RU2773719C1 - Air turbine for wave power plant - Google Patents
Air turbine for wave power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773719C1 RU2773719C1 RU2021129589A RU2021129589A RU2773719C1 RU 2773719 C1 RU2773719 C1 RU 2773719C1 RU 2021129589 A RU2021129589 A RU 2021129589A RU 2021129589 A RU2021129589 A RU 2021129589A RU 2773719 C1 RU2773719 C1 RU 2773719C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- profile
- rotation
- axis
- center
- Prior art date
Links
- 210000001331 Nose Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области волновой энергетики, в частности к волновым установкам, использующим энергию осциллирующего водяного столба.The invention relates to the field of wave energy, in particular to wave installations using the energy of an oscillating water column.
Известна воздушная турбина Уэллса, направление вращения которой не зависит от направления потока воздуха или жидкости, имеющая лопасти симметричного профиля, плоскости, симметрии которых перпендикулярны оси вращения рабочего колеса турбины (Информационный ресурс: https://amp.ru.google-info.cn/2239578/l/turbina-uelsa.html).A Wells air turbine is known, the direction of rotation of which does not depend on the direction of air or liquid flow, having blades of a symmetrical profile, planes whose symmetries are perpendicular to the axis of rotation of the turbine impeller (Information resource: https://amp.ru.google-info.cn/ 2239578/l/turbina-uelsa.html).
К недостаткам аналога относится то, что для обеспечения эффективной работы турбины требуется, чтобы окружная скорость лопасти в несколько раз превышала осевую скорость потока. Например, для симметричного профиля лопасти с критическим углом атаки 15°, тангенс которого равен отношению осевой скорости V к окружной скорости U, tg15°=V/U=0, 268, U>V/0,268>3,73V. То есть для устойчивой работы турбины без срыва потока требуется ее предварительная раскрутка и обеспечение запаса кинетической энергии для исключения быстрого падения скорости вращения при смене направления осевого потока.The disadvantages of analogue include the fact that to ensure efficient operation of the turbine requires that the peripheral speed of the blade several times higher than the axial flow rate. For example, for a symmetrical blade profile with a critical angle of attack of 15°, the tangent of which is equal to the ratio of the axial velocity V to the circumferential velocity U, tg15°=V/U=0.268, U>V/0.268>3.73V. That is, for stable operation of the turbine without flow stall, its preliminary spin-up and provision of a reserve of kinetic energy is required to prevent a rapid drop in the rotation speed when changing the direction of the axial flow.
Известна турбина волновой энергетической установки (АС СССР №1783140, опубл. 23.12.1992 г., БИ №47), в которой возможно использование переменного по направлению воздушного потока, ее рабочее колесо содержит ступицу с поворотными лопастями симметричного аэродинамического профиля, оси, вращения которых лежат в плоскостях симметрии профилей параллельно их носикам и перпендикулярны оси вращения рабочего колеса. Ось вращения каждого профиля расположена между центром давления и носиком, а центр масс находится между центром давления и задней кромкой профиля.A turbine of a wave power plant is known (AS USSR No. 1783140, publ. 23.12.1992, BI No. 47), in which it is possible to use a variable air flow direction, its impeller contains a hub with rotary blades of a symmetrical airfoil, axes, rotation of which lie in the planes of symmetry of the profiles parallel to their spouts and perpendicular to the axis of rotation of the impeller. The axis of rotation of each profile is located between the center of pressure and the nose, and the center of mass is located between the center of pressure and the trailing edge of the profile.
Данная турбина по наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату выбрана в качестве прототипа заявляемого изобретения.This turbine for the largest number of similar features and the result achieved when using is selected as a prototype of the claimed invention.
Недостатки прототипа заключаются в том, что инерционные силы, возникающие при разгоне и торможении рабочего колеса и приложенные к центрам масс лопастей, не влияют прямым образом на установку лопастей под оптимальными углами атаки. Кроме того, при вертикальной ориентации оси вращения рабочего колеса, момент вращения, создаваемый весом лопасти, может складываться или вычитаться из момента создаваемого силой инерции в зависимости от направления осевого потока воздуха, т.е. при восходящем и нисходящем потоках лопасть должна устанавливаться под разными углами атаки.The disadvantages of the prototype are that the inertial forces arising from the acceleration and deceleration of the impeller and applied to the centers of mass of the blades do not directly affect the installation of the blades at optimal angles of attack. In addition, with a vertical orientation of the impeller rotation axis, the torque generated by the weight of the blade can be added or subtracted from the torque generated by the inertia force, depending on the direction of the axial air flow, i.e. for updrafts and downdrafts, the blade must be set at different angles of attack.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении эффективности работы воздушной турбины, использующей энергию осциллирующего водяного столба волновой энергоустановки.The technical result to which the present invention is directed is to increase the efficiency of the air turbine using the energy of the oscillating water column of the wave power plant.
Для достижения указанного технического результата в воздушной турбине для волновой энергоустановки, содержащей рабочее колесо, состоящее из ступицы и поворотных лопастей симметричного аэродинамического профиля, ось вращения каждой лопасти лежит в плоскости симметрии профиля параллельно его носику и перпендикулярно оси вращения рабочего колеса, у рабочих лопастей ось вращения совмещена с центром давления профиля, а у управляющих лопастей ось вращения расположена между центром давления профиля и его носиком, у всех лопастей центр масс совпадает с их осями вращения, на торцах цапф управляющих лопастей жестко закреплены зубчатые конические колеса, а на торцах цапф рабочих лопастей закреплены аналогичные зубчатые конические колеса с возможностью поворота в обе стороны относительно плоскости симметрии профиля на угол, равный оптимальному углу атаки аэродинамического профиля рабочей лопасти, за счет закрепления на торцах цапф пальцев, перпендикулярных плоскости симметрии профиля и размещенных между упорными штифтами, закрепленными на зубчатых конических колесах, между зубчатыми коническими колесами, принадлежащими чередующимся рабочим и управляющим лопастям, размещены входящие с ними в зацепление свободновращающиеся одинаковые с ними зубчатые конические колеса.To achieve the specified technical result in an air turbine for a wave power plant, containing an impeller consisting of a hub and rotary blades of a symmetrical aerodynamic profile, the rotation axis of each blade lies in the plane of symmetry of the profile parallel to its nose and perpendicular to the axis of rotation of the impeller, the rotation axis of the working blades is aligned with the center of pressure of the profile, and for the control blades the axis of rotation is located between the center of pressure of the profile and its nose, for all the blades the center of mass coincides with their axes of rotation, on the ends of the pins of the control blades, bevel gears are rigidly fixed, and on the ends of the pins of the working blades similar bevel gears with the possibility of rotation in both directions relative to the plane of symmetry of the profile at an angle equal to the optimal angle of attack of the aerodynamic profile of the working blade, due to the fixation on the ends of the trunnions of the fingers perpendicular to the plane of symmetry of the profile and placed between the thrust pins fixed on the bevel gears, between the bevel gears belonging to the alternating working and control blades, free-rotating bevel gears identical with them are placed in engagement with them.
Отличительными признаками предлагаемой воздушной турбины являются:Distinctive features of the proposed air turbine are:
- совмещение у рабочих лопастей оси вращения с центром давления профиля,- alignment of the axis of rotation of the working blades with the center of pressure of the profile,
- расположение у управляющих лопастей оси вращения между центром давления профиля и его носиком,- the location of the control blades of the axis of rotation between the center of pressure of the profile and its nose,
- совпадение центр масс у всех лопастей с их осями вращения,- coincidence of the center of mass of all blades with their axes of rotation,
- жесткое закрепление зубчатых конических колес на торцах цапф управляющих лопастей,- rigid fastening of bevel gears on the ends of the pins of the control blades,
- закрепление зубчатых конических колес на торцах цапф рабочих лопастей с возможностью их поворота в обе стороны относительно плоскости симметрии профиля на угол, равный оптимальному углу атаки аэродинамического профиля рабочей лопасти,- fixing bevel gears on the ends of the trunnions of the working blades with the possibility of their rotation in both directions relative to the plane of symmetry of the profile at an angle equal to the optimal angle of attack of the aerodynamic profile of the working blade,
- закрепление на торце цапф рабочей лопасти пальцев перпендикулярно плоскости симметрии профиля, размещенных между упорными штифтами, закрепленными на зубчатых конических колесах,- fixing on the end face of the pins of the working blade of the fingers perpendicular to the plane of symmetry of the profile, placed between the thrust pins fixed on the bevel gears,
- размещение свободновращающихся зубчатых конических колес, принадлежащим чередующимся рабочим и управляющим лопастям, входящими с ними в зацепление.- placement of free-rotating bevel gears belonging to alternating working and control blades that engage with them.
Благодаря наличию этих признаков сокращается время выхода воздушной турбины на максимальные обороты и повышается ее аэродинамическая эффективность за счет установки рабочих лопастей под оптимальными углами атаки.Due to the presence of these features, the time for the air turbine to reach maximum speed is reduced and its aerodynamic efficiency is increased by installing the working blades at optimal angles of attack.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.The present invention is illustrated by the drawings shown in Fig. 1-3.
На фиг. 1 показана схема взаимодействия управляющих и рабочих лопастей.In FIG. 1 shows a diagram of the interaction of the control and working blades.
На фиг. 2 - разрез воздушной турбины плоскостью проходящей через оси вращения управляющих лопастей и перпендикулярной оси вращения рабочего колеса.In FIG. 2 - section of an air turbine with a plane passing through the axis of rotation of the control blades and perpendicular to the axis of rotation of the impeller.
На фиг. 3 - разрез воздушной турбины плоскостью проходящей через ее ось вращения и ось вращения рабочей лопасти.In FIG. 3 - section of an air turbine with a plane passing through its axis of rotation and the axis of rotation of the working blade.
Воздушная турбина для волновой энергоустановки содержит ступицу 1, втулки 2, поворотные лопасти разделены на чередующиеся рабочие лопасти 3 и управляющие лопасти 4, цапфы 5, зубчатые конические колеса 6, пальцы 7, упорные штифты 8. α - оптимальный угол атаки соответствующей максимальной величине аэродинамического качества. С - центр аэродинамического давления. О - ось вращения управляющей лопасти 4. U - осредненная окружная скорость рабочей лопасти 3. V - скорость осевого потока. W - направление воздушного потока.An air turbine for a wave power plant contains a
Предлагаемая воздушная турбина работает следующим образом.The proposed air turbine works as follows.
В начальном положении при неподвижном рабочем колесе воздушной турбины развитие волнения в акватории вызывает в ее проточном тракте появление переменного по направлению воздушного потока.In the initial position, when the impeller of the air turbine is stationary, the development of waves in the water area causes the appearance of a direction-variable air flow in its flow path.
Поскольку центр аэродинамического давления «С» управляющей лопасти 4 смещен относительно ее оси вращения «О» в сторону задней кромки, воздушный поток поворачивает лопасть 4 по направлению воздушного потока «W» (на начальном этапе «V»). При этом зубчатое коническое колесо 6 жестко закрепленное на торце цапфы 5 управляющей лопасти 4 через промежуточное зубчатое коническое колесо 6 приводит во вращение зубчатое коническое колесо 6 закрепленное на цапфе 5 рабочей лопасти 3 до касания пальцем 7 упорного штифта 8, после чего лопасти 3 и 4 поворачиваются синхронно. Рабочие лопасти 3 чередуются с управляющими лопастями 4.Since the center of aerodynamic pressure "C" of the
Предлагаемое изобретение всегда обеспечивает обтекание рабочей лопасти 3 воздушным потоком «W» под оптимальным углом а независимо от соотношения скоростей осевого потока V и осредненной окружной скорости «U».The present invention always ensures that the air flow "W" flows around the
Для снижения потерь на трение цапфы 5 поворотных лопастей 3 и 4 помещены внутрь втулок 2 закрепленных на внутренней поверхности ступицы 1 и снабжены, например, подшипниками качения.To reduce friction losses of the
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2773719C1 true RU2773719C1 (en) | 2022-06-08 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1302009A1 (en) * | 1985-11-18 | 1987-04-07 | Предприятие П/Я М-5828 | Air turbine |
RU2015410C1 (en) * | 1989-12-05 | 1994-06-30 | Винклерис Гербертас | Device for changing of angle of setting of blades of windmill |
DE102009035187A1 (en) * | 2009-07-29 | 2011-02-10 | Jensen, Marten, Dipl.-Ing. | Rotor for wind turbine, has gear for adjusting angle of rotor blades, and spiral spring anti-swivelingly connected with bevel gear, where ends of spring are connected with hub and bevel pinion, respectively |
WO2011138020A2 (en) * | 2010-05-07 | 2011-11-10 | Schottel Gmbh | Adjusting device for a turbine |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1302009A1 (en) * | 1985-11-18 | 1987-04-07 | Предприятие П/Я М-5828 | Air turbine |
RU2015410C1 (en) * | 1989-12-05 | 1994-06-30 | Винклерис Гербертас | Device for changing of angle of setting of blades of windmill |
DE102009035187A1 (en) * | 2009-07-29 | 2011-02-10 | Jensen, Marten, Dipl.-Ing. | Rotor for wind turbine, has gear for adjusting angle of rotor blades, and spiral spring anti-swivelingly connected with bevel gear, where ends of spring are connected with hub and bevel pinion, respectively |
WO2011138020A2 (en) * | 2010-05-07 | 2011-11-10 | Schottel Gmbh | Adjusting device for a turbine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7762776B2 (en) | Vortex shedding cyclical propeller | |
JP4035537B2 (en) | Vertical axis drive device such as vertical axis wind turbine and power generation device using the same | |
KR100874046B1 (en) | Turbine for free flowing water | |
US4359311A (en) | Wind turbine rotor | |
US5577882A (en) | Unidirectional reaction turbine operable under reversible fluid flow | |
RU2386854C2 (en) | Wind turbine | |
US4830570A (en) | Wind turbine system using twin savonius-type rotors | |
US4143992A (en) | Wind operated power generator | |
EP2538070B1 (en) | Turbine with radial inlet and outlet rotor for use in bidirectional flows | |
JP2008064106A (en) | Vertical shaft driving apparatus for vertical shaft windmill, etc., and electric power generating apparatus using the same | |
WO2014006542A2 (en) | Turbine arrangement | |
RU2773719C1 (en) | Air turbine for wave power plant | |
JPH0264270A (en) | Impulse turbine with self-variable pitch guide vanes | |
KR101514769B1 (en) | Vertical Axis Wind Power Equipment | |
RU209107U1 (en) | Air turbine for wave power plant | |
RU2599096C2 (en) | Method for imparting motion to rotor (versions) and rotor | |
RU2668766C1 (en) | Device for inducing lift | |
JP2007177796A (en) | Vertical shaft driving device for vertical wind mills or the like and electric power generator using the same | |
RU2664639C2 (en) | Method for converting the kinetic energy of a air flow to a rotary movement of a blade | |
JP3927887B2 (en) | Stator blade of axial compressor | |
RU2008514C1 (en) | Wind-electric plant | |
RU2080480C1 (en) | Wind-power plant | |
JP6354051B2 (en) | Wave power turbine | |
RU193931U1 (en) | Wind wheel rotor | |
RU86257U1 (en) | WIND POWER PLANT BASED ON THE MAGNES EFFECT |