UA44426A - Саморегулююча лопать вітроколеса - Google Patents

Abstract

Саморегулююча лопать вітроколеса містить перо, бокові поверхні, вхідну і вихідну кромки. Перо виконано в вигляді конуса, до поверхні пера з підвітреної сторони прикріплена рухома пластина, довжина пластини обмежена траєкторією кінця пера навколо осі вітроколеса, a поперечний розріз лопаті має вигляд круга, з'єднаного з прямою лінією по дотичній.

Description

Винахід відноситься до області енергетичного машинобудування і може використовуватись в тихохідних і швидкообертових вітроколесах.

Саморегулююча лопать має перо, бокові поверхні, вхідну і вихідну кромки. До підвітряної поверхні пера, яка виконана в вигляді конуса, закріплена рухома з рівними боковими поверхнями пластина, довжина якої обмежена траєкторією кінця пера навколо осі вітроколеса, поперечний розріз лопаті має вигляд пера - круг, а з'єднаної пластини з її поверхнями - пряму лінію. З'єднання пластини з пером переносить вихідну кромку з кромки пера на кромку пластини.

Відомі вітроенергетичні пристрої з використанням вітру (див. журнал "Сільський механізатор" Мо 5, 1990 р. Стор. 26 - 27), з подальшим перетворенням кінетичної енергії вітру в електричну, є прототипом. Вони мають дві або декілька лопатей в вітроколесі. Лопать має перо з боковими поверхнями, вхідну і вихідну кромки. Поперечний розріз лопаті має вигляд аеродинамічного профілю з геометричним скрученням по довжині лопаті.

Основний недолік такої лопаті в тому, що між боковою поверхнею і площиною обертання лопаті є кут. При дії повітряної течії лопать працює в режимі гвинта, що не дає одночасно отримувати великий крутячий момент і великі обороти вітроколеса. Під любим кутом лопаті створюється опір повітря обертанню з підвітряної сторони. Такі лопаті працюють ефективно тільки при вільному проході значної частини повітряної течії, а це втрата кінетичної енергії.

Збільшення ширини лопаті чи їх збільшення в вітроколесі приводить до затримки повітряної течії.

Недолік такої лопаті ще в тому, що створюється великий шум при відриву повітряної течії з вихідної кромки з втратою енергії.

Найближчим з аналогів винаходу є винахід під назвою "Лопать вітроколеса" а.с. Мо 1740767 А!1, МПК РОЗО 1/6 1962 р. Лопать має перо з боковими поверхнями, вхідну та вихідну кромки, поперечний розріз має вигляд еліпсоїда обертання і вибраної частини з навітряної сторони.

Недолік такої лопаті в тому, що вона складна в виготовленні, має малий коефіцієнт використання кінетичної енергії вітру при малій швидкості, вітроколесо важко запускається, неможливо збільшити відносну ширину лопаті, щоб більше перекрити повітряну течію, бо лопать розломиться як від дії відцентрової сили, так і від вітрових навантажень.

Задача даного винаходу: - Збільшити коефіцієнт використання енергії вітру і автоматично підтримувати великий крутячий момент і великі оберти вітроколеса з меншим шумом за рахунок збільшення ширини лопаті, прикріпленням до пера пластини, установлення пера в вигляді конуса, нахилу пластини відносно горизонтальної площини в навітряну сторону, рухомості вихідної кромки відносно площини обертання пера і зменшення довжини вихідної кромки від довжини пера; - зменшити вартість лопаті за рахунок виготовлення пера в вигляді пустотілого конуса.

Суть винаходу в тому, що саморегулююча лопать вітроколеса має перо, бокові поверхні, вхідну і вихідну кромки.

Перо виконано в вигляді конуса, до якого з підвітряної сторони закріплена рухома з рівними боковими поверхнями пластина з вихідною кромкою, довжина пластини не більша довжини пера, поперечний розріз лопаті має вигляд круга і пряму лінію з'єднану по дотичній. Нахил пластини до горизонтальної площини, рухомість вихідної кромки з утворенням змінних кутів між пластиною і площиною обертання пера від дії повітряної течії дає: робити широкі лопаті, збільшувати відносну товщину пера, щоб тиск повітря діяв на більший виступ поверхні з навітряної сторони, зменшити опір повітря руху лопаті з підвітряної сторони, направляти повітряну масу в радіальному напрямку до осі вітроколеса, досягаючи при цьому великих обертів, великий крутячий момент і малий шум в автоматичному режимі обертання вітроколеса.

Лопать показана на фіг. 1, 2, 3. На фіг. 1 показано вітроколесо, а на фіг. 2 і З показана лопать в розрізі по А-А на фіг. 1 в збільшеному мірилі і дії повітряної течії, відповідно при пуску і при великій швидкості обертання.

Лопать має перо 1 і пластину 2. Поперечний розріз лопаті є коло пера 1 і пряма лінія пластини 2. Обтічна кола є поверхня З з вхідною кромкою 4, до якої закріплена в зоні 5 з підвітряної сторони пластина 2 під розгорнутим кутом.

Пластина 2 має поверхню 6 з навітряної сторони і поверхню 7 з підвітряної сторони, і вихідну кромку 8. Вітроколесо обертається на валу 9.

Вітроколесо, маючи подібні лопаті, працює так. Повітряна течія направляється на вітроколесо (фіг. 1). При дії на нього швидкість течії знижується, тиск (статичний) підвищуватись і діяти на площу поверхні 6 пластини 2 (фіг. 2).

Повітряний потік вдарившись об поверхню 3 розсікається на дві сторони. Одна частина маси повітря іде в підвітряну сторону, минувши вхідну кромку 4, а друга частина направляється в пазуху між поверхнями З і 6. А так як пластина 2 прикріплена до поверхні пера 1 по дотичній, то вона нахилена і повітряна течія ковзає по поверхні б в радіальному напрямку від кінців пластини до осі вітроколеса, стискуючи повітря. Більший тиск повітря на поверхню пера 3, чим на кінцеву частину площини б, змушує вітроколесо обертатись навколо осі вала 9 в сторону пера. Повітряна течія рухаючись в радіальному напрямку уздовж поверхні пера З проти зворотної конусності, відштовхуючись, змінює напрямок руху в сторону протилежну обертанню вітроколеса, що ще збільшує тиск повітря, віддаючи допоміжну кінетичну енергію на поверхню 3. При дальшому збільшенні тиску повітря на поверхню З і поверхню 6, пластина 2 вигинається в зоні 5 і розвертається на кут а (альфа). Виникає ковзання повітряної течії по поверхні 6 проти напрямку обертання вітроколеса і виходить з вихідної кромки 8. Рух повітряної течії над поверхнями З і 7, де менший тиск повітря ніж перед самою поверхнею 7, затягує частину повітряної течії до повернення від задньої частини поверхні 7 вже з подвійною швидкістю над самою поверхнею 7 і поверхнею 3. Рух повітря, діючи з тиском і з більшою швидкістю по поверхні в напрямку руху лопаті, приводить до прискорення кутової швидкості лопаті.

В лопаті прототипу із-за малої ширини рух повітря в попутному напрямку лопаті над поверхнею пера при малих оборотах вітроколеса не відбувається.

Тиск повітряної течії на лопать прирівнюється до дії незакінченого маху крила птаха. При досягненні великої кутової швидкості вітроколеса збільшується відцентрова сила ваги пластини 2, при цьому віддаль вихідної кромки 8 до площини обертання пера 1 зменшується. Кут а альфа зменшується до нуля (фіг. 3). При обертанні лопатей навколо осі вала 9 над умовним конусом стисненого повітря і зменшення віддалі вихідної кромки 8 до площини обертання пера 1, поверхнею б пластини 2 виштовхується з силою повітряна маса проти руху повітряної течії без затрати енергії обертового вітроколеса. Тобто, утворюється кумулятивна дія вітроколеса. При цьому різко збільшується тиск повітря перед вітроколесом, що ще збільшує тиск на поверхню 3 і площину б. Крутячий момент і обороти вітроколеса збільшуються. З підвітряної сторони при великих оборотах на поверхню 7 не протидіє опір повітря обертанню.

В лопаті прототипа аеродинамічний процес не змінюється, тому обороти вітроколеса збільшуються від пуску до максимальних плавно і з малим крутячим моментом, тому ефективно лопаті працюють лише при великих оборотах,

коли більше перекривається повітряна течія. В даному пристрою при великих оборотах вітроколеса повітряна течія перекривається зовсім, створюється великий статичний тиск повітря перед вітроколесом. Сума всіх діючих сил, утворених розкладанням кінетичної сили повітряної течії на поверхні З і 6, створює великий крутячий момент і змушує вітроколесо обертатись навколо осі вала 9 в сторону розвертання пластини 2, з плавним виходом короткої вихідної кромки 8 з повітряної маси, що знизить шум вітроколеса. Затягування повітряної маси з кінця лопаті до осі вітроколеса збільшує площу дії повітряної течії на вітроколесо, що ще збільшує кутову швидкість і крутячий момент лопаті.

Різкі зміни швидкості повітряної течії на вітроколесо мало змінює його оберти, бо при обертанні вітроколеса постійно існує різниця тиску повітря між навітряною і підвітряною поверхнями лопаті.

В лопаті прототипу при відсутності повітряної течії продовжується відкидання повітряної маси поверхнею лопаті в підвітряну сторону. Утрачається кінетична енергія обертового вітроколеса і воно обертається нерівномірно, і швидко зупиняється.

Даний винахід лопаті дає повне використання кінетичної енергії вітру, що різко збільшує крутячий момент і обороти вітроколеса.

Примінення такої лопаті для вітроустановок збільшить їх використання в будь-яких сферах енергопостачання, оскільки вони потужні, безпечні, безшумні, швидше себе окуплятимуть і вирішать енергетичну і екологічну проблему. -А 5 б 2 5 - дай і г ил -КИО7 я т 2 дн

Ж шт й І; шк но Й інн

Ко 7 шт ф песня - чи, 1 Н г ' / і 1

Я/ Я ле

Фіг. 1

А-А навітрена сторона 1

Кі

А ду мл ТІ

Б; Її ли - 7 й ек ай - . й -

Шин -- б сей

Фіг. 2 Фіг. З

Claims (1)

1. Саморегулююча лопать вітроколеса, що містить перо, бокові поверхні, вхідну і вихідну кромки, яка відрізняється тим, що перо виконано в вигляді конуса, до поверхні пера з підвітреної сторони прикріплена рухома пластина, довжина пластини обмежена траєкторією кінця пера навколо осі вітроколеса, а поперечний розріз лопаті має вигляд круга, з'єднаного з прямою лінією по дотичній.