Номер патенту: 100949

Опубліковано: 11.02.2013

Автор: Лозовий Петро Петрович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Вітроколесо енергетичної установки, що містить гондолу з закріпленими на ній лопатями і регулюючими їх апаратами, кутовий профіль і стержні, які зміцнюють кріплення пластини з конусом, яке відрізняється тим, що він складається з двох однакових дволопатевих вітроколіс, закріплених на гондолі в двох площинах їх обертання, де друге вітроколесо віддалене від першого на відстань не менше розміру діаметра основи конуса та зміщене в сторону обертання на кут не більше 90°, і мають вони по дві лопаті, розміщені у одній площині обертання під розгорнутим кутом одна до одної.

2. Вітроколесо за п. 1, яке відрізняється тим, що регулюючий апарат лопатей складається з пружини і тягаря, закріпленого з навітряної сторони всередині внизу конуса.

Текст

Реферат: Вітроколесо енергетичної установки містить гондолу з закріпленими на ній лопатями і регулюючими їх апаратами, кутовий профіль і стержні, які зміцнюють кріплення пластини з конусом. Пристрій складається з двох однакових дволопатевих вітроколіс, закріплених на гондолі в двох площинах їх обертання, де друге вітроколесо віддалене від першого на відстань не менше розміру діаметра основи конуса та зміщене в сторону обертання на кут не більше 90°. Вітроколеса мають по дві лопаті, розміщені у одній площині обертання під розгорнутим кутом одна до одної. UA 100949 C2 (12) UA 100949 C2 UA 100949 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області енергетичного машинобудування і може використовуватися в тихохідних та швидкообертових енергетичних вітроустановках. Вітроколесо містить гондолу з закріпленими на ній лопатями, кутовий профіль, стержні, що кріплять пластини з конусом лопаті, та їх регулюючі апарати. Вітроколесо складається з двох закріплених вітроколіс, розміщених одне за одним, з віддаленням другого по довжині гондоли на відстань не менше розміру діаметра основи конуса та зміщеним на кут в сторону обертання не більше 90°, і мають по дві лопаті в одній площині обертання під розгорнутим кутом. Кожна лопать з навітряної сторони укріплена кутовим профілем і стержнями. Оберти вітроколеса регулюються регулюючими апаратами. Відомі вітроколеса енергетичних установок, як у нашій країні, так і за кордоном, з використанням вітру /див. журнал "Гидротехника и механизация", № 3, 1986 р. - С. 70-74, патент Російської Федерації № 2059105, МПК6 F03D 1/06/, є аналогами. Вітроколеса мають по дві або декілька лопатей, гондолу, стержні, пружини. Основні недоліки вітроколіс: - лопаті пропелерного типу конструкції неефективно працюють при дії на них течії рухомого повітря, бо призначені для відкидання повітря, а не для прийому його; - лопаті на гондолі закріплені в одній площині обертання, і сповзання повітряної маси з поверхні лопатей відбувається у напрямі проти руху наступних за ними лопатей, що призводить до того, що вони заважають одні одним обертатись, а отже неефективно встановлювати більше двох лопатей у вітроколесі; - лопаті продувні, а тому повинна вільно проходити велика частина маси повітря, тому кінетична енергія рухомої маси повітря використовується не повністю; - лопаті вітроколеса створюють шкідливий високочастотний шум, який створюється від великої швидкості відриву повітря з їхньої поверхні за малий проміжок часу; - вітроколеса ефективно працюють тільки в діапазоні великих швидкостей вітру із-за малої парусності лопатей; Вітроенергетична установка з двома вітроколесами, патент Російської Федерації № 2059105, має парусність, в два рази більшу, ніж з одним вітроколесом. Її лопаті утворюють дві площини обертання, де з кожної лопаті сповзаюче повітря гальмує наступну, рухаючи 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; - вітроколесо має більшу (довшу) сумарну вихідну кромку із всіх лопатей, тому при відриву повітря з їхніх поверхонь відбувається гальмування і більший шум; - аеродинамічний профіль лопатей з установленим кутом до площини обертання робить опір з підвітряної сторони, а це понижує ККД вітроколіс; - два вітроколеса в одній установці з зміщенням другого на кут відносно лопатей першого вітроколеса в зворотну сторону обертання зумовлюють швидко пройти ще великому об'єму маси повітря між лопатями не використавши кінетичну енергію. Гвинтовітроколесо енергетичної установки, патент України № 86244, є найбільш близьким аналогом. Гвинтовітроколесо має вал (гондолу), на якій закріплені лопаті з кутовим профілем, стержні та пружини. Основні недоліки гвинтовітроколеса: - кожна перша обертова лопать не створює аеродинамічну корисну дію (не продуває з навітряної сторони) на обертову за нею наступну лопать, що зменшує ККД; - лопаті знаходяться в трьох площинах обертання, а це збільшило опір для їх обертання і потребує кріплення гондоли з другого кінця в підшипнику для запобігання двигтіння гвинтовітроколеса; - потребує встановлювати гвинтовітроколесо в повертальну опору, а це унеможливлює його застосовування у водопіднімальних установках і т.д. Задачею даного винаходу є: - збільшити коефіцієнт використання кінетичної енергії вітру і ще збільшити обертовий момент за рахунок застосування лопатей з конструкції патенту України № 86244, закріплюючи їх по дві лопаті на гондолі в одній площині обертання під розгорнутим кутом одна до одної і віддалених цих пар вздовж гондоли на відстань не менше розміру діаметра основи конуса та зміщення другої пари лопатей в сторону обертання на кут не більше 90°; 1 UA 100949 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - зменшити опір обертання лопатей навколо осі гондоли за рахунок закріплення чотирьох лопатей на гондолі в двох площинах обертання; - спростити регулювання обертів вітроколеса за рахунок заміни обертальної опори на застосування регулюючих апаратів; - розширити діапазон використання вітроколіс в різних вітроенергетичних установках за рахунок кріплення вітроколіс одним його кінцем. Суть винаходу в тому, що вітроколесо складається з двох малих вітроколіс, кожне з яких складається з двох лопатей в одній площині обертання, що закріплені на гондолі під розгорнутим кутом одна до одної. Друге вітроколесо віддалене від першого на відстань не менше розміру діаметра основи конуса та з кутовим зміщенням лопатей другого вітроколеса відносно лопатей першого вітроколеса на кут не більше 90°. Кожна лопать закріплена на своїй осі до гондоли і незалежно від других провертається в гондолі при змінних вітрових навантаженнях, а потім фіксується на стартове положення перпендикулярно до руху повітря від стиснутих пружин. Кожна лопать складається з конуса, пластини, кутового профілю, стержнів і тягаря регулюючого апарата. Пластини закріплені до поверхні конусів вздовж дотичної їх сходження з підвітряної сторони, вздовж конусів і пластин кріпляться кутові профілі і фіксуються стержнями. Висота конуса лопаті з пластиною по відношенню до діаметра основи залежить від призначення вітроколеса, частоти обертання чи обертового моменту. Так, при більшому співвідношенні висоти конуса до його розміру діаметра основи, оберти вітроколеса 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. При зіткненні маси повітря з такими лопатями вітроколеса, рух його гальмується, а потім повітряна маса, сповзаючи, направляється по поверхнях пластин в радіальному напрямку до центра вітроколеса і, минувши його, виходить за межі розміру діаметра. При сповзанні повітряної маси з пластин лопатей першого вітроколеса, вона проходить з навітряної сторони над лопатями в другій площині обертання. Вона їх продуває, тим самим зменшує опір для їх обертання від утвореної кращої аеродинамічної якості лопатей. У аналога винаходу такого аеродинамічного процесу не відбувається. При сковзуванні повітряної маси з поверхонь двох віддалених лопатей, вона потрапляє під підвітряні поверхні перших лопатей і ці вже лопаті знаходяться, як на повітряних подушках, що копіює мах крила птаха чи політ планера над потоком повітря з поверхні Землі. В аналога на третій лопаті такого не відбувається. Вітроколесо з чотирма лопатями показане на фіг. 1 в фронтальній, а на фіг. 2 - профільній площинах з дією на нього течії повітряної маси. На фіг. 3 показана лопать з розміщенням тягаря регулюючого апарата в розрізі по А-А на фіг. 2 в збільшеному мірилі. Вітроколесо має лопаті a, b, c, d, гондолу 1, пружини 2. Вітроколесо кріпиться на валу електричного генератора 3, який обертається на щоглі 4. Лопать складається з конуса 5 з віссю 6, пластини 7, стержнів 8, кутового профілю 9 і тягаря 10. Вітроколесо працює так. При дії сили рухомого повітря на установку з великою парусністю лопатей та зміщеною гондолою 1 з лопатями a, b, c, d від центра осі щогли 4, вітроколесо розвертається перпендикулярно до цього руху повітряної маси. Перекриває цей рух поверхнями всіх лопатей a, b, c, d на різних відстанях, див. фіг. 2, і він, змінивши свій напрямок від нахилених пластин 7, направився до центру, див. фіг. 1. Від різкої зміни напрямку руху, маса повітря загальмувалась, від чого піднявся тиск і лопаті a, b, c, d розвернулись в гондолі 1 на своїх осях 6, скрутивши (зжавши) пружини 2. Маса повітря, сповзаючи з пластини 7, віддавши частково свою кінетичну енергію на скручення пружини 2, пройшла між лопатями a, b, c, d за межі вітроколеса в підвітряну їх сторону. Різниця сил на поверхні пластин 7 і поверхні конусів 5 з навітряної сторони від підвітряної сторони змусила вітроколесо обертатись навколо осі гондоли 1 і обертати вал електричного генератора 3 в сторону розвернутих пластин 7. При збільшенні обертів вітроколеса на пластини 7 діє відцентрова сила, сила зжатих пружин 2 та зустрічного опору повітря з підвітряних сторін лопатей повернула лопаті а, b, с, d в первинне положення і відкинула при цьому повітря з двох площин обертання проти вітру. Так ще збільшився тиск повітря на поверхні конусів 5 і пластин 7 з навітряної сторони. Сповзання маси повітря по нахилених поверхнях пластин 7 проти збільшуваної поверхні діаметра конусів 5 призвело до виникнення сили тертя, що змінила ще напрямок руху в протилежну сторону обертальних лопатей a, b, c, d, додавши додаткову силу до обертового моменту. Далі, від дії відцентрової сили на масу повітря, воно відкинулось за межі радіуса вітроколеса. Але так як кожна пара лопатей а і b та с і d закріплена на гондолі в двох площинах обертання та ще пара лопатей с і d зміщена на кут в сторону обертання відносно першої пари а і b, то сповзаюча маса повітря з пластин 7 лопатей а і b пройшла над поверхнями лопатей с і d, що розміщені в другій 2 UA 100949 C2 5 10 15 20 25 площині обертання, з навітряної сторони. Продувка цих лопатей зумовила перетинання двох потоків мас повітря, що частково загальмувало сповзаючі маси по їх поверхнях пластин 7 і привело до більшого тиску на поверхні конусів 5. Так ще збільшилися оберти вітроколеса і його обертовий момент. У найбільш близькому аналогу такого аеродинамічного процесу не відбувається. Збільшений тиск повітря над поверхнями пластин 7 і поверхнями конусів 5 лопатей с і d - це повітряна подушка перед слідом обертальними за ними лопатями а і b з підвітряної сторони. Обертальні лопаті а і b, проходячи над повітряними подушками, подібно маху крила птаха чи польоту планера над висхідним рухом повітря від поверхні Землі, створили допоміжну попутну тягу і збільшили ще обертовий момент і оберти. Від великої швидкості лопатей, що обертаються навколо осі гондоли 1, в яких всередині з навітряної сторони закріплені тягарі 10 біля основи конуса, від відцентрової сили на них, з плечем, рівним величині радіуса основи конуса, розвертаються лопаті в гондолі 1 на своїх осях 6 в сторону їх обертання, зжавши пружини 2. Зменшилась парусність, та із збільшенням опору з підвітряної сторони на пластини 7 вітроколесо зменшило оберти. При меншій дії сили повітряної маси на поверхні лопатей вітроколеса діє сила зжатих пружин 2 і опір повітря з підвітряної сторони на пластини 7, всі лопаті займуть стартове положення і оберти стабілізуються. Сума всіх діючих сил на пластини 7 і поверхні конуса 5 збільшила коефіцієнт вітроколеса з рухомої маси повітря відносно гвинтовітроколеса аналога. Кріплення кутового профілю 9 та стержнів 8 поміж поверхнями конусів 5 і пластин 7 збільшує надійність роботи вітроколеса. Застосування даного вітроколеса у вітроустановках збільшить коефіцієнт використання кінетичної енергії з течії повітря, в порівнянні з аналогом винаходу, як по числу обертів, так і по обертовому моменту, і сприяє його широкому використанню. Такі вітроколеса конкурентні в порівнянні з вітроколесами однакових розмірів їх діаметрів, та ще не створюють шкідливого шуму і легко запускаються. Вітроколесо працює в більшому діапазоні швидкості вітру, а це дає можливість більше виробити електроенергії чи підняти води на поверхню Землі з свердловини і ще швидше себе окуплять. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 1. Вітроколесо енергетичної установки, що містить гондолу з закріпленими на ній лопатями і регулюючими їх апаратами, кутовий профіль і стержні, які зміцнюють кріплення пластини з конусом, яке відрізняється тим, що він складається з двох однакових дволопатевих вітроколіс, закріплених на гондолі в двох площинах їх обертання, де друге вітроколесо віддалене від першого на відстань не менше розміру діаметра основи конуса та зміщене в сторону обертання на кут не більше 90°, і мають вони по дві лопаті, розміщені у одній площині обертання під розгорнутим кутом одна до одної. 2. Вітроколесо за п. 1, яке відрізняється тим, що регулюючий апарат лопатей складається з пружини і тягаря, закріпленого з навітряної сторони всередині внизу конуса. 3 UA 100949 C2 4 UA 100949 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Wind wheel of power plant

Автори англійською

Lozovyi Petro Petrovych

Назва патенту російською

Ветроколесо энергетической установки

Автори російською

Лозовой Петр Петрович

МПК / Мітки

МПК: F03D 1/02, F03D 1/06

Мітки: вітроколесо, енергетичної, установки

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/7-100949-vitrokoleso-energetichno-ustanovki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Вітроколесо енергетичної установки</a>

Подібні патенти