ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2248463
ПИРАМИДАЛЬНЫЙ ВЕТРЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ
Имя изобретателя: Степанчук Аркадий Николаевич
Имя патентообладателя: Степанчук Аркадий Николаевич
Адрес для переписки: 85485, Донецкая обл., г. Украинск, ул. Октябрьская, 2а, А.Н.Степанчуку
Дата начала действия патента: 2003.03.20
Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для
преобразования энергии воздушного природного потока (ветра) в механическую и
электрическую энергии. Технический результат заключается в значительном повышении
коэффициента полезного действия (КПД) двигателя. Ветряной двигатель содержит ось
вращения и лопасти, закрепленные на ней, при этом лопасти выполнены в виде системы из
трех пирамид с образованием верхнего и нижнего ярусов.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для преобразования
энергии воздушного природного потока (ветра) в механическую и электрическую энергии.
Имеющиеся аналоги ветряных двигателей с осью вращения ротора,
перпендикулярной направлению ветра, (МПК F 03 D 3/00) не могут конкурировать по единичной
мощности ветроэлектроустановок (ВЭУ) с ветродвигателями, ось вращения ротора которых
совпадает с направлением ветра (то есть с пропеллерными - МПК F 03 D 1/00), и потому в
настоящее время менее распространены (см.[1], с.76) по следующим причинам.
Хотя они приводятся в действие ветрами любого направления и не нуждаются в системах
ориентации на ветер как пропеллерные, к тому же не требуется устраивать башни сложной
конструкции; не надо предусматривать токосъемный механизм, чтобы не закручивался
кабель; не надо строить высокие башни, авторы изобретений ветродвигателей с
вертикальной осью, по всему видно, не достаточно хорошо представляют, как их
изобретенные конструкции ведут себя при работе в воздушной среде. А это оказалось
очень существенно!
Так, ветроустановка - аналог [2], наиболее близкий к моему изобретению, содержит
центральную вертикальную ось и закрепленные на ней вогнутые крылья с подкрылками.
Целью данного изобретения было повышение КПД двигателя. Однако в полной мере она не
могла быть достигнута по той причине, что, прежде всего, содержала четыре крыла. Мои
опыты показали, что уже этого момента (нагромождение лопастей) достаточно, чтобы такой
двигатель с любыми конструкциями лопастей, из-за имеющегося аэродинамического
сопротивления, работал не эффективно. Даже при среднем ветре тормозящий, паразитный
эффект наблюдается воочию.
Другая ветроустановка - аналог [3] также близок к моему изобретению. Здесь три штанги (что
является оптимальным), но три шарообразные чаши, установленные на их концах, образовали
промежуток между ними, в который ветер также проникает и “бьет” в третью лопасть,
оказывая значительное аэродинамическое сопротивление при работе такого
ветродвигателя. В этом есть отличительная ошибка всех конструкций, базирующихся на “коромыслах”:
создаются плечи между центральной осью и осями лопастей, но и создается “проран”, в
который устремляется ветер и становится бесполезным, паразитным.
Анализируя оба эти аналога, следует признать, что если взять у них положительные
моменты: крепление лопастей непосредственно на вертикальную ось, при этом их должно
быть не более и не менее трех, как у второго аналога, то получается конструкция
ветродвигателя, близкая к оптимальной.
Но нужно еще учесть, что каждая лопасть должна быть эффективным улавливателем
ветровой механической энергии, максимальным сберегателем таковой, легко трогаться с
места, быстро набирать частоту вращения в начальной стадии раскрутки.
Целью изобретения является значительное повышение коэффициента полезного действия (КПД)
за счет более эффективного улавливания и концентрации энергии воздушного потока и
уменьшения аэродинамического сопротивления.
|
|
|
|
|
|
Сущность изобретения более подробно поясняется на фиг.1-4. На фиг.1 изображена общая
схема ветроэнергетической установки (ВУ), на фиг.2 изображены лопасти на оси, на фиг.3 -
вид сверху, а на фиг.4 - вариант ярусного исполнения ветродвигателя. Изображенные на
фигурах элементы имеют общую цифровую нумерацию.
Трубчатая ось 1 ветродвигателя в шарнирных соединениях 2 и 3 опирается на
подшипниковый блок 4 и фиксируется верхним подшипником 5. Опора 6, в свою очередь,
фиксирует их в своих гнездах и сама не сварная, а на болтах, чем обеспечивается ее
прочность. Ротор ветродвигателя образуется из прикрепленных к вертикальной оси 1 трех
лопастей 7, установленных под углом 120° друг к другу (фиг.3) и выполненных в виде полых
четырехгранных пирамид.
Каждая пирамида прикреплена к оси 1, имеющей отверстия, болтами таким образом, что
одна сторона основания 8 (фиг.2) каждой пирамиды прилегает параллельно и вплотную к
упомянутой оси 1, или таким образом, что участок вертикальной оси является общей
стороной каждой пирамиды. Высота h каждой пирамиды и длина стороны 8 находятся в
соотношении 0.5:1.0. Больше нельзя делать, ибо выступающая часть каждой пирамиды будет
заслонять полую внутреннюю часть соседней пирамидальной лопасти, и меньше делать не
желательно - снижается КПД ветроустановки.
|
Между собой три пирамидальные лопасти снизу и сверху должны скрепляться
горизонтальными балками 14 и 15, а каждая лопасть обеспечиваться тросовой крестовиной 16
и проходящим через ее центр и вершину стержнем 17, на который удобно в процессе
эксплуатации класть подмости, что обеспечит обслуживание лопастей (ремонт, покраску и
т.д.). Кроме того, балки 14 являются еще опорами для 3-пирамидальных лопастей верхнего
яруса. Следовательно, ветродвигатель может быть как одноярусным, так и двухъярусным (фиг.4).
Ярусность позволяет значительно улучшить тяговые характеристики пирамидального
ветрового двигателя, ибо каждая из шести лопастей уже будет через 60°, а не через 120°,
когда при одном ярусе. Поскольку ось общая, то малейший ветерок и турбина заработала.
Однако такая двухъярусная конструкция ветродвигателя потребует обеспечения ее
системой гашения колебаний опоры или вышки при шквальных ветрах. Такую систему я
изобрел, и в настоящее время готовлю заявку на изобретение для подачи ее в патентное
ведомство.
Внутренняя полая часть 9 каждой пирамидальной лопасти вместе с прилегающей к ней
стороной 10 соседней лопасти образуют устройство, которое улавливает ветровой поток,
концентрирует его в данной зоне и образует аэродинамический эффект: мощный напор-толчок.
Выступающие же части (верхняя 11, нижняя 12 и боковая 13) каждой лопасти являются весьма
эффективными отражателями, т.е. рассекают и оптимально отклоняют ветровой
турбулентный поток прочь, оказывая незначительный аэродинамический аффект (сопротивление)
при движении ветродвигателя в нем.
Все это значительно повышает его КПД по сравнению с до настоящего времени известными
человечеству ветроагрегатами, преобразующими ветровую энергию в механическую, делает
пирамидальный ветряной двигатель (ПВД) превосходящим их по всем параметрам, т.е. ставит
его вне конкуренции. Для человечества это равносильно изобретению колеса!
Кроме того, ПВД - это быстроходная турбина с большим крутящим моментом, стало быть, не
всегда нужно применять мультипликатор. Необходимую скорость вращения вала
электрогенератора или насоса он сможет обеспечить, значительно повышая КПД ВЭУ.
ПВД в конструктивном исполнении прост, компактен, не требуется большая точность и
можно использовать любые материалы при изготовлении, в раза три экономичнее по
материальным затратам в сравнении с ветродвигателями близких аналогов и ветряных
двигателей вообще.
ВЭУ с ПВД можно устанавливать на земле, между этажами, над крышей дома (цеха) или на
специальной вышке (опоре), лишь бы было соблюдено условие: он всегда должен находиться
“на семи ветрах”, где движению воздушного потока не препятствуют складки местности
или искусственные сооружения. Значит, обслуживать их, в большинстве случаев,
значительно легче и дешевле.
ВЭУ с ПВД могут быть значительно работоспособнее по сравнению с близкими аналогами и
ветродвигателями вообще. Для них не будет проблемой приводить в действие
электрогенераторы в 10 и более тысяч кВт. Тогда как, согласно сообщениям СМИ, из ныне
существующих ВЭУ самая крупная действует в ФРГ. Ее мощность 2,5 тыс. кВт, диаметр ротора и
высота башни 80 м.
В настоящее время проектируется ВЭУ до 3-5 тыс. кВт за счет увеличения длины
пропеллерных лопастей и высоты башни установки, но им никогда не взять рубеж в
выработке 10 тыс. кВт. ВЭУ же, построенные на основе ПВД, не только будут способны его
взять, но и превзойдут его. Ведь они могут развиваться не по вертикали, а по горизонтали.
Варианты конструктивных решений таких ветроэлектростанций с ВЭУ на ПВД я могу
предоставить.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Статья “Время большой ветроэнергетики”, журнал “Электрические станции”. №1. 2003 г.,
Россия.
2. Описание изобретения к патенту №2009371, кл. F 03 D 3/00, Россия.
3. Описание изобретения к патенту №2067691, кл. F 03 D 3/00, Россия.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Ветряной двигатель, содержащий ось вращения с закрепленными на ней лопастями,
отличающийся тем, что лопасти выполнены в виде системы из трех пирамид с образованием
верхнего и нижнего ярусов.
2. Ветряной двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждая лопасть верхнего яруса
расположена относительно каждой лопасти нижнего яруса под углом 60°
Версия для печати
Дата публикации 02.02.2007гг
вверх
|
