ВИНТ-ТУРБИНА Российский патент 2008 года по МПК F01D7/00 

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.

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.

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.