Ветроколесо
Изобретение относится к ветроэнергетике и используется в ветроустановках для преобразования ветровой энергии в электрическую энергию. Конструктивное решение заключается в том, что усилие воздействия потока воздушной массы уменьшается с отдалением от оси вращения ветроколеса, что способствует уменьшению изгибающего момента лопасти и, следовательно, к уменьшению поперечного сечения лопасти в основании. С уменьшением усилия воздействия потока воздушной массы на лопасть, крутящий момент не имеет прямой зависимости, что видно на графике, а имеет синусоидальную зависимость. 10 ил.
Введение.
Ветроколесо, согласно международному патентному классификатору, имеет следующий номер:
-МПК F03D 1/00 Ветряные двигатели с осью вращения ротора, совпадающей с направлением ветра.
1 Область техники изобретения.
Изобретение относится к ветроэнергетике и используется в ветроустановках, для преобразования ветровой энергии в электрическую энергию. Конструктивное решение заключается в том, что усилие воздействия потока воздушной массы уменьшается с отдалением от оси вращения ветроколеса, что способствует уменьшению изгибающего момента лопасти и, следовательно, к уменьшению поперечного сечения лопасти в основании. С уменьшением усилия воздействия потока воздушной массы на лопасть, крутящий момент не имеет прямой зависимости, что видно на графике, а имеет синусоидальную зависимость.
2 Раскрытие изобретения.
В состав ветроколеса входят следующие детали:
Поз.1 – Ступица:
-деталь имеет коническую форму.
Поз.2 – Лопасть:
-деталь имеет трапециевидную, спиралеобразную форму с равномерно уменьшающимися углом атаки и шириной.
Поток ветровой массы, воздействуя на лопасть в направлении К, испытывает сопротивление, следствием чего, является возникновение сил F1.1, F2.1, F3.1, F4.1, F5.1, F6.1 и F7.1. Ввиду того, что угол атаки равномерно уменьшается от τ1 до τ7 с 60° до 30°с увеличением длины от L1 до L7, т.е. при τ1>τ2>τ3>τ4>τ5>τ6>τ7 и L1<L2<L3<L4<L5<L6<L7, то и проекционные силы уменьшаются, а именно F1.2>F2.2>F3.2>F4.2>F5.2>F6.2>F7.2, т.к. угол α1.1-α7.1 обратно пропорционален углу атаки, а именно α1.1<α2.1<α3.1<α4.1<α5.1<α6.1<α7.1.
С увеличением длины от L1 до L7 равномерно уменьшается ширина от b1 до b7, а именно b1>b2>b3>b4>b5>b6>b7, интервал уменьшения от 1 до 0,25, b7 составляет 25% от b1, т.е. b7=0,25×b1. С увеличением длины от L1 до L7 и уменьшением ширины от b1 до b7 уменьшаются проекции сил F1.2, F2.2, F3.2, F4.2, F5.2 F6.2 и F7.2 на плоскость И крутящего момента М, а именно ΔF1>ΔF2>ΔF3>ΔF4>ΔF5>ΔF6>ΔF7, т.к. угол α1.2-α7.2 прямо пропорционален углу атаки, а именно α1.2>α2.2>α3.2>α4.2>α5.2>α6.2>α7.2 Следствие получено расчетно-аналитическим методом, значения отображены на графике.
Крутящий момент равен M=ΔF1×L1+ΔF2×L2+ΔF3×L3+ΔF4×L4+ΔF5×L5+ΔF6×L6+ΔF7×L7, значение момента увеличивается до длины лопасти L4, далее L4 уменьшается, этот процесс происходит по синусоидальной зависимости. Следствие получено расчетно-аналитическим методом, все значения отображены на графике.
Ввиду того, что с увеличением длины от L1 до L7 уменьшается угол атаки от τ1 до τ7, уменьшается ширина от b1 до b7 и, следовательно, уменьшаются силы ΔF1-ΔF7, то и давление действующее на лопасть будет уменьшаться от оси вращения ветроколеса к краю лопасти, а именно Pmax>Pmin. Перепад давлений обеспечит смещение потока ветровой массы от оси вращения ветроколеса к краю лопасти. Чем больше угол атаки, тем больше угол смещения потока ветровой массы и это обеспечит направленное воздействие потока воздушной массы вдоль лопасти.
Конструктивное решение обеспечивает уменьшение по прямой зависимости сил F1.2-F7.1, воздействующих на лопасть и это обеспечивает уменьшение изгибающего момента сечения, отображенного на разрезе А-А.
3 Перечень фигур.
Фигура 1 – главный вид ветроколеса.
Фигура 2 – разрез А-А с главного вида.
Фигура 3 - разрез Б-Б с главного вида.
Фигура 4 - разрез В-В с главного вида.
Фигура 5 - разрез Г-Г с главного вида.
ФИГУРА 6 - разрез Д-Д с главного вида.
Фигура 7 – разрез Е-Е с главного вида.
Фигура 8 - разрез Ж-Ж с главного вида.
Фигура 9 – график распределения силы по длине.
Фигура 10 – график распределения момента по длине.
4 Сведения подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Ввиду того, что поток воздушной массы действующий в направлении К будет испытывать сопротивление при взаимодействии с лопастями, то и давление P в момент взаимодействия будет максимальным, после взаимодействия давление будет минимальным. Разница давлений до и после взаимодействия, и обеспечит вращение ветроколеса, т.к. ветроколесо имеет степень свободы вращение.
Ветроколесо, содержащее ступицу и лопасти, отличающееся тем, что угол атаки лопасти равномерно уменьшается от τ1 до τ7 с увеличением расстояния по длине лопасти от оси вращения ветроколеса к краю лопасти от L1 до L7, причем с увеличением расстояния по длине лопасти от оси вращения ветроколеса к краю лопасти от L1 до L7 равномерно уменьшается ширина от b1 до b7.
