RU74170U1 - Ветродвигатель - Google Patents

Ветродвигатель Download PDF

Info

Publication number
RU74170U1
RU74170U1 RU2007142929/22U RU2007142929U RU74170U1 RU 74170 U1 RU74170 U1 RU 74170U1 RU 2007142929/22 U RU2007142929/22 U RU 2007142929/22U RU 2007142929 U RU2007142929 U RU 2007142929U RU 74170 U1 RU74170 U1 RU 74170U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
central body
generator
wind
diameter
wind wheel
Prior art date
Application number
RU2007142929/22U
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Аркадьевич Брук
Лев Яковлевич Хаскин
Юрий Сергеевич Подшивалов
Виктор Степанович Фроловский
Original Assignee
Александр Аркадьевич Брук
Лев Яковлевич Хаскин
Юрий Сергеевич Подшивалов
Виктор Степанович Фроловский
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 Александр Аркадьевич Брук, Лев Яковлевич Хаскин, Юрий Сергеевич Подшивалов, Виктор Степанович Фроловский filed Critical Александр Аркадьевич Брук
Priority to RU2007142929/22U priority Critical patent/RU74170U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU74170U1 publication Critical patent/RU74170U1/ru

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а более конкретно к ветроэнергетическим установкам. Предложен ветродвигатель, содержащий кольцевой обтекатель и ветроколесо, центральное тело которого представляет собой тело вращения диаметром 0,4÷0,6 диаметра кольцевого обтекателя и состоит из носовой части в виде эллипсоида, цилиндрической части с лопастями на боковой поверхности и параболического хвостового обтекателя. Внутри центрального тела установлен электрический генератор. С целью охлаждения генератора в центральном теле ветроколеса выполнен сквозной проток с входным отверстием (воздухозаборником) в носовой части диаметром 0,1÷0,2 максимального диаметра центрального тела (кромки отверстия скруглены). Выдув воздуха, обтекающего генератор, через выходные отверстия на концах полых лопастей служит для отвода тепла от генератора и предотвращения обледенения лопастей ветроколеса и кольцевого обтекателя. Выдув воздуха, обтекающего генератор, через выходные отверстия в хвостовой части центрального тела позволяет ликвидировать срыв потока с хвостовой части центрального тела и повысить КПД ветродвигателя.

Description

Известен ветродвигатель, содержащий корпус со входным конфузором, горловиной, переходным участком, выходным диффузором и лопастным ротором, размещенным в горловине. Выходной диффузор снабжен экраном, закрепленным на торце диффузора при помощи пилонов, а размеры элементов ветродвигателя выбраны из определенных соотношений (Россия, патент №2006663, 1991 г.).
Недостатком этого ветродвигателя является неоправданно сложная конструкция и большие потери мощности из-за срывного внешнего обтекания диффузора и экрана.
Известен способ концентрации ветрового потока в плоскости ветроколеса. Ветродвигатель, с помощью которого осуществляется способ, содержит центральное тело удобообтекаемой формы. На поверхности центрального тела в плоскости его миделевого сечения размещено ветроколесо с лопастями, на концах которого закреплен кольцевой обтекатель (ФРГ, патент №3905337, 1989 г.)
Недостатком этого ветродвигателя являются потери мощности, связанные с закруткой потока за ветроколесом и поверхностным трением вращающегося кольцевого обтекателя, большая стартовая скорость, повышенная опасность для птиц из-за разгона потока перед ветроколесом.
Известен ветродвигатель, содержащий центральное тело, носовая часть которого имеет форму эллипсоида вращения, а хвостовая часть имеет форму параболы с килем на конце, с ветроколесом, состоящим из втулки с установленными на ней под углом к набегающему потоку лопастями, с неподвижным кольцевым обтекателем, с защитной сеткой с проницаемостью 96-98% на входе кольцевого обтекателя (Россия, патент №12195, 1999 г.).
Недостатком этого ветродвигателя, принятого в качестве прототипа, являются потери мощности, связанные со срывом потока с концевой части центрального тела ветроколеса, возможность обледенения лопастей и кольцевого обтекателя, а также перегрев генератора, установленного внутри втулки ветроколеса.
Задача, которую решает предложенная полезная модель, состоит в повышении эффективности ветродвигателя за счет улучшения его характеристик.
При этом достигаются следующие технические результаты:
- устраняется перегрев генератора ветродвигателя;
- устраняется обледенение лопастей и кольцевого обтекателя ветродвигателя;
- устраняется срыв потока с хвостовой части центрального тела ветроколеса.
Технические результаты достигаются следующим способом:
- перегрев генератора устраняется за счет его обдува воздушным потоком, поступающим во входное отверстие (воздухозаборник) в носовой части центрального тела ветродвигателя;
- обледенение лопастей и кольцевого обтекателя устраняется за счет их обогрева путем отвода тепла от генератора с помощью обтекающего его воздушного потока, поступающего через входное отверстие (воздухозаборник) в носовой части центрального тела ветродвигателя и проходящего далее через отверстия во втулке ветроколеса в полые лопасти, а через выходные отверстия на концах лопастей - на кольцевой обтекатель;
- срыв потока с хвостовой части центрального тела ветроколеса устраняется за счет выдува воздуха, обтекающего генератор, через выходное отверстие (сопло), выполненное по оси центрального тела, либо выходные отверстия на боковой поверхности его хвостовой части.
Для этого в известном ветродвигателе, содержащем центральное тело, носовая часть которого имеет форму эллипсоида вращения, хвостовая часть имеет форму параболы с килем на конце, с ветроколесом, состоящим из втулки с установленными на ней под углом к набегающему потоку лопастями, с неподвижным кольцевым обтекателем с защитной сеткой на входе выполнено следующее:
- в носовой части центрального тела ветродвигателя сделано входное отверстие (воздухозаборник) площадью 0,03÷0,05 площади миделя центрального тела (диаметром 0,1÷0,2 максимального диаметра центрального тела), кромки отверстия скруглены;
- в хвостовой части центрального тела ветроколеса сделано выходное отверстие (сопло) по оси, либо отверстия на его боковой поверхности;
- в цилиндрической втулке ветроколеса сделаны отверстия, напротив соответствующего входного отверстия каждой лопасти;
- лопасти выполнены полыми с входным и выходным отверстием в корневом и концевом сечении.
На фиг.1 показана конструктивная схема ветродвигателя. Ветродвигатель (фиг.1), содержит центральное тело, состоящее из носовой части 1 с отверстием 2 и хвостовой части 3 с килем 4. Между носовой частью 1 и хвостовой частью 3 расположено ветроколесо 5 (втулка с отверстиями 11 и полыми лопастями 6 с отверстиями на концах 12), внутри которого помещается генератор 7. Хвостовая часть центрального тела 3, имеющая отверстия 13 (а) - с отверстием по оси, б) - с отверстиями на боковой поверхности), с помощью пилонов 8 соединена с кольцевым обтекателем 9, имеющим защитную сетку 10 на входе. Ветродвигатель шарнирно закреплен на мачте (не показана).
Ветродвигатель работает следующим образом.
Набегающий воздушный поток (ветер) разгоняется при обтекании носовой части центрального тела 1 и, проходя через защитную сетку 10, попадает в кольцевой канал между носовой частью 1 и обтекателем 9. Часть набегающего потока (3÷5%) попадает в отверстие 2 в носовой части центрального тела ветродвигателя, огибает генератор 7, охлаждая его, и проходит далее: а) через отверстия 11 во втулке ветроколеса в полые лопасти 6 и дальше через выходные отверстия 12 в лопастях - на кольцевой обтекатель 9, нагревая лопасти и обтекатель; б) через отверстия 13 в хвостовой части, препятствуя срыву потока. Поток, выходящий после ветроколеса 5 из кольцевого канала, обтекает хвостовую часть центрального тела 3 и киль 4, который ориентирует ветродвигатель против ветра.
Обоснование технических результатов.
Рассчитаем диаметр входного отверстия в центральном теле ветроколеса.
Пусть мощность генератора ветродвигателя N=1 кВт, диаметр кольцевого обтекателя 2 м, диаметр центрального тела 0,5 м. При КПД ветродвигателя 90%, тепловые потери мощности ΔN составляют 10% или 100 Вт. Из них примерно
70% или 70 Вт можно отвести от генератора с помощью обдува струйкой воздуха (фиг.2), проходящей через входное отверстие в центральном теле.
Из термодинамики известно, что количество теплоты ΔQ связано с теплоемкостью ср, массой m и изменением температуры Δt формулой:
ΔQ=cpmΔt
Переходя к мощности ΔN (количеству теплоты в единицу времени), имеем:
ΔN=cрmcΔt
Масса воздуха mc, проходящая через струйку площадью Sстр в единицу времени, равна
(m)cвSстрV,
где ρв - плотность воздуха, V - скорость ветра.
Отсюда площадь струйки воздуха, нужная для того чтобы отвести от генератора мощность ΔN, связана со скоростью струйки V и повышением температуры воздуха в струйке Δt соотношением:
Если ΔN=70 Вт=16,8 кал, cр=0,239 кал/(г град), ρв=1293 г/м3, V=10 м/с. Δt=10°С, то Sстр=0,00054 м2, диаметр струйки воздуха dстр=0,026 м.
Из теории воздухозаборника известно, что площадь воздухозаборника примерно в 3 раза превышает площадь струйки воздуха. Таким образом, чтобы охладить генератор при скорости ветра V=10 м/с площадь входного отверстия в центральном теле ветроколеса должна составить не менее Sотв=0,00162 м2, его диаметр dотв=0,045 м.
Струйка теплого воздуха, нагретого генератором, выдувается через отверстия в полых лопастях на кольцевой обтекатель, что позволяет предотвратить образование льда в зазоре между лопастями ветроколеса и кольцевым обтекателем.
Обоснование необходимости ликвидации срыва потока с хвостовой части центрального тела ветроколеса основывается на том факте, что безотрывное обтекание
уменьшает потери мощности ветродвигателя и позволит повысить КПД ветродвигателя на 5-10%.
Как известно (А.А.Лебедев, Л.С.Чернобровкин. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов. Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, переработанное и дополненное, М. «Машиностроение», 1973 г., стр.227), плавное обтекание хвостовой части имеет место при небольших углах наклона образующей хвостовой части к оси тела вращения (примерно до 20°).
При больших углах на поверхности обтекателя возникает отрыв потока, что приводит к потерям энергии за счет вихреобразования. Известно (П.Чжэн. Управление отрывом потока. М., «Мир», 1979 г., стр.26), что одним из методов управления отрывом потока является вдув высоконапорной струи в окрестности хвостовой части за точкой отрыва вдоль задней разделяющей линии тока. При этом можно ликвидировать отрыв, поскольку к вязкому свободному слою подводится дополнительная энергия.
Поэтому срез хвостовой части центрального тела ветроколеса с образованием выходного отверстия (сопла) по оси, либо выходных отверстий - щелей на боковой поверхности, необходимо делать именно в месте, где угол наклона образующей хвостовой части к оси тела вращения равен 20° или чуть дальше от конца хвостовой части.

Claims (2)

1. Ветродвигатель, содержащий кольцевой обтекатель и ветроколесо, центральное тело которого представляет собой тело вращения диаметром 0,4÷0,6 диаметра кольцевого обтекателя и состоит из носовой части в виде эллипсоида, цилиндрической части и параболического хвостового обтекателя, с лопастями на боковой поверхности цилиндрической части, с электрическим генератором внутри центрального тела, отличающийся тем, что, с целью охлаждения генератора и предотвращения обледенения лопастей ветроколеса и кольцевого обтекателя, носовая часть центрального тела ветроколеса имеет входное отверстие со скругленными кромками (воздухозаборник) диаметром 0,1÷0,2 максимального диаметра центрального тела, с выдувом воздуха, обтекающего генератор, через выходные отверстия на концах полых лопастей.
2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью устранения срыва потока с хвостовой части центрального тела и повышения КПД ветродвигателя, в центральном теле ветроколеса выполнен сквозной проток с выдувом воздуха, обтекающего генератор, через отверстие (отверстия) в хвостовой части центрального тела.
Figure 00000001
RU2007142929/22U 2007-11-22 2007-11-22 Ветродвигатель RU74170U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007142929/22U RU74170U1 (ru) 2007-11-22 2007-11-22 Ветродвигатель

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007142929/22U RU74170U1 (ru) 2007-11-22 2007-11-22 Ветродвигатель

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU74170U1 true RU74170U1 (ru) 2008-06-20

Family

ID=48234861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007142929/22U RU74170U1 (ru) 2007-11-22 2007-11-22 Ветродвигатель

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU74170U1 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468249C2 (ru) * 2008-09-04 2012-11-27 Иван Михайлович Никифоров Способ воздействия движущегося потока на винт ветро- или гидродвигателя и устройство для его реализации
RU2541548C1 (ru) * 2013-07-24 2015-02-20 Тамара Викторовна Тулайкова Способ ликвидации и предотвращения обледенения несущего винта вертолета в облаках
RU2567616C2 (ru) * 2011-06-07 2015-11-10 Воббен Пропертиз Гмбх Способ эксплуатации ветроэнергетической установки в условиях обледенения
RU2578251C2 (ru) * 2010-04-19 2016-03-27 Воббен Пропертиз Гмбх Способ эксплуатации ветроэнергетической установки
RU2685160C2 (ru) * 2014-09-12 2019-04-16 Чжучжоу Таймс Нью Материалс Текнолоджи Ко., Лтд Способ и устройство для предотвращения обледенения лопастей ветряного генератора
WO2023233188A1 (ru) * 2022-06-03 2023-12-07 Алексейс ХОЛОСТОВС Ветроэнергетическая установка с горизонтальной осью вращения ротора

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468249C2 (ru) * 2008-09-04 2012-11-27 Иван Михайлович Никифоров Способ воздействия движущегося потока на винт ветро- или гидродвигателя и устройство для его реализации
RU2578251C2 (ru) * 2010-04-19 2016-03-27 Воббен Пропертиз Гмбх Способ эксплуатации ветроэнергетической установки
US9518561B2 (en) 2010-04-19 2016-12-13 Wobben Properties Gmbh Method for the operation of a wind turbine
RU2567616C2 (ru) * 2011-06-07 2015-11-10 Воббен Пропертиз Гмбх Способ эксплуатации ветроэнергетической установки в условиях обледенения
US9759193B2 (en) 2011-06-07 2017-09-12 Wobben Properties Gmbh Method for operating a wind energy plant
RU2541548C1 (ru) * 2013-07-24 2015-02-20 Тамара Викторовна Тулайкова Способ ликвидации и предотвращения обледенения несущего винта вертолета в облаках
RU2685160C2 (ru) * 2014-09-12 2019-04-16 Чжучжоу Таймс Нью Материалс Текнолоджи Ко., Лтд Способ и устройство для предотвращения обледенения лопастей ветряного генератора
WO2023233188A1 (ru) * 2022-06-03 2023-12-07 Алексейс ХОЛОСТОВС Ветроэнергетическая установка с горизонтальной осью вращения ротора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU74170U1 (ru) Ветродвигатель
US4132499A (en) Wind driven energy generating device
CA2689195C (en) Method and apparatus for aircraft anti-icing
US10393020B2 (en) Injector nozzle configuration for swirl anti-icing system
US10167085B2 (en) Nozzle and vane system for nacelle anti-icing
CN107848630B (zh) 包括含具有可移动翼部的输入定子的流线型后方推进器的飞行器
EP2801721B1 (en) Wind turbine blade and deicing method for the same
US9644537B2 (en) Free stream intake with particle separator for reverse core engine
KR20140040714A (ko) 디퓨저 부착형 풍력 터빈
WO2003002872A1 (en) Ducted wind turbine
US8221080B2 (en) Method for improving the flow conditions on the propeller or fan of an aircraft engine and accordingly designed hub cone
KR20140040713A (ko) 디퓨저 부착형 풍력 터빈
CN107076185B (zh) 流体重新引导结构
US20200339247A1 (en) Fluidic propulsive system
US20160152324A1 (en) Fluidic fence for performance enhancement
EP2753813A1 (en) Turbofan engine with convergent - divergent exhaust nozzle
RU2531432C2 (ru) Способ создания системы сил летательного аппарата вертикального взлёта и посадки и летательный аппарат для его осуществления
US20160325811A1 (en) Marine propulsion unit
EP2971727B1 (en) Asymmetric fan nozzle in high-bpr separate-flow nacelle
WO2014136032A1 (en) A stream turbine
US8376699B1 (en) Vortex hydro turbine
JPH10184389A (ja) ガスタービンエンジン
US10316747B2 (en) Aircraft turbine engine air intake duct
SI24517A (sl) Naprava za izdelavo umetnega snega
RU86561U1 (ru) Двигательно-движительная установка параплана

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20111123