Винт потоковый Российский патент 2024 года по МПК B63H1/26 

Изобретение относится к судостроению и авиастроению, а именно к водным и воздушным судовым винтам, также может найти применение в качестве генератора водных и воздушных потоков в электрическую энергию.

Известен движитель (винт) содержащий ступицу, лопасти с входными и выходными участками, амплитуду и шаг отклонения профиля выходной кромки лопасти. Выходные участки лопастей по всей высоте, начиная от 1/2 длины профиля у ступицы и 1/3 длины профиля на периферии, выполнены с периодическими отклонениями угла профиля с образованием волнистой поверхности выходной части лопасти и волнистой выходной кромки относительно расчетного значения угла лопасти в каждом цилиндрическом сечении. Амплитуда и шаг отклонений профиля выходной кромки лопасти от расчетного значения по высоте максимальна у ступицы и минимальна или равна нулю на максимальном диаметре лопасти, и на каждой последующей лопасти начало волнистости у ступицы смещено относительно начала волнистости предыдущей лопасти на величину T/z, где Т - шаг первой волны, a z - число лопастей. Достигается минимальное сбегание или отклонение потока по радиусу, улучшение проточных характеристик лопасти (RU 2524511, МПК B63H 1/26; B64C 11/00).

Известен гребной винт регулируемого шага, установленный на гребном валу и включающий в себя ступицу с закрепленными на ней лопастями с обеспечением их поворота относительно ступицы. Лопасти выполнены составными и состоят, по меньшей мере, из двух частей. Каждая часть лопасти имеет самостоятельную возможность поворота (RU 2658199, МПК B63H 3/04; B64C 11/00).

Известен аэродинамический винт содержит комлевую часть, которая выполнена единой для всех лопастей. Внутренняя и внешняя поверхности лопастей параллельны друг другу. Передняя кромка лопастей выполнена с фасками от поверхностей и радиусом средней части, а задняя кромка выполнена со скосом с внешней поверхности при угле скоса, равном 10…15°, и радиусом, выходящим на внутреннюю поверхность. Лопасти расположены с образованием конуса α=120…170°. Периметр перьев лопастей определен по линии кривой равной ширины. Перья лопастей могут быть разделены по линии выполнения отрезка кривой равной ширины, или по линии, параллельной линии выполнения отрезка кривой равной ширины, расположенной по всей ширине лопасти. Каждое перо расположено в единой плоскости с разворотом передней кромки от образующего конуса на угол β=0…300. По периметру винта могут быть расположены лопасти с чередованием полных, разделенных и срезанных перьев (RU 2441805; МПК B64C 11/00).

Известные винты основываются на использовании силы сопротивления потока лопастям винта. Винты отталкиваются лопастями от потока, при вращении винта, или еще добавляют силу, возникающую в лопасти, описанную уравнения Бернулли. При этом изменение траектории потока организуется резко и на небольшом участке, что выражается в силе сопротивления лопасти потоку.

Ближайшим аналогом является винт потоковый, представляющий собой вал с закрепленными на нем не менее чем двумя лопастями, закрученными вокруг вала. Каждая лопасть представляет собой ¼ части тора без внутренней части и имеет форму спирали с изменяемым шагом. Достигается возможность создания плавного изменения траектории потока от 0 до 90° (RU 2778584; МПК B63H 1/14; B63H 1/26; B64C 11/00).

Недостатком ближайшего аналога является его ограничение в работе, так как винт изменяет поток, проходящий через него от 0° до 90° к плоскости основания винта, только в одной плоскости.

Задача, стоящая перед авторами состоит в повышении мощности винта потокового.

Задача решается благодаря сущности заявляемого винта потокового усовершенствованного, форма лопастей которого позволяет изменять, проходящий через него, поток газа или жидкости от 0° до 90° в двух плоскостях.

Винт потоковый усовершенствованный представляет собой вал 1 с закрепленными на нем, не менее чем четырьмя, лопастями 2. Каждая лопасть винта представляет собой ¼ часть тора, при этом каждая точка перегиба поверхности лопасти 2 закручена вокруг вала 1 по одинаковому радиусу, в одной плоскости; при этом каждая точка перегиба поверхности лопасти 2 удаляется (или приближается) относительно плоскости основания винта по такому же радиусу. Следовательно, поверхности лопасти заявляемого винта, изменяется в двух плоскостях.

Форма лопастей 2 выполнена таким образом, чтобы поток, образующийся от вращения винта, изменялся от 0° до 90° к плоскости основания винта, не только в одной плоскости движения потока, которая поворачивается вместе с винтом, а поток использует и центробежную силу при вращении винта, соответственно давление потока на лопасти 2, изменяется еще и в другой плоскости движения потока. Так как изменение направления потока от 0° до 90° к плоскости основания винта, в одной плоскости движения потока имеет кривизну радиуса R, а в другой плоскости движения потока имеет кривизну такого же радиуса, то можно сложить два вектора возникающей силы от прохождения потока через лопасти 2 в разных плоскостях и перпендикулярные друг другу. В итоге мы имеем прибавку к силе винта на корень из 2. Вращение винта, описанное в ближайшем аналоге, служит только для создания потоков на лопасти 2 винта, но вращение винта создает и центробежную силу, которую можно использовать, что и реализовано в данной заявке.

F=2*ρ*S*π*v²*sin(45°)*√2 - сила на винт потоковый усовершенствованный;

ρ - плотность вещества потока;

F - Центробежная сила;

v - Скорость потока;

R - Радиус длины участка потока;

S - Площадь входа участка потока.

На фиг. 1 схематично показан винт потоковый усовершенствованный (вид сверху), пунктиром показана область перегиба поверхности лопастей винта, стрелочками показаны силы, возникающие в лопастях винта.

На фиг. 2 показан общий вид винта потокового усовершенствованного, в аксонометрии.

На фиг. 3 изображено направление, движения потока (показано стрелочками) газа или жидкости, при принудительном вращения винта потокового усовершенствованного.

На фиг. 3а изображено направление, движения потока (показано стрелочками) газа или жидкости, при работе винта потокового усовершенствованного, используемого в качестве генератора электроэнергии, под динамическим давлением потока газа или жидкости.

Способ работы заявляемого винта.

Работу заявляемого устройства можно описать на примере принудительного вращения винта для создания потока, или возникновения динамического давления окружающего пространства газового или водного содержания для создания вращения винта.

Пример работы винта, установленного на водном (подводном) или воздушном судне, при его принудительном вращении (фиг. 3)

При осуществлении данного способа работы, вал 1 винта приводится в движение при помощи работы двигателя водного или воздушного судна, на котором установлен винт. В результате вращения винта создаются потоки газа или жидкости, при этом, благодаря форме лопастей 2, образовавшийся поток изменяется от 0° до 90° к плоскости основания винта, не только в одной плоскости, а используем центробежную силу вращения винта, соответственно давление потока на лопасти 2, изменяется еще и в другой плоскости. Так как изменение направления потока от 0° до 90° к плоскости основания винта, в одной плоскости движения потока имеет кривизну радиуса R, а в другой плоскости движения потока имеет кривизну такого же радиуса, то можно сложить два вектора возникающей силы от прохождения потока через лопасти в разных плоскостях и перпендикулярные друг другу. В итоге мы имеем прибавку к силе винта на корень из 2.

Пример работы винта, используемого в качестве генератора электроэнергии, под динамическим давлением потока газа или жидкости (фиг. 3а).

При осуществлении данного способа работы, вал 1 винта, установленный на генераторе электроэнергии, приводится в движение при помощи внешнего воздействия на лопасти 2 потока воды (например, проточной реки) или газа, которые создают в винте силы, заставляющие его вращаться. Таким образом, благодаря форме лопастей 2 винта, создается плавное изменение траектории потока от 0° до 90° к плоскости основания винта, не только в одной плоскости, которая поворачивает вместе с винтом для создания потока в лопасти 2, а с использованием центробежной силы при вращении, соответственно давление потока на лопасти 2, изменяется еще и в другой плоскости. В результате такого вращения винта, генерируется электроэнергия.

Таким образом, поставленная перед автором задача, выполнена.

Изобретение относится к судостроению и авиастроению, а именно к водным и воздушным судовым винтам, также может найти применение в качестве генератора водных и воздушных потоков в электрическую энергию. Винт потоковый представляет собой вал с закрепленными на нем лопастями, каждая из которых представляет собой ¼ часть тора. Каждая точка перегиба поверхности лопасти закручена вокруг вала по одинаковому радиусу в одной плоскости. Каждая точка перегиба поверхности лопасти удаляется или приближается относительно плоскости основания винта по такому же радиусу. Достигается повышение мощности винта. 4 ил.

Винт потоковый, представляющий собой вал с закрепленными на нем лопастями, каждая из которых представляет собой ¼ часть тора, отличающийся тем, что каждая точка перегиба поверхности лопасти закручена вокруг вала по одинаковому радиусу в одной плоскости, при этом каждая точка перегиба поверхности лопасти удаляется или приближается относительно плоскости основания винта по такому же радиусу.