| 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 RU2235901
Ветродвігатель
Ім'я винахідника: Колесніков В.Д. (RU); Колесніков Д.В. (RU); Колесніков П.В. (RU)
Ім'я патентовласника: КОЛЕСНІКОВ Валерій Дмитрович (RU); КОЛЕСНІКОВ Дмитро Валерійович (RU); КОЛЕСНІКОВ Павло Валерійович (RU)
Адреса для листування: 12900, Саратовська обл., Г.Вольск, Пролетарський пров., 9, кв.32, В.Д.Колеснікову
Дата початку дії патенту: 2001.07.06
Винахід відноситься до вітроенергетики і може бути використано для приводу в рух робочих органів електрогенераторів, насосів та інших механізмів. Технічний результат полягає в підвищенні коефіцієнта використання енергії вітру і створенні вітродвигуна, здатного самостійно розганятися за рахунок аеродинамічної підйомної сили лопатей. Вітродвигун містить вал, закріплені на ньому радіальні траверси і шарнірно пов'язані з ними профільовані лопаті. Ось шарнірів кожної лопаті зміщена від центру ваги лопаті і фокуса аеродинамічного профілю в бік його носка, а лопаті закріплені в шарнірах з можливістю вільно повертатися в межах секторів, обмежених механічними упорами.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до вітроенергетики - використання енергії вітру для приводу в рух робочих органів електрогенераторів, насосів та інших механізмів.
Відомі вітродвигуни з вертикальною віссю обертання мають перевагу перед крильчасті вітродвигунів з горизонтальною віссю обертання, так як не вимагають орієнтації свого робочого органу - ротора по відношенню до повітряного потоку. У таких двигунах використовується підйомна сила лопатей - крил, нерухомо закріплених на роторі, для створення на валу ротора крутного моменту. Це, так звані, вітродвигуни системи Дарині (Шефтер Я.І. Використання енергії вітру. М .: Енергоіздат. 1983. С.71, 72). Основним недоліком таких двигунів є необхідність у примусовій розкручуванні ротора, після чого ротор починає сам віддавати енергію. Це пов'язано з тим, що при малих числах Z (відношення окружної швидкості лопаті до швидкості вітру) тільки на невеликій частині кругової траєкторії руху лопаті існують умови для безвідривного обтікання. Так, наприклад, при Z = 1 такі умови існують тільки на 8% траєкторії. Тому область застосування вітродвигунів системи Дарині обмежена, як правило, роботою з електрогенераторами, які можуть використовуватися в режимі запуску як електродвигуни (Абдрахманов Р.С., Переведенцев Ю.П. Поновлювані джерела енергії. Казань, вид-во Казанського університету, 1992, с .77, 78).
Відомі технічні рішення, в яких зроблені спроби створення вітродвигунів з вертикальною віссю обертання, здатних самостійно розганятися до робочих швидкостей обертання. У таких вітродвигуна передбачається застосування систем автоматичного регулювання (CAP) положення лопатей до набігаючого потоку (Винахідник і раціоналізатор. 1987, N 9. С.8, 9). CAP містить пристрій вимірювання швидкості і напряму повітряного потоку, обчислювальний комплекс і пристрій примусового повороту лопатей в положення, при яких момент аеродинамічних сил, що діють на ротор вітродвигуна, має максимальне значення. Застосування CAP, на думку авторів, може бути виправдано тільки на вітродвигуна великої потужності (понад 1000 кВт) з економічних міркувань. Відомо і технічне рішення (а.с. SU 1456638 А1), вбрання авторами в якості прототипу, в якому роль регуляторів положення лопатей щодо повітряного потоку виконують аеродинамічні поверхні - стабілізатори, закріплені па лопатях. Самі ж лопаті закріплені на траверсах ротора шарнірно і від вільного кутового переміщення утримуються пружними елементами із змінною за допомогою відцентрових регуляторів жорсткістю. Причому вісь, щодо якої можливо кутове переміщення лопаті, проходить по центру тяжкості лопаті. Для цього конструкцією вітродвигуна передбачені противаги, що врівноважують вага стабілізаторів. Основним недоліком прототипу автори вважають те, що стабілізатори, виконавши свою роль при розгоні ротора, стають аеродинамічними гальмами при робочих швидкостях обертання ротора, тим самим знижуючи коефіцієнт використання енергії вітру. Крім того, наявність в конструкції шарнірних вузлів пружних елементів з регульованою жорсткістю, відцентрових регуляторів жорсткості, стабілізаторів ускладнює вітродвигун, погіршує його економічні характеристики. Тому завданням, на вирішення якої спрямовано пропоноване винахід, є створення вітродвигуна з вертикальною віссю обертання, що використовує аеродинамічну підйомну силу лопатей, здатного самостійно розганятися. Інше завдання винаходу полягає в підвищенні коефіцієнта використання енергії вітру в порівнянні з прототипом.
Вирішення зазначених завдань досягається створенням ротора зі вільно повертаються щодо поздовжньої осі профільованими лопатями (мають в поперечному перерізі аеродинамічний профіль) - в межах секторів з кутами до 60 °. Причому вісь кутового переміщення лопаті, що є і віссю шарнірів кожної лопаті, зміщена щодо центру ваги і фокуса аеродинамічного профілю лопаті в сторону носка профілю. Роль регулятора поточного становища лопаті по відношенню до набігаючого потоку на стороні ротора, зверненої до вітру, виконує взаємодія моментів сил аеродинамічних і відцентрової. Це дозволяє відмовитися від застосування стабілізаторів і тим самим виключити втрати енергії, пов'язані з аеродинамічним опором стабілізаторів на робочих швидкостях прапори.
На стороні ротора, зверненої від вітру, ні умов для реалізації зазначеного способу регулювання положення лопатей щодо потоку, моменти аеродинамічних і відцентрової сил не врівноважуються взаємно. Лопаті, притискаючись до упорів, займають таке ж положення, як на роторі з нерухомо закріпленими лопатями.
 |
 |
На фіг.1 зображено пропоноване винахід - вітродвигун з вертикальною віссю обертання, де прийняті наступні позначення: 1 - вал ротора вітродвигуна; 2, 3 - радіальні траверси; 4, 5 - профільовані лопаті; 6 - шарнірні підшипникові вузли; 7 - пластини з механічними упорами; 8, 9 - механічні упори; ЦТ - центр ваги крила; Ф - фокус аеродинамічного профілю. На фіг.2 представлені розрахункові розгорнуті епюри безрозмірних моментів сил для одного крила на всій кругової траєкторії руху при Z = 1 і Z = 5.
На маточинах вертикального вала 1 закріплені радіальні траверси 2, 3, які разом з валом і профільованими лопатями 4, 5 утворюють ротор, утримуваний у вертикальному положенні відтягненнями. Лопаті закріплені на кінцях траверс за допомогою шарнірних підшипникових вузлів 6 з можливістю вільного повороту щодо поздовжніх осей, в межах сектора до 60 °, причому вісь обертання зміщена від лінії фокусу і центру тяжіння лопаті в сторону носка профілю настільки, щоб виконувалася умова рівності моментів сил інерції і аеродинамічних. На нижніх траверсах закріплені рухливі підстави - пластини 7 з упорами 8, 9, обмежують дозволені сектора повороту лопатей.
Зі стану спокою ротор вітродвигуна виводиться моментами сил, пов'язаними з різницею тисків швидкісного напору вітру на носові і хвостові частини лопатей в разі, якщо ротор має дві лопаті, і вони розташовані так, що лопать, що знаходиться на стороні ротора, зверненої до вітру, не досягає упору 9. Подальший поворот ротора призводить до того, що під дією моменту аеродинамічних сил одна з лопатей, повертаючись в шарнірах, досягає упору 9 і починає обертати ротор. На стороні ротора, зверненої від вітру, при Z <1 лопаті спираються на упори 8 і, в основному, звернені до сумарного вектору швидкісного напору з закритичних кутами атаки, проте, напрямок моментів аеродинамічних сил залишається позитивним, тобто не протидіє обертанню ротора. Подальше збільшення швидкості обертання ротора викликає збільшення моментів аеродинамічних сил на всій кругової траєкторії руху лопатей. На стороні ротора, зверненої до вітру, положення лопаті по відношенню до вектора швидкісного напору визначається рівністю моментів сил аеродинамічних і відцентрової. На стороні ротора, зверненої від вітру, лопать притиснута до упору 8.
При досягненні кутової швидкості, при якій Z = 3, лопаті на всій траєкторії руху притискаються відцентровими силами до упорів 8 і вітродвигун працює як звичайний вітродвигун системи Дарині. Однак на відміну від прототипу в пропонованому винаході відсутні втрати енергії, пов'язані з аеродинамічним опором стабілізаторів, що дозволяє підвищити коефіцієнт використання енергії вітру в порівнянні з прототипом.
Розгорнуті епюри безрозмірних моментів сил для ротора з однієї лопатою при Z = 1 і Z = 5 представлені на фіг.2. Для обчислення моментів сил використовувалися поляри кругової продувки крила з симетричним профілем. Управління швидкістю обертання ротора здійснюється зміною положення рухливих пластин 7. Цим досягається зміна положення упорів 8 і відповідно - лопатей, які перебувають на стороні ротора, зверненої від вітру. Видалення упору 8 від центру ротора спочатку викличе зменшення кута атаки лопаті, а потім і перехід його на негативні значення, при яких момент обертання, що передається лопатою ротора, стане негативним, в результаті приріст швидкості в залежності від положення упору 8 або припиниться, або ротор буде сповільнювати обертання. Поворот пластини 7 з упором 8 на 90 ° щодо осей гойдання крил призведе до зупинки ротора.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Вітродвигун, що містить вал, закріплені на ньому радіальні траверси, шарнірно пов'язані з ними профільовані лопаті, що відрізняється тим, що вісь шарнірів кожної лопаті зміщена від центру ваги лопаті і фокуса аеродинамічного профілю в бік його носка, а лопаті закріплені в шарнірах з можливістю вільно повертатися в межах секторів, обмежених механічними упорами.
Версія для друку
Дата публікації 30.01.2007гг
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.