Лопасть ветродвигателя Советский патент 1992 года по МПК F03D1/06 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к конструированию лопастей ветродвигателей.

Известны лопасти ветродвигателей (крыльчатых, карусельных и др.)содержащие перо аэродинамического профиля П. Такие лопасти имеют сравнительно небольшую эффективность, а для ее увеличения у ветродвигателей большой мощности, к примеру длину лопастей доводят до нескольких десятков метров. В результате возникают проблемы обеспечения прочности и долговечности лопастей. В качестве прототипа выбрана лопасть ветроагрегата С2). Недостатком прототипа является невозможность использования дополнительного ветроколе- са для уменьшения габаритов лопастей с прямолинейной осью пера. А именно такие лопасти используются в большинстве ветродвигателей.

Цель изобретения - уменьшение габаритов лопасти (или увеличение производительности ветродвигателей при неизменных габаритах).

Эта цель достигается тем, что в лопасти ветродвигателя, содержащей перо аэродинамического профиля, связанное по крайней мере с одним ветроколесом, связанным с электрогенератором, перо лопасги снабжено полостью, ветроколесо размещено в последней и выполнено в виде ротора Савониуса, при отом ось ротора Савониуса параллельна оси пера.

От прототипа предложенное устройстзо отличается наличием в пере лопасти полости (сквозного выреза), установкой в этой полости ветроколеса в виде ротора Савониуса, размещением оси ротора Савониуса параллельно оси пера.

Другке близкие аналоги в ветротехнике автору неизвестны. Из аналогов в смежной области техники-судостроении отметимСЗЗ и 14. Отличия конструктивные. У аналогов используются роторы в виде цилиндров. Недостатки этих аналогов: необходимость дополнительного оборудования и затрат энергии на вращение цилиндров. Тем самым предлагаемое устройство имеет элементы новизны и существенные отличия от рассмотренных аналогов и прототипа.

На чертеже представлен общий вид лопасти, план и ее поперечное сечение.

СП

с

XS х|

о

00

«««А

Устройство содержит перо 1 лопасти, полость 2 в лопасти, ротор Савоииуса 3, электрогенератор 4, кинематически связанный с осью ротора Савониуса 3.

При воздействии сравнительно неболь- шого ветра независимо от его направления по отношению к оси ротора Савониуса первыми начнут вращаться роторы Савониуса, вырабатывая электроэнергию с помощью генераторов 4. Вокруг лопасти возникнет циркуляция скорости и соответствующий ой крутящий момент относительно оси вращения ветродвигателя. При некоторой величине скорости ветра, меньшей, чем в отсутствии ротора Савониуса, произойдет страгивание лопасти, начнется ее вокруг оси двигателя, которое передастся на основной электрогенератор. При рабочем режиме ветродвигателя вращение ротора Савониуса будет создавать дополнительную циркуляцию скорости на лопасти и пропорциональную ей дополнительную силу тяги и вращательный момент. В результате появляется возможность уменьшить габариты лопасти при заданной величине мощности двигателя или при неизменных габаритах увеличить выработку энергии.

Оценим эффект от установки ротора Савониуса, например,в передней кромке лопа- сти. Пусть лопасть вращается вокруг оси вращения ветродвигателя против часовой стрелки, а ротор Савониуса - в противоположном направлении. При воздействии вера перпендикулярно плоскости вращения ротора крыльчатого ветродвигателя имеем:

- на элементе пера лопасти, расположенном на радиусе г const, как на крыле образуется подъемная сила

Р(г) рУ .

где Су - коэффициент подъемной силы;

5л - площадь элемента лопасти;

V - скорость набегающего на лопасть потока,

vHvB2 + VBp2(ro),

VB и /вр(г0) - скорость ветра и скорость вращения элемента лопасти на радиусе г го.

Одновременно от ветра придет во вращение ротор Савониуса. С началом вращения лопасти вокруг оси вращения ветродвигателя на засасывающей стороне элемента лопасти скорость потока при этом увеличится, г на нагнетающей наоборот уменьшится. Возникающая от вращения ротора Савониуса циркуляция скорости даст дополнительную подъемную силу на элементе лопасти равную

РДОП(ГО) Су Sn

где Сурс- коэффициент подъемной силы ротора Савониуса;

VpC - скорость потока,набегающего на ротор. Найдем отношение

,ре

IU-Р ЖТ t

РЫ п Сц р-Ј- )

при VpC V. Обычно Сул 1,5. Для изолированного ротора Савониуса Сурс 1.6-3,0. С учетом влияния границ примем Сурс 1/3(1,6-3,0) 0,53-1,0, тогда

,.„0.53: 1.0 {TJ5-

0,35-0,67.

Таким образом,размещение ротора Савониуса в лопасти позволяет по приведенной оценке увеличить подъемную силу лопасти, а следовательно, и силу тяги и мощность на 35-67%. Наибольший эффект может быть достигнут при оптимальном конструировании лопасти и оптимальном распределении энергии вращения роторов Савониуса на создание циркуляции и выработку энергии непосредственно на лопастных генераторах. С ротором Савониуса ветродвигатель начнет работать при меньшей скорости ветра.

Формула и зобретения

Лопасть ветродвигателя, содержащая перо аэродинамического профиля, связанное по крайней мере с одним ветроколесом, соединенным с электрогенератором, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов, перо снабжено полостью, ветро- колесо размещено в последней и выполнено в виде ротора Савониуса, при этом ось ротора параллельна оси пера.

п //

Использование: конструирование лопастей ветродвигателей. Сущность: лопасть ветродвигателя содержит перо аэродинамического профиля, связанное по крайней мере с одним ветроколесом, связанным с электрогенератором. В лопасти выполнена полость (сквозной вырез), в которой размещено ветроколесо в виде ротора Савониуса, лри этом ось ротора Савониуса параллельна оси пера. 1 ил.

ф

UT