Лопасть ветродвигателя

 

Использование: конструирование лопастей ветродвигателей. Сущность: лопасть ветродвигателя содержит перо аэродинамического профиля, связанное по крайней мере с одним ветроколесом, связанным с электрогенератором. В лопасти выполнена полость (сквозной вырез), в которой размещено ветроколесо в виде ротора Савониуса, лри этом ось ротора Савониуса параллельна оси пера. 1 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 F 03 D 1/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР и . .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4881432/06 (22) 11.11.90 (46) 23.11.92, Бюл. ¹ 43 (72) А.П.Соловьев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1557352, кл. F 03 D 3/02, 1988. (54) ЛОПАСТЬ ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к конструированию лопастей ветродвигателей.

Известны лопасти ветродвигателей (крыльчатых, карусельных и др.),содержащие перо аэродинамического профиля 51).

Такие лопасти имеют сравнительно небольшую эффективность, а для ее увеличения у ветродвигателей большой мощности, к примеру длину лопастей доводят до нескольких десятков метров. В результате возникают проблемы обеспечения прочности и долговечности лопастей. В качестве прототипа выбрана лопасть ветроагрегата Pj. Недостатком прототипа является невозможность использования дополнительного ветроколеса для уменьшения габаритов лопастей с прямолинейной осью пера. А именно такие лопасти используются в большинстве ветродвигателей.

Цель изобретения — уменьшение габаритов лопасти (или увеличение производительности ветродвигателей при неизменных габаритах).

Эта цель достигается тем; что в лопасти ветродвигателя, содержащей перо аэроди,, SU, 1776868 А1 (57) Использование: конструирование лопастей ветродвигателей. Сущность: лопасть ветродвигателя содержит перо аэродинамического профиля, связанное по крайней мере с одним ветроколесом, связанным с электрогенератором. В лопасти выполнена полость (сквозной вырез), в которой размещено ветроколесо в виде ротора Савониуса, при этом ось ротора Савониуса параллельна оси пера. 1 ил. намического профиля, связанное по крайней мере с одним ветроколесом, связанным с электрогенератором, перо лопасти снабжено полостью, ветроколесо размещено в последней и выполнено в виде ротора Савониуса, при этом ocb ротора Савониуса параллельна оси пера.

От прототипа предложенное устройстзо отличается наличием в пере лопасти полости (сквозного выреза), установкой в этой полости ветроколеса в виде ротора Саваниуса, размещением оси ротора Савониуса параллельно оси пера, Другие близкие аналоги в ветротехнике автору неизвестны. Из аналогов в смежной области техники — судостроении отметим 3) и 543. Отличия конструктивные. У аналогов используются роторы в виде цилиндров, Недостатки этих аналогов: необходимость дополнительного оборудования и затрат энергии на вращение цилиндров. Тем самым предлагаемое устройство имеет элементы новизны и существенные отличия от рассмотренных аналогов и прототипа.

На чертеже представлен общий вид лопасти, план и ее поперечное сечение.

1776868

Устройство содержит перо 1 лопасти, полость 2 в лопасти, ротор Савониуса 3, злектрогенератор 4, кинематически связанный с осью ротора Савониуса 3.

При воздействии сравнительно небольшого ветра независимо от его направления по отношению к оси ротора Саваниуса первыми начнут вращаться роторы Савониуса, вырабатывая электроэнергию с помощью генераторов 4, Вокруг лопасти возникнет циркуляция скорости и соответствующий ей крутящий момент относительно оси вращения ветродвигателя, При некоторой величине скорости ветра, меньшей, чем в отсутствии ротора Савониуса, произойдет страгивание лопасти, начнется ее вращение вокруг оси двигателя, которое передастся на основной злектрогенератор. При рабочем режиме ветродвигателя вращение ротора Савониуса будет созда вать дополнительную циркуляцию скорости на лопасти и пропорциональную ей дополнительную силу тяги и вращательный момент, В результате появляется возможность уменьшить габариты лопасти при заданной величине мощности двигателя или при неизменных габаритах увеличить выработку энергии.

Оценим эффект от установки ротора Савониуса, например,в передней кромке лопасти. Пусть лопасть вращается вокруг оси вращения ветродвигателя против часовой стрелки, а ротор Савониуса — в противоположном направлении. При воздействии вера перпендикулярно плоскости вращения ротора крыльчатого ветродвигателя имеем: — на элементе пера лопасти, расположенном на радиусе r = const, как на крыле„ образуется подьемная сила

P(r)=Cy Sn р- —, л /

2 где Cy" — коэффициент подъемной силы;

Зл — площадь элемента лопасти;

Ч вЂ” скорость набегающего на лопасть потока, V=

Vg и Vap(rp) — скорость ветра и скорость вращения элемента лопасти на радиусе r- гс.

Одновременно от ветра придет во вращение ротор Савониуса. С началом вращения лопасти вокруг оси вращения ветродвигателя на засасывающей стороне

5 элемента лопасти скорость потока при этом увеличится, а на нагнетающей наоборот уменьшится, Возникающая от вращения ротора Савониуса циркуляция скорости даст дополнительную подъемную силу íà we10 менте лопасти, равную

Родоп(го) CyP Sa P — —, рс Чрс

15 где CyР - коэффициент подъемной силы ротора Савониуса;

Vpc — скорость потока, набегающего на ротор.

Найдем отношение

20 сп> р— с при Чрс V. Обычно Су = 1,5. Для изоли рованного ротора Савониуса CyP - 1,6-3,0.

С учетом влияния границ примем Cyрс =

1/3(1,6 — 3,0) = 0,53-1,0, тогда

= 0,35-0,67.

1,5

Таким образом, размещение ротора Савониуса в лопасти позволяет по приведенной оценке увеличить подъемную силу лопасти, . а следовательно, и силу тяги и мощность на

35 35-67$. Наибольший эффект может быть достигнут при оптимальном конструировании лопасти и оптимальном распределении энергии вращения роторов Савониуса на создание циркуляции и выработку энергии не40 посредственно на лопастных генераторах.

С ротором Савониуса ветродвигатель начнет работать при меньшей скорости ветра.

Формула изобретения

Лопасть ветродвигателя, содержащая перо аэродинамического профиля, связан,, ное по крайней мере с одним ветроколесом, соединенным с электрогенератором, о т л и50 ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения габаритов, перо снабжено полостью, ветроколесо размещено в последней и выполнено в виде ротора Савониуса, при этом ось ротора параллельна оси пера.

1776868

I, -

Составитель А.Соловьев

Тех ред M.Мор гентал Корректор АЛ(озориз

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4109 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5