ТУРБИНА ДВУХКРЫЛЬЕВАЯ Российский патент 2012 года по МПК F03D3/04 

Изобретение предназначено для преобразования кинетической энергии потока воздуха (воды) в механическую энергию для вращения генератора и/или другого устройства.

Двухкрыльевая турбина может использоваться как ветроэлектростанция, гидроэлектростанция, устанавливаться на электромобилях для подзарядки аккумуляторов, устанавливаться на речных и морских кораблях как основной и/или вспомогательный двигатель. При установке турбины на корабле кинетическая энергия ветра преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины и передается через коробку передач на гребной винт. Конструкция турбины позволяет ей работать в любом положении, вертикальном или горизонтальном, при небольших габаритных размерах и небольшой скорости потока воздуха 2-5 метра в секунду, воды 3-5 километров в час, получать существенный эффект по преобразованию энергии.

Существующие ветрогенераторы можно разделить на две основные группы в зависимости от расположения оси вращения вала генератора:

с горизонтально расположенным валом генератора (HAWT-Horizontal Axis Wind Turbines) - пропеллерные;

с вертикально расположенным валом генератора (VAWT - Vertical Axis Wind Turbines) - виндроторные.

Для поиска прототипа были изучены материалы в Интернете, самые распространенные ветрогенераторы представлены на сайтах: WWW.ntpo.com; WWW.powerinfo.ru; WWW.enecsis.ru; WWW.khilkevich.webstolica.ru. Такого технического решения, которое применено в «Турбине двух крыльевой», два крыла, одно из которых имеет ложбину, в которую вписан ротор турбины, не найдено. Она представляет дальнейшее развитие турбин с ротором, где лопатки установлены параллельно оси вращения. Коренное отличие заключается в том, что ротор турбины находится между двумя крыльями, а в одном из крыльев есть ложбина, в которой вращается ротор, и ложбина затеняет ротор примерно на 50% диаметра.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, - это использование турбины как ветродвигателя или гидродвигателя.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что скорость потока воздуха (воды) увеличивается внутри турбины за счет более выпуклых профилей крыльев, направленных в сторону ротора, что дает возможность вращаться ротору быстрее, чем скорость наружного потока. В турбине между двумя крыльями вращается ротор, одно крыло имеет ложбину, в которую с минимальным зазором вписан ротор. Поток, доходя до лопаток ротора, ускоряется, а попадая в ложбину, срывается и закручивается, по ходу вращения ротора толкает лопатки. Конструкция ротора турбины дает минимальное сопротивление потоку, так как лопатки ротора турбины выполнены в виде несимметричного крыла, выпуклый профиль лопаток направлен в сторону вращения ротора и между лопатками есть свободное пространство для потока. Турбина, установленная вертикально (ротор вертикально), может самоориентироваться по потоку, так как имеет в своей конструкции два крыла.

Отличительные признаки турбины двухкрыльевой:

- состоит из двух крыльев, между которых вращается ротор турбины, крылья и ротор закреплены между стенками, стенки турбины играют роль, силового элемента конструкции и служат для крепления крыльев и ротора в верхнем крыле турбины имеется ложбина, в которую вписан ротор с минимальным зазором, верхнее крыло имеет несимметричный профиль, более выпуклый профиль расположен в сторону ротора, менее выпуклый - с наружной стороны турбины, ложбина верхнего крыла затеняет ротор почти на 50% диаметра ротора, нижнее крыло имеет несимметричный профиль, более выпуклый профиль расположен в сторону ротора, менее выпуклый - с наружной стороны турбины, ротор турбины состоит из двух круглых стенок, между которых крепятся лопатки и ось вращения, или полуоси, лопатки ротора турбины выполнены в виде несимметричного крыла, выпуклый профиль которого направлен в сторону вращения ротора, лопатки ротора расположены по радиусу от начала окружности стенок ротора.

На фигуре 1 показан общий вид турбины, ротор турбины расположен горизонтально.

На фигуре 2 показан ротор, слева ротор в разрезе.

На фигуре 3 показана конструкция верхнего крыла.

Турбина состоит из двух крыльев, между которых вращается ротор турбины, стенки турбины (6) играют роль силового элемента конструкции и служат для крепления крыльев и ротора в нужном положении. В верхнем крыле (4) турбины имеется ложбина (10), в которую вписан ротор (1) с минимальным зазором. Верхнее крыло (4) имеет несимметричный профиль, более выпуклый профиль расположен в сторону ротора, менее выпуклый - с наружной стороны турбины. Ложбина (10) верхнего крыла затеняет ротор почти на 50% диаметра ротора. Нижнее крыло (3) имеет несимметричный профиль, более выпуклым профиль расположен в сторону ротора, менее выпуклый - с наружной стороны турбины. Ротор турбины состоит из двух круглых стенок (9), между которых крепятся лопатки (2) и ось вращения (5), или полуоси. Лопатки ротора (2) турбины выполнены в виде несимметричного крыла, выпуклый профиль которого направлен в сторону вращения ротора. Лопатки ротора (2) расположены по радиусу от начала окружности стенок ротора. Количество лопаток ротора турбины, размер и профиль лопаток зависит от назначения турбины. Поток воздуха (воды) (8), попадая между крыльев турбины, ускоряется за счет несимметричного профиля крыльев, так как более выпуклая часть крыльев находится внутри турбины, приводя в движение ротор турбины. Лопатки ротора (2) также имеют несимметричный профиль, что дает дополнительное ускорение вращения ротору, так как при обтекании лопаток потоком воздуха (воды) более выпуклая часть лопатки направлена по ходу вращения ротора. Поток воздуха (воды), обтекая верхнее крыло, резко срывается и закручивается по направлению вращения ротора в ложбине (10), давая дополнительное ускорение вращения ротору турбины, что дает возможность работать всем лопаткам ротора без сопротивления потоку.

Была изготовлена и опробована модель турбины двухкрыльевой в варианте ветрогенератора.

Размеры модели:

- диаметр ротора 0,6 метра

- лопатки ротора длина 1,02 метра; количество 9 шт.

- хорда профиля лопатки 0,12 метра

- хорда профиля верхнего крыла 1,25 метра

- толщина профиля верхнего крыла 0,67 метра

- диаметр канала 0,6 метра

- хорда профиля нижнего крыла 1,2 метра

- толщина профиля нижнего крыла 0,22 метра

Испытания турбины проводились при ветре от 0 до 7 метров в секунду, при этом замерялись обороты ротора и крутящий момент. При ветре 2-4 метра в секунду обороты составили 160-200 в минуту, а крутящий момент на валу ротора 1-3 ньютон на метр, при ветре 4-7 метра в секунду обороты составили 200-380 в минуту, а крутящий момент на валу ротора 3-8 ньютон на метр. Данные испытания показали, что по сравнению с потоком снаружи поток внутри турбины ускоряется при скорости ветра 4 м/с в 5,5 раза, а при ветре 7 м/с в 2 раза. Теоретические расчеты показали, что возможно создание турбины с габаритными размерами 5*6*7 метров, с крутящим моментом на валу ротора боле 4000 ньютон на метр при ветре 10 метров в секунду, мощность турбины будет составлять около 100 киловатт.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для преобразования кинетической энергии потока воздуха (воды) в механическую энергию вращения генератора и/или другого устройства. Между стенками корпуса герметично закреплены два крыла и ротор. Верхнее крыло в максимальной толщине своего поперечного сечения содержит ложбину для размещения в ней ротора с минимальным зазором. Две круглые стенки ротора, между которыми параллельно оси закреплены лопатки, крепятся к корпусу на оси или полуосях. Нижнее крыло в продольном сечении закреплено в корпусе параллельно оси вращения ротора. Крылья обращены более выпуклой стороной профиля к ротору. Лопатки ротора расположены по радиусу от начала окружности дисков ротора и имеют в поперечном сечении геометрию профиля крыла. Изобретение обеспечит эффективную работу при небольших габаритах и скорости потока 2-5 м/с, путем повышения скорости потока и снижения сопротивления лопаток потоку. 3 ил.

Турбина, состоящая из двух крыльев, между которыми вращается ротор турбины, крылья и ротор закреплены между стенками, стенки турбины играют роль силового элемента конструкции и служат для крепления крыльев и ротора, в верхнем крыле турбины имеется ложбина, в которую вписан ротор с минимальным зазором, верхнее крыло имеет несимметричный профиль, более выпуклый профиль расположен в сторону ротора, менее выпуклый - с наружной стороны турбины, ложбина верхнего крыла затеняет ротор почти на 50% диаметра ротора, нижнее крыло имеет несимметричный профиль, более выпуклый профиль расположен в сторону ротора, менее выпуклый - с наружной стороны турбины, ротор турбины состоит из двух круглых стенок, между которыми крепятся лопатки и ось вращения или полуоси, лопатки ротора турбины выполнены в виде несимметричного крыла, выпуклый профиль которого направлен в сторону вращения ротора, лопатки ротора расположены по радиусу от начала окружности стенок ротора.