Винт-турбина

Авторы патента:

Капачинских Дмитрий Анатольевич (RU)

F01D7 - Роторы с лопатками, регулируемыми во время работы; механизмы управления для этого (для реверсирования F01D 1/30)

Владельцы патента RU 2330966:

Капачинских Дмитрий Анатольевич (RU)

Изобретение относится к энергетике. Винт-турбина состоит из несущих лопасти деталей, установленных на оси, параллельной направлению движения жидкости или газа. Первая деталь закреплена неподвижно на оси. Остальные детали установлены на оси с возможностью изменения количества лопастей винт-турбины за счет совмещения лопастей деталей при повороте деталей в пределах, определенных ограничителями. Последняя деталь соединена с осью пружинным механизмом. Детали, несущие лопасти, соединены пружинами между собой. Каждая деталь, несущая лопасти, соединена пружиной с осью. Техническим результатом является повышение коэффициента использования энергии движущихся с переменной скоростью газов и жидкостей, а также непрерывное уменьшение давления на лопасти при увеличивающихся нагрузках. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к энергетике. Винт-турбина может использоваться везде, где движение жидкости или газа используется для получения механической или электрической энергии, если скорость движения жидкости или газа изменяется в 2 или более раза. Сущность изобретения: винт-турбина представляет собой гибрид 2-лопастного винта и турбины, сочетая в себе преимущества и исключая недостатки обоих, применительно к энергетике. Новым в этом устройстве является то, что лопасти могут складываться в плоскости вращения, изменяя количество рабочих лопастей от возрастающей нагрузки.

Известны винт-турбины с несущими лопасти деталями (заявка WO 2004/051079, патент US 6227803), соединенными с осью пружинным механизмом, обеспечивающим раскрытие лопастей для максимального извлечения КПД от движения жидкости при слабой нагрузке на лопасти. За счет действия силы движения жидкости происходит сложение лопастей, в направлении потока, для преодоления максимальных нагрузок на лопасти и уменьшения сопротивления винт-турбины. Однако при увеличении скорости вращения происходит обратное раскрытие лопастей из-за действующей на них центробежной силы, что приводит к поломке лопастей результирующей силой. Кроме того, низкая эффективность такого регулирования обусловлена невозможностью совмещения лопастей разных деталей, установленных на одной оси.

Известна винт-турбина, выбранная в качестве прототипа, состоящая из несущих лопасти деталей, посаженных на ось, направленную параллельно направлению движения жидкости или газа (патент US5236307). В зависимости от скорости набегающего потока вторая деталь может вращаться относительно первой детали в пределах, ограниченных лопастями первой детали, образуя две разные по форме лопасти - тем самым изменяется сила сопротивления потоку. Ее недостатком является низкая эффективность, связанная с малым диапазоном изменения силы сопротивления потоку, а также со ступенчатым ее изменением, количество лопастей, выполняющих работу, не изменяется. Известная винт-турбина не позволяет устанавливать на оси более двух несущих лопасти деталей.

Технической задачей изобретения является повышение коэффициента использования энергии движущихся с переменной скоростью газов и жидкостей, а также непрерывное уменьшение давления на лопасти при увеличивающихся нагрузках.

Технический результат достигается в винт-турбине, состоящей из несущих лопасти деталей (далее, детали), установленных на оси, параллельной направлению движения жидкости или газа. Первая деталь закреплена неподвижно на оси. Остальные детали установлены на оси с возможностью изменения количества лопастей винт-турбины за счет совмещения лопастей смежных деталей при повороте деталей в пределах, определенных ограничителями, установленными на каждой детали. Последняя деталь соединена с осью пружинным механизмом. Каждая деталь может быть соединена пружиной с осью, детали могут быть соединены пружинами между собой. Винт-турбина способна уменьшать рабочую площадь лопастей при возрастании скорости движения жидкости или газа и наоборот.

Изобретение поясняется чертежами:

фиг.1-4 - последовательность сборки четырех несущих лопасти деталей на оси с одним пружинным механизмом;

фиг.5-8 - последовательность перекрытия лопастей деталей под действием потока.

Первая деталь А закреплена неподвижно на оси 1 (фиг.1), детали В, С, D (фиг.2, 3, 4) установлены на оси 1 с возможностью поворота. Все детали снабжены ограничителями (поворота), которые могут быть выполнены в виде шипа 2 и паза 3 на смежных деталях, таким образом, что шип 2 детали А совмещается с прорезью 3 детали В, при этом в крайнем положении шипа в пазе лопасти детали В совмещаются с лопастями детали А и, далее, лопасти детали С с лопастями детали В и лопасти детали D с лопастями детали С.

Пружинный механизм 4 может быть выполнен в виде пружины (фиг.4), закрепленной на оси 1 и на последней детали D. Пружинный механизм 4 (далее, пружина 4) создает натяжение таким образом, чтобы лопасти всех деталей при отсутствии потока или слабом потоке жидкости или газа были полностью расправлены.

Каждая из подвижных относительно оси 1 деталь (В, С, D) может быть соединена пружиной 4 с осью. Смежные детали могут быть соединены пружинными механизмами между собой.

Винт-турбина работает следующим образом.

Если на винт-турбину направить слабый поток жидкости или газа, все лопасти будут полностью расправлены (фиг.5). Когда сила потока увеличится на столько, чтобы лопасти деталей В, С, D преодолели сопротивление пружины 4, детали В, С, D повернутся на угол относительно неподвижной детали А, соответствующий одному пазу (на фиг.5-8, поворот происходит против часовой стрелки) и лопасти детали В закроют лопасти детали А (фиг.6). Следующий поворот детали С и D сделают (фиг.7), когда сила потока возрастет примерно в 1,5 раза. Увеличив силу еще вдвое, поток сложит винт-турбину в двухлопастной винт (фиг.8). В сложенном виде лопасти деталей опираются друг на друга и имеют меньшую рабочую площадь, чем обеспечивается повышенная прочность. При ослаблении воздушного потока пружина 4 раскроет лопасти в обратной последовательности.

На фиг.4 показан пример винт-турбины с восемью лопастями из четырех 2-лопастных деталей, однако деталей с лопастями и самих лопастей на одной детали может быть разное количество, в зависимости от целесообразности. Для того чтобы шипы 2 и пазы 3 смежных деталей обеспечивали полное перекрытие или максимальную рабочую площадь лопастей в крайних положениях шипов в пазах, пара шип-паз на каждой следующей детали выполнены с возможностью поворота на необходимый угол относительно предыдущей детали (в представленном примере этот угол составляет 45 градусов).

Соединение каждой детали пружинами 4 с осью 1 или со смежными деталями позволяет управлять сложением лопастей разных деталей при определенной силе ветра, что упрощает процесс регулировки установки.

Винт-турбина при использовании его в ветроэнергетике поможет увеличить КПД ветроустановки. Учитывая, что обычно скорость ветра бывает 5-10 м/с, а ветроустановка выходит на максимальную энергоотдачу при 15 м/с, то выработка электроэнергии ветроэлектростанцией может увеличиться в несколько раз.

При использовании винта-турбины в турбинном генераторе можно избежать поломок от возникающих перегрузок, благодаря складывающимся лопастям.

1. Винт-турбина состоит из несущих лопасти деталей, установленных на оси, параллельной направлению движения жидкости или газа, первая деталь закреплена неподвижно на оси, отличающаяся тем, что остальные детали установлены на оси с возможностью изменения количества лопастей винт-турбины за счет совмещения лопастей деталей при повороте деталей в пределах, определенных ограничителями, а последняя деталь соединена с осью пружинным механизмом.

2. Винт-турбина по п.1, отличающаяся тем, что детали, несущие лопасти, соединены пружинами между собой.

3. Винт-турбина по п.1, отличающаяся тем, что каждая деталь, несущая лопасти, соединена пружиной с осью.

Похожие патенты:

Крыльчатка // 2184275

Радиальная импульсная турбина наддува дизеля // 2107825

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в турбокомпрессорах для наддува изделия. .

Осевая турбина // 2050439

Система питания для газового двигателя внутреннего сгорания // 1733668

Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить надежность работы системы питания. .

Рабочее колесо турбомашины // 1719710

Механизм поворота рабочих лопаток осевой турбомашины // 1581866

Способ определения остаточного ресурса ротора энергоустановки // 1341518

Изобретение относится к теплоэнергетике и м.б. .

Способ соединения роторов турбомашины // 1269572

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к способам соединения роторов турбомашин. .

Турбомашина // 1213252

Механизм поворота рыбочих лопаток осевой турбомашины // 1208279

Газовая турбина // 2351770

Изобретение относится к газовым турбинам турбореактивных двигателей

Устройство для регулирования положения поворотных направляющих лопаток компрессора или турбины газотурбинного двигателя // 2389877

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению

Турбовинтовой двигатель с воздушным винтом изменяемого шага // 2453711

Изобретение относится к турбовинтовому двигателю с воздушными винтами изменяемого шага, в котором каждый воздушный винт содержит набор лопастей управляемого изменяемого шага

Упрощенная система регулирования шага лопасти воздушного винта в авиационном газотурбинном двигателе // 2490167

Изобретение относится к воздушному винту любого типа, применяемому в системе с одним воздушным винтом или в системе с контрвинтом, предпочтительно, авиационного турбореактивного или турбовинтового двигателя

Упрощенная система регулирования шага лопасти воздушного винта в авиационном турбовальном двигателе // 2501954

Система регулирования шага лопасти воздушного винта в турбовальном двигателе содержит первую и вторую кольцевые направляющие, активирующий элемент, а также первый и второй блокирующие элементы. Первая кольцевая направляющая обеспечивает установку угла атаки указанной лопасти и имеет первое и второе гнезда, отдаленные друг от друга по окружности. Каждое гнездо образовано первой и второй упорными поверхностями. Вторая кольцевая направляющая выполнена концентрически с первой направляющей и расположена снаружи относительно нее. Вторая упорная поверхность первого гнезда и первая упорная поверхность второго гнезда ориентированы ко второй направляющей. Активирующий элемент размещен между первой и второй направляющими и имеет первую и вторую упорные поверхности. Первый блокирующий элемент размещен в первом гнезде напротив указанной второй упорной поверхности активирующего элемента. Второй блокирующий элемент размещен во втором гнезде напротив первой упорной поверхности активирующего элемента. Первый и второй блокирующие элементы выполнены с возможностью занимать нормальное центрированное положение, а также положения разблокировки в первом и втором круговом направлениях. При контроле указанной выше системы регулирования шага лопасти воздушного винта к активирующему элементу прикладывают активирующий крутящий момент. Другие изобретения группы относятся к воздушному винту турбовального двигателя, содержащему указанную выше систему регулирования шага лопасти, а также к авиационному двигателю, содержащему такой воздушный винт. Изобретения позволяют повысить надежность системы регулирования шага лопасти, а также снизить ее массу. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство с подвижным силовым цилиндром для управления ориентацией лопатками вентилятора турбовинтового двигателя // 2523515

Устройство управления ориентацией лопаток вентилятора турбовинтового двигателя, содержащего систему (24а) лопаток (26) вентилятора с регулируемой ориентацией, жестко соединенную при вращении с вращающимся кольцом (28а). Кольцо отцентровано по продольной оси (12) и механически связано с ротором турбины. Каждая лопатка системы соединена для регулировки ее ориентации с синхронизирующим кольцом (30а), отцентрованным по продольной оси. Устройство содержит, кроме того, силовой цилиндр (38), жестко соединенный при вращении с ротором турбины и механически связанный с синхронизирующим кольцом с помощью нескольких соединительных рычагов (40а). Каждый рычаг связан со штоком (44) силового цилиндра и шарнирно закреплен на синхронизирующем кольце таким образом, что движение силового цилиндра вызывает вращательное перемещение синхронизирующего кольца вокруг продольной оси. Турбовинтовой двигатель с двойным винтом содержит турбину (20) с двумя роторами противоположного вращения и две системы лопаток (26) вентилятора с регулируемой ориентацией. Достигается легкое, точное управление и уменьшение массы, поскольку рычаги работают на растяжение, и образующие их тяги могут быть уменьшенного диаметра, а устройство управления лишено зубчатых передач. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Винт без обтекателя с лопатками с изменяемым углом установки для турбомашины // 2525039

Турбомашина содержит, по меньшей мере, один винт без обтекателя с лопатками с изменяемым углом установки. Эти лопатки удерживаются цилиндрическими пластинами, установленными вращающимися вокруг их осей (В) в радиальных пазах кольцевого роторного элемента и соединенными их радиально внутренними концами с регулировочным кольцом. Кольцо приводится во вращение вокруг оси (А) турбомашины и совершает поступательное движение вдоль этой оси для вращения пластин вокруг их осей. Регулировочное кольцо центрировано и направляется во время вращения вокруг оси турбомашины на средствах, которые не могут вращаться и совершают поступательные движения вдоль этой оси посредством силового цилиндра, удерживаемого статором турбомашины. Средства центрирования и направления регулировочного кольца содержат кольцевую направляющую, имеющую U-образную форму сечения. Направляющая содержит две боковые стенки, ограничивающие в пространстве между собой кольцевой, выходящий наружу желобок. В желобок вставляется регулировочное кольцо. Подшипники установлены с одной и другой стороны регулировочного кольца, между этим кольцом и боковыми стенками. Достигается простое, эффективное и экономичное решение, исключающее воздействие центробежной силы на силовые цилиндры, что может затруднить их функционирование. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для управления ориентацией лопастей вентилятора турбовинтового двигателя // 2525101

Устройство управления ориентацией лопастей вентилятора турбовинтового двигателя, содержащего по меньшей мере один узел (24a) лопастей (26) вентилятора с регулируемой ориентацией, неподвижно соединенный во вращении с вращающимся кольцом (28a), механически связанным с ротором турбины. Каждая лопасть узла связана для регулирования своей ориентации с синхронизирующим кольцом (30a). Устройство дополнительно содержит подшипник (54a) качения с внутренней обоймой (56a), которая установлена с возможностью перемещения скольжением на картере турбины. Обойма соединена со штоком (44) силового цилиндра (38), и с внешней обоймой (52a), которая механически связана с синхронизирующим кольцом при помощи множества соединительных рычагов (40a). Рычаги соединены со штоком силового цилиндра и шарнирно установлены на синхронизирующем кольце таким образом, чтобы приведение в действие силового цилиндра приводило к поворотному перемещению синхронизирующего кольца вокруг продольной оси. Турбовинтовой двигатель предпочтительно содержит турбину (20) с двумя роторами (22a, 22b) противоположного вращения и два узла (24a, 24b) лопастей (26) вентилятора с регулируемой ориентацией. Достигается надежное и точное управление при меньшей массе. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Система для изменения угла атаки лопаток рабочего колеса газотурбинного двигателя летательного аппарата, используя бесщеточный электродвигатель // 2531088

Система изменения угла атаки лопаток рабочего колеса, смонтированных на втулке, вращающейся вдоль оси рабочего колеса, содержит бесщеточный электродвигатель и механические соединительные средства. Электродвигатель включает статор, оснащенный катушками, предназначенный для надежного монтажа на неподвижной части газотурбинного двигателя, а также ротор, оснащенный постоянными магнитами. Ротор и статор сцентрированы на оси вращения рабочего колеса и расположены таким образом, что катушки размещены напротив постоянных магнитов в направлении оси вращения. Механические соединительные средства расположены между ротором и лопатками. Ротор смонтирован подвижно в осевом направлении между заблокированным положением, в котором он прикреплен к вращающейся втулке, и разблокированным положением, в котором его вращение относительно указанной втулки вдоль оси вращения рабочего колеса вызывает посредствам механических соединительных средств изменение угла атаки лопаток. Другие изобретения группы относятся к рабочему колесу газотурбинного двигателя летательного аппарата, содержащему указанную выше систему, а также к газотурбинному двигателю, включающему такое рабочее колесо. При управлении углом атаки лопаток рабочего колеса разблокируют ротор бесщеточного электродвигателя посредством его перемещения в осевом направлении из заблокированного в разблокированное положение. Вращают ротор для приведения лопаток в требуемый угол атаки и блокируют ротор электродвигателя посредством его перемещения в осевом направлении из разблокированного в заблокированное положение. Группа изобретений позволяет повысить надежность и упростить систему управления углом атаки лопаток рабочего колеса. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 15 ил.

Ступица для винта с многоугольным усиленным кольцом и турбомашина, снабженная такой ступицей // 2559904

Ступица винта с лопастями с изменяемым углом установки для турбомашины содержит многоугольное кольцо для удержания лопастей и соединительное средство, связывающее многоугольное кольцо с элементом ротора турбины турбомашины. Многоугольное кольцо выполнено концентрично продольной оси турбомашины и содержит две торцевые кольцевые кромки. Кольцевые кромки разнесены параллельно одна другой и диаметрально жестко соединены зонами закрепления, выходящими из упомянутых торцевых кольцевых кромок, с кольцами с цилиндрическими радиальными гнездами для размещения лопастей. Кольца расположены на равномерном угловом расстоянии по боковой периферии многоугольного кольца и отделены одни от других промежуточными зонами. Промежуточные зоны размещены между двумя последовательными кольцами и торцевыми кольцевыми кромками и содержат усилительные элементы колец, установленные радиально и/или тангенциально и жестко соединенные с боковыми стенками двух последовательных колец. Другое изобретение группы относится к турбомашине с открытым вентилятором, содержащей указанную выше ступицу винта вентилятора. Группа изобретений позволяет исключить деформацию цилиндрических гнезд для лопастей вентилятора. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.