|
| 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) | |||
Навигация: => | На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
|
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2193687
ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
Имя изобретателя: Кесель Б.А.; Баширов А.А.; Воскобойников Д.В.
Имя патентообладателя: Общество с ограниченной ответственностью Научно- производственное предприятие "Авиатехника"
Адрес для переписки: 420103, г.Казань, а/я 155, Д.В.Воскобойникову
Дата начала действия патента: 2001.01.03
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в другие виды энергии. Технический результат, заключающийся в повышении коэффициента подъемной силы и кпд, и упрощении конструкции, обеспечивается за счет того, что ветроколесо ветродвигателя выполнено в виде обода и ступицы, соединенных радиальными спицами, на которых с возможностью свободного вращения вокруг осей спиц и перемещения вдоль осей указанных спиц выполнены роторы Савониуса. Перемещение роторов вдоль осей спиц осуществляется посредством двуплечего рычага, одно плечо которого связано через кулисный механизм с нижней опорой ротора Савониуса, а на втором, подпружиненном относительно вала ветроколеса, расположен груз с возможностью регулировки центробежной силы, причем парные лопасти каждого яруса ротора смещены относительно смежных с ними лопастей на угол 60o в спиральном направлении и отделены от смежных лопастей разделительными дисками, диаметр которых превышает диаметр цилиндра, образованного вращением концов парных лопастей ротора Савониуса, на 5-8%.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в другие виды энергии.
Известен ветродвигатель, имеющий рабочее колесо с лопастями, выполненными в виде роторов Магнуса. Роторы выполнены в виде цилиндров различного диаметра. Роторы Магнуса приводятся в движение от специального электродвигателя (см. А.С. СССР 1402707, МКИ F 03 D 1/06, за 1988 г., Бюл. 22).
Недостатком указанного устройства является усложненный запуск ветродвигателя, связанный с отключением электрической нагрузки и включением принудительного привода роторов Магнуса, что снижает эффективность использования энергии ветра и требует достаточно сложной системы управления ветродвигателем.
Известна лопасть ветродвигателя, содержащая перо аэродинамического профиля, связанное с ветроколесом. Перо снабжено полостью, в которой размещен одноярусный ротор Савониуса, при этом ось ротора параллельна оси пера (см. А.С. СССР 1776868, МКИ F 03 D 1/06, за 1992 г., Бюл. 43).
Данная конструкция имеет следующие недостатки:
Во-первых, ротор Савониуса, установленный произвольно, с точки зрения его собственного
направления вращения, способен создавать подъемную силу за счет эффекта Магнуса,
которая будет уменьшать подъемную силу аэродинамического профиля и тормозить
ветроколесо.
Во-вторых, в случае размещения ротора Савониуса таким образом, что вектор подъемной силы профиля и вектор подъемной силы Магнуса совпадает по направлению, лопасть уводится с оптимального угла атаки за счет крутящего момента, относительно центра давления профиля, образованного подъемной силой Магнуса.
Указанное явление снижает коэффициент подъемной силы профиля.
В-третьих, установка электрогенератора непосредственно в лопасти на одном валу с ротором Савониуса значительно ухудшит пусковые свойства всего ветроколеса, так как значительная часть энергии ветра будет расходоваться на совместную раскрутку ротора Савониуса вместе с ротором генератора, и одновременно, потребует усложнения конструкции за счет применения специальных токосъемников при передаче электрической энергии от вращающегося вместе с лопастью генератора к неподвижной части ветродвигателя.
В-четвертых, коэффициент полезного действия указанной конструкции за счет турбулентного обтекания профиля. Источником пульсаций указанного режима является ротор Савониуса, установленный в любой зоне профиля. Это явление экспериментально подтверждено (см. труды американского общества инженеров механиков. Современное машиностроение серия А 10, 1989 г., статья Монди, Френандо "Характеристики ветродвигателя Савониуса", стр. 146, рис. 19), имеющим место в зоне обтекания профилей ротора Савониуса - центральным вихрем.
Известен ветродвигатель, содержащий опорную конструкцию с поворотным столом и устройством ориентации по направлению ветра, рабочее колесо с радиальными лопастями, выполненными в виде ротора Савониуса, соединенное с валом отбора мощности (см. FR, 2566466 А1, кл. F 03 D 1/02, 27.12.1985) по совокупности существенных признаков принятый в качестве ближайшего аналога изобретения (прототипа).
Недостатками указанного ветродвигателя является низкий кпд, сложность конструкции, невысокая надежность при регулировании в случае значительного увеличения скорости ветра (ураган, буря и т.п.).
Технический результат, заключающийся в повышении коэффициента подъемной силы и коэффициента полезного действия, а и упрощение конструкции, обеспечивается за счет того, что в ветродвигателе, содержащем опорную конструкцию с поворотным столом и устройством ориентации по направлению ветра, рабочее колесо с радиальными лопастями, выполненными в виде ротора Савониуса, соединенное с валом отбора мощности, согласно изобретению, рабочее ветроколесо, выполнено в виде обтекаемой ступицы и коаксиального к ней обода, соединенных между собой равномерно расположенными по окружности радиальными спицами, коаксиально к осям которых выполнены с возможностью вращения в едином направлении вокруг осей спиц и перемещения вдоль осей указанных спиц по направлению оси ступицы к ободу и обратно ярусные роторы Савиниуса, парные лопасти яруса которых установлены с угловым смещением в 60o относительно парных лопастей смежного яруса в спиральном направлении, причем между торцами каждого яруса и на торцах каждого ротора выполнены перпендикулярно к оси вращения ротора разделительные диски, диаметр которых больше диаметра цилиндра, образованного вращением концов парных лопастей, на 5-8%, а ближние к обтекаемой ступице опоры роторов Савониуса соединены посредством кулис с двуплечими рычагами, опорные шарниры которых смонтированы на валу отбора мощности ветроколеса, причем на свободных, подпружиненных относительно вала отбора мощности, концах двуплечих рычагов выполнены с возможностью регулировки величины центробежной силы грузов.
 |  |  |
На фигуре 1 представлена схема ветродвигателя. На фигуре 2 - сечение А-А фиг.1 ветродвигателя. На фигуре 3 - вид Б фиг.1 ветродвигателя. На фигуре 4 - вид В фиг.1 ветродвигателя. |  |
Ветродвигатель, содержит опорную конструкцию - 1 с поворотным столом - 2, устройство ориентации по направлению ветра - 3, рабочее колесо - 4 с обтекаемой ступицей - 5, обод - 6, радиальную спицу - 7, ротор Савониуса - 8, кулису 9, двуплечий рычаг - 10, опору двуплечего рычага - 11, пружину - 12, груз - 13, трансмиссию для отбора мощности из конических шестерен 14 и 15, лопасти - 16 ротора Савониуса и диски - 17.
Ветродвигатель работает следующим образом:
При отсутствии ветрового потока ротора Савониуса - 8 под действием пружин - 12 и грузов -
13, воздействующих посредством двуплечевого рычага - 10 и кулисного механизма - 9,
находятся в положении, близком к ободу - 6.
При воздействии ветрового потока на рабочее колесо - 4 ротора Савониуса - 8, приходят во вращение, при этом возникает сила, обусловленная эффектом Магнуса, которая дает однонаправленный крутящий момент, воздействующий на колесо - 4.
При этом, находящиеся на верхнем конце спиц - 7 роторы Савониуса - 8 дают усиленный пусковой момент, способствующий быстрому троганию ветроколеса - 4. После набора соответствующих оборотов, под действующей центробежной силой грузы - 13 перемещаются из своего исходного положения и посредством кулисы - 9 и двуплечего рычага - 11 перемещают ротора Савониуса - 8 по спице - 7 в направлении ступицы - 5, преодолевая усилие пружины - 12. При этом возрастают обороты ветроколеса - 4.
Таким образом, ветродвигатель позволяет на этапе запуска иметь значительный пусковой
момент, на рабочем этапе значительные обороты, без отключения и включения трансмиссии
отбора мощности. В свою очередь смещение парных лопастей в роторе Савониуса на
величину 60o выполнено с целью обеспечения равномерного вращения роторов, а
выступание разделительных дисков - 17 за пределы цилиндра, образованного вращением
концов парных лопастей на 5-8%, выполнено с целью получения максимальной подъемной силы
на лопасти в виде ротора Савониуса (см. справочник 
т.1, ОНТИ, 1936 г., стр. 462).
Величина 5-8% получена авторами по результатам опытной продувки моделей данного ветродвигателя. Указанные результаты подсказывают, что при увеличении диаметра разделительных дисков - 17 до 5% в интервале до 8% наблюдается скачкообразный рост величин подъемной силы. Величина превышения диаметра разделительного диска свыше 8% нецелесообразна вследствие условий совместного размещения роторов Савониуса в пространстве между ободом - 6 и обтекаемой ступицей - 5.
Кроме указанных преимуществ ветродвигатель позволяет реализовать эффект Магнуса без дополнительного источника энергии, необходимого для принудительного вращения роторов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ветродвигатель, содержащий опорную конструкцию с поворотным столом и устройством ориентации по направлению ветра, рабочее колесо с радиальными лопастями, выполненными в виде ротора Савониуса, соединенное с валом отбора мощности, отличающийся тем, что рабочее колесо выполнено в виде обтекаемой ступицы и коаксиального к ней обода, соединенных между собой равномерно расположенными по окружности радиальными спицами, коаксиально к осям которых выполнены с возможностью вращения в едином направлении вокруг осей спиц и перемещения вдоль осей указанных спиц, по направлению оси ступицы к ободу и обратно ярусные роторы Савониуса, парные лопасти яруса которых установлены с угловым смещением в 60o относительно парных лопастей смежного яруса в спиральном направлении, причем между торцами каждого яруса и на торцах каждого ротора выполнены перпендикулярно к оси вращения ротора разделительные диски, диаметр которых больше диаметра цилиндра, образованного вращением концов парных лопастей, на 5-8%, а ближние к обтекаемой ступице опоры роторов Савониуса соединены посредством кулис с двуплечими рычагами, опорные шарниры которых смонтированы на валу отбора мощности ветроколеса, причем на свободных, подпружиненных относительно вала отбора мощности концах двуплечих рычагов выполнены с возможностью регулировки величины центробежной силы грузы.
Версия для печати
Дата публикации 30.01.2007гг
Created/Updated: 25.05.2018