Номер патенту: 111046

Опубліковано: 25.10.2016

Автор: Міщенко Юрій Дмитрович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Вітродвигун вихровий, що містить ротор у вигляді двох лопатей з центральним каналом поміж ними і осі обертання уздовж подовжньої осі симетрії, який відрізняється тим, що лопаті виконані у вигляді плоских паралельних пластин без будь-яких аеродинамічних обводів чи загинів.

2. Вітродвигун вихровий за п. 1, який відрізняється тим, що ширина каналу поміж лопатями дорівнює або декілька менше ширини лопаті.

Текст

Реферат: UA 111046 U UA 111046 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до екологічно чистої вітроенергетики, зокрема до вітродвигунів, що мають вертикальну вісь обертання, і можуть бути використані для вироблення електроенергії або виконання механічної роботи, наприклад для створення електростанцій, де відсутня електроенергія і переважають постійні вітри. Відомо, що сучасні вітродвигуни умовно підрозділяються на конструкції аеродинамічного обтікання і конструкції вітрового oпopy [1]. Перші оснащені аеродинамічними профілями, у яких обертовий момент створюється за рахунок виникнення підйомної сили, значення якої залежить від кута між вектором швидкості потока і миттєвою швидкістю лопаті. До цього типу належать усі, без виключення, лопатні вітроустановки в тому числі і деякі установки з вертикальною віссю обертання, наприклад ротор Дар’є [1]. Загальним недоліком цих вітродвигунів є те, що частина повітря проходить поміж лопатями, не віддаючи їм свою кінетичну енергію і таким чином знижується ефективність використання вітрової енергії. Збільшення кількості лопатей не призводить до збільшення ефективності вітродвигуна внаслідок негативного впливу від турбулентного сліду попередньо рухомих лопатей. Другий тип вітродвигунів використовує силу вітрового натиску. Наприклад, широко поширені вітроустановки з ротором Савоніуса [1] та інші подібного чи парусного типу. Обертовий момент у цих двигунах виникає в наслідок різниці повітряного опору поміж правою і лівою половиною ротора. Такі вітродвигуни повністю використовують повітряний потік. Проте дуже значимим недоліком цих вітродвигунів є вимушені втрати на обертання непрацюючої половиною ротора проти вітру. Найбільш близьким за сукупністю ознак і технічним результатом до корисної моделі, що заявляється, є вітродвигун Бірюкова [2], який по суті являє собою видозмінений ротор Савоніуса з вертикальною віссю обертання. Відрізняє цей вітродвигун наявність центрального каналу і особистих профільованих лопатей. В процесі розкручування на зовнішніх кишенях лопаті створювалась вихрова подушка і з точки зору вітру, лопаті ставали профільованими, а сам ротор перетворювався в швидкохідний ортогонал, причому віртуальний профіль мінявся відповідно силі вітру. Завдяки генерації вихороутворення ефективність вітродвигуна помітно підвищувалася. Недоліком вітродвигуна Бірюкова є те, що корисні вихори в профільованому роторі, які виникали при деяких фазах повороту і відповідно кута до вітру, так і придушувалися тими ж профільованими лопатями в інших фазах повороту ротора і інших кутах установки до вітру. Прототипом ідеї, що подається корисною моделлю, також служить теоретико-практична робота Н.Е. Жуковського [3], де досліджено і проаналізовано ефект самообертання біля своєї поздовжньої осі падаючих в повітрі легких довгастих тіл. До цього явища примикає відомий ефект самообертання під дією вітру пластин у вигляді прямокутника вісь обертання, якого збігається з віссю симетрії. Під дією вітру плоскість прямокутника стає перпендикулярно до вітру і знаходиться в цьому стійкому положенні. Але якщо цій пластині придати обертальний рух, вона починає енергійно обертатися в напряму повідомленого їй імпульсу. Недоліком використання ефекту самообертання під дією вітру одиночної пластини у вигляді прямокутника є те, що для здійснення режиму авторотації потрібен попередній примусовий поштовх. В основу корисної моделі поставлена задача розробити вихровий вітродвигун, який за рахунок повного перекриття повітряного потока, найбільш повно використовує енергію вітру і одночасно, за рахунок авторотуючого вихрового руху, зменшує витрати на обертання тієї частини половини ротора, яка рухається проти вітру. Для вирішення поставленої задачі в вихровому вітродвигуні, що містить ротор і вісь обертання, відповідно до корисної моделі, ротор виконаний у вигляді двох однакових спарених подовжених лопатей, лопаті виконані у вигляді плоских пластин, що не мають аеродимічних обводів чи загинів, лопаті закріплені так, що між ними утворюється канал ширина якого дорівнює або декілька менше ширини лопаті, закріплення лопатей забезпечує паралельність між їх плоскостями, вісь обертання ротора проходить поміж лопатями уздовж подовжньої осі симетрії. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 наведено схематичне зображення вихрового вітродвигуна: 1 - лопать вітродвигуна: 2 - вісь обертання: фіг. 2 - пояснює роботу: вітродвигунам - при куту атаки ≥0; фіг. 3 – пояснює роботу вітродвигуна при куту атаки =90. Використання здвоєних лопатей у вигляді плоских пластин з вузьким каналом між ними потрібен, як показали експерименти, для самостійного запуску ротора в режим авторотації. 1 UA 111046 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Використання плоских поверхонь лопатей ротора забезпечує генерацію вихороутворення за передньою кромкою лопатей у всіх фазах звороту ротора і при всіх кутах установки лопаті по відношенню до вітру. Використання подовжених лопатей ротора сприяє утворенню характеру обтікання ротора близьким до лінійного вихору. Виконання вітродвигуна в сукупності з вищевикладеними ознаками є новим для вітродвигунів і, отже, відповідає критерію "новизна". Конструктивна реалізація вітродвигунів з вказаною сукупністю істотних ознак не представляє жодних конструктивно-технічних і технологічних труднощів, звідки слідує відповідність критерію "промислова застосовність". Розглянемо реальну роботу ротора У початковий момент часу ротор займає довільне положення, але під впливом вітру починає розвертатися, яким би малим не був кут атаки, що обумовлено виникненням за гострою передньою кромкою початкового вихору і, отже, зони перерозподілу тиску, що викликає появу крутного моменту. Тобто спостерігаємо звичну взаємодію плоских пластин з набігаючим потоком (фіг. 2), де ≥0 кут атаки. При подальшому прогресуючому розвороті ротора настає момент, коли аналогічний вихор, але протилежного напряму обертання виникає на задній кромці лопаті. При куту атаки =90 градусів на протилежних кромках лопатей утворюються максимально можливі вихрові утворення (фіг. 3). Причому в правій частині кромки лопаті, якщо дивитися назустріч потоку, вихор закручується по годинниковій стрілці, а в лівій - проти годинникової стрілки. Ці вихори приблизно однакової інтенсивності, але протилежного напряму обертання. Вони на деякий час утримують ротор в стані динамічної рівноваги в положенні, перпендикулярному до вітру. При подальшому збільшенні енергії кінцевих вихорів, настає момент зриву і віднесення цих вихорів по потоку. Особливістю відриву вихорів є те, що вихори з правої і лівої частини ротора сходять строго по черзі, утворюючи за ротором характерний "шаховий" вихровий слід, відомий як доріжка Кармана [4]. У момент відриву чергового вихору ротору передається деяка кількість імпульсу руху, що змушує його гойднутися убік, ротор починає розгойдуватися впоперек потоку, як це показано на фіг. 3 стрілками. У момент розгойдування ротора виникає ситуація, коли один з вихорів вже зійшов, а сила другого вихору достатня, щоб провернути ротор на повний зворот. Саме з цієї миті настає режим авторотації, що подалі все посилюється і ротор набирає обертів. Сталий режим авторотації підтримується за рахунок інтенсивного позитивного вихору з підвітряного боку біля передньої кромки лопаті. Вихор такого типа називають вихровим супутником. Негативний вихор біля кромки лопаті, що рухається назустріч потоку швидко відривається і зноситься далі по потоку. Описана схема вихрового ротора, що подається як Корисна модель, була реалізована на моделі наступних розмірів, - довжина лопаті 800 мм; - ширина лопаті 110 мм; - товщина лопаті 10 мм; - відстань між лопатями 60 мм; - вага ротора 0,4 кг. Упевнений старт і входження ротора в режим авторотації спостерігався при швидкості вітру 3,5 м в сек. Джерела інформації: 1. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат. 1990. 392 с. 2. http://vetrogenerator.com.ua/vetrogenerator/vertikal/620-vetrogenerator-biryukova-pohozh-nаturbіnu-blіnоvа.html(аналог). 3. Жуковский Н.Е. О падении в воздухе легких продолговатых тел вращающихся около своей продольной оси. // Полное собрание сочинений. М; Л.; Гостехиздат. 1949. Т. 4. с. 41-68. (прототип). 4. Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидродинамика. Ч.1. / Под ред. И.А. Кибеля. Издание шестое- М: Гос. из-во физ.-мат. лит., 1963. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Вітродвигун вихровий, що містить ротор у вигляді двох лопатей з центральним каналом поміж ними і осі обертання уздовж подовжньої осі симетрії, який відрізняється тим, що лопаті виконані у вигляді плоских паралельних пластин без будь-яких аеродинамічних обводів чи загинів. 2. Вітродвигун вихровий за п. 1, який відрізняється тим, що ширина каналу поміж лопатями дорівнює або декілька менше ширини лопаті. 2 UA 111046 U 3 UA 111046 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4

Дивитися

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: F03D 5/00

Мітки: вихровий, вітродвигун

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/6-111046-vikhrovijj-vitrodvigun.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Вихровий вітродвигун</a>

Подібні патенти