RO130638A2 - Rotor pentru preluarea energiei fluidelor în mişcare - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un rotor pentru preluarea energiei fluidelor în mişcare, destinat a se folosi ca subansamblu principal la turbine, cu rol de a converti energia preluată de la fluide în energie mecanică de rotaţie, pentru a antrena axul unui generator, pompe sau alt echipament. Rotorul conform invenţiei este alcătuit din nişte pale (1) montate pe o flanşă (2) într-un ax (3), palele (1) fiind alcătuite din nişte plăci (a, b, c,..., n şi k) de formă circulară, ele fiind înclinate cu un unghi ( α ) faţă de planul flanşei (2), cu valori cuprinse în intervalul 5...15° (grade geometrice), fiecare pală (1) fiind compusă dintr-o placă (k) centrală, elastică, de forma unei coroane de sector circular, pe care se fixează simetric, de o parte şi de cealaltă, plăcile (a, b, c, ..., n) elastice, în ordine descrescătoare a dimensiunilor acestora, în număr de 9...15, de grosimi cuprinse în intervalul 0,4...3,5 mm, iar grosimile plăcilor (a, b, c, ..., n şi k) sunt de 30...50 de ori mai mici decât grosimea profilului de la baza palei (1), plăcile (a, b, c, ..., n şi k) fiind montate pe flanşă (2) cu nişte şuruburi, şi construite geometric şi dispuse astfel încât în zona palei (1) delimitate de inelul circular de diametru interior jumătate din diametrul rotorului să se formeze nişte canale (T) constructive transversale, de forma unor fante, care provin din realizarea şi dispunerea plăcilor (a, b, c, ..., n şi k) din segmente îmbinate.

Description

Invenția se refera la un rotor pentru preluarea energiei fluidelor in mișcare, destinat a se folosi ca subansamblu principal la turbine, cu rol de a converti energia preluata de la fluide in energie mecanica de rotatie, pentru a antrena axul unui generator, pompe, sau alt echipament.

Sunt cunoscute rotoare, alcătuite din pale dispuse radial intr-un plan vertical, perpendiculare pe axul de prindere si pe direcția fluidului. Acestea dispun de o suprafața activa (utila) relativ redusa in comparație cu anvergura palelor sî cu suprafața baleiata de acestea, momentul de rotatie (cuplul) la ax fiind mic, din cauza formei constructive (geometrice) a palelor, a zonei ocupata de suprafața utila in raport cu axul rotorului, si a contravantului din spatele palei ce apare in regimul dinamic al rotorului (se rotește).

Rotoarele cunoscute prezintă dezavantajele ca au o construcție complicata din cauza profilului aerodinamic rigid (necesita matrite), au eficienta si randament scăzut la deplasări ale fluidului cu viteze mici, au rezistenta aerodinamica mare a profilului, zgomot ridicat la turatie mare. Rotorul pentru turbina eoliană, brevet nr. RO 122051 B1, prezintă ca principale dezavantaje: rezistență mecanică redusă a palelor, grad ridicat de complexitate privind încastrarea pachetelor de pale pe tijele suport și a tijelor cu flansa, nu prezintă profil aerodinamic constructiv, nu se poate adapta optimizării palelor pentru diametre mari ale rotorului unei turbine.

Problema tehnica pe care o rezolva invenția consta in micșorarea rezistentei aerodinamice cu 5 ... 15 %, reducerea zgomotului in regim dinamic cu 10 ... 30 %, realizarea simpla a palelor si optimizarea funcționarii, prin forma constructiva a rotorului pentru conversia energiei curgerii unui fluid.

Rotorul pentru preluarea energiei fluidelor in mișcare, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus si rezolva problema propusa, prin aceea ca este alcătuit diritr-un ax si o flansa pe care sunt montate pale, formate din placi de forma circulara dispuse in straturi, in ordine descrescătoare a dimensiunilor acestora, palele fiind înclinate cu unghiul a, cu valori cuprinse intre 5°...15°; palele sunt compuse dintr-o placa centrala elastica, de forma unei coroane de sector circular, pe care se fixeaza simetric de o parte si de cealalta niște placi elastice in număr de 9 ... 15, si grosimi ce variaza intre 0,4 ... 3,5 mm, cu efect in timpul funcționarii de producere a unor microvartejuri ce determina creșterea forței portante a palelor cu 3...5 % si reducerea rezistentei fluidodinamice cu 5 ... 15 %; plăcile sunt montate pe flansa cu niște șuruburi si sunt astfel realizate incat sa formeze profile fluidodinamice de dimensiuni variabile, corespunzător cu diametrul la care se găsesc pe lungimea palei; construcția fiecărei placi alcătuite din segmente îmbinate determina in zona delimitată de inelul circular avand diametrul interior jumătate din diametrul rotorului, apariția unor canale constructive transversale de forma unor fante.

1/9 α 2 Ο 14 0 0 2 6 2 -0 4 -04- 2014

Rotorul pentru preluarea energiei fluidelor in mișcare, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- obținerea unui moment de rotatie (cuplu) mare la ax, la viteze de fluid mici;

- rezistenta aerodinamica redusa,

- forța portanta mărită,

- randament de conversie imbunatatit;

- nivel de zgomot mult redus,

- execuție constructiva ușoara si întreținere simpla ;

- pastrarea vitezei de rotatie constanta la supravant (fara scoatere din vânt a rotorului) ;

- posibilitatea utilizării palelor elastice la rotoare cu diametre mari;

- elimina necesitatea degivrarii palelor in situații de clima extrema datorita elasticitatii acestora.

Se da, in continuare, un exemplu de realizare a invenției, in legătură cu figurile 1a, 1b, 2, 3, si 4 care reprezintă :

- figura 1a, vedere din fata a rotorului, conform invenției

- figura 1b, vedere din profil a rotorului ;

- figura 2, vedere din fata a rotorului cu detalii constructive;

- figura 3, secțiuni prin pala rotor (A-A; B-B; C-C);

- figura 4, secțiune prin pala (D-D, E-E).

Rotorul pentru preluarea energiei fluidelor in mișcare, conform invenției, fig 1a, 1b, este alcătuit din niște pale 1 montate pe flansa 2 in axul 3. Diametrul De al rotorului este ales in funcție de puterea unui generator, pompe, sau alt echipament. Palele 1 sunt formate din placi a, b, c,n si k de forma circulara de raze mai mici decât De/2 si dispuse in straturi, in ordine descrescătoare a dimensiunilor acestora. Palele 1 sunt înclinate cu unghiul a fata de planul flansei 2, cu valori cuprinse intre 5°...15°. Fiecare pala 1 este compusa dintr-o placa centrala k, elastica, de forma unei coroane de sector circular, cu raze cuprinse intre De/4 si De/2. De o parte si de cealalta a plăcii k se fixeaza simetric niște placi elastice a, b,c,..., n, in număr de 9 ... 15, in funcție de dimensiunea rotorului, de dimensiuni geometrice crescătoare, conform fig. 2, si grosimi de la 0,4 ... 3,5 mm. Grosimile plăcilor a, b, c.....n si k sunt de 30...50 ori mai mici decât grosimea profilului de la baza palei 1, cu efect in timpul funcționarii de producere a unor microvartejuri ce determina creșterea forței portante a palelor cu 3...5 %. Plăcile a, b, c,..., n, k sunt montate pe flansa 2 cu niște șuruburi.

In timpul funcționarii, forța de apasare a fluidului tinde sa rotească fiecare pala 1, datorita unghiului a, conform fig. 1b, la viteza mai mare de 5 m/s a fluidului. Pala 1 isi reduce suprafața portanta prin curbarea plăcilor a, b, c,n si k in regim dinamic, datorita elasticitatii acestora, iar fluidul din spatele palelor 1 ajuta la menținerea turației optime fara a trebui ca rotorul sa fie scos din fluxul fluidului (la supraturație).

Iri regim dinamic, partea frontala a palelor 1 care străbate fluidul, are o rezistenta aerodinamica redusa cu 5 ... 15 % fata de un profil aerodinamic clasic cunoscut, datorita canalelor constructive T transversale, conform fig. 3. Prin aceste canale T circula o parte din fluid, si in același timp, datorita formei constructive a acestora, conform fig. 4, fluidul exercita o presiune direct proporționala cu turatia rotorului, micșorând acțiunea forței centrifuge cu 3...5 %. Profilele aerodinamice ale palei 1 isi schimba forma in regim dinamic in funcție de viteza cu care pala 1 străbate fluidul si micșorează zgomotul produs in timpul funcționarii cu 10 ... 30 %.

2/9 (λ 2 O U 0 0 2 6 2 -® 4 -04- 2014

Forma constructiva a palelor 1 din placi a, b, c,..., n si k cu formele conform fig.2, are avantajul diminuării efectelor von Karman, Katzman si Coanda ce apar la un profil aerodinamic rigid cu suprafața continua, clasic.

Claims (2)

1. Rotor pentru preluarea energiei fluidelor in mișcare, caracterizat prin aceea ca, este alcătuit din niște pale (1) montate pe flansa (2) in axul (3); palele (1) sunt alcătuite din placi (a, b, c.....n si k) de forma circulara si sunt înclinate cu unghiul (a) fata de planul flansei (2), cu valori cuprinse intre 5°...15°, fiecare pala (1) este compusa dintr-o placa centrala (k), elastica, de forma unei coroane de sector circular, pe care se fixeaza simetric de o parte si de eealalta plăcile elastice (a, b, c.....n), in ordine descrescătoare a dimensiunilor acestora, in număr de 9...15, de grosimi de la 0,4 ... 3,5 mm; grosimile plăcilor (a, b, c,n si k) sunt de 30...50 ori mai mici decât grosimea profilului de la baza palei (1), plăcile (a, b, c.....n, k) sunt montate pe flansa (2) cu niște șuruburi; plăcile (a, b, c,n si k) sunt construite geometric si dispuse astfel incat in zona palei (1) delimitată de inelul circular de diametru interior jumătate din diametrul rotorului sa se formeze canalele constructive (T) transversale de forma unor fante, care provin din realizarea si dispunerea plăcilor (a, b, c,n si k) din segmente îmbinate.

2. Rotor pentru preluarea energiei fluidelor in mișcare, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca, funcționează in modul următor: palele (1) prinse pe flansa (2) se rotesc in jurul axului (3) sub acțiunea curgerii unui fluid; plăcile (a, b, c,n si k) ce formează pala (1) sunt dispuse in straturi, cu efect in timpul funcționarii de producere a unor microvartejuri ce determina creșterea forței portante a palelor (1) cu 3...5 %; in timpul funcționarii, datorita unghiului (a) la care sunt înclinate palele (1) fata de planul flansei (2), datorita elasticitatii plăcilor (a, b, c, n si k) ce formează pala (1) si datorita acțiunii fluidului din spatele palelor (1), suprafața portanta a palei (1) se reduce proporțional cu viteza de curgere a fluidului la o viteza mai mare de 5 m/s a fluidului, menținând turatia optima a rotorului, fara a trebui ca rotorul sa fie scos din fluxul fluidului (la supraturatie); in regim dinamic, partea frontala a palelor (1) care străbate fluidul are o rezistenta aerodinamica redusa cu 5 ... 15 % fata de un profil aerodinamic clasic cunoscut datorita canalelor constructive (T) transversale, prin care circula o parte din fluid; datorita formei constructive a canalelor (T), fluidul exercita o presiune direct proporționala cu turatia rotorului, pe porțiunea de canal a plăcii care formează canalul (T), micșorând acțiunea forței centrifuge cu 3...5 %; profilele aerodinamice ale palei (1) isi schimba forma in regim dinamic in funcție de viteza cu care pala (1) străbate fluidul si micșorează zgomotul produs in timpul funcționarii cu 10 ... 30 %; forma constructiva a palelor (1) din plăcile (a, b, c,..., n si k) diminuează efectele aerodinamice ce apar la un profil aerodinamic rigid cu suprafața continua, clasic.