Гвинтовітроколесо енергетичної установки

1. Гвинтовітроколесо енергетичної установки, що містить гондолу, на якій закріплені лопаті з регулюючими пружинами, кутовий профіль і стрижні, які зміцнюють кріплення пластини з конусом кожної лопаті, яке відрізняється тим, що лопаті закріплені на гондолі рухомо і розташовані в формі 3 лопаті сповзаюче повітря гальмує наступну рухаючу за нею в одній площині лопать, бо по теорії аеродинаміки ці лопаті постійно повинні продуватись, щоб відбувалася сила тертя об поверхні лопатей з навітряної сторони. А це вказує на те, що ще не вся енергія вітру використовується. Недоліки установки ще в тому, що: - установлено вдвічі більше лопатей, чим у звичайних установках, що збільшує вагу і затрати на виготовлення; - вітроколеса мають більшу /довшу/ сумарну вихідну кромку з всіх лопатей, тому при відриву повітря з їхніх поверхностей відбувається гальмування і більший шум; - аеродинамічний профіль лопатей, з установленим кутом до площини обертання, дає опір з підвітряної сторони, а це понижує ККД вітроколіс; - два вітроколеса в одній установці з зміщенням відносно лопатей першого вітроколеса в зворотну сторону обертання зумовлює швидко пройти ще великому об'єму повітря між лопатями. Вітроколесо з саморегулюючими лопатями, [деклараційний патент №44426А з закінченим терміном дії охорони], є аналогом. Вітроколесо має вал /гондолу/, на якому закріплені лопаті. Вітроколесо з такими лопатями має такі недоліки: - неефективно встановлювати більше лопатей в таке вітроколесо, щоб збільшити ККД, тому що лопаті будуть знаходитися в одній площині обертання і тоді доцентровий рух маси повітря з поверхні пластин буде направлений проти поверхні рухаючої за нею лопаті; - рухомість пластин в зоні кріплення до поверхні конуса при поривах вітру приводить до частих поломок. Метою даного винаходу є: - збільшити коефіцієнт використання кінетичної енергії вітру за рахунок блокування виходу повітря поміж лопатями при розміщенні лопатей на гондолі гвинтоподібно і зміщення наступної від попередньої в сторону обертання; - збільшити термін надійної роботи вітроколеса за рахунок допоміжного кріплення до конуса і пластини кутового профілю і стрижнів; - зменшити розмір вітроколеса за рахунок збільшення його ККД; - розширити використання вітроколеса в більшому діапазоні швидкостей вітру за рахунок установки не продувних лопатей. Суть винаходу в тому, що гвинтовітроколесо має об'ємний вигляд так як лопаті закріплені на гондолі гвинтоподібно з рівним віддаленням одна від одної до величини розміру діаметра основи конуса та з рівним кутовим зміщенням, починаючи від вхідної в сторону обертання гвинтовітроколеса. Кожна лопать закріплена на своїй осі і незалежно від всіх обертається в гондолі при змінних вітрових навантаженнях, а потім фіксується на стартове положення, перпендикулярно до руху повітря, від стиснутих пружин. Лопать складається з конуса, пластини, кутового профілю і стрижнів. Пластина закріплена до поверхні конуса по дотичній з підвітряної сторони, яка по довжині рівна розміру висоти конуса, а з навітряної сторони вздовж 86244 4 конуса і пластини кріпиться кутовий профіль і фіксується стрижнями. Висота конуса лопаті з пластиною, по відношенню до діаметра основи, залежить від призначення вітроколеса, частоти обертання чи обертового моменту. Так, при більшому числовому співвідношенні висоти конуса до його діаметра основи, оберти вітроколеса з такими лопатями збільшаться, а обертовий момент зменшиться і навпаки, при меншому співвідношенні чисел оберти вітроколеса зменшаться, а обертовий момент збільшиться. Номінальне співвідношення може бути в межах як 5 до 1. Кріплення лопатей з віддаленням наступної лопаті від попередньої навколо по довжині гондоли при обертанні цих лопатей утворюють стільки площин обертання, скільки лопатей в гвинтовітроколесі. При зіткненні маси повітря з лопатями такого вітроколеса повністю зупиняється повітряний потік в направленні осі гондоли, від чого збільшується перед ними тиск, що збільшує коефіцієнт використання кінетичної енергії в два рази по відношенню вітроколеса аналога і до шести разів більше по обертовому моменту від вітроколіс прототипу. Гвинтовітроколесо з трьома лопатями показане на Фіг.1 в фронтальній, а на Фіг.2 з повертаючою опорою на щоглі, в профільних площинах з дією на нього течії повітря. На Фіг.3 показана лопать в збільшеному мірилі в розрізі по А-А на Фіг.1. Гвинтовітроколесо має лопаті а, b, с (з яких лопать а - вхідна, а лопать с - вихідна), гондолу 1, пружини 2, стрижні 3, кутовий профіль 4. Для запобігання двигтіння гвинтовітроколеса гондола 1 з'єднана з валом електричного генератора 6, а другий кінець вільно обертається в підшипнику корпуса 7. Повертаюча опора 5 обертається в горизонтальній площині на щоглі 8, а в вертикальній площині на осі 9. Пружина 10 своєю силою пружності фіксує і вводить в стартове положення гвинтовітроколесо, коли сила рухаючого повітря тимчасово виводить його з вертикальної площини обертання. Лопать складається з конуса 11 з віссю 12, пластини 13, стрижнів 3 і кутового профілю 4. Вантажем 14 регулюють вітрове навантаження на гвинтовітроколесо. Гвинтовітроколесо працює так. При дії сили рухаючого повітря на установку з великою парусністю лопатей та зміщеної гондоли 1 з лопатями від центра осі щогли 8, гвинтовітроколесо розвертається перпендикулярно до цього руху повітря з повертаючою опорою 5. Перекриття руху повітря поверхнями лопатей а, b, с на різних віддалях, див.Фіг.2 змінює свій напрямок по нахилених пластинах 13 і направляється до центру, див. Фіг.1. Від зміни напрямку руху маса повітря гальмується від чого піднімається тиск на них і лопаті а, b, с розвертаються в гондолі 1 на своїх осях 12, скручуючи /зжимаючи/ пружини 2. Маса повітря, сповзаючи з пластин 13, віддавши частково свою кінетичну енергію на скручення пружин 2, проходить поміж лопатями а, b, с за межі гвинтовітроколеса в підвітряну сторону. Різниця сил на поверхні пластин 13 і поверхні конусів 11 з навітряної сторони від підвітряної сторони, змушує гвинтовітроколесо обертатись навколо осі гондоли 1 одним кінцем в підшип 5 нику корпуса 7, а другим кінцем обертати вал електричного генератора 6 в сторону розвернутих пластин 13. При збільшенні обертів гвинтовітроколеса на пластини 13 діє відцентрова сила, сила зжатих пружин 2 /апарат регулювання лопатей/ та зустрічного опору повітря з підвітряної сторони повертає лопаті а, b, с в первинне положення, відкидаючи при цьому повітря з різних площин обертання проти вітру. Це збільшує тиск повітря на поверхні конусів 11 і пластин 13 з навітряної сторони. Коли сповзає маса повітря по нахилених поверхнях пластин 13 проти збільшуючого діаметра поверхні виникає сила тертя то змінює напрямок в протилежну сторону руху обертаючих лопатей а, b, с додаючи допоміжну силу до обертового моменту. Далі рух маси повітря вижимається за межі радіуса гвинтовітроколеса. Але так як кожна лопать а, b, с закріплена на гондолі 1 в різних площинах та ще зміщена в сторону обертання гвинтовітроколеса, то від самої віддаленої вихідної лопаті с до ближчої b і від лопаті b до вхідної лопаті а, сповзаюча маса повітря направляється під підвітряної сторони цих лопатей. Постійно рухаюче повітря вздовж гондоли, яке не потрапляє на поверхні пластин 13 і конусів 11, проходить перед передніми кромками конусів 11, зустрічає перпендикулярно сповзаючі маси повітря з пластин 13, які рухаються в радіальному напрямку, і їх частково гальмує. Гальмування рухаючого повітря ще збільшує тиск повітря на поверхні пластин 13 і поверхні конусів 11, що збільшує як обертовий момент, так і оберти гвинтовітроколеса. Гальмування рухаючих мас повітря відбувається перед всіма лопатями а, b, с з навітряної сторони, див. Фіг.1 разом з Фіг.2. Між нахиленими пластинами 13 до осі гондоли, та збільшуючої поверхні діаметра конуса від вершини до основи створені умовні об'ємні пазухи, в яких затримується повітря в стиснутому стані. Від великих обертів гвинтовітроколеса на цю масу повітря діє відцентрова сила, яка спочатку призупиняє цей рух, а потім відкидає його за межі конусів 11. Обертання лопатей в різних площинах утворюють фантомні тарілки і при попаданні маси повітря на них стискають його. Відкидання повітря пластинами 13 з віддаленої лопаті с під зміщену рухаючу за нею лопать b і так само від лопаті b під лопать а, утворюють під ними постійні подушки з стиснутого повітря, крім самої віддаленої лопаті с. Ці подушки з стиснутого повітря не 86244 6 тільки зменшують опір перед передніми кромками лопатей а і b, а також створюють їм допоміжну попутну тягу, що збільшує обертовий момент. Подібний аеродинамічний процес відбувається при польоті планера над висхідними потоками повітря від поверхні Землі чи мах крила птаха. Сума всіх діючих сил на пластини і поверхні конусів 11 з сторін їх кріплення, збільшує коефіцієнт гвинтовітроколеса з рухаючого повітря, не створюючи шум. Кріплення кутового профілю та стрижнів поміж поверхнями конусів 11 і пластин 13 та обертання лопатей на своїх осях 12 в гондолі збільшує надійну роботу гвинтовітроколеса. Розрахункову швидкість обертання гвинтовітроколеса з валом генератора 6 регулює регулююча насадка 5 з пружиною 10 та зміною ваги вантажу 14. Збільшення швидкості вітру на гвинтовітроколесо збільшує і дію сили на нього. Тоді через вісь 9 нахилиться насадка 5, переважуючи через важіль вагу електричного генератора 6 і вантажу 14 та частину ваги гвинтовітроколеса, розтягнувши пружину 10. Гвинтовітроколесо від вертикальної площини обертання перейде до горизонтальної площини обертання. Парусність при цьому стане менша, від чого зменшиться опір і піде косе обтікання гвинтовітроколеса, повітря, при цьому оберти залишаються сталими. Регулювання жорсткості пружини 10, пружин 2 та зміною ваги вантажу 14 підтримуються потрібні розрахункові оберти гвинтовітроколеса. При зменшенні сили кінетичної енергії сила рухаючого повітря, розтягнута пружина 10 своєю силою пружності, вагою генератора 6 і вантажем 14, важелем через вісь 9 плавно повертає гвинтовітроколесо в первинне положення, при цьому його оберти залишаються сталими. Застосування даного гвинтовітроколеса в вітроустановках збільшує коефіцієнт використання кінетичної енергії з течії повітря в два рази проти вітроколеса аналога і до шести разів більше по обертовому моменту проти вітроколеса прототипу при умові рівних діаметрів, а тому можливо виготовляти вітроустановки менших розмірів з меншими затратами. Гвинтовітроколесо не створює шкідливого шуму навіть при великому вітру і легко запускається. Працює в більшому діапазоні швидкості вітру, а це дає можливість більше виробити електричної енергії і швидше вітроустановка окупиться. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 86244 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601