Гідровітроколесо з орієнтаційно-змінною вітрильністю

Гідровітроколесо з орієнтаційно-змінною вітрильністю, що містить корпус (1), закріплений в ньому вал (4) з вертикальною віссю обертання, верхню (2) та нижню (3) траверси, розташовані одна над одною, першу (5) та другу (6) лопатівітрила, кожна з яких прикріплена до верхньої тра 3 20609 де r - густина потоку, V - швидкість потоку; S - площа лопаті-вітрила; g - кут між площиною лопаті-вітрила та вертикальною віссю. З формули (1) видно, що при дії потоку максимальний тиск створюється у випадку, коли площина лопаті-вітрила перпендикулярна до напрямку дії потоку (cos0°=1), а мінімальний тиск створюється, коли площина лопаті-вітрила паралельна до напрямку дії потоку (cos90°=0). Для створення максимального обертального моменту на валу, а отже, і збільшення ККД пристрою-корисної моделі, потрібно створити максимальну різницю дії потоку у робочій зоні (де лопать-вітрило виконує додатну роботу) і неробочій зоні (де лопать-вітрило виконує від'ємну роботу). Для цього у робочій зоні лопать-вітрило потрібно розташовувати перпендикулярно до напрямку дії потоку і, одночасно, у неробочій зоні лопатьвітрило потрібно розташовувати паралельно до напрямку дії потоку [3]. Саме для виконання цієї умови і введено в кожній секції пристрою-корисної моделі жорсткий зв'язок першої та другої лопатей-вітрил з верхньою траверсою, яку виконано з можливістю зворотно-обертального руху навколо власної осі, та кут між площинами першої та другої лопатейвітрил. Завдяки тому, що перша та друга лопатівітрила жорстко прикріплені до верхньої траверси, яку виконано з можливістю зворотно-обертального руху навколо власної осі, при дії потоку відбувається компенсація обертального моменту навколо горизонтальної осі верхньої траверси, викликаного вагою тієї лопаті-вітрила, що знаходиться у неробочій зоні. А введення кута між площинами першої та другої лопатей-вітрил дозволяє встановити лопать-вітрило, що знаходиться у неробочій зоні, у таке положення, яке приведе до зменшення її гідро-аеродинамічного опору дії потоку. При значенні кута між площинами першої та др угої лопатейвітрил, що дорівнює 90°, гідро-аеродинамічний опір лопаті-вітрила у неробочій зоні буде мінімальним, а ККД пристрою-корисної моделі - максимальним. Крім того, введення секційної структури збільшує те хнологічність пристрою-корисної моделі, оскільки спрощує його встановлення та наладку. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. Перелік креслень: Фіг.1. Загальний вигляд пристрою у просторі. Фіг.2. С хема сил та моментів при дії потоку. Гідро-вітроколесо з орієнтаційно-змінною вітрильністю містить корпус 1, в якому закріплений вал 4, що має вертикальну вісь обертання. На валу 4 закріплені N секцій, кожна з яких складена з верхньої траверси 2, нижньої траверси 3, першої лопаті-вітрила 5, другої лопаті-вітрила 6. В кожній секції верхня траверса 2 та нижня траверса 3 розташовані одна над одною, а перша лопать-вітрило 5 та др уга лопать-вітрило 6 жорстко прикріплені до верхньої траверси 2, яку виконано з можливістю зворотно-обертального руху навколо власної осі. При цьому нижні краї першої лопаті-вітрила 5 та другої лопаті-вітрила 6 розташовані по різні боки 4 нижньої траверси 3, а площини першої лопатівітрила 5 та другої лопаті-вітрила 6 розташовані під кутом. Гідро-вітроколесо з орієнтаційно-змінною вітрильністю працює таким чином. Розглянемо випадок, коли кількість секцій N=1, а кут між площинами першої лопаті-вітрила 5 та другої лопаті-вітрила 6 складає φ=90°. Припустимо, що в даний момент в робочій зоні знаходиться перша лопать-вітрило 5, а в неробочій зоні - друга лопать-вітрило 6 (Фіг.1). При відсутності дії потоку перша лопатьвітрило 5 та друга лопать-вітрило 6 знаходяться в рівновазі, а їх площини утворюють з вертикаллю кут φ/2. Коли потік починає діяти, на верхній траверсі 2 з'являється обертальний момент Μх навколо осі ОХ (Фіг.2). Визначимо його величину за формулою [2]: Mx = mg b b b b sin a - mg cos b + p1 cos2 a + p2 sin2 b , (2) 2 2 2 2 де: Mx - обертальний момент навколо осі ОХ; mg - вага кожної лопаті-вітрила; b - плече дії тиску потоку; 2 a - кут між площиною першої лопаті-вітрила 5 і віссю OZ; b - кут між площиною другої лопаті-вітрила 6 у робочій зоні та перпендикуляром до осі OZ, причому b =90°- a ; p1 та p2 - тиск на першу лопать-вітрило 5 та другу-лопать вітрило 6 відповідно. Обертальний момент Mx навколо осі ОХ призводить до обертання верхньої траверси 2 навкоb ло власної осі. Від'ємний чинник mg cos b у обе2 ртальному моменті Mx навколо осі ΟΧ, створений вагою другої лопаті-вітрила 6 у неробочій зоні, компенсується сумою обертальних моментів b b b mg cos b + p1cos2 a + p 2 sin2 b , в якій перші 2 2 2 два доданки викликані дією потоку на першу лопать-вітрило 5 та другу лопать-вітрило 6 відповідно, а третій - створений вагою першої лопатівітрила 5. При дії потоку відбувається зменшення кута a між площиною першої лопаті-вітрила 5 у робочій зоні та віссю OZ і збільшення кута b між площиною другої лопаті-вітрила 6 у неробочій зоні та перпендикуляром до осі OZ. Дія потоку призводить до того, що перша лопать-вітрило 5 у робочій зоні упирається в нижню траверсу 3, створюючи максимальний гідро-аеродинамічний опір дії потоку. В той же час, завдяки жорсткому зв'язку лопатей-вітрил з верхньою траверсою 2, друга лопатьвітрило 6 знаходиться у неробочій зоні і дія потоку на неї відсутня. Таким чином, різниця дії потоку на першу лопать-вітрило 5 у робочій зоні та на другу лопатьвітрило 6 у неробочій зоні призводить до появи 5 20609 обертального моменту Mz навколо вертикальної осі OZ. Коли кут a =0°, а кут b =90°, то Mz досягає максимального значення. При подальшому обертанні навколо осі OZ перша лопать-вітрило 5 та друга лопать-вітрило 6 почергово змінюють своє положення у робочій та неробочій зонах. Коли дія потоку на лопаті-вітрила зникає, вони знов повертаються у ви хідне положення за рахунок сил тяжіння. Кут між площинами першої лопаті-вітрила 5 та другої лопаті-вітрила 6 впливає на різницю гідроаеродинамічного тиску на їх площини. При наближенні цього кута до 0° чи до 180° ця різниця тиску зменшується до нуля, отже, і обертальний момент Mz в таких випадках також зменшується до нуля. У випадку, коли на валу 4 розташовано декілька секцій (Ν f 1), площини яких не паралельні, в заданий момент часу всі вони будуть знаходитись Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 6 в різних положеннях відносно напрямку дії потоку. При цьому сумарний обертальний момент на валу 4 дорівнюватиме сумі обертальних моментів Mz , створених кожною секцією навколо вертикальної осі OZ. Виготовлено діючу модель гідро-вітроколеса з орієнтаційно-змінною вітрильністю. Література: 1. Патент України 17545A, F03D3/00. Гідровітроколесо з орієнтаційно-змінною парусністю / І.Г. Грабар. - №94053232; Заявл. 05.05.94; Надрук. 31.10.97, Бюл. №5. 2. Яворский Б.М., Детла ф Α.Α. Справочник по физике. - 3-е изд., испр. - М.: Наука, 1990. - 624с. 3. Яхно О.М., Та урит Т.Г., Грабар И.Г. Ветроэнергетика: конструирование и расчет ВЭУ: Учебное пособие. - Житомир: ЖГТУ, 2002. - 255с. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601