Аэротурбина для использования энергии воздушных потоков

Аэротурбина для использования энергии воздушных потоков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройствам малой ветроэнергетики и может применяться в зонах с благоприятным ветровым режимом.

Наиболее близким прототипом изобретения является ветряной ротор с вертикальной осью вращения (патент RU № 2008515 С1, кл. F03D 3/06, опубл. 28.02.1994 г.), к которой прикреплены лопасти, жестко связанные с торцами с поперечными крышками.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение КПД.

Указанный технический результат достигается тем, что аэротурбина для использования энергии воздушных потоков, содержащая расположенную вертикально, перпендикулярно воздушному потоку ось и лопасти, закрепленные на ней на верхнем и нижнем поясах, снабжена полым несущим валом-цилиндром, сплошным или с отверстиями на его корпусе, внутри которого проходит ось, соединенная неподвижно с несущим валом-цилиндром через переходники, расположенные на концах несущего вала-цилиндра, а снаружи, по его образующей по всей длине или секционно, крепятся лопасти в виде полуцилиндров, диаметр которых больше диаметра несущего вала-цилиндра, размещенные таким образом, что несущий вал-цилиндр вписывается во внутренние концы этих лопастей, а их наружные концы, скрепленные между собой в нескольких местах по длине аэротурбины узкими кольцами-обручами или поперечными дисками, образуют сплошной или секционный многолопастной цилиндр, основаниями которого являются основания полых усеченных конусных обтекателей, нанизанных на концы несущего вала-цилиндра, жестко связанные с торцами лопастей так же, как и поперечные кольцевые диски, разделяющие аэротурбину на секции, причем в полых емкостях обтекателей может размещаться по необходимости неподвижный балласт.

На фиг.1 показан общий вид с частичными вырезами, а на фиг.2 - ее поперечное сечение.

В основе конструкции аэротурбины положен полый несущий вал-цилиндр 3 сплошной или с отверстиями в его корпусе 9, внутри которого проходит ось 1, соединенная неподвижно с несущим валом-цилиндром 3 через переходники 7, расположенные по концам несущего вала-цилиндра 3. Снаружи вала-цилиндра 3 по его образующей по всей длине или секционно, в зависимости от габаритов аэротурбины, крепятся лопасти 4 в виде полуцилиндров, диаметр которых больше диаметра несущего вала-цилиндра, размещенные таким образом, что несущий вал-цилиндр 3 вписывается во внутренние концы этих лопастей 4, а их наружные концы, скрепленные в нескольких местах по длине аэротурбины узкими кольцами-обручами 5 или поперечными кольцевыми дисками 8, образуют собой сплошной или секционный многолопастной цилиндр (фиг.2), основаниями которого являются кольцевые диски 8 полых усеченных конусных обтекателей 2, нанизанных на концы несущего вала-цилиндра 3 и жестко связанных с торцами лопастей 4 так же, как и поперечные диски 8, разделяющие корпус аэротурбины на секции. В полых емкостях обтекателей 2 может помещаться неподвижный балласт для создания требуемого момента инерции в случае использования легких материалов конструкции аэротурбины.

Ось вращения аэротурбины устанавливается вертикально, перпендикулярно воздушному потоку, и соединяется своим нижним концом с нагрузкой. Верхней частью аэротурбина подвешивается на подшипниках 6 к горизонтальным конструкциям 10.

Принцип действия аэротурбины следующий. В результате разницы сопротивлений, создаваемой выпуклыми и вогнутыми поверхностями лопастей-полуцилиндров 4 набегавшему потоку воздуха, возникает момент вращения М_вр (фиг.2) аэротурбины. Если же в корпусе 9 несущего вала-цилиндра 3 существуют отверстия, то поток воздуха, проходя внутри аэротурбины по межлопастным пространствам и отверстиям в корпусе полого несущего вала-цилиндра с напорной и разряженной сторон аэротурбины и действуя на лопасти 4, создает дополнительный момент вращения. Таким образом, все лопасти аэротурбины одновременно участвуют в рабочем процессе, преобразуя энергию поступательного движения потока воздуха в энергию вращения. Причем КПД аэротурбины в данном случае будет значительно выше КПД аэротурбины без отверстий на корпусе несущего вала-цилиндра, так как выходящий из полости вала-цилиндра поток активизирует оставшиеся, незадействованные прямым потоком воздуха, лопасти аэротурбины. В то же время, очевидно, что наличие отверстий в полом несущем вале-цилиндре снижает механическую прочность его, приводит к увеличению габаритов вала-цилиндра и способствует возникновению свиста даже при невращающейся аэротурбине.

Однонаправленность вращения аэротурбины сохраняется при любых направлениях ветра. Для предотвращения же однонаправленности силовых моментов, возникаемых на опорных конструкциях 10 группой работающих аэротурбин, необходимо, чтобы рядом стоящие аэротурбины вращались в разные стороны, т.е. изгиб их лопастей был разнонаправленным.

Размеры лопастей могут быть больше и меньше длины дуги полуцилиндра. Как видно на фиг.2, с увеличением их длины расстояние у наружных концов сужается (а-в фиг.2), что может затруднить свободную циркуляцию воздуха при больших скоростях ветра. Однако данное ограничение способствует устойчивости работы аэротурбины при таких аномалиях, так как при удлиненных лопастях аэротурбины она приобретает форму цилиндра с более меньшим коэффициентом сопротивления набегающему потоку воздуха. Наибольшая же ширина входного межлопастного пространства (а'-в' фиг.8) возможна у аэротурбин с укороченными лопастями и, следовательно, с меньшим их диаметром (см. пунктир на фиг.2). Однако такие аэротурбины могут по КПД не уступать аэротурбинам с длинными лопастями, если на корпусе несущего вала-цилиндра будут большие отверстия, способствующие увеличению объемного расхода воздуха, проходящего по межлопастному пространству.

Аэротурбина может применяться в качестве привода для электрогенераторов, насосных станций и других механизмов и машин.

Аэротурбина для использования энергии воздушных потоков, содержащая расположенную вертикально, перпендикулярно воздушному потоку ось и лопасти, закрепленные на ней на верхнем и нижнем поясах, отличающаяся тем, что в основе ее конструкции положен полый несущий вал-цилиндр, сплошной или с отверстиями на его корпусе, внутри которого проходит ось, соединенная неподвижно с несущим валом-цилиндром через переходники, расположенные на концах несущего вала-цилиндра, а снаружи, по его образующей по всей длине или секционно, крепятся лопасти в виде полуцилиндров, диаметр которых больше диаметра несущего вала-цилиндра, размещенные таким образом, что несущий вал-цилиндр вписывается во внутренние концы этих лопастей, а их наружные концы, скрепленные между собой в нескольких местах по длине аэротурбины узкими кольцами-обручами или поперечными дисками, образуют собой сплошной или секционный многолопастной цилиндр, основаниями которого являются основания полых усеченных конусных обтекателей, нанизанных на концы несущего вала-цилиндра и жестко связанные с торцами лопастей также, как и поперечные кольцевые диски, разделяющие аэротурбину на секции, причем в полых емкостях обтекателей может размещаться по необходимости неподвижный балласт.