BG109729A - Роторна лопата - Google Patents

Abstract

С роторната лопата се постига висока степен на преобразуване на кинетичната енергия на флуидния поток в полезна механична енергия в широк скоростен диапазон на потока и при висока турбулентност на флуида. Получената механична енергия се използва за производство на електричество, изпомпване на вода,компресиране на газообразни и течни флуиди, за развъртане на маховици и за други устройства за преобразуване и съхранение на различни видове енергия.Роторната лопата е с променливо по дължината й напречно сечение. Тя е съставена от една крилоподобна част (1) с напречно сечение, наподобяващо това на самолетно крило с долепени до нея полуелиптични корубести части (2), така че надлъжната ос (3) на крилоподобната част (1) и надлъжните оси (4) на полуелиптичните корубести части (2) са успоредни помежду си, при което частите (2) покриват частично крилоподобната част (1) по дължината и ширината й. Полуелиптичните корубести части (2) на роторната лопата са спирално усукани около надлъжните си оси (4), а лопатата може да е гъвкава по цялата си дължина.

Description

РОТОРНА ЛОПАТА

Област на техниката

Настоящото изобретение се отнася до роторна лопата на турбини за получаване на механична енергия, чрез преобразуване на кинетичната енергия на вятъра, водните течения и на други безнапорни и напорни флуидни потоци. Получената механична енергия се използва за производство на електричество, изпомпване на вода, компресиране на газообразни и течни флуиди, за развъртане на маховици и за други устройства за преобразуване и съхранение на различни видове енергия.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са различни видове роторни лопати. Но те могат да се класифицират като два основни типа на основание на принципа им на действие.

Тези лопати, които имат корубести форми и се въртят под динамичния напор на флуидния поток се наричат съпротивителни, защото те се движат, съпротивлявайки се на потока. Вторият основен тип лопати имат форми и напречни сечения, наподобяващи самолетно крило (крилоподобни). Те се наричат още аеродинамични / хидродинамични, защото се движат, поради разликата в налягането на обтичащия ги от двете им страни флуид.

От патент на Канада № СА2521045 е известна роторна лопата, която може да променя напречните сечения в различни участъци от нея по време на работа на турбината.

От патент на САЩ № US2006198724 е известна съпротивителна корубеста роторна лопата, която се разширява по дължината си.

От публикувана иновативна информация в Германия под №W02005078277 е известно техническо решение за роторна лопата с променливо сечение по дължината й.

Корубестите лопати, като например тази, представена в горецитирания патент на САЩ № US2006198724, имат два основни недостатъка. Те се въртят сравнително бавно във флуидния поток и са

3.

ниско ефективни при трансфомацията на кинетичната енергия на потока в механична.

Крилоподобните роторни лопати, независимо дали са с еднакво или променливо сечение (като описаните в патент на Канада №СА2521045 и в документ №W02005078277), имат три общи недостатъка:

Първият е, че те започват да се въртят при сравнително високи скорости на потока.

Вторият е, че при усилване на течението те се развъртат прогресивно бързо (разгонват се) да високи скорости, което механично ги претоварва и разрушава.

Третият е, че тяхната ефективност силно намалява при работата им в турбулентни потоци.

Техническа същност на изобретението

Цел на настоящото изобретение е да се създаде роторна лопата, която да се задвижва при ниски скорости на потока, да бъде енергийно ефективна при трансформацията на кинетичната енергия на флуида в широк диапазон на скорости на течението и при висока турбулентна интензивност във флуидния поток, както и да има самоспиращ ефект при високи скорости на течението.

Основната цел е постигната чрез роторна лопата с променливо по дължината й напречно сечение, характеризираща се с това, че е съставена от една крилоподобна част с напречно сечение, наподобяващо това на самолетно крило с долепени до нея полуелиптични корубести части, така че надлъжната ос на крилоподобната част и надлъжните оси на полуелиптичните корубести части са успоредни помежду си, при което корубестите части покриват частично крилоподобната част по дължината и ширината й.

В едно предпочитано изпълнение на роторната лопата полуелиптичните й корубести части могат да са спирално усукани около надлъжните си оси.

4.

В друго предпочитано изпълнение роторната лопата е гъвкава по цялата си дължина.

Предимствата на роторната лопата, съгласно изобретението са, че чрез нея се постига висока степен на преобразуване на кинетичната енергия на флуидния поток в полезна механична енергия, работата й в широк скоростен диапазон на потока и при висока турбулентност на флуида в него и възможностите й за гъвкаво нагаждане на лопатата под въздействие на центробежната и други сили, въздействащи върху нея.

Корубестите части на лопатата, съгласно изобретението, дават възможност тя по-лесно да се задвижва при ниски скорости на течението като всяка съпротивителна лопата, както и да осигурява самоспиращ ефект на ротора при високи скорости на течението. Освен това, корубестите части правят лопатата, като цяло, механично по-устойчива на знакопроменливи и резонансни натоварвания.

Крилоподобната част на лопатата, съгласно изобретението, дава възможност такива лопати да бъдат енергийно по-ефективни при високи скорости на потока, а спираловидното усукване на корубестите части на лопатата прави движението й по-плавно, което намялява механичните усилия върху нея.

Съществено предимство на лопатата, съгласно изобретението е, че тя по цялата си дължина има пълен или частичен (където са корубестите й части) аеродинамичен/хидродинамичен контур на напречните й сечения, наподобяващ такъв на самолетно/хидро крило. Това дава възможност на въртяща се роторна лопата, съгласно изобретението, да бъде високоефективна при трансформацията на кинетичната енергия на флуиден поток в механична енергия на въртенето.

Предимство на роторната лопата, съгласно изобретението, е и нейната универсалност. Тя може да се монтира на ротори с вертикални, хоризонтални и наклонени оси, както и по два или повече коаксиални ринга около един роторен вал.

5.

Всеки ротор, с една или повече лопати, съгласно изобретението, работещ напречно на посоката на течението, се върти в една посока, независимо от направлението на флуидния поток, както и при непрекъсната смяна на посоката му. Еднопосочното въртене на на такива ротори при разнопосочното им обтичане, прави възможно опростено и пряко енергийно използване на осцилиращото движение на приливно-отливни морски и океански течения, както и на морските вълни.

Освен това, ротори с такива лопати, поради невисоките си обороти са нискошумни и работят ефективно в потоци с повишена турбулентност. Тези два факта дават решителни предимства за вертикалноосевите ротори на турбини, с лопати съгласно изобретението, работещи в урбанизирани територии с повишена турбулентност на въздушните потоци, където не се допуска използването на шумни машини.

Инвестиционните преимущества на вложенията за строителните и монтажните работи при инсталирането на водни турбини, с лопати, съгласно изобретението, са че се възвръщат бързо, защото са ниски не само поради ниската себестойност на турбините, но и защото напълно се избягва изграждането на водохващания, бентове или язовирни стени, напорни тръбопроводи и т.н..

Кратко пояснение на приложения чертеж

Фигура 1 представлява едно напречно сечение на роторна лопата, съгласно изобретението.

Примери за изпълнение на изобретението

Роторната лопата с променливо по дължината й напречно сечение, показано на Фиг.1, се характеризира с това, че е съставена от една крилоподобна част 1 с долепена до нея една полуелиптична корубеста част 2, така че надлъжната ос 3 на крилоподобната част 1 и надлъжната ос 4 на полуелиптичната корубеста част 2 са успоредни помежду си, при което корубестата част 2 покрива частично крилоподобната част 1 по дължината и ширината й.

6.

Според условията, в които работят, лопатите със сечение като на Фиг.1, могат да бъдат с преобладаваща корубеста част 2 или с преобладаваща крилоподобна част 1. В зависимост от съотношението на дължините на двете части на лопатата могат да се постигнат различни енерготехнически характеристики на турбини, с монтирани такива лопати, които да бъдат оптимално подходящи за най-различни работни условия.

За полуелиптичната част 2 е препоръчително съотношението межде полуосите на елипсата да е 1 към 1.4. Ъгълът на спирално усукване на полуелиптичните части 2 е добре да бъде в рамките на 4-8 ъглови градуса. Подходящи форми за крилоподобните части 1 от лопатата са асиметричните аеродинамичните профили, като например NACA 9519. Освен асиметричните профили, роторните лопати могат да имат части 1 и със симетрични профили. Например като NACA 0018.

Посочените форми, профили и степен на усукване са приемливи за лопати, които е предвидено да се въртят сравнително бавно. За повисоки периферни скорости на лопатите са по-подходящи по-тънки сименрични профили за части 1 като, например, NACA 0015 (NACA 0012), а на полуелиптичните части 2 съотношението между полуосите на елипсата да е 1 към 1.9 (1 към 2.2). За по-бързо въртящите се лопати ъгълът на спирално усукване на полуелиптичните части 2 е препоръчително да бъде в рамките на 2-5 ъглови градуса.

В зависимост от проектната периферна скорост на въртене на еднакви лопати, съотношението между дължините и ширининте им и разстоянията между тях и броят им в еднорингов ротор най-често е в граници от 3 до 15.

Роторните лопати могат да се произвеждат от стъклопласти или метали, както и от други нескъпи материали и по несложни технологии. Лопатата може да бъде изработена като едно цяло или да бъде сглобена от отделни елементи.

Claims (3)

1. ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

   1. Роторна лопата с променливо по дължината й напречно сечение (Фиг.1), характеризираща се с това, че е съставена от една крилоподобна част (1) с напречно сечение, наподобяващо това на самолетно крило с долепени до нея полуелиптични корубести части (2), така че надлъжната ос (3) на крилоподобната част (1) и надлъжните оси (4) на полуелиптичните корубести части (2) са успоредни помежду си, при което полуелиптичните корубести части (2) покриват частично крилоподобната част (1) по дължината и ширината й.
2. 2. Роторна лопата, съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че полуелиптичните й корубести части (2) са спирално усукани около надлъжните си оси (4).
3. 3. Роторна лопата, съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че е гъвкава по цялата си дължина.