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 RU2141059

ОДИН БІК (лопаті) для вітряків З самоустановкою УГЛА АТАКИ ДО НАПРАВЛЕННЯ набігаючого потоку СЕРЕДОВИЩА

Ім'я винахідника: Мікуленок В.В .; Данилевич Я.Б .; Кириченко Б.Е .; Сапожников В.А .; Юдін Ю.В.
Ім'я патентовласника: Державне підприємство Відділ електроенергетичних проблем Відділення фізико-технічних проблем енергетики РАН
Адреса для листування: 191186, Санкт-Петербург, Палацова наб., Буд.18, ОЕЕП РАН, Станковская В.М.
Дата початку дії патенту: 1998.12.23

Крило (лопать) призначене для енергетичних силових установок, що використовують енергію потоку середовища і перетворюють її в механічну енергію, а й може бути використано як жорстке вітрило-крило, вітродвигун, гідродвигун і ін. Крило з самоустановкою кута атаки до напрямку потоку, що набігає середовища встановлено на рухається конструкції з можливістю обертання навколо власної осі. Крило містить пристрій зміни кута атаки крила шляхом повороту його осі за допомогою впливу на нього через кінематичний зв'язок закрилки, встановленого на задній кромці крила з можливістю повороту. Пристрій зміни кута атаки являє собою вісь, один кінець якої розташований всередині закрилки між двома пластинами і загнутий під кутом 120-135 ° з можливістю переміщення між даними пластинами, при цьому вісь виконана з можливістю обертання, а її другий кінець розташований всередині крила і кінематично пов'язаний з рухомої конструкцією з можливістю напружено-пружного зворотного повороту при перевищенні робочого моменту обертання осі. Кінематичний зв'язок частини осі пристрою зміни кута атаки, розташованого в крилі, з рухомої конструкцією, виконана у вигляді встановленої на осі конічної шестерні, що входить в зачеплення з конічною шестернею, змонтованої в корпусі рухається конструкції, або у вигляді гнучкої зв'язку. Пристрій дозволяє максимально використовувати енергію набігаючого потоку.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області енергетичних силових установок, що використовують енергію потоку середовища і перетворюють її в механічну енергію, а й до області движетеля і може бути використано як жорстке вітрило-крило, вітродвигун, гідродвигун і ін.

Відомий вітроелектричні агрегат за авторським свідченням СРСР N 1442692/1 /, що містить встановлений на вертикальному валу ротор з поворотними лопатями на горизонтальних несучих траверсах. Пристрій повороту крил включає в себе тяги, попарно приєднані одними кінцями до лопат, при цьому пристрій повороту забезпечено кривошипно-шатунними механізмами, шатун кожного з яких за допомогою важелів і шарнірів пов'язаний з іншими кінцями тяг кожної пари.

Така схема дозволяє забезпечити повну незалежність аеродинамічних режимів роботи кожної лопаті від напрямку вітру. Однак обмеження рухливості перешкоджає створенню сили тяги окремого крила на всій траєкторії захоплюваної поверхні. Це призводить до помітного зниження коефіцієнта використання енергії вітрового потоку.

Відома шарнірна лопать з автоматичним регулюванням кута атаки і кривизни профілю за патентом США 5193978/2 /, прийнята в якості прототипу, що містить передню секцію, яка за допомогою параллелограмной пристрою повертається навколо своєї вертикальної осі (паралельної осі обертання ротора, до якої кріпляться радіальні траверси крил ), і встановлюється під деяким кутом атаки до набігаючого потоку. Задня секція лопаті з'єднана з передньою допомогою шарнірного пристрою. Керуючий важіль з'єднаний шарнірно з віссю лопаті і за допомогою параллелограмной механізму з задньої секцією лопаті. Задня секція лопаті, повертаючись одночасно з передньої, завжди розташована паралельно керуючому важеля, що призводить до зміни кута атаки лопаті, а напрямок потоку паралельно керуючому важеля, - таким чином, кривизна профілю змінюється. На великих кутах атаки можливе отримання максимальної підйомної сили. Лопать може використовуватися для перетворення енергії потоку або для руху в потоці.

Недоліками прототипу є:

1. Наявність виступаючих важелів, що створюють аеродинамічні втрати.

2. Погана стабілізація становища лопаті в потоці - лопать може піти на негативний кут атаки.

3. При флюгування від шквального вітру закрилок розташовується під прямим кутом до потоку, що створює ймовірність руйнування конструкції.

4. Неможливість зробити повний оборот навколо своєї осі, тому що керуючий важіль має дві жорстко зафіксовані точки установки.

Все це не дозволяє максимально використовувати енергію вітро- чи гідропотока.

Завданням, розв'язуваної пропонованим винаходом, є максимальне використання енергії вітрового або водного потоку за рахунок досягнення наступного технічного результату: істотного, до 0.8, підвищення коефіцієнта використання енергії вітро- чи гідропотока; можливості ефективного використання в якості автоматично встановлюється на потік крила.

Поставлена ​​технічна задача досягається тим, що в крилі з самоустановкою кута атаки до напрямку потоку, що набігає середовища, встановленим на рухомій конструкції з можливістю обертання навколо власної осі і містить пристрій зміни кута атаки крила шляхом повороту його осі за допомогою впливу на нього через кінематичний зв'язок закрилки, встановленого на задній кромці крила з можливістю повороту, пристрій зміни кута атаки являє собою вісь, один кінець якої розташований всередині закрилки між двома пластинами і загнута під кутом (120-135) ^{o C} з можливістю переміщення між даними пластинами, при цьому вісь виконана з можливістю обертання , а її другий кінець розташований всередині крила і кінематично пов'язаний з рухомої конструкцією з можливістю напружено-пружного зворотного повороту при перевищенні робочого моменту обертання осі.

Кінематичний зв'язок частини осі пристрою зміни кута атаки, розташоване в крилі, з рухомої конструкцією, виконана у вигляді встановленої на осі конічної шестерні, що входить в зачеплення з конічною шестернею, змонтованої в корпусі рухається конструкції або у вигляді гнучкої зв'язку.

Суть винаходу пояснюється кресленнями на прикладі ветрогідродвігателя, на яких зображені:

Фіг. 1, - загальний вигляд ветрогідродвігателя; Фіг. 2 - вид зверху з векторними схемами швидкостей і сил; Фіг. 3 - крило з закрилками; Фіг.4 - кінематична схема пристрою самоустановки кута атаки. Винахід містить вертикальний ротор з лопатями 1, вал 2 якого змонтований на підставі 3. Усередині підстави 3 розташовані мультиплікатор і електрогенератор, не показані на кресленнях. Нижній кінець вала кинематически з'єднаний з валом мультиплікатора. У верхній частині валу 2 встановлено втулка 4, до якої жорстко приєднані радіальні штанги 5, рівномірно розташовані по колу. Кількість радіальних штанг 5 дорівнює кількості лопатей 1. В описуваному прикладі виконання конструкції вітродвигуна розглядається варіант трехлопастного ротора, але число лопатей може бути і більшим. Лопаті 1 змонтовані на кінцях радіальних штанг 5 з можливістю вільного обертання навколо осей валиків 6, паралельних осі вала ротора 2 ротора. Кожна лопать 1 складається з нижнього крила 7, верхнього крила 8 і керуючого закрилки 9. Нижня 7 і верхнє 8 крила жорстко з'єднані між собою валиком 6, вільно обертається в підшипнику 10, який змонтований в корпусі 11, жорстко встановленому на кінці радіальної штанги 5. Таким чином, кожна пара крил 7 і 8 вільно обертається навколо своєї осі, паралельної осі вала 2 ротора. Трапецієподібні в плані крила 7 і 8 мають гідродинамічний симетричний профіль. Осі обертання крил 7 і 8 проходять через фокус крила на відстані в 30% хорди від передньої кромки, що не викликає зміщення центру динамічного тиску потоку на робочих кутах атаки лопаті, і флюгування лопаті при шквальних поривів вітру забезпечується в основному закрилком, встановленим за задньою кромкою крила 8.

Крила збалансовані так, щоб їх центри мас перебували на осі обертання, тобто на осі валика 6, це виключає вплив відцентрових сил на аерогідродинамічні сили при обертанні ротора.

Керуючий закрилок 9 розташований на задній кромці крила 8, він має гідродинамічний (взаємовигідний) профіль. Площа керуючого закрилки 9 становить приблизно 10% від площі бічної поверхні лопаті, що забезпечує хорошу керованість і стабілізацію положення лопаті в потоці. Керуючий закрилок 9 призначений для установки лопаті 1 на оптимальний кут атаки до вектору швидкості удаваного потоку. Аерогідромеханіческая установка лопаті проводиться за допомогою пристрою установки кута атаки, розташованого в корпусі 12 всередині обшивки 13 верхнього крила 8. Керуючий закрилок 9 встановлений з можливістю повороту навколо осей 15, що обертаються в підшипниках 16, які змонтовані на кронштейнах 17, закріплених на задній кромці крила 8 . Усередині закрилки 9 встановлені дві паралельні плоскі пластини 18 з гарантованим зазором між собою. У зазор між пластинами 18 заходить вісь кривошипа 19, яка нерухомо з'єднана з віссю механізму 20 під кутом (120-135) ^o, що обертається в підшипниках 21. Вершина кута перетину осей 19 і 20 знаходиться на осьовій лінії шарнірних осей 15 і поворот закрилки 9 на деякий кут перетвориться в обертання осі 20 і навпаки. На інший кінець осі 20, що має плоску площадку на бічній поверхні, встановлена ​​конічна шестерня 22 з можливістю повороту при перевищенні робочого моменту обертання. Зубчасте колесо 22 забезпечено механізмом стеження з регулюванням моменту повороту на осі 20 для забезпечення флюгування лопаті при шквалі і входить в зачеплення з конічним зубчастим колесом 23. Конічна шестерня 23 має можливість вільно повертатися на валику 6. Фланець конічної шестерні 23 на бічній поверхні має поглиблення 24 , до якого за допомогою притискного пристрою (наприклад, ферма Мізеса) підібганий фіксує ролик 25. ролик 25 фіксує шестерню 23, не дозволяючи їй повертатися щодо корпусу 11, і може бути віджатий від неї важелем відцентрового регулятора 26.

При збільшенні кутової швидкості вище розрахункової відцентрова сила F _цб маси регулятора 26 збільшується і важіль 27, долаючи силу притиску, віджимає ролик 25 від фланця конічної шестерні 23. Шестерня провертається в корпусі 11 і крило флюгіруется, але залишається у флюгерне положення тільки до тих пір, поки кутова швидкість не знизиться до розрахункової. Поріг спрацьовування регулятора піддається регулюванню. У вихідному положенні хорда крала 8 і закрилки 9 розташовані на прямій, перпендикулярній осьової лінії своєї радіальної штанги, тобто на дотичній до окружності обертання.

Принцип Аерогідродинамічний установки кута атаки лопаті заснований на використанні різниці в розташуванні центрів динамічного тиску потоку на симетричному опуклому профілі крила і симетричному увігнутому профілі закрилка. При зміні кута атаки крила симетричного опуклого профілю до його закритичного значення центр динамічного тиску уздовж хорди не рухається і крило не відчуває відновлювальної сили. У закрилка центр динамічного тиску при мінімальному відхиленні від флюгерне ​​положення переміщається до задньої крайки і він прагне відновити своє флюгерне ​​положення. Закрилок кинематически пов'язаний з крилом, всередині якого жорстко встановлений корпус механізму, кінематично пов'язаного з радіальної штангою в її азимутному положенні щодо направлення потоку. Кут атаки кожного крила залежить від заданого кута 19 до осі 20 і азимутального (курсового) кута даного крила до даної швидкості вітру при даній швидкості обертання ротора.

Пропонований винахід працює наступним чином:

Розглянемо початковий момент впливу потоку на нерухомий ротор. Потік впливає на закрилок 9, який, прагнучи зайняти флюгерне ​​положення, повертається разом з крилом на деякий кут. Разом з закрилком 9 повертаються і плоскі пластини 18, між якими заходить вісь кривошипа 19. Вісь 19 повертається разом з пластинами 18 в горизонтальній площині, одночасно ковзаючи по поверхні однієї з пластин у вертикальній площині, тобто з синусно-косинусной залежністю. Осі механізму 20 повідомляється момент обертання і конічна шестерня 22 обкатує шестерню 23 до моменту, коли хорда закрилки НЕ буде паралельна потоку. Максимальний кут відхилення закрилка щодо хорди крила 8 в даній конструкції дорівнює 45 ^o.

При примусовому повороті закрилки 9 щодо крила 8 на 45 ^o зубчасте колесо 22 обертається на 90 ^o і, обкативая по зубчастому колесу 23, повертає лопать 1 на 90 ^o від початкового положення. При цьому сам закрилок 9 повертається в просторі на кут 90 ^o + 45 ^o = 135 ^o. Середнє співвідношення між кутом повороту крила 8, рівним 90 ^{o C,} і повним кутом повороту закрилки 9, рівним 135 ^o, так само 0,66, а кут атаки = -0,66 . При нерухомому роторі = = 90º, = 90º-59,4º = 30,6º. Крило розташовується в: азимут 0 ^o або 180 ^o і сила динамічного тиску на ньому негайно перетворюється в силу тяги, спрямовану по дотичній до окружності обертання ротора. Ротор починає обертатися з окружною швидкістю V , При цьому кожне крило індукує зустрічний потік -V = V і на нього впливає потік, рівний сумі алгебри векторів V і V _Т, тобто _V A і становить кут з вектором V , Який в свою чергу утворює кут _c з вектором V _Т. З огляду на, що найбільший коефіцієнт використання потоку можливий при V = V _т · 2, т. Е. Відносна швидкість Z _з = 2, і застосовуючи теорему для курсів вітрильних суден, можна розрахувати тягу, створювану кожним крилом, і підрахувати сумарну тягу всіх крил за один повний оберт. Таким чином, закрилок, відстежуючи потік _V A, постійно створює момент повороту на осі 20 кут атаки , Постійно забезпечуючи тягу T, спрямовану по лінії вектора V . При сильному пориві вітру на закрилки 9 виникає додаткове бічне динамічний тиск. Момент на осі 20 різко зростає і зубчаста шестерня 22 провертається на осі 20. закрилок 9 втрачає жорсткий кінематичний зв'язок з крилом 8 і флюгіруется. Для крила 8 кут виявляється в даний момент закрітічний і воно і флюгіруется. Аналогічний процес відбувається і з іншими крилами, тобто ротор "обезветрівается", і після проходження шквалу крила, перебуваючи в азимут = 90º, знову відновлюють свою працездатність

При збільшенні швидкості потоку _V T або при зниженні навантаження електрогенератора може зрости окружна швидкість V = R. Збільшення - Кутовий швидкості призведе до збільшення F _цб - відцентрової сили регулятора 26 і він своїм важелем 27 відіжме притискної ролик 25 від поглиблення 24 на фланці конічної шестерні 23, і вона провернеться в корпусі 11. Під впливом закрилки 9, осі 19 і осі 20 крило звільниться від кінематичного зв'язку і піде у флюгерне ​​положення до тих пір, поки швидкість обертання ротора не знизиться до розрахункової, після чого функції механізмів відновляться при проходженні через точку = 90º.

Працездатність крила випробувана і перевірена на моделях парусного катамарана і карусельного вітродвигуна.

ЛІТЕРАТУРА

1. Авторське свідоцтво СРСР N 1442692-аналог.

2. Патент США N 5193978- прототип.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Крило (лопать) з самоустановкою кута атаки до напрямку потоку, що набігає середовища, встановлене на рухомій конструкції з можливістю обертання навколо власної осі, що містить пристрій зміни кута атаки крила шляхом повороту його осі за допомогою впливу на нього через кінематичний зв'язок закрилки, встановленого на задній кромці крила з можливістю повороту, що відрізняється тим, що пристрій зміни кута атаки являє собою вісь, один кінець якої розташований всередині закрилки між двома пластинами і загнутий під кутом 120 - 135 ^o з можливістю переміщення між даними пластинами, при цьому вісь виконана з можливістю обертання, а її другий кінець розташований всередині крила і кінематично пов'язаний з рухомої конструкцією з можливістю напружено-пружного зворотного повороту при перевищенні робочого моменту обертання осі.

2. Крило (лопать) по п.1, що відрізняється тим, що кінематична зв'язок частини осі пристрою зміни кута атаки, розташованого в крилі з рухомої конструкцією, виконана у вигляді встановленої на осі конічної шестерні, що входить в зачеплення з конічною шестернею, змонтованої в корпусі рухається конструкції.

3. Крило (лопать) по п.1, що відрізняється тим, що кінематична зв'язок частини осі пристрою зміни кута атаки, розташованого в крилі з рухомої конструкцією, виконана у вигляді гнучкої зв'язку.

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