Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2189494

ВЕТРОУСТАНОВКА С РОТОРАМИ МАГНУСА

Имя изобретателя: Соловьев А.П. 
Имя патентообладателя: Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г.Кузнецова
Адрес для переписки: 197045, Санкт-Петербург, Ушаковская наб., 17/1, ВМА им. адмирала Н.Г.Кузнецова, зам.начальника по учебной и научной работе Н.Д.Закорину
Дата начала действия патента: 1993.07.23 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к конструированию ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения с использованием эффекта Магнуса. Сущность изобретения: ветроустановка содержит ветроколесо с горизонтальным валом, радиальные лопасти в виде цилиндров и электрогенератор, причем приводы выполнены в виде роторов типа Савониуса, которые установлены на осях вращения цилиндров и жестко с ними связаны. Новым является соотношение между геометрическими и кинематическими параметрами ветроустановки в виде:



где V_B - скорость ветра;

D_ц и D_pc - диаметры цилиндра и ротора Савониуса соответственно;

n_BK - число оборотов ветроколеса;

R_pc - отстояние от оси вала точки на оси ротора Савониуса, которая соответствует средней величине [V_окр ^рс]² по длине ротора;

V_окр ^рс - скорость потока на радиусе R_pc при вращении ветроколеса.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к конструированию ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения на основе эффекта Магнуса.

Известны ВЭУ с горизонтальной осью вращения с радиальными лопастями в виде принудительно вращаемых цилиндров (роторов Магнуса//пат. СССР 10198, F 03 D 7/02, 1927; пат. США 4366386, F 03 B 5/00, F 30 D 7/06, 1982; заявка ФРГ 3246694, F 03 D 5/00, 1984; а.с. 1677366, F 03 D 1/02, СССР, 1991 и др. ).

Основные недостатки этих ВЭУ - достаточно сложные приводы для вращения цилиндров, что удорожает изготовление и снижает надежность работы установки, а и невозможность практического применения их в водной среде на течении и в переносном виде.

В качестве прототипа выбрана установка по пат. 10198, F 03 D 7/02, СССР, 1927 г. Устройство содержит ветроколесо с горизонтальным валом, радиальные лопасти в виде цилиндров с торцевыми дисками, приводы для вращения цилиндров и электрогенератор. Его недостатки те же, что и перечисленные выше.

Для устранения этих недостатков в известной ВЭУ, содержащей ветроколесо с горизонтальным валом, радиальные лопасти в виде цилиндров с торцевыми дисками, приводы для вращения цилиндров и электрогенератор, в качестве приводов цилиндров предусмотрены роторы типа Савониуса (РтС), которые устанавливаются на осях вращения цилиндров и жестко связаны с ними.

Воздействие ветра на предлагаемую установку приведет к вращению роторов Савониуса (воздушных турбинок иного типа), а следовательно, и к вращению цилиндров, с которыми жестко связаны эти роторы. Вращение цилиндров вызовет появление подъемной силы Магнуса и соответствующего крутящего момента, который станет вращать ветроколесо. При этом на ротор Савониуса будет действовать помимо ветра со скоростью _B воздушный поток в окружном направлении со скоростью

V^(pc)_окр = 2R_pc·n_вк,

где n_BK - число оборотов ветроколеса, R_pc - отстояние от оси вала точки на оси ротора Савониуса, которая соответствует средней величине [V_окр ^(рс)]². Результирующий поток будет равен



Расположение ротора Савониуса по длине лопасти, его длина и диаметр выбираются из условия обеспечения окружной скорости вращения цилиндров вокруг своих осей, равной V_окр^(ц) = (3-4)·Vв, что дает наибольшую подъемную силу Магнуса на цилиндрах.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что в качестве приводов цилиндров используется ротор типа Савониуса, размещаемый на каждой лопасти на оси вращения цилиндров и жестко связан с ними. Можно утверждать, что предложенное устройство имеет элементы новизны.

Из близких аналогов рассмотрим "Воздушную турбину Магнуса" (пат. США 4366386, F 03 B 5/00, F 30 D 7/06, 1982) и "Ветроустановку" (заявка ФРГ 3246694, F 03 D 5/00, 1984). Отличия конструктивные: у аналогов приводом цилиндра лопасти служит электродвигатель с системой управления параметрами электродвигателя. На вращение цилиндров затрачивается 10% вырабатываемой ВЭУ энергии. Предлагаемый привод - РТС работает от потока ветра и воздушного потока в окружном направлении и не требует затрат энергии. Функциональные: аналоги практически не могут быть использованы в водной среде на течении и в переносном виде в связи с относительной сложностью системы приводов и управления их работой.

Оценим геометрические и кинематические параметры ротора типа Савониуса. Числа оборотов ротора и цилиндров вокруг своей оси равны соответственно



1,85 - опытный коэффициент, где D_pc - диаметр ротора и D_ц - диаметр цилиндра;

(3-4) - оптимальная (отвечает наибольшей подъемной силе Магнуса) величина соотношений окружной скорости вращения-цилиндра и скорости ветра. Из условия n_pc=n_цполучим следующее выражение



Оно связывает число оборотов ветроколеса, диаметры ротора и цилиндров, расположение ротора по длине лопасти (через величину R_pc). Мощность ротора типа Савониуса достаточна для обеспечения вращения цилиндров и с числом оборотов n_BK составит около 5% от мощности ВЭУ.

Как показали расчеты, КПД предлагаемой установки при одинаковых габаритных размерах лопастей будет не ниже, чем у рассмотренных выше ВЭУ несмотря на то, что часть длины лопасти занята ротором Савониуса, имеющим меньшую, чем у цилиндров подъемную силу Магнуса.

На чертеже представлена установка, вид спереди.

Устройство содержит башню (опору) 1, горизонтальный вал 2 (с головкой или ступицей), лопасти 3 с цилиндрами Магнуса 4 и торцевыми дисками 5, а и роторы типа Савониуса 6. Электрогенератор не показан. При воздействии на ВЭУ ветра начнут вращаться вокруг своей оси роторы типа Савониуса 6, заставляя вращаться одновременно связанные с ними цилиндры 4. С появлением на цилиндрах и роторах достаточной подъемной силы Магнуса и соответствующего крутящего момента в плоскости, перпендикулярной валу, придет во вращение ветроколесо. С началом вращения ветроколеса на роторы Савониуса кроме силы ветра начнет действовать поток воздуха в плоскости вращения ветроколеса. Увеличится число оборотов ротора и цилиндров, повысится подъемная сила Магнуса и крутящий момент для вращения ветроколеса. В стационарном режиме число оборотов ветроколеса будет равно величине (2). Предложенная установка существенно более простая, чем существующие ВЭУ с роторами Магнуса и экономичная. Состоит из простой формы и дешевых прочных лопастей, которые могут работать как на воздухе, так и в водной среде на течении. Можно создать простые установки переносного вида. Не требуют затрат электроэнергии на вращение цилиндров. Имеют более простую электрическую схему управления, отсюда и более надежную.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ветроустановка с роторами Магнуса, содержащая ветроколесо с горизонтальным валом, радиальные лопасти в виде цилиндров с торцевыми дисками, приводы для вращения цилиндров и электрогенератор, причем приводы выполнены в виде роторов типа Савониуса, которые установлены на осях вращения цилиндров и жестко связаны с ними, отличающаяся тем, что соотношение между геометрическими и кинематическими параметрами ветроустановки составляет



где V_в - скорость ветра;

D_ц и D_pc - диаметр цилиндра и ротора Савониуса соответственно;

n_вк - число оборотов ветроколеса;

R_pc - отстояние от оси вала точки на оси ротора Савониуса, которая соответствует средней величине [V_окр ^рс] ² по длине ротора;

V_окр ^рс - скорость потока на радиусе R_pc при вращении ветроколеса.

Версия для печати
Дата публикации 02.02.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов