі організовується лобовою частиною 1 вперед, тобто завжди однаково.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Лопаті Вітроколесо, що містить пов'язані між собою елементи, встановлені з утворенням каналу, що відрізняється тим, що, з метою підвищення коефіцієнта використання енергії вітру, елементи виконані у вигляді жорстко пов'язаних між собою лобовій частині, обтічника і хвостової частини, встановлених співвісно з утворенням кільцевих каналів, при цьому хвостова частина і хвостовик утворені обертанням навколо осі Крилової профілю відповідно позитивної і негативної кривизни, обтічник виконаний у вигляді тіла обертання з конусоподібної і напівсферичної частинами, спрямованими до хвостовика і лобової частини відповідно, а торці останніх виконані відкритими.
Версія для друку
Дата публікації 30.03.2007гг
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.