RU1776868C - Лопасть ветродвигател - Google Patents

Abstract

Использование: конструирование лопастей ветродвигателей. Сущность: лопасть ветродвигател  содержит перо аэродинамического профил , св занное по крайней мере с одним ветроколесом, св занным с электрогенератором. В лопасти выполнена полость (сквозной вырез), в которой размещено ветроколесо в виде ротора Савониуса, лри этом ось ротора Савониуса параллельна оси пера. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к ветроэнергетике , а именно к конструированию лопастей ветродвигателей.

Известны лопасти ветродвигателей (крыльчатых, карусельных и др.)содержащие перо аэродинамического профил  П. Такие лопасти имеют сравнительно небольшую эффективность, а дл  ее увеличени  у ветродвигателей большой мощности, к примеру длину лопастей довод т до нескольких дес тков метров. В результате возникают проблемы обеспечени  прочности и долговечности лопастей. В качестве прототипа выбрана лопасть ветроагрегата С2). Недостатком прототипа  вл етс  невозможность использовани  дополнительного ветроколе- са дл  уменьшени  габаритов лопастей с пр молинейной осью пера. А именно такие лопасти используютс  в большинстве ветродвигателей .

Цель изобретени  - уменьшение габаритов лопасти (или увеличение производительности ветродвигателей при неизменных габаритах).

Эта цель достигаетс  тем, что в лопасти ветродвигател , содержащей перо аэродинамического профил , св занное по крайней мере с одним ветроколесом, св занным с электрогенератором, перо лопасги снабжено полостью, ветроколесо размещено в последней и выполнено в виде ротора Савониуса , при отом ось ротора Савониуса параллельна оси пера.

От прототипа предложенное устройстзо отличаетс  наличием в пере лопасти полости (сквозного выреза), установкой в этой полости ветроколеса в виде ротора Савониуса , размещением оси ротора Савониуса параллельно оси пера.

Другке близкие аналоги в ветротехнике автору неизвестны. Из аналогов в смежной области техники-судостроении отметимСЗЗ и 14. Отличи  конструктивные. У аналогов используютс  роторы в виде цилиндров. Недостатки этих аналогов: необходимость дополнительного оборудовани  и затрат энергии на вращение цилиндров. Тем самым предлагаемое устройство имеет элементы новизны и существенные отличи  от рассмотренных аналогов и прототипа.

На чертеже представлен общий вид лопасти , план и ее поперечное сечение.

СП

с

XS х|

о

00

«««А

Устройство содержит перо 1 лопасти, полость 2 в лопасти, ротор Савоииуса 3, электрогенератор 4, кинематически св занный с осью ротора Савониуса 3.

При воздействии сравнительно неболь- шого ветра независимо от его направлени  по отношению к оси ротора Савониуса первыми начнут вращатьс  роторы Савониуса, вырабатыва  электроэнергию с помощью генераторов 4. Вокруг лопасти возникнет циркул ци  скорости и соответствующий ой крут щий момент относительно оси вращени  ветродвигател . При некоторой величине скорости ветра, меньшей, чем в отсутствии ротора Савониуса, произойдет страгивание лопасти, начнетс  ее вокруг оси двигател , которое передастс  на основной электрогенератор. При рабочем режиме ветродвигател  вращение ротора Савониуса будет создавать дополнительную циркул цию скорости на лопасти и пропорциональную ей дополнительную силу т ги и вращательный момент. В результате по вл етс  возможность уменьшить габариты лопасти при заданной величине мощности двигател  или при неизменных габаритах увеличить выработку энергии.

Оценим эффект от установки ротора Савониуса , например,в передней кромке лопа- сти. Пусть лопасть вращаетс  вокруг оси вращени  ветродвигател  против часовой стрелки, а ротор Савониуса - в противоположном направлении. При воздействии вера перпендикул рно плоскости вращени  ротора крыльчатого ветродвигател  имеем:

- на элементе пера лопасти, расположенном на радиусе г const, как на крыле образуетс  подъемна  сила

Р(г) рУ .

где Су - коэффициент подъемной силы;

5л - площадь элемента лопасти;

V - скорость набегающего на лопасть потока,

vHvB2 + VBp2(ro),

VB и /вр(г0) - скорость ветра и скорость вращени  элемента лопасти на радиусе г го.

Одновременно от ветра придет во вращение ротор Савониуса. С началом вращени  лопасти вокруг оси вращени  ветродвигател  на засасывающей стороне элемента лопасти скорость потока при этом увеличитс , г на нагнетающей наоборот уменьшитс . Возникающа  от вращени  ротора Савониуса циркул ци  скорости даст дополнительную подъемную силу на элементе лопасти равную

РДОП(ГО) Су Sn

где Сурс- коэффициент подъемной силы ротора Савониуса;

VpC - скорость потока,набегающего на ротор. Найдем отношение

,ре

IU-Р ЖТ t

РЫ п Сц р-Ј- )

при VpC V. Обычно Сул 1,5. Дл  изолированного ротора Савониуса Сурс 1.6-3,0. С учетом вли ни  границ примем Сурс 1/3(1,6-3,0) 0,53-1,0, тогда

,.„0.53: 1.0 {TJ5-

0,35-0,67.

Таким образом,размещение ротора Савониуса в лопасти позвол ет по приведенной оценке увеличить подъемную силу лопасти, а следовательно, и силу т ги и мощность на 35-67%. Наибольший эффект может быть достигнут при оптимальном конструировании лопасти и оптимальном распределении энергии вращени  роторов Савониуса на создание циркул ции и выработку энергии непосредственно на лопастных генераторах. С ротором Савониуса ветродвигатель начнет работать при меньшей скорости ветра.

Claims (1)

1. Формула и зобретени 

   Лопасть ветродвигател , содержаща  перо аэродинамического профил , св занное по крайней мере с одним ветроколесом, соединенным с электрогенератором, отличающа с  тем, что, с целью уменьшени  габаритов, перо снабжено полостью, ветро- колесо размещено в последней и выполнено в виде ротора Савониуса, при этом ось ротора параллельна оси пера.

   п //

   ф

   UT