RU117523U1

RU117523U1 - ROTARY WIND HYDRO-MOTOR WITH FORCED BLADE INSTALLATION

Info

Publication number: RU117523U1
Application number: RU2011113866/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Ильич Попов; Сергей Евгеньевич Щеклеин
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-06-27

Abstract

Описание изобретения: роторный ветрогидродвигатель с принудительной установкой лопастей. Использование: получение электрической механической энергии для привода насосных и других агрегатов. Сущность изобретения: содержит размещенный на оси ротор с дисками, между которыми на своих осях закреплены лопасти с возможностью их поворота вовнутрь и наружу ротора. Лопасти имеют двухплечевые рычаги разной длины с расположением их вовнутрь и наружу ротора. Гибкие тяги лопастей подключены между большим по длине наружным плечом каждого рычага предыдущей лопасти и меньшим по длине внутренним плечом рычага последующей лопасти по направлению вращения ротора. Отъем кинетической энергии осуществляется как от части потока прошедшего вовнутрь ротора, так и от наружной части потока, при этом большее количество лопастей, входящих в состав ротора, раскрыто для приема потока. Технический результат заключается в увеличении коэффициента использования энергии потока и единичной мощности подобных агрегатов. Description of the invention: rotary wind turbine with forced installation of the blades. Usage: obtaining electrical mechanical energy for driving pumping and other units. The inventive contains a rotor placed on the axis with disks, between which blades are fixed on their axes with the possibility of rotation inside and out of the rotor. The blades have two-arm levers of different lengths with their location inside and out of the rotor. Flexible traction of the blades is connected between the longer outer arm of each lever of the previous blade and the smaller inner arm of the lever of the subsequent blade in the direction of rotation of the rotor. The removal of kinetic energy is carried out both from a part of the flow of the rotor passing inside, and from the outer part of the flow, while a larger number of blades included in the rotor are open to receive the flow. The technical result consists in increasing the utilization of the energy of the flow and the unit power of such units.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к роторным энергоустановкам, использующим кинетическую энергию движения потока ветра или воды.The proposed utility model relates to rotary power plants using the kinetic energy of the flow of wind or water.

Известные подобные роторные конструкции с неподвижными лопастями [1, 2, 3, 4, 5] имеют низкий коэффициент отбора энергии от потока, так как половина диаметра ротора с лопастями движущимися навстречу потоку закрыты экраном и только лопасти, находящиеся в первой четверти диаметра ротора по ходу движения потока воспринимают часть его энергии пропорционально угловому положению каждой из этих лопастей в данный момент времени. Это эквивалентно приему энергии одной лопастью длиной в половину диаметра ротора, так как лопасти второй четверти диаметра ротора также находятся в энергетической тени для потока и в работе не участвуют.Known similar rotor structures with fixed blades [1, 2, 3, 4, 5] have a low coefficient of energy extraction from the flow, since half the diameter of the rotor with the blades moving towards the flow are closed by a screen and only the blades located in the first quarter of the rotor diameter along the way the movements of the flow perceive a part of its energy in proportion to the angular position of each of these blades at a given time. This is equivalent to the reception of energy by one blade half the diameter of the rotor, since the blades of the second quarter of the diameter of the rotor are also in the energy shadow for the flow and are not involved in the work.

Известны также роторные установки с подвижными лопастями, в которых лопасти движущиеся навстречу потоку, поворачиваются для уменьшения их аэродинамического торможения [6, 7, 8, 9, 11, 12, 13]. В подобных устройствах участвует в передаче энергии от потока только лопасть, идущая под поток, а остальные лопасти, перемещающиеся поперек или навстречу потока, оказывают тормозящее усилие, что также обуславливает их низкий КПД.Rotary installations with moving blades are also known, in which the blades moving towards the flow are rotated to reduce their aerodynamic drag [6, 7, 8, 9, 11, 12, 13]. In such devices, only the blade going under the stream is involved in the transfer of energy from the stream, and the remaining blades moving across or towards the flow exert a braking force, which also causes their low efficiency.

Кроме того, известна конструкция [10], лопасти которой на своих осях под действием потока, проходящего через ротор, отклоняются дважды: вовнутрь и наружу ротора. Однако данная установка имеет сложную схему натяжения лопастей, необходимость их регулировки для установки в исходное положение, а также - при изменяющейся скорости потока ветра или воды.In addition, there is a known construction [10], the blades of which on their axes under the influence of the flow passing through the rotor are deflected twice: inside and out of the rotor. However, this installation has a complex pattern of tensioning the blades, the need to adjust them for installation in the initial position, as well as with a changing speed of wind or water.

Наиболее близко по технической сути (прототипом) является устройство «Ветрогидродвигатель» [14], содержащее вал, соединенный с дисками, между которыми размещены ни своих осях лопасти с возможностью их поворота либо вовнутрь, либо наружу ротора. Причем рычаг каждой лопасти имеет пружинный натяжитель, который при отсутствии потока устанавливает лопасти в исходное состояние, при этом ротор превращается в геометрическую фигуру бочки-многогранника, а регулировка при изменяющейся скорости потока обеспечивается общей тягой для пружинных натяжителей.The closest in technical essence (prototype) is the device "Wind turbine" [14], containing a shaft connected to the disks, between which are located neither their axes of the blade with the possibility of rotation either in or out of the rotor. Moreover, the lever of each blade has a spring tensioner, which, in the absence of flow, sets the blades to their original state, while the rotor turns into the geometric shape of a barrel-polyhedron, and adjustment with a variable flow rate is provided by a common traction for spring tensioners.

Данное устройство также имеет недостаточно высокий КПД и ограниченный диапазон регулирования угловых скоростей ротора, ввиду неполного использования энергии потока. Это объясняется тем, что лопасти, ближайшие к входу потока вовнутрь ротора, принимают на себя его давление и отклоняются вовнутрь, вызывая вращение ротора. Однако при повороте последнего на некоторый угол, эти же лопасти не успевают быстро переместиться и раскрыться в положение наружу ротора для эффективного захвата потока.This device also has a low efficiency and a limited range of regulation of the angular velocity of the rotor, due to the incomplete use of flow energy. This is explained by the fact that the blades closest to the flow inlet inside the rotor take over its pressure and deviate inward, causing the rotor to rotate. However, when the latter is rotated by a certain angle, these same blades do not have time to quickly move and open to the outward position of the rotor to effectively capture the flow.

Таким образом, в зависимости от скорости вращения роторов в диапазоне 20…40 угловых градусов часть лопастей по ходу движения потока находятся в неопределенном неустановившемся под поток положении. В условиях быстро меняющихся параметров потока, например ветра, такой недостаток в прототипе не устраняется.Thus, depending on the speed of rotation of the rotors in the range of 20 ... 40 angular degrees, some of the blades in the direction of flow are in an indefinite position unsteady under the flow. In conditions of rapidly changing flow parameters, such as wind, such a disadvantage in the prototype is not eliminated.

Технические преимущества заявленного объекта по сравнению с известными устройствами заключаются в следующем.Technical advantages of the claimed object in comparison with known devices are as follows.

Для решения задачи повышения коэффициента использования энергии потока и увеличения мощности установки, в роторный ветрогидродвигатель, содержащий закрепленный на оси ротор с дисками, на периферии которых на своих осях закреплены лопасти с рычагами и с возможностью поворота лопастей во внутрь и наружу ротора, гибкие тяги и опоры поворотные для них, введены следующие отличительные признаки.To solve the problem of increasing the energy efficiency of the flow and increasing the power of the installation, a rotary wind turbine containing a rotor mounted on an axis with disks, on the periphery of which blades with levers are fixed on their axes and with the possibility of turning the blades in and out of the rotor, flexible rods and supports turning for them, the following distinctive features are introduced.

Отличительными признаками является то, что рычаги выполнены двухплечевыми и разной длины, причем меньшее по длине плечо рычага расположено вовнутрь ротора, большее по длине плечо рычага - наружу ротора, а гибкие тяги, подключены посредством поворотных опор между большим по длине плечом наружного рычага предыдущей лопасти и меньшим по длине плечом внутреннего рычага последующей лопасти по направлению вращения роторного ветрогидродвигателя.Distinctive features are that the levers are made of two shoulders and of different lengths, the shorter arm of the lever is located inside the rotor, the arm of the lever is longer outward of the rotor, and the flexible rods are connected via swivel supports between the outer arm of the previous arm of the previous blade and smaller shoulder length of the inner lever of the subsequent blade in the direction of rotation of the rotor wind turbine.

Принудительная установка лопастей позволяет полностью задействовать энергию потока, перемещающегося как внутри, так и в наружной части ротора за счет вывода из энергетической тени других лопастей, движущихся в потоке вслед за лопастью, воспринимающей в данный момент давление потока.The forced installation of the blades allows you to fully utilize the energy of the stream moving both inside and in the outer part of the rotor due to the removal of other blades from the energy shadow moving in the stream after the blade, which currently receives the pressure of the stream.

Поскольку все лопасти на большей части окружности ротора раскрыты и одновременно воспринимают кинетическую энергию потока, то это эквивалентно увеличению эффективной длины лопасти, большей, чем лопасть длиной в радиус ротора в предыдущих конструкциях.Since all the blades on the greater part of the circumference of the rotor are open and at the same time absorb the kinetic energy of the flow, this is equivalent to an increase in the effective length of the blade, larger than the blade with a radius of the rotor length in previous designs.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемые варианты устройства не была обнаружена, таким образом, предлагаемая полезная модель соответствует критерию «новая».As a result of a search by the sources of patent and scientific and technical information, the totality of features characterizing the proposed device variants was not found, thus, the proposed utility model meets the “new” criterion.

На основании сравнительного анализа вариантов предложенного решения с известным уровнем техники по источникам патентной и научно-технической информации можно утверждать, что между совокупностью признаков, в том числе отличительных, выполняемых ими функций и достигаемой задачей, предложенное техническое решение не следует явным образом из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию охраноспособности «изобретательский уровень».Based on a comparative analysis of the options for the proposed solution with the prior art according to the sources of patent and scientific and technical information, it can be argued that between the totality of features, including the distinctive functions performed by them and the task achieved, the proposed technical solution does not follow explicitly from the prior art and , therefore, meets the eligibility criterion of "inventive step".

Предложенные технические решения могут найти применение в энергетике для снабжения электроэнергией потребителей от ветроэнергетических или гидроэнергетических установок.The proposed technical solutions can find application in the energy sector for supplying electricity to consumers from wind or hydropower plants.

Предложенное устройство изображено на чертеже фиг.1. вид сверху, со снятым верхним диском.The proposed device is shown in the drawing of figure 1. top view, with the upper disc removed.

Лопасти 1…10 (для данной конструкции десять штук), размещены да своих осях 11 между дисками 12 с возможностью поворота лопастей вовнутрь и наружу ротора.The blades 1 ... 10 (for this design, ten pieces) are placed on their axes 11 between the disks 12 with the possibility of turning the blades in and out of the rotor.

Рычаги лопастей выполнены и взаимодействуют следующим образом. Плечо 13 рычага, направленное вовнутрь ротора выполнено короче плеча 14 рычага находящегося снаружи ротора, причем плечо более длинного рычага каждой лопасти соединено гибкой тягой 15 через поворотные опоры 16 с плечом короткого рычага каждой последующей лопасти по направлению вращения ротора.The levers of the blades are made and interact as follows. The lever arm 13 directed inside the rotor is shorter than the lever arm 14 located on the outside of the rotor, and the shoulder of the longer lever of each blade is connected by a flexible rod 15 through the pivot bearings 16 to the shoulder of the short lever of each subsequent blade in the direction of rotation of the rotor.

К центральной оси 17, крепятся верхний и нижний диск ротора, а также, например, электрический генератор (не показан на чертеже).To the central axis 17, the upper and lower rotor discs are attached, as well as, for example, an electric generator (not shown in the drawing).

Роторный ветрогидродвигатель с принудительной установкой лопастей работает следующим образом.Rotary wind turbine with forced installation of the blades operates as follows.

При отсутствии потока положение лопастей 1…10 показано пунктирными линями. При наличии потока V (показано стрелками его направление) ближние к потоку лопасти 1 и 2 отклоняются вовнутрь ротора, пропуская поток через ротор, и понуждают ротор вращаться по часовой стрелке. Одновременно длинные плечи 14 рычагов этих лопастей посредством тяг 15 через опоры 16 воздействуют на более короткие плечи рычагов лопастей 3 и 4. Перемещение тяг вправо показано стрелками. Поскольку лопасть 2 по направлению движения отклонилась раньше, то ее тяга полностью повернула лопасть 4 под захват наружной части потока V с левой стороны ротора. В следующий момент лопасть повернет лопасть 3 и т.д. Таким образом, все остальные лопасти, попадающие под поток при вращении ротора будут воздействовать на последующие лопасти по направлению его вращения. На чертеже тяги задействованы через одну лопасть, что зависит от числа лопастей.In the absence of flow, the position of the blades 1 ... 10 is shown by dashed lines. In the presence of stream V (its direction is shown by arrows), the blades 1 and 2 closest to the stream deviate into the rotor, passing the stream through the rotor, and force the rotor to rotate clockwise. At the same time, the long shoulders 14 of the levers of these blades by means of rods 15 through the supports 16 act on the shorter shoulders of the levers of the blades 3 and 4. The movement of the rods to the right is shown by arrows. Since the blade 2 in the direction of movement deviated earlier, its thrust completely turned the blade 4 under the capture of the outer part of the flow V on the left side of the rotor. At the next moment, the blade will turn blade 3, etc. Thus, all other blades that fall under the stream during rotation of the rotor will affect subsequent blades in the direction of its rotation. In the drawing, thrusts are activated through one blade, which depends on the number of blades.

В результате большая часть лопастей ротора принимают кинетическую энергию как от наружной части потока, так и от потока прошедшего через внутреннюю часть ротора.As a result, most of the rotor blades receive kinetic energy both from the outer part of the stream and from the stream passing through the inner part of the rotor.

Разное соотношение длин плеча 13 (меньшей длины) и плеча 14 (большей длины) лопастей обусловлено необходимостью пропорционально уменьшить сопротивление потоку части лопастей 8, 9, 10 ротора, перемещающихся навстречу потока. Это объясняется тем, что открывшиеся под поток, например, лопасти 7 и 2, своими короткими плечами 13 рычагов через тяги 15 и опоры 16 воздействуют также на большие по длине наружные плечи 14 рычагов лопастей 9 и 10, вызывая их только частичное отклонение навстречу потока V. Если бы наружные и внутренние плечи рычагов были равной длины, то углы раскрытия лопастей с левой стороны ротора, идущие под поток и углы раскрытия лопастей с правой стороны ротора, идущие навстречу потока, были бы равны и КПД установки снизился.The different ratio of the lengths of the shoulder 13 (shorter length) and shoulder 14 (longer length) of the blades is due to the need to proportionally reduce the flow resistance of a part of the rotor blades 8, 9, 10 moving towards the flow. This is explained by the fact that, for example, the blades 7 and 2, which are opened under the flow, with their short arms 13 of the levers through the rods 15 and the supports 16 also act on the outer arms 14 of the blades 9 and 10, which are large in length, causing them only to partially deflect towards the flow V If the outer and inner shoulders of the levers were of equal length, then the opening angles of the blades on the left side of the rotor, going under the flow and the opening angles of the blades on the right side of the rotor, going towards the flow, would be equal and the efficiency of the installation would decrease.

На чертеже изображено мгновенное положение лопастей в пространстве при наличии потока V. Из десяти лопастей в данной конструкции в неопределенном переходном состоянии может находиться только лопасть 3. Лопасти 1, 2, 4, 5, 6, 7 полностью задействованы в работу, создавая положительный суммарный вращающий момент по часовой стрелке относительно центральной оси 17. Частично положительный момент создает и закрывающаяся лопасть 8. Незначительный отрицательный противодействующий момент могут создавать только проекции поверхностей лопастей 9 и 10, движущихся навстречу потока.The drawing shows the instantaneous position of the blades in space in the presence of flow V. Of the ten blades in this design, only blade 3 can be in an indefinite transition state. Blades 1, 2, 4, 5, 6, 7 are fully involved in the work, creating a positive total rotating the clockwise moment relative to the central axis 17. A closing blade 8 also creates a partially positive moment. Only a minor projection of the surfaces of the blades 9 and 10 creates a slight negative counteracting moment. busting towards the stream.

Таким образом, при принудительной установке лопастей в приеме кинетической энергии от внутренней и наружной частей потока будет задействовано большинство лопастей, находящихся в раскрытом состоянии, что эквивалентно увеличению суммарной длины лопасти ротора, его активной суммарной поверхности для улавливания энергии потока и увеличению КПД роторного ветрогидролвигателя.Thus, during the forced installation of the blades, the majority of the blades in the open state will be involved in the reception of kinetic energy from the internal and external parts of the flow, which is equivalent to an increase in the total length of the rotor blade, its active total surface to capture the flow energy and increase the efficiency of the rotor wind turbine.

В результате выполнения данной работы был изготовлен макет роторного ветрогидродвигателя с принудительной установкой лопастей (12 штук), диаметром 180 мм, высотой 200 мм, подтвердивший заявляемые результаты (фиг.2: фотография макета).As a result of this work, a prototype of a rotary wind turbine was made with forced installation of the blades (12 pieces), with a diameter of 180 mm, a height of 200 mm, which confirmed the claimed results (Fig. 2: photograph of the layout).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ЗАЯВКИSOURCES OF INFORMATION TAKEN INTO ACCOUNT WHEN DRAWING IN THE APPLICATION

1. Описание к евразийскому патенту ЕА 003784 В1 от 28.08.2003 г., МПК F03D 3/06 «Ветроэнергетический агрегат и ветроэлектростанция» (аналог).1. Description to the Eurasian patent EA 003784 B1 dated 08.28.2003, IPC F03D 3/06 “Wind power unit and wind power plant” (analogue).

2. Описание изобретения к патенту РФ №2352809, МПК F03D 3/04, «Ветроэнергетический агрегат Болотова» (аналог).2. Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2352809, IPC F03D 3/04, "Bolotov's wind power unit" (analogue).

3. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1000584, МПК F03D 3/02 «Ветродвигатель» (аналог).3. Description of the invention to the USSR copyright certificate No. 1000584, IPC F03D 3/02 "Wind turbine" (analogue).

4. Описание изобретения к патенту РФ №81774, МПК F03D 3/00 «Ветродвигатель» (аналог).4. Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 81774, IPC F03D 3/00 "Wind turbine" (analogue).

5. Патент Франции 2286954, кл. F03D 3/04, опубл. 1976 г.5. French patent 2286954, cl. F03D 3/04, publ. 1976

6. Описание изобретения к патенту РФ №2057969., МПК F03D 3/00 «Карусельное ветроколесо» (аналог).6. Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2057969., IPC F03D 3/00 "Rotary windwheel" (analogue).

7. Описание изобретения к патенту РФ №2069795, МПК F03D 3/00 «Ветроколесо» (аналог).7. Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2069795, IPC F03D 3/00 "Windwheel" (analogue).

8. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1017814, МПК F03D 3/00, «Карусельное ветроколесо» (аналог).8. Description of the invention to the USSR copyright certificate No. 1017814, IPC F03D 3/00, “Carousel wind wheel” (analogue).

9. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1663226, МПК F03D 3/06, «Ветроколесо» (аналог).9. Description of the invention to the USSR author's certificate No. 1663226, IPC F03D 3/06, "Wind wheel" (analogue).

10. Описание патента РФ на полезную модель №34653, МПК F03B 3/12 «Ротор Хвост дельфина» (аналог).10. Description of the RF patent for utility model No. 34653, IPC F03B 3/12 “Dolphin Tail Rotor” (analogue).

11. Заявка Великобритании №2119025, кл. F03D 3/00, опубл. 1983 г.11. UK application No. 2119025, CL F03D 3/00, publ. 1983 year

12. 3аявка Японии JP 2006336630 A, 14.12.2006 г.12.Japanese application JP 2006336630 A, 12/14/2006

13. Патент США №3743848, кл. 290/55, опубл. 1973 г.13. US patent No. 3743848, CL. 290/55, publ. 1973

14. Описание патента РФ на полезную модель №55884, МПК F03B 3/12 «Ветрогидродвигатель» (прототип).14. Description of the patent of the Russian Federation for utility model No. 55884, IPC F03B 3/12 “Wind turbine” (prototype).

Claims

A rotary wind turbine with forced installation of the blades, comprising a rotor fixed to the axis with discs, on the periphery of which blades with levers are fixed on their axes, having the ability to rotate the blades in and out of the rotor, flexible rods and rotary supports for them, characterized in that the blades levers are made two-shouldered with the location of the smaller arm of the lever inward, and the larger arm of the lever outward of the rotor, and flexible rods through the pivot bearings are connected between the longer arm of the lever of the previous l mouth and smaller in length, followed shoulder blade lever in the rotational direction of the rotor vetrogidrodvigatelya.