Ортогональная турбина (варианты)



Ортогональная турбина (варианты)
Ортогональная турбина (варианты)
Ортогональная турбина (варианты)

 


Владельцы патента RU 2616334:

Лятхер Виктор Михайлович (RU)

Изобретение относится к области ветровых или гидравлических энергетических установок. Ортогональная турбина по первому варианту содержит изогнутую по цилиндрической винтовой линии, по крайней мере, одну лопасть с аэродинамическим профилем в ее поперечном сечении, причем лопасть установлена поперек набегающего на нее потока воздуха или воды с возможностью вращения вокруг оси цилиндрической винтовой линии, а входная кромка аэродинамического профиля направлена в сторону вращения лопасти, при этом концы лопасти закреплены относительно вала, установленного с возможностью вращения, соосно оси цилиндрической винтовой спирали и соединенного с валом электрогенератора, концы лопасти закреплены относительно вала посредством консольных балок, при этом вал образован двумя полувалами, каждый из которых соединен с одной из консольных балок и установлен на своей опоре, лопасть изогнута без промежуточных опор по цилиндрической винтовой линии с постоянным радиусом кривизны так, что в каждом поперечном сечении аэродинамический профиль лопасти выполнен под острым углом наклона к касательной к окружности, описываемой входной кромкой аэродинамического профиля лопасти, при этом концы лопасти повернуты друг относительно друга на 360°. Второй вариант выполнения ортогональной турбины отличается от первого варианта тем, что лопасть закреплена относительно вала одним из ее концов посредством консольной балки, при этом вал консольно установлен на опоре, консольная балка снабжена консольно установленным на валу противовесом обтекаемой формы. Изобретение направлено на повышение КПД ортогональных турбин с лопастями аэродинамического профиля за счет увеличения эффективности преобразования энергии текучей среды, а именно энергии потока воды или энергии ветра. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при сооружении ветровых или гидравлических энергетических установок.

Известен энергетический агрегат, содержащий две соосно установленные ортогональные турбины с лопастями гидродинамического профиля и электрогенератор, при этом валы турбин ориентированы поперек потока среды, лопасти ортогональных турбин ориентированы в противоположном направлении по отношению друг к другу для вращения ортогональных турбин в противоположных, неизменных направлениях, независимо от направления потока через ортогональные турбины, а трехфазный электрогенератор расположен между ортогональными турбинами (см. патент RU №2245456, кл. F03D 3/06, 20.11.2003).

В данном энергоагрегате значительно уменьшены реакционные нагрузки за счет вращения ортогональных турбин с лопастями гидродинамического профиля в разных направлениях, но полностью их скомпенсировать невозможно вследствие несовпадения фаз пульсирующих сил, действующих на верхнюю и нижнюю ортогональные турбины. Поскольку нагрузки, действующие на ортогональные турбины не полностью уравновешены, то это вызывает вибрацию, ухудшающую условия эксплуатации энергетического агрегата и снижающую его надежность. Кроме того, наличие в каждом ярусе ортогональной турбины нескольких гидродинамических профилей приводит к снижению энергетической эффективности.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ортогональная турбина, содержащая изогнутую по цилиндрической винтовой линии, по крайней мере, одну лопасть с аэродинамическим профилем в ее поперечном сечении, причем лопасть установлена поперек набегающего на нее потока воздуха или воды с возможностью вращения вокруг оси цилиндрической винтовой линии, а входная кромка аэродинамического профиля направлена в сторону вращения лопасти, при этом концы лопасти закреплены относительно вала, установленного с возможностью вращения, соосно оси цилиндрической винтовой спирали и соединенного с валом электрогенератора (см. патент US №5642984, кл. F04D 29/32, 01.07.1997).

Однако известная ортогональная турбина содержит центральный вал и выполненные в виде дисков траверсы, соединяющие торцы спиральных лопастей с валом. Эти элементы оказывают гидравлическое сопротивление потоку, что снижает энергетическую эффективность ортогональной турбины.

Задача заключается в устранении выявленных недостатков.

Технический результат заключается в том, что достигается повышение кпд ортогональных турбин с лопастями аэродинамического профиля за счет увеличения эффективности преобразования энергии текучей среды, а именно энергии потока воды или энергии ветра, с помощью ортогональной турбины.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в первом варианте выполнения ортогональная турбина содержит изогнутую по цилиндрической винтовой линии, по крайней мере, одну лопасть с аэродинамическим профилем в ее поперечном сечении, причем лопасть установлена поперек набегающего на нее потока воздуха или воды с возможностью вращения вокруг оси цилиндрической винтовой линии, а входная кромка аэродинамического профиля направлена в сторону вращения лопасти, при этом концы лопасти закреплены относительно вала, установленного с возможностью вращения, соосно оси цилиндрической винтовой спирали и соединенного с валом электрогенератора, концы лопасти закреплены относительно вала посредством консольных балок, при этом вал образован двумя полувалами, каждый из которых соединен с одной из консольных балок и установлен на своей опоре, лопасть изогнута без промежуточных опор по цилиндрической винтовой линии с постоянным радиусом кривизны так, что в каждом поперечном сечении аэродинамический профиль лопасти выполнен под острым углом наклона к касательной к окружности, описываемой входной кромкой аэродинамического профиля лопасти, при этом концы лопасти повернуты друг относительно друга на 360°.

В соответствии со вторым вариантом выполнения ортогональная турбина содержит изогнутую по цилиндрической винтовой линии, по крайней мере, одну лопасть с аэродинамическим профилем в ее поперечном сечении, причем лопасть установлена поперек набегающего на нее потока воздуха или воды с возможностью вращения вокруг оси цилиндрической винтовой линии, а входная кромка аэродинамического профиля направлена в сторону вращения лопасти, при этом лопасть закреплена относительно вала, установленного с возможностью вращения, соосно оси цилиндрической винтовой спирали и соединенного с валом электрогенератора, лопасть закреплена относительно вала одним из ее концов посредством консольной балки, при этом вал консольно установлен на опоре, консольная балка снабжена консольно установленным на валу противовесом обтекаемой формы, лопасть изогнута без промежуточных опор по цилиндрической винтовой линии с постоянным радиусом кривизны так, что в каждом поперечном сечении аэродинамический профиль лопасти выполнен под острым углом наклона к касательной к окружности, описываемой входной кромкой аэродинамического профиля лопасти, при этом концы лопасти повернуты друг относительно друга на 360°.

Ортогональные турбины имеют максимальную энергетическую и техническую эффективность. Наивысшая энергетическая эффективность (свыше 60% в свободном потоке) отмечена при наличии только одной лопасти (см., например, журнал «Гидротехническое строительство», Москва, НТФ «Энергопрогресс» 1986, №11, стр. 33-37).

Ортогональная турбина содержит по крайней мере одну лопасть аэродинамического профиля, изогнутую по цилиндриской винтовой линии с постоянным радиусом кривизны, что позволяет в каждом поперечном сечении аэродинамический профиль лопасти располагать под оптимальным углом ϕ относительно касательной к окружности, описываемой входной кромкой лопасти. Кроме того, концы лопасти повернуты друг относительно друга на 360 градусов и, следовательно, находятся в одинаковом положении относительно набегаюшего на турбину потока. Как результат в равномерном набегающем потоке воды или воздуха нагрузки на неподвижную или вращающуюся лопасть полностью скомпенсированы и нагрузки в опорах не изменяются при изменении положения лопасти, что позволяет достигнуть повышения кпд ортогональных турбин с лопастями аэродинамического профиля за счет увеличения эффективности преобразования энергии текучей среды, а именно энергии потока воды или энергии ветра, с помощью ортогональной турбины.

На фиг. 1 представлена ортогональная турбина.

На фиг. 2 представлено поперечное сечение лопасти и окружности, описанной входной кромкой лопасти.

На фиг. 3 представлен второй вариант выполнения ортогональной турбины.

Ортогональная турбина содержит изогнутую по цилиндрической винтовой линии, по крайней мере, одну лопасть 1 с аэродинамическим профилем в ее поперечном сечении, причем лопасть 1 установлена поперек набегающего на нее потока воздуха или воды с возможностью вращения вокруг оси 2 цилиндрической винтовой линии, а входная кромка аэродинамического профиля направлена в сторону вращения лопасти 1.

Концы лопасти 1 закреплены относительно вала, установленного с возможностью вращения, соосно оси 2 цилиндрической винтовой спирали и соединенного с валом электрогенератора 3.

Концы лопасти 1 закреплены относительно вала посредством консольных балок 4, которые снабжены короткими противовесами обтекаемой формы, обеспечивающими балансировку балок независимо от лопасти (на фиг. 1 не показаны).

Вал образован двумя полувалами 5, каждый из которых соединен с одной из консольных балок 4 и установлен на своей опоре 6.

Лопасть 1 изогнута без промежуточных опор по цилиндрической винтовой линии с постоянным радиусом кривизны так, что в каждом поперечном сечении аэродинамический профиль лопасти 1 выполнен под острым углом ϕ наклона к касательной к окружности, описываемой входной кромкой аэродинамического профиля лопасти 1, при этом концы лопасти 1 повернуты друг относительно друга на 360°.

По второму варианту выполнения ортогональная турбина содержит изогнутую по цилиндрической винтовой линии, по крайней мере, одну лопасть 1 с аэродинамическим профилем в ее поперечном сечении, причем лопасть 1 установлена поперек набегающего на нее потока воздуха или воды с возможностью вращения вокруг оси 2 цилиндрической винтовой линии, а входная кромка аэродинамического профиля направлена в сторону вращения лопасти 1.

Лопасть 1 закреплена относительно вала 7, установленного с возможностью вращения, соосно оси 2 цилиндрической винтовой спирали и соединенного с валом 9 электрогенератора (на фиг. 3 не показан).

Лопасть 1 закреплена относительно вала 7 одним из ее концов посредством консольной балки 4, при этом вал 7 консольно установлен на опоре 6.

Консольная балка 4 снабжена консольно установленным на валу 7 противовесом 8 обтекаемой формы.

При использовании нескольких лопастей концы лопастей могут быть объединены обтекаемой строительной фермой (не показана на чертеже).

Лопасть 1 изогнута без промежуточных опор по цилиндрической винтовой линии с постоянным радиусом кривизны так, что в каждом поперечном сечении аэродинамический профиль лопасти 1 выполнен под острым углом ϕ наклона к касательной к окружности, описываемой входной кромкой аэродинамического профиля лопасти 1, при этом концы лопасти 1 повернуты друг относительно друга на 360°.

Ортогональный энергетический агрегат работает следующим образом.

Под действием набегающего на лопасть 1 ортогональной турбины потока среды, например потока воды при расположении ортогональной турбины в реке, изогнутая по винтовой линии лопасть 1 начинает вращаться. В результате вращения лопасти 1 ортогональной турбины ее вращение передается полувалам 5 (первый вариант выполнения) и валу 7 (второй вариант выполнения) и от вала 7 или, по крайней мере, от одного из полувалов 5 к валу 9 электрогенератора 3 и последний начинает вырабатывать электрическую энергию, которая по кабелю (не показан) передается от электрогенератора 3 потребителю.

Настоящее изобретение может быть использовано для создания экологически чистых ветровых энергоустановок, а также энергоустановок на реках, в приливно-отливных потоках морей и океанов.

1. Ортогональная турбина, содержащая изогнутую по цилиндрической винтовой линии, по крайней мере, одну лопасть с аэродинамическим профилем в ее поперечном сечении, причем лопасть установлена поперек набегающего на нее потока воздуха или воды с возможностью вращения вокруг оси цилиндрической винтовой линии, а входная кромка аэродинамического профиля направлена в сторону вращения лопасти, при этом концы лопасти закреплены относительно вала, установленного с возможностью вращения, соосно оси цилиндрической винтовой спирали и соединенного с валом электрогенератора, отличающаяся тем, что концы лопасти закреплены относительно вала посредством консольных балок, при этом вал образован двумя полувалами, каждый из которых соединен с одной из консольных балок и установлен на своей опоре, лопасть изогнута без промежуточных опор по цилиндрической винтовой линии с постоянным радиусом кривизны так, что в каждом поперечном сечении аэродинамический профиль лопасти выполнен под острым углом наклона к касательной к окружности, описываемой входной кромкой аэродинамического профиля лопасти, при этом концы лопасти повернуты друг относительно друга на 360°.

2. Ортогональная турбина, содержащая изогнутую по цилиндрической винтовой линии, по крайней мере, одну лопасть с аэродинамическим профилем в ее поперечном сечении, причем лопасть установлена поперек набегающего на нее потока воздуха или воды с возможностью вращения вокруг оси цилиндрической винтовой линии, а входная кромка аэродинамического профиля направлена в сторону вращения лопасти, при этом лопасть закреплена относительно вала, установленного с возможностью вращения, соосно оси цилиндрической винтовой спирали и соединенного с валом электрогенератора, отличающаяся тем, что лопасть закреплена относительно вала одним из ее концов посредством консольной балки, при этом вал консольно установлен на опоре, консольная балка снабжена консольно установленным на валу противовесом обтекаемой формы, лопасть изогнута без промежуточных опор по цилиндрической винтовой линии с постоянным радиусом кривизны так, что в каждом поперечном сечении аэродинамический профиль лопасти выполнен под острым углом наклона к касательной к окружности, описываемой входной кромкой аэродинамического профиля лопасти, при этом концы лопасти повернуты друг относительно друга на 360°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель содержит вертикальный вал, смонтированные на нем лопасти, вращающиеся в горизонтальной плоскости.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ротор ветровой электрогенерирующей установки оснащен тремя или более лопастями парусного типа, каждая из которых представляет собой часть цилиндра, ограниченную углом менее 180°, с вершиной в центре вертикальной оси цилиндра, размещенными на консолях с общим для всех лопастей постоянным углом атаки, составляющим от 35 до 60 градусов между хордой сегмента цилиндра лопасти и консолью, на которой она установлена, в точке их пересечения.

Изобретение относится к области возобновляющихся источников энергии движущихся сред для выработки электрической и механической энергии. Преобразователь энергии движущейся среды, выполненный в виде колеса-ротора с перпендикулярной к скорости потока осью вращения, установленный на платформе или мачте и снабженный одной или несколькими сбалансированными лопастями, жестко связанными с валом и выполненными составными из несущих конструкций, плоскости которых проходят через ось вращения вала колеса-ротора и жалюзи, снабженных смещенными к одному краю осями вращения, установленными вдоль несущей конструкции лопасти на равных ширине жалюзи расстояниях, и ограничителями поворота жалюзи, установленными вдоль несущих конструкций лопастей.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветродвигатель с вертикальной осью вращения, ветродинамическим контуром и его гиревым регулятором, сопряженным с полиспастно-протяжным устройством, содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью вращения.

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики и может быть использовано как источник электрической и механической энергии в гидро- и ветроустановках.

Изобретения относятся к области ветроэнергетики и гидроэнергетики и могут быть использованы для привода различных устройств, а также для производства электроэнергии.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэлектрическим станциям. Ветроэлектрическая станция содержит поворотное в горизонтальной плоскости основание с двумя вертикальными роторами, обтекатель и стабилизатор.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветряным двигателям. Турбина для ветродвигателя, содержащая радиальные лопасти, соединенные с расположенным на валу диском.

Группа изобретений относится к многоцелевому роторному устройству и генерирующей системе, включающей такое устройство. Многоцелевое роторное устройство содержит ротор, включающий некоторое число лопастей по окружности, и тело направления нагрузки, предназначенное для направления потока текучих сред, поступающих внутрь ротора.

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам. Контрроторный поливиндротор включает в себя несущую мачту и поворотный узел, на котором закреплен опорный каркас с ветроколесами вертикально-осевого вращения, размещенными в двух ярусах и выставленными клином на ветер.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в оборудовании для передачи электропитания к подводным нагрузкам, расположенным далеко от надводных частей платформы или от берега, требующим передачи большой мощности.

Изобретение относится к области малой гидроэнергетики. Направляющий аппарат микрогидроэлектростанции образован совокупностью продольно ориентированных ребер, формирующих совокупность направляющих каналов для подачи ускоренных струй воды к лопаткам рабочего колеса гидротурбины и размещенных в кольцевом пространстве между наружной и внутренней оболочками базового корпуса агрегата, концентрически охватывающими мультипликатор и электрогенератор.

Суть изобретения аналогична с функцией ГАЭС и предназначена для аккумулирования энергии альтернативных источников, а также энергии от недогруженных генерирующих мощностей, для покрытия пиковых нагрузок в электросетях и поддержки сетей от ВЭУ при недостатке или отсутствии их мощностей.

Изобретение относится к области малой гидроэнергетики. Микрогидроэлектростанция с горизонтальным расположением оси гидравлической турбины, объединяющая в едином базовом корпусе агрегата электрический генератор, содержит статор, ротор, выводной водостойкий кабель и лопастную гидравлическую турбину, кинематически связанную с ротором посредством мультипликатора, включающую рабочее колесо 31, лопасти 32, подводящую камеру, обтекатель, направляющий и спрямляющий аппараты.

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации потенциальной энергии воды глубоководных водоемов, а именно для трансформации энергии гидростатического давления воды в электрическую.

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией небольших населенных пунктов, лагерей геологов, охотников, рыбаков, леспромхозов преобразованием энергии русловых потоков реки в электрическую.

Изобретение относится к способу получения вторичного энергоносителя - водорода посредством преобразования энергии ветра. Способ получения вторичного энергоносителя - водорода посредством преобразования энергии ветра включает преобразование посредством парусного движителя кинетической энергии ветра в кинетическую энергию движения судна, движущегося в районах открытого океана с мощными воздушными потоками, и затем посредством гидравлической турбины и электрогенератора в электрическую энергию, которую используют для разложения воды на водород и кислород с ожижением и накоплением водорода в криогенных резервуарах.

Группа изобретений относится к гидроэнергетике и может быть использована как самостоятельно для выработки электроэнергии, так и в составе плотинных гидроэлектростанций (ГЭС), деривационных ГЭС, свободнопоточных ГЭС в системах водоснабжения, водоотведения и водотоках каналов.

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией небольших населенных пунктов, лагерей геологов, охотников, рыбаков, леспромхозов преобразованием энергии русловых потоков реки в электрическую.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить КПД водонапорного двигателя путем сочленения шнека с турбиной. Поступающий в водовод поток сначала раскручивает шнек, затем турбину.

Высокое давление под водой в водоеме с большой глубиной преобразуют в электроэнергию при помощи настоящего способа. Погружают в указанный водоем множество преобразователей давления. Каждый преобразователь имеет большую камеру сжатия. Объем воздуха сжимают при помощи высокого давления под водой в водоеме до сжатого воздуха под высоким давлением. Сжатый воздух подают в расширительную камеру, в которой расположена турбина. Турбину поворачивают при помощи сжатого воздуха. Турбина, в свою очередь, поворачивает электрогенератор, соединенный с ней для обеспечения вырабатывания электроэнергии. Таким образом, энергию высокого давления преобразуют в электроэнергию. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх