Турбина волновой энергетической установки

 

Использование, гидроэнергетика, преобразование энергии волн Сущность изобретения: турбина волновой энергетической установки содержит вал ротора и поворотные лопасти симметричного аэродинамического профиля с центром массы и осью вращения, расположенными в плоскости симметрии каждой лопатки, причем ось вращения лопатки параллельна ее образующей и расположена впереди центра давления , при этом центр массы каждой лопатки смещен относительно центра давления к задней кромке профиля. При работе турбины происходит саморегулмртование оптимального угла атаки лопаток 2 ил

»- Ж 1783140 Al

СОК)Э СОВЕТСКИХ

COUVIAflИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sIis F 03 В t3/14, 13/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 j ОО ".I

1 (21) 4671786/29 (22) 09,03.89 (46) 23.12.92. Бюл. N.. 47 (71) Институт проблем морских технологий

Дальневосточного отделения АН СССР (72) В.И.Сычкарев и А.В.Цхай (56) Заявка Великобритании N 1447558, кл.

F 1 S, 1976. изобретения: турбина волновой энергетической установки Содержит вал ротора и поворотные лопасти симметричного аэродинамического профиля с центром массы и осью вращения, расположенными в плоскости симметрии каждой лопатки. причем ось вращения лойатки параллельна ее образующей и расположена впереди центра давлс. ния, при этом центр массы каждой лопатки смещен относительно центра давления к задней кромке профиля. При работе турбины происходит саморегулйрование оптимального угла атаки лопаток, 2 ил. (54) ТУРБИНА ВОЛНОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ (57) Использование: гидроэнергетика. преобразование энергии волн. Сущность

Изобретенйе относится к гидроэнерге- ципу действия близок к йринципу действия тике и может быть использовано в волновых турбины. "Автопроп" содержит вал, на котоэнергетических установках. . ром закреплены поворотные лопасти неИзвестнатурбина волновойэнергетиче-; симметричной формы с осями вращения, .ской установки И,А.Бабинцева, обеспечи- перпендикулярными оси вала. Для обеспеющая постоянное найравление вращения чения саморегуляции угла атаки лопас1й Ее рогора при смене направления воздушного центр массы и ось вращения расположены потока. Она содержит ротор с лопатками на одинаковом расстоянии от переднс. симметричной формы с плоскостью симмет- кромки, а центр давления смещен к задней рии, "овпадающей с плоскостью вращения кромке. ротора и углом атаки хорды лопатки 900, а такжедва зеркально-симметричныхотноси- Наиболее близкой по технической сущтельно плоскости симметрии лопаток на- ности к предлагаемомуустройствуявляется правляющих аппарата, закрепленных на. турбина волновой энергетической установстаторе.: — -- -ки с поворотньпли лопатками. Она содержит

Известна турбина Уэллса для волйовьlx симметричные лопатки, установленные на энергетически>: установок, содержащая ро.- .осях, перпендикулярных валу ротора:и "l>" тор с лопаткамл симметричной формы, пло- . жащих в плоскости симметрии лопатки . fluскость симметрии которых совпадает с патки снабжены пружинами, которые в плоскостьювр,щения ротора. Лопаткитур:-. исходном положении удерживают плдско. бины Уэллса установлены с углом атаки О .. сть,симметрий лопатки в плоскости ее вра В судостроении известен саморегулиру- щения; Центр аэродинамического давления ющийся винт "Автопроп". который по прин- . расголожен позади оси вращения лопатки.

1783140

Цель изобретения состоит в упрощении конструкции и павы пении надежности ра боты турбины.

Положительный эффект от использования изобретения состоит в повышении энергоотдачи волновой энергетической установки за счет расширения rtor oñû волновь х частот Максимальной эффективности пневматической турбины.

Указанная цель достигается тем, что в турбино волновой энергетической установки, содержащей вал ротора и поворотные лопатки симметричного аэродинамического профиля с центром массы и осью вращения, расположенными в плоскости симметрии . каждой лопатки, причем ось вращения лопатки параллельна ее образующей и расположена впереди центра. давления, центр массы каждой лопатки смещен относительно центра давления к задней кромке профиля, Расстояние от передней кромки до центра массы (Х«, л) определяют из следующего вь1ражения

Х«у = Хо +

U где Хс, — расстояние от передней кромки до оси вращения. м;

Хц,д — расстояние от передней кромки до центра давления, м; р — плотность воздуха, кг/м; з.

U = а r — скорость обтекания лопатки в результате вращения ротора, м/с;

V — скорость в проточной части турбины, м/с в — угловая скорость ротора турбины, 1/e;

S — площадь лопатки, м;

2,.

r — радиус центра массы лопатки от асл ротора, и; пт — масса лопатки, кг;

Cng., a) — коэффициент нормальной силы лопатки; а- оптимальный угол атаки лопатки

Л вЂ” удлинение лопатки, На фиг. 1 представлена турбина, поперечное сечение; на фиг. 2 — лопатка с треугольником скоростей и схемой действующих сил, пойеречное сечение.

Турбина волновой энергетической установки содержит вал ротора 1 и поворотные лопатки 2 симметричного аэродинамического профиля. Каждая лопатка 2 имеет ось вращения 3, параллельную образуащей 4 лопатки 2. Ось вращения 3, фиг. 2, расположена впереди центра давления 5 по направлению к носику 6 лопатки 2. Центр массы 7 лопатки 2 смещен относительно центра давления 5 к задней кромке 8, Ось вращения 3 и центр массы 7 расположены в плоскости хорды 9.

Турбина волновой энергетической установки работает следу ощим образом;

Под действием волн в проточной части турбины возникает воздушный поток вдоль

Ч складывается векторно со скоростью U, возникайщей вследствие собственного вращения лопатки 2 вместе с валом ротора 1. В результате векторного сло>кения скоростей

U u V образуется результирующий поток W, под действием которого на лопатке 2 возникают аэродинамические силы N и Т, приложенные в центре давления 5. Проекция этих

can на плоскость вращения 10 создает дви20 жущую силу, раскручивающую вал ротора 1 и преодалева ащую полезное сопротивление нагрузки, Одновраменно сила К вызывает на лопатке 2 вращающий момент вокруг оси вращения 3. В центре массы 7 вследствие вращения лопатки 2 с валом ротора 1 возникает сйла инерции R, направленная от оси вала ротора 1, Ее проекция

R««на плоскость поперечного сечения лопатки 2 также создает враща ощий момент вокруг оси вращения 3, направление которого противопала>кна направлению момента силы Т. Благодаря. разному направлению моментов происходит их уравновешивание, В равновесном состоянии угол атакй между

30 плоскостью хорды 9 и направллением результирующего потока М/ составляет а, а угол положения т4е>кду плоскостью хорды 9 и: . плоскостью вращения 10 составляет у.

При изме1лении скорости U вращения

40 вала ротора 1 или скорости Ч воздушного потока величина угла .a+y изменяется, вследствие чего изменяется направление аэродинамической силы:и ее проекции M u

Т, а также враща1ощий момент вокруг оси 3

При этом сила инерции В« развернет лопатку 2 вокруг оси 3 до нового положения дйнамического равновесия, Таким образом, происходит автоматическое отслеживание изменений результирующей скорости Иl, . что позволяет поддер>кивать значения козффициентов аэродинамических сил на практически постоянном уровне и сохранять на максийальна возможном уровне эффективна ть турбины;

При прекращении дви>кенйя воздуха в пааточной части турбины перед сменой ега направлейия сила ййерции R««развернет лопатку 2 в плоскость вращения 10.

10 вала ротора 1. Скорость воздушного потока

1783140

Смена направления воздушного потока в проточной части турбины приводит к новому треугольнику скоростей, зеркальному относительно плоскости вращенил 10. На симметричном профиле лопатки 2 возникает аэродинамическая сила, вызывающая вращающий момент вокруг оси 3 в противоположном направлении и соответственно разворачивающая лопатку 2. При этом проекция аэродинамической силы на плоскость вращения 10 создает движущую силу, направление которой сохраняетсл неизменным. Благодарл .этому направление вращения вапа ротора 1 также сохраняется неизменйым.

Соотношение между взаимно уравновешивающимися моментами сил N и R . таково, что расстояние от передней кромки до оси вращения 3 должно быть меньше расстояния от передней кромки до центра давления 5, а расстояние от передней кромки до центра массы 7 больше, Формула изобретени

1. Турбина, волновой энергетической установки, содержащая вал ротора и поворотные лопатки симметричного аэродинамического профиля с центром массы и осью вращения, расположейными в плоскости симметрии каждой лопатки, причем ось вращения лопатки параллельна ее образующей и расположена впереди центра давления, отличающаяся тем, что. с целью упрощения конструкции и повышения надежности работы турбины, центр массы каждой лопатки смещен относительно центра давления к задней кромке профиля.

5 2. Турбина по и. 1, отличающаяся тем, что расстол we от передней кромки до центра массы (Хц.<) определяют из следующего выражения

1Р Х„, =Х+

C„, 02+Ч2 Х .д — X; St

m U sin 2 (arctg — — а)

15 где Xo — расстояние от передней кромки до оси вращения, м; "

Хц.д — расстояние от передней кромки до центра давления, м;

2p. р плотность воздуха, кг/м ;

U — скорость обтекания лопатки в результате вращения ротора, м/с;

V — скорость в проточной части турбины, м/с;

5 — площадь лопатки. м;

r — радиус центра массы лопатки от оси ротора,м;

m — масса лопатки, кг;

Сп (А, Q) — коэффициент нормальной си30 лы лопатки; а — оптимальйый угол атакй лопатки ;

il — удлинение лопатки.

Составитель 9.Сычкйрвв

Редактор Е.йолионова Техред М.Моргентал Корректор "П,Гереаи

Заказ 4497 : Тйраж:::: Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж 35, Рауйская наб., 4/5

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