EA014267B1 - Ветряная турбина, установленная на автомобиль - Google Patents

Ветряная турбина, установленная на автомобиль Download PDF

Info

Publication number
EA014267B1
EA014267B1 EA200901569A EA200901569A EA014267B1 EA 014267 B1 EA014267 B1 EA 014267B1 EA 200901569 A EA200901569 A EA 200901569A EA 200901569 A EA200901569 A EA 200901569A EA 014267 B1 EA014267 B1 EA 014267B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
power plant
wind wheel
vehicle
blades
aerodynamic
Prior art date
Application number
EA200901569A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200901569A1 (ru
Inventor
Юрий Валентинович КРИУЛИН
Original Assignee
Юрий Валентинович КРИУЛИН
КАЛИНИНА, Людмила Борисовна
КАЛИНИН, Всеволод Дмитриевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Валентинович КРИУЛИН, КАЛИНИНА, Людмила Борисовна, КАЛИНИН, Всеволод Дмитриевич filed Critical Юрий Валентинович КРИУЛИН
Publication of EA200901569A1 publication Critical patent/EA200901569A1/ru
Publication of EA014267B1 publication Critical patent/EA014267B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F03D1/025—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors coaxially arranged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/32—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on moving objects, e.g. vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K16/00—Arrangements in connection with power supply of propulsion units in vehicles from forces of nature, e.g. sun or wind
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/94—Mounting on supporting structures or systems on a movable wheeled structure
    • F05B2240/941—Mounting on supporting structures or systems on a movable wheeled structure which is a land vehicle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области транспорта, более точно к силовым установкам легковых автомобилей и может быть использовано в качестве силовой установки для грузовых и легковых автомобилей, автобусов, мотоциклов, электромобилей, а также на подвижном железнодорожном составе (электровоз, тепловоз, вагон), метро, трамвае, троллейбусе, на водном и авиационном транспорте. Заявляемое изобретение характеризуется тем, что комбинированная аэродинамическая энергосиловая установка ″КАЭС″ во время движения автомобиля вырабатывает за счёт набегающего воздушного потока электроэнергию и распределяет её между колесами автомобиля. Количество вырабатываемой в аэроблоках силовой установки ″КАЭС″ электроэнергии составляет не менее 50% от необходимой энергии, достаточной для обеспечения равномерного прямолинейного движения автомобиля. Конструкция силовой установки ″КАЭС″ органично сочетается с современными, серийно выпускаемыми автомобилями и их силовыми установками как на электромобилях, так и на автомобилях с гибридными силовыми установками, существенно повышая их технические характеристики.

Description

Изобретение относится к области транспорта, более точно к силовым установкам легковых автомобилей, и может быть использовано в качестве силовой установки для грузовых и легковых автомобилей, автобусов, мотоциклов, электромобилей, а также на подвижном железнодорожном составе (электровоз, тепловоз), метро, трамвай, троллейбус, на водном и авиационном транспорте.
Предшествующий уровень техники
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) автомобиль - один из основных источников загрязнения окружающей среды. Он потребляет более 90% всех производимых нефтепродуктов. Снизить расход углеводородных сортов топлива на автомобильном транспорте пытаются различными способами. Один из них состоит в том, что во время движения автомобиля его силовая установка вырабатывает электроэнергию за счет кинетической энергии набегающего воздушного потока. Полученную, таким образом, электроэнергию используют для подзарядки зарядных устройств (аккумулятор, аккумуляторные батареи и т.п.) и/или для движения автомобиля.
Известна конструкция силовой установки автомобиля, позволяющая вырабатывать электроэнергию от встречного воздушного потока, представленная в патенте И.8. Ра1сп1. Эсе. 12, 2006, № 7147069 В2.
Аэродинамическая часть данной силовой установки, предназначенная для преобразования кинетической энергии набегающего воздушного потока в работу на валу электрогенератора, затрачиваемую на производство электрической энергии, размещена в передней части автомобиля и по его бокам. Она выполнена в виде аэроблоков, внутри которых размещены ветряные колеса, ось вращения которых ориентирована и поперек, и вертикально продольной оси автомобиля, т. е. перпендикулярно его движению. Каждое ветроколесо - в виде ротора с лопатками, но уже не плоскими, а выпукло-вогнутыми. При движении автомобиля набегающий воздушный поток давит на поверхности лопаток ветряных колес и вращает их, вырабатывая известным способом электроэнергию. Форма лопаток выполнена таким образом, чтобы при движении лопатки от набегающего воздушного потока для выработки электроэнергии её сопротивление было максимально возможным (вогнутая сторона), а при движении в противоположную сторону - минимальным, т. е. меньше сопротивления плоской пластины (выпуклая сторона).
За счет улучшения аэродинамических характеристик данной конструкции и применения лопаток ветроколеса с более высокими несущими свойствами величина вырабатываемой электроэнергии от набегающего воздушного потока может увеличиться примерно в полтора-два раза без увеличения размеров аэродинамической части, что подтверждено экспериментальными и научно-исследовательскими работами. Таким образом, при движении автомобиля со скоростью 50-70 км/ч (коэффициент трения качению к=0,05) величина вырабатываемой электроэнергии будет составлять уже порядка 2-2,5 кВт на 1 м площади входного сечения аэроблоков.
Известная силовая установка способна вырабатывать 8-10% мощности (Иэл), потребной для равномерного прямолинейного движения автомобиля массой в 1 т (Ипотр), т.е.
ΝΜ ~ 0,1Νποτρ.
Дальнейшее увеличение вырабатываемой электроэнергии от набегающего воздушного потока без увеличения размеров входного сечения аэроблоков позволит повысить КПД силовой установки, эффективность эксплуатации транспортных средств и обеспечить сокращение потребления углеводородных и других сортов топлива.
Но совершенствование и улучшение несущих свойств лопаток ветроколеса, выполненного по данной схеме, т.е. при ориентации оси его вращения перпендикулярно движению транспортного средства, не может исключить движение лопаток ветроколеса против набегающего воздушного потока, а это, в свою очередь, не позволяет существенно увеличить выработку электроэнергии.
Целесообразно исключить непроизводительные движения лопаток ветроколеса против движения воздушного потока. Это можно сделать, изменив ось вращения ветроколеса. Данное техническое решение известно из патента И.8. РаЕсгИ Магсй 26, 1968, № 3374849, которое принято за прототип.
Аэродинамическая часть данной силовой установки, которая предназначена для преобразования кинетической энергии набегающего воздушного потока в работу на валу, затрачиваемую на привод электрогенератора, размещена внутри транспортного средства. Она выполнена в виде аэродинамического блока, внутри которого размещены на одном валу четыре ветряных колеса, ось их вращения ориентирована вдоль продольной оси автомобиля, т.е. параллельно его движению. Каждое ветроколесо выполнено в виде аэродинамических лопаток, жестко закрепленных на валу, который связан с валом электрогенератора. При движении автомобиля набегающий воздушный поток, проходя относительно лопаток ветроколеса, создает на их поверхностях аэродинамические силы, направленные в сторону вращения, вырабатывая известным способом электроэнергию. Данная конструкция позволяет исключить непроизводительные движения лопаток ветроколеса.
На небольших скоростях движения транспортного средства (до 15-20 км/ч), при вращении первого по потоку ветроколеса, происходит незначительный скос воздушного потока за ним, который слабо влияет на характер обтекания последующих за ним ветряных колес. Расстояния между ветряными колёсами соизмеримы или несколько больше их радиусов, что способствует постепенному выравниванию
- 1 014267 воздушного потока при его движении по достаточно длинной проточной части аэродинамического блока. При увеличении скорости движения транспортного средства (свыше 20 км/ч) воздушный поток за первым ветроколесом приобретает устойчивый угол скоса (см. с. 332, Холщевников К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. - Москва: Машиностроение, 1970 [1]), в связи с чем обтекание аэродинамических лопаток второго и последующих ветряных колес происходит со скосом, что значительно снижает несущие свойства лопаток и не способствует созданию на них аэродинамических сил, направленных в сторону вращения ветряных колёс. Так как все ветряные колеса жестко закреплены на одном валу, то даже относительно хорошая эффективность работы первого ветроколеса, находящегося в более благоприятном режиме обтекания, существенно снижается из-за уменьшения несущих свойств аэродинамических лопаток второго и последующих за ним колёс, а большие расстояния между ветряными колёсами увеличивают величину гидравлических потерь аэроблока силовой установки. Все эти недостатки сводят на нет основное преимущество силовой установки с продольно ориентированными ветряными колесами, в результате этого преобразование кинетической энергии набегающего воздушного потока в электрическую находится на очень низком уровне.
Для повышения выработки электроэнергии необходимо внести изменения в данную конструкцию силовой установки, которые позволили бы значительно уменьшить проточную часть её аэродинамической конструкции и, соответственно, величину гидравлических потерь. Необходимо также устранить влияние скоса воздушного потока, обеспечив оптимальный угол подхода воздушного потока к аэродинамическим лопаткам всех ветряных колес для увеличения их подъемных сил. Данные конструктивные изменения позволят поднять КПД силовой установки и повысить эффективность эксплуатации транспортных средств.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в разработке силовой установки, отличающейся от известных аналогичных технических решений тем, что производство электроэнергии в ней за счет кинетической энергии набегающего воздушного потока происходит со значительно более высоким коэффициентом полезного действия, что позволяет уменьшить расход углеводородных и других видов топлива и энергии не менее чем в два раза; сократить выбросы выхлопных газов и вредных веществ;
уменьшить тепловое воздействие на атмосферу.
Для решения этих задач в конструкцию аэродинамической части предлагаемой силовой установки вносятся изменения, которые позволяют уменьшить гидравлические потери и обеспечить оптимальные условия обтекания набегающим воздушным потоком аэродинамических лопаток продольно-ориентированных ветряных колёс. Предлагаемые конструктивные изменения позволяют увеличить в несколько раз величину вырабатываемой электроэнергии без увеличения площади входного сечения аэродинамической части силовой установки.
С этой целью в проточной части проектируемой силовой установки расстояние между ветряными колесами значительно сокращается и определяется минимальными зазорами между конструктивными элементами в осевых и радиальных направлениях. Для устранения скоса воздушного потока в непосредственной близости перед и за ветроколесом устанавливаются направляющие (спрямляющие) аэродинамические лопатки.
Причем в силовой установке транспортного средства, содержащей двигатель, связанный с движителем транспортного средства, и аэродинамическую конструкцию, включающую в себя по крайней мере одно ветроколесо с лопатками, выполненное с возможностью получения энергии от набегающего воздушного потока и выработки через связанный с ним электрогенератор электрической энергии для передачи ее на движитель транспортного средства, вблизи ветроколеса установлены направляющие лопатки, обеспечивающие оптимальный угол обтекания лопаток этого ветроколеса набегающим воздушным потоком, и за его лопатками - спрямляющие лопатки, при этом спрямляющие лопатки одного ветроколеса являются направляющими лопатками последующего за ним другого ветроколеса.
Указанное выше обеспечивает подход под оптимальным углом набегающего потока на лопатки ветроколеса для получения максимально возможных аэродинамических подъемных сил с целью выработки электрической энергии, возрастающей при набегании воздушного потока на лопатки ветроколеса.
В такой силовой установке транспортного средства предпочтительно выполнять направляющие лопатки с возможностью поворота относительно своих продольных осей.
Такое дополнительное изменение позволяет обеспечить оптимальное обтекание аэродинамических лопаток ветроколеса с максимально возможным преобразованием кинетической энергии набегающего воздушного потока в механическую энергию вращения на валу электрогенератора для получения электроэнергии.
Набегающий воздушный поток, попадая в аэроблок предлагаемой силовой установки, в неподвижно установленных направляющих лопатках получает необходимый угол для оптимального подхода к аэродинамическим лопаткам ветроколеса. При обтекании лопаток ветроколеса на них образуется разность давлений, т. е. известная аэродинамическая подъемная сила, направленная в сторону вращения ветряного колеса, обеспечивая его вращательное движение (см. с. 127, Тютюнов В.А., Ловинский С.И.
- 2 014267
Авиационные двигатели. - Москва, 1964 [2]). В конструкции, содержащей более одного ветроколеса, неподвижно установленные направляющие лопатки второго ветроколеса одновременно выполняют роль спрямляющих лопаток первого ветроколеса, где воздушный поток приобретает необходимое направление и под оптимальным углом подходит к аэродинамическим лопаткам второго ветроколеса, создавая на них аэродинамические подъёмные силы, направленные также в сторону вращения ветроколеса и т.д. Одно или несколько ветряных колес аэроблока предлагаемой силовой установки КАЭС жестко закреплены на одном валу с электрогенератором, который при вращении известным образом вырабатывает электроэнергию. Вырабатываемая электроэнергия распределяется между электродвигателями передних и/или задних колёс, приводя в движение транспортное средство.
В таком силовом блоке транспортного средства направляющие лопатки и лопатки ветроколеса в их поперечном сечении могут иметь выпукло-вогнутый газодинамический профиль с аэродинамической и геометрической круткой.
Это обеспечивает возможность получения ветроколесом максимально возможных подъемных сил для превращения кинетической энергии в крутящий момент на валу электрогенератора.
Такая аэродинамическая и геометрическая крутка позволяет организовать на всем размахе лопатки ветроколеса максимально возможные подъемные силы для получения максимального крутящего момента на валу электрогенератора.
В такой силовой установке транспортного средства воздушный поток поступает в аэродинамическую конструкцию через воздухозаборник регулируемого сечения.
Это позволяет организовать оптимальные режимы ветроколеса для максимально возможной выработки электроэнергии при различных скоростях движения транспортного средства.
Регулируемое сечение аэродинамической конструкции транспортного средства может уменьшить свой размер до нуля.
Такое регулируемое сечение аэродинамической конструкции транспортного средства позволяет обеспечить оптимальную работу силового блока на незначительных скоростях движения (от 0 до 20 км/ч) или на скоростях свыше 100 км/ч, когда выработка электрической энергии силовым блоком становится невыгодной.
Кроме того, такое контролируемое сечение аэродинамической конструкции заявляемой установки может уменьшить вредное сопротивление до нуля.
Способность уменьшения до нуля вредного сопротивления регулируемой части входного устройства позволяет обеспечить максимально возможные скорости транспортного средства, когда выработка электроэнергии силовым блоком экономически не выгодна.
Как упоминалось выше, в такой силовой установке транспортного средства предпочтительно расположить ветроколеса в непосредственной близости относительно друг друга с учетом минимального зазора между своими конструктивными элементами в осевых и радиальных направлениях.
Это уменьшает газовоздушный тракт и гидравлические потери при прохождении воздушного потока во время движения транспортного средства.
Предпочтительно электрогенератор в такой силовой установке соединять по крайней мере с одной аккумуляторной батареей, соединенной с движителем транспортного средства.
Это обеспечивает стабильное и эффективное действие силовой установки независимо от скорости движения транспортного средства благодаря тому факту, что излишек выработанной электроэнергии аккумулируется в батарее, а если необходимо он передается движителю.
В случае движения автомобиля под уклон, когда потребление энергии резко снижается, кинетическая энергия набегающего воздушного потока, преобразуемая в аэроблоке в электрическую, накапливается в батарее, аналогично, как и при рекуперативном торможении автомобилей с гибридными силовыми установками (Тоуо!а Ртш8, Ротб Ексаре, Ьехик ИХ 40011 и т.п.), повышая её ёмкость. При движении вверх потребление энергии возрастает и накопленная в батарее электроэнергия подается на привод колес, что позволяет обеспечить существенную экономию энергии в целом.
В случае отсутствия потребности в преобразовании кинетической энергии набегающего воздушного потока в электрическую и/или в необходимости уменьшения аэродинамического сопротивления транспортного средства поступление воздушного потока в аэроблок уменьшается или полностью прекращается путем уменьшения размера входного сечения в аэродинамическую часть КАЭС вплоть до полного его перекрытия.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение более подробно описывается на примере и сопровождается соответствующими чертежами, на которых фиг. 1 - вид сбоку на автомобиль с силовой установкой КАЭС;
фиг. 2 - вид сверху на автомобиль с силовой установкой КАЭС;
фиг. 3 - вид спереди на автомобиль с силовой установкой КАЭС;
фиг. 4 - принципиальная схема и основные конструктивные элементы силовой установки КАЭС; фиг. 5 - вид сбоку на аэроблок силовой установки КАЭС;
фиг. 6 - принципиальная схема конструкции ветроколеса аэроблока;
- 3 014267 фиг. 7 - принципиальная схема аэродинамической лопатки ветроколеса;
фиг. 8 - вид сверху на автомобиль с частичным разрезом аэроблока.
Лучший вариант осуществления изобретения
Силовая установка КАЭС для транспортного средства 1 содержит аэродинамическую часть, выполненную в виде аэроблока 2, который крепится в подкапотном пространстве в передней части автомобиля 1. Во время движения набегающий воздушный поток поступает к аэроблоку 2 через регулируемые створки жалюзи 3. В передней части автомобиля размещается электродвигатель передних колес 4, двигатель внутреннего сгорания 5, который через гибридную трансмиссию 6 соединён с генератором 7 и аэроблоком 2, согласованная работа которых управляется через блок управления силовой установкой КАЭС 8. В центральной нижней части автомобиля 1 установлена батарея высокого напряжения 9, которая соединена с электродвигателем задних колес 10. Открытые створки жалюзи 3 обеспечивают доступ набегающего воздушного потока к неподвижно установленным направляющим лопаткам 11 и аэродинамическим лопаткам 12 ветроколеса 13 аэроблока 2. За пределы аэроблока 2 воздушный поток отводится через патрубки 14 либо за счет эффекта эжекции в зону разряжения, либо на вход двигателя внутреннего сгорания 5 для образования топливовоздушной смеси. Количество ветряных колес 13 аэроблока 2, их размер определяется из оптимального соотношения общих размеров конструкции силовой установки и технических характеристик транспортного средства. В предлагаемой конструкции автомобиля 1 представлена силовая установка, аэроблок 2 которой содержит пять ветряных колёс, что позволяет разместить электрогенератор 15 внутри аэроблока 2 между первым и пятым ветроколесом 13 на валу 16. Конструкция каждого ветроколеса 13 аэроблока 2 выполнена идентично друг относительно друга и отличается только геометрическими параметрами.
Силовая установка транспортного средства КАЭС эксплуатируется следующим образом.
При полностью разряженной батарее 9 начало движения легкового автомобиля 1 осуществляют за счёт двигателя внутреннего сгорания 5 (бензиновый, дизельный, газовый, на биотопливе и т.д.) известным способом.
По мере увеличения скорости (от 35-40 км/ч) набегающий воздушный поток проходит через открытые створки жалюзи 3 вдоль направляющих лопаток 11, где получает определенный угол наклона и под этим углом проходит вдоль аэродинамических лопаток 12 ветроколеса 13. Под действием образуемых аэродинамических подъёмных сил на аэродинамических лопатках 12, направленных в сторону вращения ветроколеса 13, кинетическая энергия набегающего воздушного потока преобразуется в механическую энергию вращения на валу ветроколеса 13, связанного с валом 16 электрогенератора. Аналогичным образом, воздушный поток, проходя через направляющие лопатки других ветряных колёс, жестко закрепленных на одной оси 16, приводит их во вращение. В соответствии с чем, кинетическая энергия набегающего воздушного потока, проходя через каждое ветроколесо аэроблока 2, преобразуется в механическую энергию вращения на валу 16, обеспечивает получение известным способом электрической энергии.
По мере движения автомобиля 1 в режиме равномерного прямолинейного движения энергия двигателя 5 через гибридную трансмиссию 6 распределяется между колесами и генератором 7, который, в свою очередь, приводит в движение электродвигатели передних 4 и задних 10 колес. При необходимости генератор 7 осуществляет подзарядку батареи 9, отдавая ей излишки энергии, с одной стороны, а работающий от кинетической энергии набегающего воздушного потока аэроблок 2 от электрогенератора 15 обеспечивает поступление электрической энергией в батарею 9 и далее на электродвигатели 4 и 10, с другой стороны.
Распределение энергии с целью максимальной эффективности осуществляется через блок управления силовой установкой КАЭС 8 аналогично блоку управления гибридной силовой установкой автомобиля Ьехик ЯХ 4001.
Силовая установка КАЭС, обеспечивающая высокоэффективное преобразование кинетической энергии набегающего воздушного потока в электрическую для создания движения транспортного средства, позволяет существенно сократить потребность в производстве энергии различными силовыми агрегатами, а именно двигателями внутреннего сгорания (бензиновые, дизельные, газовые, на биотопливе и т. д.), электродвигателями постоянного тока, переменного тока, гибридными двигателями и т.д., электродвигателями, выполненными на базе топливных элементов, электрохимических генераторов и т.д., водородными двигателями в различных комбинациях, двигателями, использующими атомную энергию и т.д.
Данное сокращение по выработке энергии различными силовыми агрегатами возможно за счет высокоэффективного производства электроэнергии из возобновляемого источника энергии - набегающего воздушного потока, что значительно увеличивает КПД силовой установки КАЭС относительно известных силовых установок и снижает потребность транспортных средств в каком-либо виде топлива.
Расчетно-экспериментальная часть дает более полное представление об энергетическом балансе и эффективности предлагаемой силовой установки КАЭС относительно известных на сегодняшний день аналогичных силовых установок и систем.
- 4 014267
По результатам натурных испытаний осевых лопаточных машин турбинного типа с аналогичными, продольно ориентированными ветряными лопаточными колесами (см. с. 494 [2]) и технических данных, полученных на экспериментальных лабораторных установках при разработке силовой установки КАЭС, величина вырабатываемой электрической энергии при скоростях воздушного потока 50-70 км/ч (14-20 м/с) имеет значение 14-16 кВт на 1м2 площади ветроколеса.
Для оценки энергетического баланса в качестве примера рассмотрим равномерное прямолинейное движение легкового автомобиля массой в 1 т со скоростью 58 км/ч (16 м/с), коэффициент трения качению к=0,05. В соответствии с основными законами физики (см. с. 206, Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики, т.1. - Москва, 1967 [4]) потребная для движения мощность
ΝβΡτρ Г<ИИЦ V» где Еобщ - общая сила сопротивления движению;
V - скорость движения.
Г общ Ртр 4“ Хаэр >
где Ртр=тк=490 (Н) - сила сопротивления трению качения;
Хаэр - аэродинамическая сила сопротивления движению (см. с. 49, Кокунина Л.Х. Основы аэродинамики. - Москва: Транспорт, 1982 [5])
X = X -μ \ <*-аэр лавт лсу
Хавт - аэродинамическая сила сопротивления автомобиля без силовой установки КАЭС = Сх аи 8^ (рУ2 / 2 ) = 94(Н), где Сх авт=0,3 - коэффициент вредного сопротивления автомобиля (аналогично, как и у фюзеляжа самолета плохой формы);
8авт = 2 м2 - площадь поперечного сечения (мидель) автомобиля;
р = 1,225 кг/м3 - плотность воздуха.
Хсу - аэродинамическая сила сопротивления аэродинамической части (аэроблока) силовой установки КАЭС
где Сх су = 1,16 - коэффициент вредного сопротивления аэродинамической части (аэроблока) силовой установки КАЭС (аналогично, как и у плоской пластины поставленной поперёк потока);
8су = 0,5 м2 - площадь поперечного сечения (створки жалюзи) аэроблока;
р = 1,225 кг/м3 - плотность воздуха.
Соответственно, мощность, потребная для равномерного прямолинейного движения автомобиля с силовой установкой КАЭС
Νποτρ = Робщ V = (Ртр + Хаит + Хеу ) V = = (490 + 94 +91) 16 = 10800(Вт) = 11 кВт.
Таким образом, при величине потребной мощности Н1от|) =11 кВт, необходимой для равномерного прямолинейного движения легкового автомобиля 1, силовая установки КАЭС с общей площадью входного сечения в аэроблок, равной 0,5 м2, способна вырабатывать 7 кВт, что составляет ~65% от потребной для равномерного прямолинейного движения мощности, т.е.
N= 0,65Νηοτρ
При эксплуатации силовой установки КАЭС на транспортных средствах рельсового типа (тепловоз, электропоезд и т.д.) её эффективность может достигать более высоких значений
N — 0 95Ν 1чэл ’потр. г за счет значительного сокращения коэффициента трения качению (в 5-10 раз) и наличия продолжительных прямолинейных, горизонтальных участков железнодорожного полотна.
При обеспечении всех электроагрегатов рельсового транспортного средства электроэнергией в достаточном количестве дополнительно производимая электроэнергия силовой установкой КАЭС от набе гающего воздушного потока может передаваться в магистральную электросеть через контактные штанги аналогично, как и при передаче рекуперативной электроэнергии, вырабатываемой известным способом при торможении железнодорожного транспорта. Таким же способом через контактные штанги возможна передача электроэнергии, вырабатываемой силовой установкой КАЭС, в магистральную электросеть при эксплуатации её на городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро и т.д.).
Эксплуатация предлагаемой силовой установки КАЭС в сочетании с известными силовыми агрегатами позволяет значительно сократить потребление различных видов топлива и энергии транспортными средствами за счет эффективного преобразования кинетической энергии набегающего воздушного потока в электрическую энергию для обеспечения движения транспортных средств. Например, работа силовой установки КАЭС с бензиновыми, дизельными и другими двигателями, использующими углеводородное сырьё или какое-либо биотопливо, позволяет сократить его расход не менее чем в два раза.
При работе силовой установки КАЭС совместно с гибридными силовыми установками, аналогичными, как у Тоуо(а Ртшк, Ротб Ексаре, Ьехик ИХ 40011 и т.п., расход топлива этими легковыми автомобилями может сократиться уже в 3-4 раза относительно их базовых моделей, а не в 1,5-2 раза, как это имеет
- 5 014267 место при их настоящей эксплуатации.
Эксплуатация силовой установки КАЭС совместно с электродвигателями различного типа на электромобилях позволяет увеличить запас хода электромобиля по прямой со средней крейсерской скоростью движения (50-70 км/ч) не менее чем в 3-4 раза.
При эксплуатации силовой установки КАЭС на железнодорожном и городском электротранспорте (электропоезда дальнего следования, электропоезда метрополитенов и т.п.) за счёт преобразования кинетической энергии набегающего воздушного потока в электрическую возможно значительное высвобождение электрической энергии и перераспределение её другим потребителям общей магистральной электросети.
Промышленная применимость
Использование предлагаемой силовой установки КАЭС позволяет получить новые экологически чистые виды транспортных средств, способных принципиально изменить и улучшить существующую транспортную систему. Себестоимость тонно-километра перевозимого груза автомобильным транспортом снижается приблизительно в два раза, а железнодорожным - в три-четыре раза, что позволит снизить транспортные расходы и тарифы на перевозимую продукцию. Производство электрической энергии для транспортных средств с предлагаемой силовой установкой, использующей возобновляемый источник энергии (набегающий воздушный поток), позволяет значительно снизить зависимость, прежде всего, от углеводородных сортов топлива.
Но основное преимущество при эксплуатации транспортных средств с предлагаемой силовой установкой КАЭС достигается по экологическим параметрам за счет снижения СО, СО2 и вредных выбросов и уменьшения теплового воздействия на атмосферу, а это благоприятно для уменьшения парникового эффекта и улучшения экологии в целом.

Claims (9)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Силовая установка транспортного средства, содержащая двигатель, связанный с движителем транспортного средства, и аэродинамическую конструкцию, включающую в себя по крайней мере одно ветроколесо с лопатками, выполненное с возможностью получения энергии от набегающего воздушного потока и выработки через связанный с ним электрогенератор электрической энергии для передачи ее на движитель транспортного средства, отличающаяся тем, что вблизи ветроколеса дополнительно установлены направляющие лопатки, обеспечивающие оптимальный угол обтекания лопаток этого ветроколеса набегающим воздушным потоком, и за его лопатками спрямляющие лопатки, при этом спрямляющие лопатки одного ветроколеса являются направляющими лопатками последующего за ним другого ветроколеса.
  2. 2. Силовая установка транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что направляющие лопатки выполнены с возможностью их поворота относительно своих продольных осей.
  3. 3. Силовая установка транспортного средства по п.2, отличающаяся тем, что направляющие лопатки и лопатки ветроколеса в их поперечном сечении имеют выпукло-вогнутый газодинамический профиль.
  4. 4. Силовая установка транспортного средства по п.2, отличающаяся тем, что направляющие лопатки и лопатки ветроколеса выполнены с аэродинамической и геометрической круткой.
  5. 5. Силовая установка транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что набегающий воздушный поток поступает в аэродинамическую конструкцию через воздухозаборник регулируемого сечения.
  6. 6. Силовая установка транспортного средства по п.5, отличающаяся тем, что регулируемое сечение аэродинамической конструкции способно уменьшать свой размер до нуля.
  7. 7. Силовая установка транспортного средства по пп.5, 6, отличающаяся тем, что регулируемое сечение аэродинамической конструкции способно уменьшать свое вредное лобовое сопротивление до нуля.
  8. 8. Силовая установка транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что ветряные колеса расположены в непосредственной близости относительно друг друга с учетом минимального зазора между своими конструктивными элементами в осевых и радиальных направлениях.
  9. 9. Силовая установка транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что электрогенератор связан по крайней мере с одной электрической аккумуляторной батареей, соединенной с приводом движителя транспортного средства.
EA200901569A 2008-04-25 2008-04-25 Ветряная турбина, установленная на автомобиль EA014267B1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2008/001040 WO2009130527A1 (en) 2008-04-25 2008-04-25 Wind turbine mounted on car

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200901569A1 EA200901569A1 (ru) 2010-06-30
EA014267B1 true EA014267B1 (ru) 2010-10-29

Family

ID=40223765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200901569A EA014267B1 (ru) 2008-04-25 2008-04-25 Ветряная турбина, установленная на автомобиль

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20110198135A1 (ru)
EP (1) EP2265815A1 (ru)
CN (1) CN102132037B (ru)
EA (1) EA014267B1 (ru)
WO (1) WO2009130527A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA023719B1 (ru) * 2012-02-21 2016-07-29 Юрий Валентинович КРИУЛИН Ветроэнергетическая установка для производства электроэнергии и способ производства электроэнергии с использованием ветроэнергетической установки

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102259586A (zh) * 2010-05-28 2011-11-30 深圳市大侠科技有限公司 一种车载风能储存方法
ITPO20110006A1 (it) * 2011-04-01 2012-10-02 Lando Baldassini Mini-centrale per la produzione di energia cinetica-elettrica-in postazione fissa e/o mobile, a flusso di energia continuo (o no) in entrata e in uscita ad interscambio, con sorgente energetica eolica
US20130284524A1 (en) * 2011-09-06 2013-10-31 Walter Collins Power system for vehicles and facilities
CN103670524A (zh) * 2012-09-11 2014-03-26 姚金玉 寄附能量转换机
RU2583522C2 (ru) * 2014-03-25 2016-05-10 Петр Антипович Прохоров Электромобиль
CN104265576A (zh) * 2014-10-16 2015-01-07 李宏江 飞机、船艇、火车动车组、汽车等运输机器的节能方法及其装置
US9446670B1 (en) 2015-02-05 2016-09-20 Jeffrey McCorkindale Energy generating system
US9863403B2 (en) 2015-09-23 2018-01-09 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Wind turbine systems and air channels in vehicles for enhancing energy generation, cooling, and aerodynamics
CN105927474A (zh) * 2016-07-01 2016-09-07 雒龙泉 一种多方位安装的车用风力发电机装置
RU171705U1 (ru) * 2016-10-17 2017-06-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" Ветрогенератор транспортного средства
CN106762436A (zh) * 2016-12-23 2017-05-31 北汽福田汽车股份有限公司 用于车辆的风力发电装置及具有其的车辆
WO2023028381A1 (en) * 2021-08-27 2023-03-02 Thompson Claiborn B Electro-mechanical power system and method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1489817A (en) * 1923-01-27 1924-04-08 Robert P Campbell Power-generating windmill
DE2929734A1 (de) * 1979-07-23 1981-02-12 Alfred Rosch Windkraft-duesenturbine
US4330714A (en) * 1980-06-26 1982-05-18 Smith Otto J M Wind turbine system
US4424452A (en) * 1982-01-19 1984-01-03 Francis Paul T Fluid-driven power generator
US5644170A (en) * 1995-02-17 1997-07-01 Bynum; David A. Vechicle mounted atmospheric/aqua turbine having speed responsive intake means
US20060002786A1 (en) * 2004-07-01 2006-01-05 Richter Donald L Laminar air turbine
US20060273596A1 (en) * 2006-03-09 2006-12-07 Durbin James C Durbin turbine

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3374849A (en) * 1966-09-28 1968-03-26 Lawrence E. Redman Electric vehicle
US3444946A (en) * 1966-10-03 1969-05-20 Nelson J Waterbury Self-electric-powered vehicle
US4254843A (en) * 1979-07-20 1981-03-10 Han Joon H Electrically powered vehicle
JPS6134224Y2 (ru) * 1981-04-22 1986-10-06
GB9407695D0 (en) * 1994-04-19 1994-06-15 Burns David J Electrical power generating apparatus and an electrical vehicle including such apparatus
US7147069B2 (en) * 2002-05-08 2006-12-12 Maberry Robert L Wind turbine driven generator system for a motor vehicle
US6857492B1 (en) * 2003-01-09 2005-02-22 Airflow driven electrical generator for a moving vehicle
US20080041643A1 (en) * 2006-08-17 2008-02-21 Khalife Tony N Wind-power vehicle aka WPV
US20080202825A1 (en) * 2007-02-27 2008-08-28 Jack Kerish Smart electrical retrofit

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1489817A (en) * 1923-01-27 1924-04-08 Robert P Campbell Power-generating windmill
DE2929734A1 (de) * 1979-07-23 1981-02-12 Alfred Rosch Windkraft-duesenturbine
US4330714A (en) * 1980-06-26 1982-05-18 Smith Otto J M Wind turbine system
US4424452A (en) * 1982-01-19 1984-01-03 Francis Paul T Fluid-driven power generator
US5644170A (en) * 1995-02-17 1997-07-01 Bynum; David A. Vechicle mounted atmospheric/aqua turbine having speed responsive intake means
US20060002786A1 (en) * 2004-07-01 2006-01-05 Richter Donald L Laminar air turbine
US20060273596A1 (en) * 2006-03-09 2006-12-07 Durbin James C Durbin turbine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA023719B1 (ru) * 2012-02-21 2016-07-29 Юрий Валентинович КРИУЛИН Ветроэнергетическая установка для производства электроэнергии и способ производства электроэнергии с использованием ветроэнергетической установки

Also Published As

Publication number Publication date
CN102132037B (zh) 2013-08-28
EA200901569A1 (ru) 2010-06-30
EP2265815A1 (en) 2010-12-29
CN102132037A (zh) 2011-07-20
WO2009130527A1 (en) 2009-10-29
US20110198135A1 (en) 2011-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA014267B1 (ru) Ветряная турбина, установленная на автомобиль
Cipek et al. Comparative analysis of conventional diesel-electric and hypothetical battery-electric heavy haul locomotive operation in terms of fuel savings and emissions reduction potentials
Kubański Prospects for the use of electric vehicles in public transport on the example of the city of czechowice-dziedzice
CN105438188A (zh) 内燃高速动车组
US20130284524A1 (en) Power system for vehicles and facilities
WO2012003631A1 (zh) 车载式涵道风力发电机
CN105730255A (zh) 风电增程式电动客车
CN203770028U (zh) 一种安装在汽车上的双向整流风力发电装置
Balabel et al. Towards sustainable transportation: The development of hyperloop technology in Saudi Arabia
CN101386271A (zh) 油电风混合动力汽车
Zai New-energy vehicle transmission system optimization and design
Mustafa et al. Fuel cell technology application for Dubai rail systems
Shirres Is hydrogen the answer?
GB2584531A (en) Apparatus, system and method for high efficiency internal combustion engines and hybrid vehicles
CN101088796A (zh) 全风动汽车
Balanescu et al. Micro gas and steam turbines power generation system for hybrid electric vehicles
CN104085287A (zh) 电力与气体混合动力车
Ackerman et al. Global emissions due to urban transport and the potential for their reduction
SK8616Y1 (sk) Zariadenie na výrobu a dodávanie elektrickej energie do batérií elektromotorov dopravných prostriedkov
Batista et al. Evaluation of the CO2 Emissions and Energy Efficiency of the Train Intercidades Campinas-São Paulo with Fuel Cells and Batteries
EA020546B1 (ru) Транспортное средство с приводом от пневмодвигателя
CN101417614A (zh) 逆向气流发电
Worsztynowicz The influence of the drive type in city bus on the cooling system parameters
RU2387873C2 (ru) Способ использования лобового воздушного потока для нужд транспорта
CN109421547A (zh) 一种太阳能与风能列车

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): BY RU