Є ще 27 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Вітро(гідро)-установка, що містить зовнішній та внутрішній корпуси, містить генератор, аеродинамічний привід, виконаний у вигляді двох послідовно встановлених на співвісних осяхгвинтів з можливістю обертання переднього та заднього гвинтів в протилежні сторони, з'єднані з генератором, яка відрізняється тим, що як зовнішній корпус застосовано концентратор потоку; як внутрішній корпус застосовано порожнистий обтічник, між якими утворений робочий канал у формі трубки Вентурі, при цьому аеродинамічний привід розміщений в найвужчому місці робочого каналу, як гвинти застосовано імпелери з лопатями, кожна з яких частково перекриває сусідню лопать в межах одного імпелера, причому лопаті переднього імпелера по своїй хорді встановлені на заданий початковий кут від 15 до 45 градусів до набігаючого потоку, а лопаті заднього імпелера по своїй хорді встановлені під заданим початковим кутом від 55 до 98 градусів до хорди лопатей переднього імпелера, містить синхронізуючий механізм взаємодії двох імпелерів, додатково містить порожнистий обтічник, виконаний діаметром принаймні 50 % від найменшого внутрішнього діаметра концентратора потоку, при цьому концентратор потоку, порожнистий обтічник та лопаті виконані аеродинамічно профільованими.

2. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що кількість, форма і розмір лопатей в передньому і задньому імпелерах можуть бути довільними.

3. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що центральна вісь може бути виконана рухомою або нерухомою.

4. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що відносно концентратора потоку імпелери можуть бути виконані із незалежним або взаємозалежним обертанням.

5. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що лопаті переднього і заднього імпелерів можуть бути виконані із різними профілями, мати аеродинамічну крутку та турбілізатори.

6. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що проміжок між сусідніми лопатями в межах одного імпелера від передньої кромки профілю до задньої виконаний таким, що звужується.

7. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що лопаті можуть бути виконані фіксованими або авто регульованими, або регульованими за допомогою під'єднаних до лопатей приводів.

8. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що як синхронізуючий механізм використовують набір конічних шестерень та/або втулок, та/або упорних підшипників, та/або кронштейнів, та/або фланців та ін. деталей.

Текст

Реферат: UA 105485 U UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вітро(гідро)-установка належить до галузі вітро і гідроенергетики, зокрема до пристроїв перетворення кінетичної енергії поточного середовища в електричну, гідравлічну та пневматичну та може бути використана для виготовлення вітро- і гідродвигунів. Відомо, що в ідеальному випадку у вільному атмосферному потоці вітро(гідро)-установка, що має один гвинт, може перетворити в механічну потужність не більше ніж 16/27 кінетичної енергії набігаючого вітро- гідроструменя, який перед вітро(гідро)-установкою має площу поперекового перерізу, рівну площі, яку займає його лопатева система (теорія Жуковського, теорія Бетца). Різними конструктивними приладами можливо збільшити аеродинамічну взаємодію вітроустановки з атмосферним (гідро)потоком, якщо прямо або опосередковано змусити взаємодіяти з лопатевою системою вітроколеса додаткову масу вітро(гідро)потоку, навколо струменя, який проходить крізь вітро(гідро)колесо. Фізично збільшення аеро(гідро)динамічної взаємодії, яка відбувається як за рахунок збільшення кількості і швидкості повітря (рідини), яке проходить крізь вітро (гідро) колесо, так і за рахунок збільшення перепаду статичного тиску на вітро(гідро)колесі. Невикористану кінетичну енергію потоку, що залишилася після проходження крізь перше колесо вітро(гідро)турбіни можливо використати за допомогою встановлення другого колеса, розміщеного на співвісній осі, за першим колесом, з можливістю обертання їх в протилежних напрямках. Застосування імпелерів, багатолопатевих гвинтів, додає нових можливостей, більш повного використання фізичних властивостей потоку, а саме - дозволяє задіяти аеро(гідро)динамічну підйомну силу на першому імпелері і силу напору на лопатях другого імпелера для страгування, а після страгування і початку обертального руху - дозволяє використання на лопатях двох імпелерів аеро(гідро)динамічної підйомної сили. Відомо, що повітряний гвинт отримує 75 % енергії від кільцевої області, яка займає від 0,5 до 1,0 радіуса, в зв'язку з цим потрібно перерозподілити потік зсередини, де його ефективність найменша, на зовнішні області, де ефективність відбору потужності гвинтом найвища. Відомі вітро(гідро)-установки, в яких застосовані методи регулювання для задоволення вимоги збереження потужності і числа обертів при зміні швидкості набігаючого потоку. Для цього використовують різні способи регулювання вітро(гідро)-установки: зміна кута атаки всієї лопаті або її частин, зменшення площі лопаті, повітряне гальмо і т.д. Відомі вітроустановка (Патент РФ № 2372519) та гідроенергетична установка (Патент РФ № 2362903) містять зовнішній та внутрішній корпуси, в останньому встановлено генератор. Аеро(гідро)динамічний привід, виконаний у вигляді двох послідовно встановлених переднього і заднього гвинтів з можливістю обертання в протилежні сторони і з'єднані з генератором через засіб перетворення обертального руху двох валів в обертальний рух одного вала, виконаний у вигляді конічного мультиплікатора, встановленого у внутрішньому корпусі. Направляючі апарати, за допомогою яких внутрішній корпус прикріплений до зовнішнього, призначені для розкрутки потоку перед його подачею на задній гвинт. Недоліком відомих вітро(гідро)-установок є відносно малий вхідний отвір, в якому знаходиться захисна решітка, що створює турбулентність потоку, що відповідно значно зменшує ККД гвинтів, гвинти нерегульованого кроку далеко віддалені один від одного і не взаємодіють між собою, робочий канал не профільований для збільшення швидкості потоку, направляючі апарати нерегульовані, тому обмежують свою корисну дію обмеженням по швидкості набігаючого потоку. Для страгування відомих вітро- гідроустановок необхідна відносно велика швидкість потоку, що відповідно зменшує ККД всієї вітро- гідроустановки. Найближчим аналогом є вітроустановка (Патент РФ № 2351798), гідроенергетична установка (патент РФ №2368797), що містять зовнішній та внутрішній корпуси, в останньому встановлений генератор. Аеро(гідро)динамічний привід, виконаний у вигляді двох послідовно встановлених гвинтів з можливістю обертання переднього і заднього гвинтів в протилежні сторони і з'єднані з генератором через засіб перетворення обертального руху двох валів в обертальний рух одного вала, виконане у вигляді диференціального планетарного мультиплікатора, встановленого у внутрішньому корпусі. Недоліком є те, що робочий канал не профільований для збільшення швидкості потоку в місці розташування гвинтів, зовнішній корпус аеро(гідро)динамічно не профільований для зниження аеро(гідро)динамічного опору потоку, відсутня взаємодія між лопатями гвинтів при зміні швидкості набігаючого потоку, необхідна відносно велика швидкість потоку для страгування вітро(гідро)-установки (швидкість запуску), відповідно, все вище зазначене знижує ККД всієї вітро(гідро)-установки. В основу корисної моделі поставлено задачу створити таку вітро(гідро)-установку, що шляхом удосконалення конструкційних елементів та їх взаємного розташування і взаємодії 1 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 дозволить збільшити ККД такої установки через збільшення використання кінетичної енергії вітро- гідропотоку та зменшенні швидкості потоку необхідної для страгування такої установки. Для вирішення поставленої задачі пропонується вітро(гідро)-установка, що містить зовнішній і внутрішній корпуси, містить генератор, аеродинамічний привід, виконаний у вигляді двох послідовно встановлених на співвісних осях гвинтів з можливістю обертання переднього і заднього гвинтів в протилежні сторони і з'єднані з генератором, згідно з корисною моделлю, як зовнішній корпус застосовано концентратор потоку, як внутрішній корпус застосовано порожнистий обтічник, між якими утворений робочий канал у формі трубки Вентурі, при цьому аеродинамічний привід розміщений в найвужчому місці робочого каналу, як гвинти застосовано імпелери з лопатями, кожна з яких частково перекриває сусідню лопать в межах одного імпелера, причому лопаті переднього імпелера по своїй хорді встановлені на заданий початковий кут від 15 до 45 градусів до набігаючого потоку, а лопаті заднього імпелера по своїй хорді встановлені під заданим початковим кутом від 55 до 98 градусів до хорди лопатей переднього імпелера, містить синхронізуючий механізм взаємодії двох імпелерів, додатково містить порожнистий обтічник виконаний діаметром принаймні 50 % від найменшого внутрішнього діаметра концентратора потоку, при цьому концентратор потоку, порожнистий обтічник та лопаті виконані аеродинамічно профільованими. Кількість, форма і розмір лопатей у передньому і задньому імпелерах можуть мати відмінності. Центральна вісь може бути виконана рухомою або нерухомою. Відносно концентратора потоку імпелери можуть бути виконані із незалежним або взаємозалежним обертанням. Лопаті переднього і заднього імпелерів можуть бути виконані із різними профілями, мати аеродинамічну крутку та турбілізатори. Проміжок між сусідніми лопатями в межах одного імпелера від передньої кромки профілю до задньої виконаний таким, що звужується. Лопаті можуть бути виконані фіксованими або авто регульованими, або регульованими за допомогою під'єднаних до лопатей приводів. Як синхронізуючий механізм застосовано набір конічних шестерень та/або втулок, та/або упорних підшипників, та/або кронштейнів, та або/фланців та ін. деталей. Утворений між концентратором потоку та порожнистим обтічником робочий канал у формі трубки Вентурі, як відомо, дозволяє збільшити потужність вітро(гідро)-установки, використовуючи додатковий перепад тиску на вітро (гідро)турбіні, фізично посилюючи аеро(гідро)динамічну взаємодію, яка відбувається як за рахунок збільшення кількості і швидкості повітря (рідини), яка проходить крізь вітро(гідро)турбіну, так і за рахунок збільшення перепаду статичного тиску на вітро(гідро)турбіні. Крім того, наявність концентратора потоку навколо вітро(гідро)турбіни збільшує його ККД за рахунок зникнення кінцевих втрат від вихрових шнурів, що сходять з кінців лопатей. Виконання порожнистого обтічника діаметром принаймні 50 % від найменшого внутрішнього діаметра концентратора потоку дозволяє покращити розподіл вітро(гідро)потоку зсередини, де його ефективність найменша, на зовнішні області, де ефективність роботи лопатей імпелерів найвища. Розміщення аеродинамічного приводу (передній та задній імпелери) у найвужчому місці робочого каналу дозволяє максимально ефективно використовувати кінетичну енергію вітро(гідро)потоку (принцип роботи трубки Вентурі). Використання імпелерів дозволяє збільшити коефіцієнт заповнення вітро(гідро)колеса до 100 %, що дозволяє максимально використовувати кінетичну енергію вітро(гідро)потоку. Розміщення лопатей в межах одного імпелера перекриваючими сусідню лопать дозволяє отримати додатковий реактивний момент, оскільки в утворених каналах, які звужуються, відбувається падіння тиску з одночасним зростанням швидкості потоку на виході з нього (створюється додатковий реактивний момент). Встановлення лопатей переднього імпелера на початковий кут від 15 до 45 градусів до набігаючого потоку створює обертальний момент, відносно осі площини обертання переднього імпелера, та одночасно перенаправляє потік на лопаті заднього імпелера. А кут від 55 до 98 градусів між хордами лопатей переднього і заднього імпелерів забезпечує найбільший обертальний момент, відносно осі площини обертання заднього імпелера, таким чином обертальні моменти переднього і заднього імпелерів додаються, що дозволяє значно знизити необхідну для запуску вітро(гідро)установки швидкість вітру (гідропотоку) на 50-100 % (швидкість вітру для страгування), що відіграє величезну роль у місцевостях з низькою середньорічною швидкістю вітро(гідро)потоку. Кутові швидкості імпелерів, що обертаються в протилежних напрямках, які передають відповідно, на статор (контрротор) і ротор електрогенератора свої обертальні моменти, складаються. Це дозволяє без застосування додаткового редуктора збільшити відносну кутову швидкість між 2 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ротором і статором (контрротором) електрогенератора в 2 рази. Синхронізуючий механізм взаємодії двох імпелерів вводиться для оптимізації регулювання проміжних кутів атаки лопатей від початкових до розрахункових, залежно від швидкості набігаючого потоку. Усі зазначені конструктивні особливості свідчать про досягнення технічного результату - збільшення ККД вітро(гідро)-установки. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де показано складові компоненти (основні та допоміжні) пристрою, що заявляється, фіг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 де: 1) концентратор потоку (Кільцевий концентратор вітрового (гідро)потоку) 2) обтічник 3) передній імпелер 4) задній імпелер 5) статор (контрротор) електрогенератора 6) ротор електрогенератора 7) вісь (порожниста) заднього імпелера 8) вісь (порожниста) переднього імпелера 9) центральна втулка 10) конічна шестірня синхронізатора 11) нерухома центральна вісь 12) нерухома центральна втулка 13) упорні підшипники 14) конічна шестерня переднього імпелера 15) конічна шестерня заднього імпелера 16) кільцева насадка переднього імпелера 17) кільцева насадка заднього імпелера 18) втулка лопаті переднього імпелера 19) втулка лопаті заднього імпелера 20) конічна шестерня заднього імпелера 21) конічна шестерня, переднього імпелера 22) конічна шестерня ротора електрогенератора 23) конічна шестерня статора (контрротора) електрогенератора 24) вал ротора електрогенератора 25) порожнистий вал статора (контрротора) електрогенератора 26) передня силова стійка 27) середня силова стійка 28) задня силова стійка 29) обертальний гвинтовий вал електродвигуна переднього імпелера 30) електродвигун переднього імпелера 31) обертальний гвинтовий вал електродвигуна заднього імпелера. 32) електродвигун заднього імпелера 33) фланець переднього імпелера 34) фланець заднього імпелера 35) шток поршня гідро- пневмодвигуна переднього імпелера 36) шток поршня гідро- пневмодвигуна заднього імпелера 37)гвинти, які регулюють довжину шарнірної тяги 38) ведучий опорний фланець переднього імпелера 39) шарнірна тяга переднього імпелера 40) регулюючий фланець переднього імпелера 41) стопор на центральній нерухомій осі 42) пружина зворотного механізму 43) стопор на порожнистій осі заднього імпелера 44) центральна ведуча вісь заднього імпелера 45) провідний підпірний фланець заднього імпелера 46) стопор на порожнистій осі переднього імпелера 47) демпферна пружина 48) регулюючий фланець заднього імпелера 49) вісь повороту лопаті заднього імпелера 50) регульований кронштейн заднього імпелера 51). шарнірна тяга заднього імпелера 52) регульований кронштейн переднього імпелера 53) вісь повороту лопаті переднього імпелера 3 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 54) гідро(пневмо)двигун переднього імпелера 55) гідро(пневмо)двигун заднього імпелера 56) порожниста силова труба 57) підпірна щогла 58) конічна шестерня синхронізатора 59) датчик повітряного (гідро)тиску (швидкісного напору) (на фіг. не приведений). Запропонована вітро(гідро)-установка, горизонтального типу фіг. 1, що використовує переваги як напірних установок (початковий кут між лопатями переднього та заднього імпелерів складає близько 90 градусів, в результаті чого потік, який змінює свій напрямок завдяки лопатям переднього імпелера, ударяє в лопаті заднього імпелера під кутом майже 90 градусів, тобто використовує силу аеро(гідро)динамічного напору на лопатях заднього імпелера, яка значно перевищує підйомну силу при цій же швидкості потоку на задньому імпелері, що сприяє більш ранньому страгуванню), так і тих, що використовують аеро(гідро)динамічну підйомну силу лопатей (до моменту страгування на лопаті переднього імпелера діє аеро(гідро)динамічна підйомна сила, а після страгування, кут істинного набігаючого потоку змінює свій напрямок відносно лопатей переднього і заднього імпелерів - лопаті імпелерів починають свій обертальний рух, в результаті чого на лопаті заднього імпелера також починає діяти аеро (гідро) динамічна підйомна сила) - фіг. 9.1, 9.2. При цьому, лопаті, що розташовані під кутом до набігаючого потоку, передають свої обертальні моменти, за допомогою різних способів їх передачі фіг. 2, фіг. 3, фіг. 4, на електрогенератор (статор і ротор) або інші засоби передачі енергії (гідро-або пневмонасоси), причому спочатку лопаті встановлені під кутами атаки (початкові кути), що забезпечують максимальний обертальний момент щодо осі обертання імпелерів (страгування), обертальні моменти яких рівносильні, спрямовані в протилежних напрямках, лопаті в імпелерах знаходяться близько одна від одної, в результаті - між ними утворюється канал, що звужується, в якому відбувається падіння тиску з одночасним зростанням швидкості потоку на виході (створюється додатковий реактивний момент) фіг. 11. Приклади виконання корисної моделі. На фіг. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, фіг. 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 представлено два незалежних імпелери, що обертаються навколо співвісних осей; На фіг. 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, фіг. 4 представлено два взаємозалежних імпелери, що обертаються навколо співвісних осей. 1 приклад виконання. На фіг. 2.1 Під дією набігаючого вітро- гідропотоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3, який через вісь 8, на якому жорстко закріплений передній імпелер 3, обертає статор (контрротор) 5 електрогенератора. Спрямовані під кутом до набігаючого вітро(гідро)потоку лопаті переднього імпелера 3 діють, як напрямні, для додання вітро(гідро)потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5.1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск вітро(гідро потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент, щодо осі обертання імпелера 4, який обертає його в протилежному напрямку, відносно переднього імпелера 3, і через порожнисту вісь 7, на якому жорстко закріплений задній імпелер 4, обертає ротор 6 електрогенератора. На фіг. 2.2; 3.2 під дією набігаючого вітро(гідро)потоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3. Лопаті переднього імпелера 3 своїми зовнішніми кінцями закріплені (у прикладі з авторегульованими і регульованими лопатями через втулки обертання 18), з кільцевою насадкою 16, що з'єднує всі кінцеві частини лопатей переднього імпелера, яка є складовою частиною статора (контрротору) 5 електрогенератора. Спрямовані під кутом до набігаючого вітро(гідро)потоку лопаті переднього імпелера 3 діють як напрямні для додання вітро(гідро)потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5.1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск вітрового (гідро)потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера, який обертає його в протилежному напрямку відносно переднього 3. Лопаті заднього імпелера 4 своїми зовнішніми кінцями закріплені (у прикладі з авторегульованими і регульованими лопатями через втулки обертання 19), з кільцевою насадкою 17, що з'єднує всі кінцеві частини лопатей заднього імпелера 4, яка є складовою частиною ротора 6 електрогенератора. На фіг. 2.3; 3.3 Під дією набігаючого вітро(гідро)потоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі 4 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 площини обертання імпелера 3, який через вал 8, на якому жорстко закріплений передній імпелер 3, обертає статор (контрротор) 5 електрогенератора. Спрямовані під кутом до набігаючого вітро(гідро)потоку лопаті переднього імпелера 3 діють як напрямні для додання вітро(гідро)потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5.1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск вітро(гідро)потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент щодо осі обертання імпелера 4, який обертає його в протилежному напрямку відносно переднього 3, і через порожнистий вал 7, що проходить через порожнистий вал переднього імпелера 8, на якому жорстко закріплений задній імпелер 4, обертає ротор 6 електрогенератора. На фіг. 2.4; 3.4 Під дією набігаючого вітро(гідро)потоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3, який через конічну шестірню 21, жорстко закріплену на порожнистому валу 8 переднього імпелера 3, через конічну шестірню 23, жорстко пов'язану з порожнистим валом 25, що проходить через силову стійку 56 у вигляді порожнистої труби, розташованої на вертикальній осі обертання вітро- гідроустановки, обертає статор (контрротор) 5 електрогенератора, що знаходиться в нижній частині концентратора потоку 1 вітро(гідро)установки. Спрямовані під кутом до набігаючого вітро(гідро)потоку лопаті переднього імпелера 3 діють як напрямні для додання вітро(гідро)потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5.1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск вітро(гідро)потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 4, який обертає його в протилежному напрямку щодо переднього 3, і через конічну шестірню 20, жорстко закріплену на осі 44, яка проходить через порожнистий вал переднього імпелера 8, через конічну шестірню 22, жорстко пов'язану з валом 24, що проходить через порожнистий вал 25, пов'язаний зі статором (контрротором) 5 електрогенератора, силову стійку у вигляді порожнистої труби 56, розташованої на вертикальній осі обертання вітро(гідро)-установки, обертає ротор 6 електрогенератора. 2 приклад виконання. На фіг. 2.5; 4.1 під дією набігаючого вітро(гідро)потоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3, який через порожнистий вал 8, на якому жорстко закріплений передній імпелер 3, обертає статор (контрротор) 5 електрогенератора. Спрямовані під кутом до набігаючого вітро(гідро)потоку лопаті переднього імпелера 3 діють як направляючі, для додання вітро(гідро)потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5.1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск вітро(гідро)потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент щодо осі обертання імпелера 4, який обертає його в протилежному напрямку, відносно переднього 3, і через порожнистий вал 7, на якому жорстко закріплений задній імпелер 4, обертає ротор 6 електрогенератора. Задній імпелер 4, через конічні шестерні 14, 15, 10 і центральну втулку 12 синхронізує своє обертання з обертанням переднього імпелера 3 щодо нерухомого концентратора потоку 1 вітр (гідро)установки. На фіг. 2.6; 4.2 під дією набігаючого вітро(гідро)потоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3. Лопаті переднього імпелера 3 своїми зовнішніми кінцями закріплені (у прикладі з авторегульованими і регульованими лопатями через втулки обертання 18), з кільцевою насадкою 16, що з'єднує всі кінцеві частини лопатей переднього імпелера 3, яка є складовою частиною статора (контрротора) 5 електрогенератора. Спрямовані під кутом до набігаючого вітро(гідро)потоку лопаті переднього імпелера 3 діють як напрямні для додання вітро(гідро)потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5.1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск вітро(гідро)потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 4, який обертає його в протилежному напрямку відносно переднього 3. Лопаті заднього імпелера 4 своїми зовнішніми кінцями закріплені (у прикладі з авторегульованими і регульованими лопатями через втулки обертання 19), з кільцевою насадкою 17, що з'єднує всі кінцеві частини лопатей заднього імпелера 4, яка є, складовою частиною ротора 6 електрогенератора. Задній імпелер 4, через конічні шестерні 14, 15, 10 і центральну втулку 12 синхронізує своє обертання з обертанням переднього імпелера 3 щодо нерухомого концентратора потоку 1 вітро- гідроустановки. 5 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 2.7; 4.3 під дією набігаючого вітро(гідро)потоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3, який через порожнистий вал 8, на якому жорстко закріплений передній імпелер 3, обертає статор (контрротор) 5 електрогенератора. Спрямовані під кутом до набігаючого вітро(гідро)потоку лопаті переднього імпелера 3 діють як напрямні для додання вітро(гідро)потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5.1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск вітро(гідро)потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент, щодо осі обертання імпелера 4, який обертає його в протилежному напрямку, відносно переднього 3, і через вал 44, що проходить через порожнистий вал переднього імпелера 8, на якому жорстко закріплений задній імпелер 4, обертає ротор 6 електрогенератора. Задній імпелер 4, через конічні шестерні 14, 15, 10 і центральну втулку 12 синхронізує своє обертання з обертанням переднього імпелера 3 щодо нерухомого концентратора потоку 1 вітро- гідроустановки. На фіг. 2.8; 4.4 під дією набігаючого вітро(гідро)потоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3, який через конічну шестірню 21, жорстко закріплену на порожнистому валу 8 переднього імпелера 3, через конічну шестірню 23, жорстко пов'язану з валом 25, проходить через силову стійку 56 у вигляді порожнистої труби, розташованої на вертикальній осі обертання вітро(гідро)установки, обертає статор (контрротор) 5 електрогенератора, що знаходиться в нижній частині концентратора потоку 1 вітро(гідро)установки. Спрямовані під кутом до набігаючого вітро(гідро)потоку лопаті переднього імпелера 3 діють як напрямні для додання вітро(гідро)потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5.1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск вітро(гідро)потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент, щодо осі площини обертання імпелера 4, який обертає його в протилежному напрямку, щодо переднього 3, і через конічну шестірню 20, жорстко закріплену на валу 44, який проходить через порожнистий вал переднього імпелера 8, через конічну шестірню 22, жорстко пов'язану з валом 24, що проходить через порожнистий вал 25, пов'язаний зі статором (контрротором) 5 електрогенератора, силову стійку у вигляді порожнистої труби 56, розташованої на вертикальній осі обертання вітро(гідро)установки, обертає ротор 6 електрогенератора. Задній імпелер 4, через конічні шестерні 14, 15, 10 і центральну втулку 12 синхронізує своє обертання з обертанням переднього імпелера 3 щодо нерухомого концентратора потоку 1 вітро- гідроустановки. На фіг. 2.9; 4.5 під дією набігаючого вітро(гідро)потоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3, який через конічну шестірню 14, жорстко закріплену на порожнистому валу 8 переднього імпелера 3, через конічну шестірню 10, жорстко пов'язану з валом 24, який проходить через силову стійку 56 у вигляді порожнистої труби, розташованої на вертикальній осі обертання вітро(гідро)установки, обертає ротор 6 електрогенератора, що знаходиться в нижній частині концентратора потоку 1 вітро(гідро)установки. Спрямовані під кутом до набігаючого вітро(гідро)потоку лопаті переднього імпелера 3 діють як напрямні для додання вітро(гідро)потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5.1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск вітро(гідро)потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 4, що обертає його в протилежному напрямку, щодо переднього 3, і через конічну шестірню 15, жорстко закріплену на порожнистому валу 7, через конічну шестірню 58, жорстко пов'язану з валом 24, силову стійку у вигляді порожнистої труби 56, розташованої на вертикальній осі обертання вітрогідроустановки, обертає ротор 6 електрогенератора. Дана схема вітро(гідро)-установки передбачає, як фіксовані фіг. 5, 5.1, авторегульовані фіг. 5, 5.2, так і регульовані за допомогою під'єднаних до лопатей приводів фіг. 5, 5.3 установлювальні кути атаки лопатей щодо набігаючого потоку. Вітро(гідро)-установка з фіксованими установлювальними кутами атаки лопатей щодо набігаючого потоку фіг. 5, 5.1 значно здешевлює конструкцію, але має при цьому і недоліки, пов'язані з усередненими значеннями установлювальних кутів, що веде до збільшення швидкості вітро(гідро)потоку необхідної для страгування вітро (гідро) турбіни та зменшення її ККД. Вітро(гідро)-установка з авторегульованими установлювальними кутами атаки лопатей щодо набігаючого потоку фіг. 5, 5.2 по вартості та ефективності роботи знаходиться на середньому рівні між вітро(гідро)установкою з фіксованими установлювальними кутами атаки лопатей щодо 6 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 набігаючого потоку та вітро(гідро)-установкою з регульованими установлювальними кутами атаки лопатей щодо набігаючого потоку за допомогою під'єднаних до лопатей приводів, що керуються комп'ютерними або ін. системами. Вітро(гідро)-установка з регульованими установлювальними кутами атаки лопатей щодо набігаючого потоку за допомогою під'єднаних до лопатей приводів керованих комп'ютерними або ін. системами по вартості та ефективності роботи знаходиться на найвищому рівні, так як комп'ютеризована система, поєднана з датчиком повітряного (гідро)тиску, що відстежує швидкість вітро(гідро)потоку, здатна, на відміну від авторегулювання установлювальних кутів, де передній і задній імпелери і кути установки їх лопатей, пов'язані між собою, дозволяє вільно регулювати кути установки лопатей незалежно в передньому і задньому імпелерах згідно з показниками датчика, а при шквальному вітрі (надрозрахунковому гідропотоці) встановлювати всі лопаті в найбільш оптимальне положення, не перериваючи обертання (встановлення максимального кута атаки щодо справжнього вектора повітряного (гідро)потоку) або під флюгерування фіг. 5, 5.3. Технічний результат досягається за рахунок технічних засобів: Зменшення швидкості запуску забезпечується за рахунок того, що через наявність зворотної пружини, що знаходиться в початковому, нестисному стані, в момент страгування кути атаки лопатей імпелерів близькі до кутів, при яких створюється максимальний обертальний момент щодо осі площини обертання імпелерів і спрямований в протилежних напрямках обертання (приклад з авторегульованими кутами установки лопатей); Оптимальний кут атаки лопатей переднього імпелера (кут, при якому реалізується максимальний обертальний момент при зміні швидкості вітро(гідро)потоку забезпечується тим, що лопаті при цьому повертаються щодо своєї поздовжньої осі (що знаходиться на відстані >50 % довжини хорди), причому кут повороту регулюється синхронізуючим механізмом, що містить кронштейни, шарнірні тяги та упорні підшипники, з пружиною зворотного механізму й обмежувачем кута атаки (приклад з авторегульованими кутами установки лопатей). Оптимальні кути атаки лопатей забезпечуються електро(гідро- пневмо)двигунами (для кожного імпелера свій) фіг. 8, встановлювані на нерухомій центральній осі між переднім і заднім імпелерами (1 приклад) або в центральному корпусі на силових нерухомих елементах в передньому і задньому відсіках обтічника (2 приклад), керовані за допомогою спільної роботи датчика швидкісного напору 59 і блока обробки його даних і створення імпульсного управління електро 30, 32, гідро- пневмо 54, 55 двигунами, які регулюють кути установки лопатей переднього і заднього імпелерів відповідно (приклад з регульованими кутами установки лопатей). - Між собою вузли синхронізації переднього і заднього імпелерів пов'язані через упорні підшипники (1 приклад) і упорні підшипники і конічні шестерні (2 приклад), які є одночасно сполучною ланкою, між двома імпелерами: синхронізують між собою кути атаки лопатей при різних швидкостях вітро(гідро)потоку і передають зусилля пружини зворотного механізму на обидва механізми синхронізації кутів повороту лопатей (приклад з авторегульованими кутами установки лопатей). - Поздовжні осі обертання лопатей переднього і заднього імпелерів розташовані за центром повних аеро(гідро)динамічних сил (зазвичай центр повних аеро(гідро)динамічних сил профілю лопаті знаходиться на відносній відстані 30 % по хорді від його носка), на відстані >50 % по хорді профілю, щоб створювався момент, який збільшує кут атаки лопаті відносно вектора швидкості істинного набігаючого потоку. Кути атаки щодо вектора істинного набігаючого потоку підтримуються пружиною зворотного механізму, що передає своє зусилля через упорні підшипники, синхронізуючий механізм, на тяги і кронштейни повороту лопатей переднього і заднього імпелерів відповідно (приклад з авторегульованими кутами установки лопатей); - Кути атаки лопатей імпелерів щодо вектора набігаючого потоку підтримуються за допомогою розташованих в центральному корпусі електродвигунів через гвинтовий привід, який перетворює обертальний рух їх валів в зворотно-поступальний рух фланців або зворотнопоступальний рух поршнів гідро-та пневмодвигунів і через упорні підшипники на регулюючі фланці, на тяги та кронштейни повороту лопатей переднього і заднього імпелерів відповідно. Сигнали приймача вітро(гідро)тиску надходять у блок керування електро(гідропневмо)двигунами, де відповідній швидкості потоку генеруються імпульси, які передаються на електро(гідро- пневмо)двигуни (приклад з регульованими кутами установки лопатей). - Значно знижуються втрати на закручування потоку за турбіною, так як імпелери які обертаються в протилежних напрямках взаємоперенаправляють його, в результаті чого отримуємо на виході з турбіни майже прямолінійну течію, що, сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)-установки. 7 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, фіг. 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 показана принципова схема передачі обертальних моментів переднього і заднього імпелерів до ротора і статора (контрротора) електрогенератора (для 1 прикладу) На фіг. 2, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, фіг. 4 показана принципова схема передачі обертальних моментів переднього і заднього імпелерів до ротора і статора (контрротора) електрогенератора (для 2 прикладу) На фіг. 5 показана схема установлювальних кутів при фіксованому, авторегульованому та регульованому прикладах виконання 5.1 Встановлені кути атаки при фіксованому положенні лопатей 5.2 Встановлені кути атаки при авторегульованому виконанні положення лопатей, де: а) початкове положення лопатей імпелера (створюється максимальний момент сил для страгування) б) розрахункове положення лопатей 5.3 Встановлені кути атаки при регульованому виконанні положення лопатей, де: в) початкове положення лопатей імпелера (створюється максимальний момент сил для страгування) г) розрахункове положення лопатей д) флюгерне положення лопатей На фіг. 6 показана кінематична схема вузла синхронізації установки кутів атаки лопатей з авторегульованим виконанням їх установки при різних режимах роботи: 6.1 При виконанні з нерухомою центральною віссю (1 приклад) 6.2 При виконанні з рухомою центральною віссю (1 приклад) 6.3 При виконанні з нерухомою центральною віссю (2 приклад) 6.4 При виконанні з рухомою центральною віссю (2 приклад) На фіг. 7 показана схема регулювання установлювальних кутів в передньому і задньому імпелерах при авторегульованому прикладі виконання: 7.1 При виконанні з нерухомою центральною віссю (1 приклад), де: а) регулювання довжини плеча кронштейна лопаті (на кожній лопаті окремо) б) регулювання довжини шарнірної тяги за допомогою гвинтів 37, які регулюють довжину шарнірних тяг (для всіх лопатей одного імпелера одночасно) 7.2 При виконанні з рухомою центральною віссю (1 приклад), де: а) регулювання довжини плеча кронштейна лопаті (на кожній лопаті окремо) б) регулювання довжини шарнірної тяги за допомогою гвинтів 37, які регулюють довжину шарнірних тяг (для всіх лопатей одного імпелера одночасно). 7.3 При виконанні з нерухомою центральною віссю (2 приклад), де: а) регулювання довжини плеча кронштейна лопаті (на кожній лопаті окремо) б) регулювання довжини шарнірної тяги за допомогою гвинтів 37, які регулюють довжину шарнірних тяг (для всіх лопатей одного імпелера одночасно). 7.4 При виконанні з рухомою центральною віссю (2 приклад), де: а) регулювання довжини плеча кронштейна лопаті (на кожній лопаті окремо) б) регулювання довжини шарнірної тяги за допомогою гвинтів 37, які регулюють довжину шарнірних тяг (для всіх лопатей одного імпелера одночасно). На фіг. 8 показана кінематична схема установки кутів атаки лопатей з регульованим виконанням їх установки при різних режимах роботи: 8.1 При виконанні з нерухомою центральною віссю (1 приклад) і управлінням електродвигунами 8.2 При виконанні з рухомою центральною віссю (2 приклад) і управлінням електродвигунами 8.3 При виконанні з нерухомою центральною віссю (1 приклад) і управлінням гідропневмодвигунами 8.4 При виконанні з рухомою центральною віссю (2 приклад) і управлінням гідропневмодвигунами. Принцип роботи рішення, що заявляється, подається нижче. Вітро(гідро)-установка з фіксованими кутами установки лопатей працює таким чином: У прикладі 1 вітро(гідро)турбіна починає обертатися при малих швидкостях вітро(гідро)потоку, істотно менше розрахункових для одноімпелерних вітро(гідро)установок, так як під дією набігаючого потоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3, який через вал 8, на якому жорстко закріплений передній імпелер 3, обертає статор (контрротор) 5 електрогенератора. Спрямовані під кутом до набігаючого потоку лопаті 8 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 переднього імпелера 3 діють, як напрямні, для додання потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5.1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент, щодо осі обертання імпелера 4, якій обертає його в протилежному напрямку, відносно переднього 3, фіг. 9, 9.2, і через вал 7, на якому жорстко закріплений задній імпелер 4, обертає ротор 6 електрогенератора. Ці обертальні моменти, спрямовані в протилежних напрямках на передньому 3 і задньому 4 імпелерах, щодо осі площини обертання імпелерів 3, 4, що передають через співвісні вали, відповідно на статор 5 (контрротор) і ротор 6 електрогенератора своє обертання значно зменшують необхідну для страгування електрогенератора швидкість потоку. При зростанні швидкості потоку до розрахункової і збільшенні при цьому обертів імпелера 3, дійсний напрямок вектору потоку зменшує істинний кут атаки лопатей переднього імпелера 3, в результаті чого, підйомна (гідродинамічна) сила досягає свого максимуму, а лобовий опір лопаті щодо вектора потоку який набігає на лопать, зменшується, обертальний момент, щодо осі площини обертання переднього імпелера 3, збільшується. При цьому обертові лопаті переднього імпелера 3 захоплюють за собою частки повітря (рідини) які утворюють вітро(гідро)потік, тим самим змінюючи вектор набігаючого на лопаті заднього імпелера 4 потоку і зменшуючи істинний кут атаки лопатей заднього імпелера 4 щодо нього, в результаті чого, підйомна (гідродинамічна) сила досягає свого максимуму, а лобовий опір лопаті щодо вектора потоку, який набігає на лопать, зменшується, обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 4, збільшується. Лопаті в імпелері 4 знаходяться близько одна від одної, в результаті цього між ними утворюється канал що звужується, в якому відбувається падіння тиску з одночасним зростанням швидкості потоку на виході (створюється додатковий реактивний момент), що сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)установки. Наявність концентратора потоку 1 навколо вітро(гідро)турбіни збільшує його ККД за рахунок зникнення кінцевих втрат від вихрових шнурів що сходять з кінців лопатей. Значно знижуються втрати на закручування потоку за турбіною, так як імпелери, які обертаються в протилежних напрямках, взаємоперенаправляють його. В результаті цього отримуємо на виході з турбіни майже прямолінійну течію, що сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)установки. Кутові швидкості, імпелерів що обертаються в протилежних напрямках, що передають відповідно, на статор (контрротор) 5 і ротор 6 електрогенератора свої обертальні моменти, додаються. Це дозволяє без застосування додаткового редуктора збільшити відносну кутову швидкість між ротором і статором (контрротором) генератора в 2 рази. У прикладі 2 вітро(гідро)турбіна починає обертатися при фігих швидкостях вітро(гідро)потоку, істотно менше розрахункових для одноімпелерних вітро(гідро)установок, так як під дією набігаючого потоку на лопаті переднього імпелера 3, розташованих під кутом до набігаючого потоку, створюється обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3, який через вал 8, на якому жорстко закріплений передній імпелер 3, обертає статор (контрротор) 5 електрогенератора. Спрямовані під кутом до набігаючого потоку лопаті переднього імпелера 3 діють, як напрямні, для додання потоку зміни напрямку під певним кутом до лопатей заднього імпелера 4, розташованих під кутом близьким до 90 градусів до спрямованого потоку фіг. 5, 5,1, фіг. 9, 9.1, що створює значний тиск вітрового (гідро)потоку (напір) на лопатях заднього імпелера 4, створюючи на ньому обертальний момент, щодо осі обертання імпелера 4, який обертає його в протилежному напрямку, відносно переднього 3, фіг. 9, 9.2, і через вісь 7, на якій жорстко закріплений задній імпелер 4, обертає ротор 6 електрогенератора. Задній імпелер 4, через конічні шестерні 14, 15, 10 і центральну втулку 9, 12 синхронізує своє обертання з обертанням переднього імпелера 3 щодо концентратора потоку 1 вітро(гідро)-установки. Ці обертальні моменти, спрямовані в протилежних напрямках на передньому 3 і задньому 4 імпелерах, щодо осі площини обертання імпелерів, передають через співвісні осі, відповідно на статор (контрротор) 5 і ротор 6 електрогенератора своє обертання, значно зменшуючи необхідну для страгування генератора швидкість вітро(гідро)потоку. Задній імпелер 4, через конічні шестерні 10, 14, 15 і центральну втулку 12 синхронізує своє обертання з обертанням переднього імпелера 3 щодо концентратора потоку 1 вітро(гідро)-установки. При зростанні швидкості вітро(гідро)потоку до розрахункової і збільшенні при цьому обертів імпелерів, дійсний напрямок вектору вітро(гідро)потоку зменшує істинний кут атаки лопатей переднього імпелера 3, в результаті чого, підйомна (гідродинамічна) сила досягає свого максимуму, а лобовий опір лопаті щодо вектора потоку, який набігає на лопать, зменшується, обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3, збільшується. При цьому обертові лопаті переднього імпелера 3 захоплюють за собою частки повітря (рідини, які утворюють вітро(гідро)потік, тим самим змінюючи вектор набігаючого на лопаті заднього 9 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 імпелера 4 потоку і зменшуючи істинний кут атаки лопатей заднього імпелера 4, щодо нього, в результаті чого, підйомна (гідродинамічна) сила досягає свого максимуму, а лобовий опір лопаті щодо вектора потоку, який набігає на лопать, зменшується, обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 4, збільшується. Лопаті в імпелері знаходяться близько одна від одної, в результаті цього між ними утворюється канал, що звужується, і в якому відбувається падіння тиску з одночасним зростанням швидкості потоку на виході (створюється додатковий реактивний момент), що сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)-установки. Наявність концентратора потоку 1 навколо вітро(гідро)турбіни збільшує його ККД за рахунок зникнення кінцевих втрат від вихрових шнурів що сходять з кінців лопатей. Значно знижуються втрати на закручування потоку за турбіною, так як імпелери, які обертаються в протилежних напрямах, взаємоперенаправляють його, в результаті чого отримуємо на виході з турбіни майже прямолінійну течію, що сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)-установки. Кутові швидкості імпелерів, що обертаються в протилежних напрямках, що передають відповідно, на статор (контрротор) 5 і ротор 6 електрогенератора свої обертальні моменти, додаються. Це дозволяє без застосування додаткового редуктора збільшити відносну кутову швидкість між ротором і статором (контрротором) електрогенератора в 2 рази. Вітро(гідро)-установка з авторегулюванням кута установки лопатей працює таким чином: За прикладом 1. Початкові установлювальні кути фіг. 5.2, положення а, забезпечуються нестисним станом пружини зворотного механізму 42, що передає своє зусилля через упорні підшипники 13, синхронізуючий механізм із тягами 39, 51 та кронштейнами 50, 52 повороту лопатей переднього 3 і заднього 4 імпелерів. Лопаті переднього імпелера 3 знаходяться під кутом до набігаючого потоку, що створює обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3 і їх кут установки близький до кута 90 градусів між хордами лопатей переднього 3 і заднього 4 імпелерів, при якому на лопаті заднього імпелера 4 створюється максимальний обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 4, спрямований в протилежному напрямку щодо обертання переднього імпелера 3, фіг.9, 9.1. Вітро(гідро)турбіна починає обертання при малих швидкостях вітро(гідро)потоку, істотно менше розрахункових для одноімпелерних вітро(гідро)-установок. При обертанні переднього імпелера 3 істинний кут атаки лопаті щодо набігаючого потоку зменшується і прагне до значення, при якому реалізується максимальна підйомна (гідродинамічна) сила та краща аеро(гідро)динамічна якість фіг. 5, 5.2, положення 6. Перенаправлений переднім імпелером 3 потік зустрічається з лопатями заднього імпелера 4 під кутом, тому оптимальний кут установки лопатей заднього імпелера 4 встановлюється щодо вектора цього потоку, фіг.9, 9.2. Кути атаки щодо вектора набігаючого потоку підтримуються пружиною 42 зворотного механізму, зусилля якої передається через упорні підшипники 13, синхронізуючий механізм із тягами 39, 51 та кронштейнами 50, 52 повороту лопатей переднього 3 і заднього 4 імпелерів. При зростанні швидкості потоку до розрахункової і збільшенні при цьому обертів імпелерів, момент аеро(гідро)динамічних сил починає розгортати лопать переднього імпелера 3, збільшуючи кут атаки, перешкоджаючи тим самим подальшому зменшенню істинного кута атаки лопаті і зберігаючи її оптифігьне положення. Цей кут є оптимальним при роботі переднього імпелера 3. У той же час момент аеро(гідро)динамічних сил починає розгортати лопать заднього імпелера 4, збільшуючи кут атаки, перешкоджаючи тим самим подальшому зменшенню істинного кута атаки лопаті і зберігаючи її оптимальне положення. Цей кут є оптимальним при роботі заднього імпелера 4. При цьому пружина зворотного механізму 42 стискається і при розрахунковій швидкості потоку регулюючі фланці імпелерів 40, 48 впираються в стопори 46, 43, а лопаті імпелерів займають своє розрахункове положення фіг. 5, 5.2, положення 6. При проміжних швидкостях вітру (гідропотоку), від моменту страгування вітро(гідро)турбіни до розрахункових значень швидкості потоку, лопаті переднього 3 і заднього 4 імпелерів будуть автоматично прагнути зайняти оптимальне положення (кут атаки), так як жорсткість пружини 42 зворотного механізму і довжини поворотних тяг 39, 51 та кронштейнів 50, 52, підбираються шляхом регулювання фіг.7 таким чином, щоб підтримувати справжні кути атаки лопатей переднього 3 і заднього 4 імпелерів в межах від - 6 до 20 градусів щодо вектору істинного набігаючого потоку, підтримуючи за рахунок цього, розрахункові характеристики для сталої швидкості потоку. Лопаті в імпелерах знаходяться близько одна від одної, в результаті цього між ними утворюється канал, що звужується та в якому відбувається падіння тиску з одночасним зростанням швидкості потоку на виході (створюється додатковий реактивний момент), що сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)-установки. Наявність концентратора потоку 1 навколо вітро(гідро)турбіни збільшує його ККД за рахунок зникнення кінцевих втрат від вихрових шнурів що сходять з кінців лопатей. Значно знижуються втрати на закручування потоку за турбіною, так як імпелери, які обертаються в протилежних напрямках взаємоперенаправляють його, в 10 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 результаті чого отримуємо на виході з турбіни майже прямолінійну течію, що сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)-установки. Кутові швидкості імпелерів, що обертаються в протилежних напрямках та передають, відповідно, на статор (контрротор) 5 і ротор б електрогенератора свої обертальні моменти, додаються. Це дозволяє без застосування додаткового редуктора збільшити відносну кутову швидкість між ротором 6 і статором (контрротором) 5 електрогенератора в 2 рази. За прикладом 2. Початкові установлювальні кути фіг.5, 5.2, положення а, забезпечуються нестисним станом пружини зворотного механізму 42, що передає своє зусилля через упорні підшипники 13, синхронізуючий механізм із тягами 39, 51 та кронштейнами 50, 52 повороту лопатей переднього 3 і заднього 4 імпелерів, через конічні шестерні 10, 14, 15 та центральну втулку 12. Лопаті переднього імпелера 3 знаходяться під кутом до набігаючого потоку, що створює обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3 і їх кут установки близький до кута 90 градусів між хордами лопатей переднього 3 і заднього 4 імпелерів, при якому на лопаті заднього імпелера 4 створюється максимальний обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 4, спрямований в протилежному напрямку щодо обертання переднього імпелера 3, фіг. 9, 9.1. Вітро(гідро)турбіна починає обертання при малих швидкостях вітро(гідро)потоку, значно менше від розрахункових для одноімпелерних вітро(гідро)установок. При обертанні переднього імпелера 3 істинний кут атаки лопаті зменшується і прагне до значення, при якому реалізується максимальна підйомна (гідродинамічна) сила і краща аеро(гідро)динамічна якість фіг. 5, 5.2, положення 6. Перенаправлений переднім імпелером 3 потік зустрічається з лопатями заднього імпелера 4 під кутом, тому оптимальний кут установки лопатей заднього імпелера 4 встановлюється щодо вектора цього потоку, фіг. 9, 9.2. Кути атаки щодо вектора набігаючого потоку підтримуються пружиною 42 зворотного механізму, яка передає своє зусилля через упорні підшипники 13, синхронізуючий механізм із тягами 39,51 та кронштейнами 50, 52 повороту лопатей переднього 3 і заднього 4 імпелерів, через конічні шестерні 10, 14, 15 і центральну втулку 12. Задній імпелер 4, через конічні шестерні 10, 14, 15 і центральну втулку 12 синхронізує своє обертання з обертанням переднього імпелера 3 щодо концентратора потоку 1 вітро(гідро)установки. При зростанні швидкості вітру (гідропотоку) до розрахункової і збільшенні при цьому обертів імпелерів, момент аеро(гідро)динамічних сил починає розгортати лопать переднього імпелера 3, збільшуючи кут атаки та перешкоджаючи тим самим подальшому зменшенню істинного кута атаки лопаті і зберігаючи її оптифігьне положення. Цей кут є оптифігьним при роботі переднього імпелера 3. У той же час момент аеро (гідро) динамічних сил починає розгортати лопать заднього імпелера 4, збільшуючи кут атаки, перешкоджаючи тим самим подальшому зменшенню істинного кута атаки лопаті і зберігаючи її оптимальне положення. Цей кут є оптимальним при роботі заднього імпелера 4. При цьому пружина 42 зворотного механізму стискається і при розрахунковій швидкості вітру регулюючі фланці імпелерів 40, 48 впираються в стопори 43, 46, а лопаті імпелерів займають своє розрахункове положення фіг. 5, 5.2, положення в. При проміжних швидкостях вітро (гідро) потоку від моменту страгування вітро(гідро)турбіни до розрахункових значень швидкості вітро(гідро)потоку лопаті переднього 3 і заднього 4 імпелерів будуть автоматично прагнути зайняти оптимальне положення (кут атаки), так як жорсткість пружини 42 зворотного механізму і довжини поворотних тяг 39, 51 та кронштейнів 50, 52, підбираються шляхом регулювання фіг. 7 таким чином, щоб підтримувати істинні кути атаки лопатей переднього 3 і заднього 4 імпелерів в межах від - 6 до 20 градусів щодо вектора істинного набігаючого потоку, підтримуючи за рахунок цього, розрахункові характеристики для сталої швидкості вітру (гідропотоку). Лопаті в імпелері знаходяться близько одна від одної, в результаті цього між ними утворюється канал, що звужується, і в якому відбувається падіння тиску з одночасним зростанням швидкості потоку на виході (створюється додатковий реактивний момент), що сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)-установки. Наявність концентратора потоку 1 навколо вітро(гідро)турбіни збільшує його ККД за рахунок зникнення кінцевих втрат від вихрових шнурів що сходять з кінців лопатей. Значно знижуються втрати на закручування потоку за турбіною, так як імпелери, що обертаються в протилежних напрямках взаємоперенаправляють його, в результаті чого отримуємо на виході з турбіни майже прямолінійну течію, що сприяє підвищенню ККД вітро (гідро) установки. Кутові швидкості імпелерів, що обертаються в протилежних напрямках та передають відповідно, на статор (контрротор) 5 і ротор 6 електрогенератора свої обертальні моменти, додаються. Це дозволяє без застосування додаткового редуктора збільшити відносну кутову швидкість між ротором 6 і статором (контрротором) 5 електрогенератора в 2 рази. Шляхом регулювання встановлених кутів лопатей імпелерів (початкових і розрахункових, за рахунок регулювання довжини плечей кронштейнів 39, 51 довжини тяг 50, 52), їх взаємозалежної роботи за допомогою 11 UA 105485 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 синхронізуючого механізму і підбору пружності пружини 42 зворотного механізму, проводиться точна настройка роботи вітро(гідро)-установки для різних швидкостей потоку фіг. 7. Вітро(гідро)-установка з регулюванням кута установки лопатей працює таким чином: Вітро(гідро)турбіна починає обертатися при фігих швидкостях вітру, що істотно менше від розрахункових для одноімпелерних вітро(гідро)-установок, так як лопаті переднього імпелера 3 знаходяться в початковому установлювальному положенні фіг. 5, 5.3,положення в, під кутом до набігаючого потоку, що створює обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 3 і кут установки близький до кута 90 градусів між хордами лопатей переднього 3 та заднього 4 імпелерів, при якому на лопаті заднього імпелера 4 створюється максимальний обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера 4, спрямований в протилежному напрямку обертання щодо обертання переднього імпелера 3, фіг. 9, 9.1. Установчі кути забезпечуються електро 30, 32 (гідро, пнемо - 54, 55) двигунами (для кожного імпелера свій) фіг.8, встановлювані на нерухомій центральній осі 11 між переднім 3 і заднім 4 імпелерами (для 1 прикладу), або в обтічнику 2 на силових нерухомих елементах 26, 27, 28 в передньому і задньому відсіках обтічника (для 2 прикладу) керовані за допомогою спільної роботи датчика швидкісного напору 59 і блока обробки його даних і створення імпульсного управління електро 30, 32, гідро, пневмо 54, 55 двигунами, які регулюють кути установки лопатей переднього 3 і заднього 4 імпелерів відповідно. Згідно з даними, одержаними з встановленого в передній частині обтічника датчика швидкісного напору 59 та обробці їх в блоці управління сигналами, які надходять з нього на електро 30, 32, гідро, пневмо 55, 56 двигуни за допомогою гвинтової передачі, яка перетворює обертальний рух валів 29, 31 електродвигунів, які проходять через отвори з різьбою у фланцях 33, 34 в зворотно-поступальний рух або поршні гідропнемодвигунів 54, 55 через їх штоки 35, 36, жорстко пов'язані з фланцями 33, 34, передають його через упорні підшипники 13 на регулюючі фланці 40, 48 переднього 3 і заднього 4 імпелерів відповідно та через шарнірні тяги 39, 51 і кронштейни 50, 52 забезпечують установку оптимальних кутів атаки лопатей переднього 3 і заднього 4 імпелерів відповідно. Лопаті в імпелерах знаходяться близько одна від одної, в результаті цього між ними утворюється канал, що звужується і в якому відбувається падіння тиску з одночасним зростанням швидкості потоку на виході (створюється додатковий реактивний момент), що сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)-установки. Значно знижуються втрати на закручування потоку за турбіною, так як імпелери, які обертаються в протилежних напрямках, взаємоперенаправляють його, в результаті чого отримуємо на виході з турбіни майже прямолінійну течію, що сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)-установки. Кутові швидкості, імпелерів що обертаються в протилежних напрямках, що передають відповідно, на статор (контрротор) 6 і ротор 5 електрогенератора свої обертальні моменти, додаються. Це дозволяє без застосування додаткового редуктора збільшити відносну кутову швидкість між ротором 5 і статором (контрротором) 6 електрогенератора в 2 рази. Щоб зменшити швидкість страгування вітро(гідро)турбіни (швидкість початку її обертання) кути атаки лопатей повинні бути близькі до кутів, при яких створюється максимальний обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера. Тому при малих швидкостях потоку, істотно менше розрахункових, для одноімпелерних вітро(гідро)-установок, щоб вітро(гідро турбіна почала обертатися, лопаті імпелерів повинні знаходитися в початковому положенні фіг. 5.1, 5.2, 5.3 положення а, в. Тоді кут між хордами лопатей переднього і заднього імпелерів близький до кута 90 град, при якому, на лопаті заднього імпелера 4 створюється максимальний обертальний момент щодо осі площини обертання імпелера фіг. 5, фіг. 9, 9.1 (обертальні моменти переднього 3 і заднього 4 імпелерів відносно площини обертання імпелерів повинні бути рівносильними для 1 прикладу). Після страгування вітро(гідро)турбіни, передній 3 і задній 4 імпелери починають своє обертання щодо осі площини обертання імпелерів, причому обертання відбувається в протилежних напрямках. При русі між лопатями повітря (рідина) втягується у обертальний рух і отримує додаткову швидкість у напрямку обертання. Вітро (гідро) потік, який захоплюється обертанням лопатей переднього імпелера 3, набуває напрямок під деяким кутом (вектором) до площини обертання заднього імпелера 4. В результаті вектор швидкості вітро(гідро)потоку на виході з робочого колеса переднього імпелера 3 відхиляється у напрямку в бік обертання. У цьому випадку кут атаки лопаті визначається як кут між вектором швидкості вітро(гідро)потоку та хордою профілю лопаті фіг. 9.2. А найбільший коефіцієнт корисної дії вітро(гідро)турбіни досягається при кутах атаки лопатей, при яких реалізується максифігьний обертальний момент щодо осі площини обертання імпелерів фіг. 5, 5.2, положення 6; 5.3, положення г. Лопаті в імпелері знаходяться близько одна від одної в результаті чого між ними утворюється канал що звужується фіг. 11, в якому відбувається падіння тиску з одночасним зростанням швидкості потоку на виході 12 UA 105485 U 5 10 (створюється додатковий реактивний момент), що сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)установки. Наявність концентратора потоку 1 навколо вітро(гідро)турбіни збільшує його ККД за рахунок зникнення кінцевих втрат від вихрових шнурів що сходять з кінців лопатей. Значно знижуються втрати на закручування потоку за турбіною, так як імпелери які обертаються в протилежних напрямках взаємоперенаправляють його, в результаті чого отримуємо на виході з турбіни майже прямолінійну течію, що також сприяє підвищенню ККД вітро(гідро)-установки. На фіг. 9 представлені схеми дії аеро(гідро)динамічних сил на лопаті імпелерів в сталому стані і обертальному русі фіг. 9.1, 9.2 і їх взаємодія. Швидкість потоку, який наближається до вітро(гідро)турбіни дорівнює V . В сталому стані імпелерів фіг. 9, 9.1, на лопаті переднього імпелера діють аеро(гідро)динамічні сили: Підйомна сила Y перпендикулярна істинній швидкості. Підйомна сила Y плюс сила напору X утворюють повну аеродинамічну силу R . Лопать рухається не по напрямку повної аеро(гідро)динамічної сили R , а по колу обертання. Тому її рухає проекція повної аеро(гідро)динамічної сили R - окружна сила Fокр . На лопаті заднього імпелера діє 15 20 аеро(гідро)динамічна сила напору X . Лопать рухається не по напрямку аеро(гідро)динамічної сили напору X , а по колу обертання. Тому її рухає проекція сили напору X - окружна сила Fокр . Окружний рух лопатей дає додаткову складову швидкості, яку можна знайти, якщо рахувати лопаті нерухомими, а вітро(гідро)потік рухомим в протилежному напрямку. Ці дві складові додаються за правилом трикутника і дають повний вектор набігання вітро(гідро потоку на площину обертання вітро(гідро)колеса фіг. 9, 9.2. Окружна швидкість Vокр більша біля кінчика лопаті (де радіус r  R ), ніж біля основи, тому  змінюється - це означає, що ідеальна лопать повинна мати крутку фіг. 9.3. Підйомна сила Y та сила лобового опору X залежать від коефіцієнтів підйомної сили C Y та коефіцієнту лобового опору C X , які в свою чергу залежать від застосованого в лопаті профілю та кута атаки  , під яким потік ударяє в лопать. При проектуванні ротора вітро(гідро)турбіни кут  буде залежати від кута істинного вітро(гідро)потоку  і відповідно, кута встановлення лопаті  . Таким чином, змінюючи кут  , кут 25 управляють підйомною силою 30 Y і силою лобового опору лопаті Окружну силу Fокр отримуємо, як різницю проекції підйомної сили опору X Y і проекції лобового на площину обертання. Fокр  Y sin   X cos   C Y Fокр  Z 2 V 2 (1  35 X. S S 2 2 Vнаб sin   C X Vнаб cos  2 2 a 2 2 S ) (C Y sin   C X cos  ) . 2 2Z 2 Вираз в останніх дужках можна назвати аеродинамічним коефіцієнтом окружної сили або окружним коефіцієнтом C окр  C Y sin   C X cos  Швидкісний кут  задається відношенням a Z і не залежить від швидкості вітро (гідро)потоку.   arctg 40 a. Z  складається із кута атаки  і кута установки лопатей  . Кут атаки знаходиться по характеристикам лопаті, тому, задавши швидкохідність Z вітро(гідро)Швидкісний кут установки, вдається одночасно розрахувати інші параметри. Тут і надалі всі розрахунки проводяться для кінця лопаті. Для інших перерізів необхідно замінити всюди в формулах Z на вираз Zr R , де Z - швидкохідність, що визначається, як 45 відношення швидкості вітру (гідропотоку) до швидкості кінця лопаті; імпелера, r - радіус вибраного перерізу. 13 R - найбільший радіус UA 105485 U Відношення окружної швидкості кінчика лопаті VR до швидкості незбуреного потоку V0 називають коефіцієнтом швидкохідності вітро(гідро)-установки кутова швидкість обертання гвинта, ZR  5 ZR (числом модулей), де  R - найбільший радіус імпелера VR Rм .  V0 V0 Для іншого радіуса r користуються поняттям місцевого коефіцієнта швидкохідності Zr  Zr Vr r .  V0 V0 Набігаючий на лопать потік викликає дві сили: силу лобового опору X , направлену назустріч вітро(гідро)потоку, і підйомну аеро(гідро)динамічну силу Y , перпендикулярну йому. S 2 Vнаб 2 S 2 Y  CY Vнаб , 2 де C X , CY - коефіцієнти лобового опору і підйомної (гідродинамічної) сили;  - щільність повітря (рідини); S - площа елемента лопаті; Vнаб - величина вектора набігання потоку, який у свою чергу дорівнює: X  CX 10 15 Vнаб  ( ZV )2  (aV )2  ZV (1  a2 ). 2Z2 Для кожного профілю необхідно визначити такий кут атаки, для якого відношення CY назване в аеродинаміці аеродинамічною якістю, є найвищим. Якщо плоска пластина нерухома і перпендикулярна швидкості потоку, то на неї діє сила CX , S 2 Vнаб . 2 Коефіцієнт C X залежить від форми тіла. Тонка пластина, що перпендикулярна до набігаючого потоку, має CX  111 - для вузьких пластин і C X  133  1 45 для широких, , , , наприклад, квадратних. Тіло обтічної краплеподібної форми має C X  0,05 . Cокр  C Y sin   C X cos  . Формула, яка об'єднує коефіцієнт заповнення колеса зі швидкохідністю Z. ib - це сумарна ширина всіх лопатей, ib DPi - це коефіцієнт заповнення. Він визначається за формулою X  CX 20 25 ib DPi  8 9Z2  1 Z2 . 30 На фіг. 10 показана поляра лопаті (застосовується для ілюстрації знаходження коефіцієнта максимальної окружної сили для заданої швидкохідності Z ) Проведемо до поляри дотичну OA і побудуємо швидкісну пряму OZ , яка задається рівнянням CY  Z CX . a Швидкісна пряма утворює з віссю величині підйомної сили BE  CY sin  . 35 Y в точці CY швидкісний кут  , розглянутий раніше. OB дорівнює A . Тому: ABD дорівнює куту  , а гіпотенуза AB Тому катет BD дорівнює: BD  CX cos  . Кут 14 є коефіцієнтом лобового опору C X в точці A . UA 105485 U Відрізок DE є різницею двох відрізків DE  BE  BD  C Y sin   C X cos   Cокр . Потужність визначається цим відрізком, відстанню від швидкісної лінії OZ до робочої точки. * максимальний в точці дотику швидкісної лінії Z до 5 10 Із графіка, як бачимо, коефіцієнт C окр поляри, а не в точці максимальної аеро(гідро)динамічної якості. За допомогою профільованого робочого каналу концентратора потоку (трубки Вентурі) і міжлопатевих каналів, що звужуються за рахунок різниці тиску між вільним атмосферним (вільним гідро) потоком і потоком всередині вузької частини каналу, що обумовлюють збільшення швидкості потоку в останньому, задається рівнянням Pa  Pi  k 1 i2  k 1q , 2  - швидкість вітро(гідро)потоку;  - щільність повітря (рідини); q 15 20 2 аеро(гідро)динамічний тиск; 2 k 1 - коефіцієнт збільшення тиску, залежний від форми каналу і числа Рейнольдса, який збільшується при зростанні останнього. Відомо, що в ідеальному випадку в вільному атмосферному потоці вітро(гідро)-установка, що має один гвинт, може перетворити в механічну потужність не більше ніж 16/27 кінетичної енергії набігаючої вітро(гідро)струменя, яка перед вітро(гідро)-установкою має площу поперекового перерізу, рівну площі, яку займає його лопатева система (теорія Жуковського, теорія Бетца). На відстані, перед вітро(гідро)установкою, де набігаючий потік рівномірний, кінетична енергія E маси m вітро(гідро)потоку дорівнює mV02 . E 2 Величина m  V0 A 25 B перерізі перед вітро(гідро)-установкою є витратою маси повітря (рідини), яке могло б пройти крізь зайняту площу вітро(гідро)колеса A за одиницю часу, якщо p . Зайнята площа вітро(гідро)колеса - це геометрична проекція площі щільність потоку вітро(гідро)колеса на площину, перпендикулярну вектору швидкості вітро(гідро)потоку V0 . У випадку перпендикулярності вектора швидкості вітра (рідини) V0 до зайнятої площі A дорівнює 30 A  D2 4 л D л - діаметр кола, який описується найбільш віддаленими від осі обертання вітро(гідро)колеса кінчиками лопатей. Повна кінетична енергія набігаючого потоку Nвітро зі швидкістю V0 та площею поперекового перерізу, яку займає його лопатева система, дорівнює 35 Nвітро  V03 A. 2 Вітро(гідро)-установка витягує з вітро(гідро)потоку тільки частку цієї потужності. Визначимо потужність, що розвиває вітро(гідро)-установка - N уст . Відношення потужності вітро(гідро)установки N уст (механічної енергії, що розвиває вітро(гідро) колесо) до наявної потужності 40 вітро(гідро)потоку Nвітро (повної енергії, що проходить крізь зайняту площу вітро(гідро)колеса) називають коефіцієнтом використання енергії вітро(гідро)потоку Сp  Nуст . Nвітро Механічна потужність вітро(гідро)установки становить 15 UA 105485 U Nуст  Сp V03 . A 2 Потужність елемента на кінчику лопаті, є добутком окружної сили на окружну швидкість N  Fокр ZV  Z3 V 3  (1  5 10 a2 2 S ) Cокр . 2Z 2 2 Потужність установки обчислюється інтегруванням по радіусу. Важливою характеристикою вітро(гідро)-установки є обертальний момент, який вона розвиває. На фіг. 12 бачимо, що найбільший обертальний момент розвивають багатолопатеві горизонтально-осьові вітро(гідро)-установки. 1 - дволопатева горизонтально-осьова установка; 2 - трилопатева горизонтально-осьова установка; 3 - багатолопатева горизонтально-осьова установка. Коефіцієнтом обертального моменту Mкр , що розвивається вітро(гідро)-установкою, називають величину См , що розраховується за такою формулою: Mкр . 2 3 V0 R л 2 Величини С p , См , Z об'єднані залежністю См  15 Ср  См Z 20 На вітро(гідро)колесо діє сила осьового (лобового) тиску (напору), яка є сумарним аеро(гідро)динамічним навантаженням на поверхню лопатей вітро(гідро)колеса, що виникає в результаті осьового опору профілю лопаті вітро(гідро)потоку. Відношення осьової сили P (сили лобового тиску(напору)), яка діє на лопатеву систему вітро(гідро)-установки, до швидкісного тиску (напору) (лобового) тиску V02 A на зайняту лопатями поверхню називають коефіцієнтом осьового 2 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 45 1. Вітро(гідро)-установка, що містить зовнішній та внутрішній корпуси, містить генератор, аеродинамічний привід, виконаний у вигляді двох послідовно встановлених на співвісних осях гвинтів з можливістю обертання переднього та заднього гвинтів в протилежні сторони, з'єднані з генератором, яка відрізняється тим, що як зовнішній корпус застосовано концентратор потоку; як внутрішній корпус застосовано порожнистий обтічник, між якими утворений робочий канал у формі трубки Вентурі, при цьому аеродинамічний привід розміщений в найвужчому місці робочого каналу, як гвинти застосовано імпелери з лопатями, кожна з яких частково перекриває сусідню лопать в межах одного імпелера, причому лопаті переднього імпелера по своїй хорді встановлені на заданий початковий кут від 15 до 45 градусів до набігаючого потоку, а лопаті заднього імпелера по своїй хорді встановлені під заданим початковим кутом від 55 до 98 градусів до хорди лопатей переднього імпелера, містить синхронізуючий механізм взаємодії двох імпелерів, додатково містить порожнистий обтічник, виконаний діаметром принаймні 50 % від найменшого внутрішнього діаметра концентратора потоку, при цьому концентратор потоку, порожнистий обтічник та лопаті виконані аеродинамічно профільованими. 2. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що кількість, форма і розмір лопатей в передньому і задньому імпелерах можуть бути довільними. 3. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що центральна вісь може бути виконана рухомою або нерухомою. 4. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що відносно концентратора потоку імпелери можуть бути виконані із незалежним або взаємозалежним обертанням. 5. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що лопаті переднього і заднього імпелерів можуть бути виконані із різними профілями, мати аеродинамічну крутку та турбілізатори. 16 UA 105485 U 5 6. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що проміжок між сусідніми лопатями в межах одного імпелера від передньої кромки профілю до задньої виконаний таким, що звужується. 7. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що лопаті можуть бути виконані фіксованими або авторегульованими, або регульованими за допомогою під'єднаних до лопатей приводів. 8. Вітро(гідро)-установка за п. 1, яка відрізняється тим, що як синхронізуючий механізм використовують набір конічних шестерень та/або втулок, та/або упорних підшипників, та/або кронштейнів, та/або фланців та ін. деталей. B P . V02 A 2 Різними конструктивними приладами можливо збільшити аеродинамічну взаємодію вітроустановки з атмосферним (гідро)потоком, якщо прямо або опосередковано змусити взаємодіяти з лопатевою системою вітроколеса додаткову масу вітро(гідро)потоку, навколо стрменя, який проходить крізь вітро(гідро)колесо. Фізично, збільшення аеро(гідро)динамічної взаємодії, яка відбувається як за рахунок збільшення кількості і швидкості повітря (рідини), яка проходить крізь вітро(гідро)колесо, так і за рахунок збільшення перепаду статичного тиску на вітро(гідро)колесі. Для цього використовують аеро(гідро)динамічно профільований концентратор потоку, який захоплює значно більшу площу (масу) набігаючого потоку, а колесо турбіни розташовують в найвужчому місці робочого каналу. Невикористану кінетичну енергію потоку, що залишилася після проходження крізь перше колесо турбіни можливо використати за допомогою встановлення другого колеса, розташованого на співісній осі, за першим колесом, з можливістю обертання їх в протилежних напрямках. Застосування імпелерів, багатолопатевих гвинтів, додає нових можливостей більш повного використання фізичних властивостей потоку, а саме - задіяти аеро(гідро)динамічну підйомну силу на першому імпелері і силу напору на лопатях другого імпелера задля страгування, а після страгування і початком обертального руху, використання на лопатях двох імпелерів аеро(гідро)динамічної підйомної сили. Для більш повного використання підйомної (гідродинамічної) сили лопаті повинні мати крутку і змінний кут установки. Лопаті в імпелері знаходяться близько одна від одної, в результаті чого між ними утворюється канал, що звужується, в якому відбувається падіння тиску з одночасним зростанням швидкості потоку на виході (створюється додатковий реактивний момент). Наявність концентратора потоку навколо вітро(гідро)турбіни збільшує його ККД за рахунок зникнення кінцевих втрат від вихрових шнурів, що сходять з кінців лопатей. Значно знижуються втрати на закручування потоку за турбіною, так як імпелери, які обертаються в протилежних напрямках взаємоперенаправляють його, в результаті чого отримуємо на виході з турбіни майже прямолінійну течію. Відомо, що повітряний гвинт отримує 75 % енергії від кільцевої області, яка займає від 0,5 до 1,0 радіуса, в зв'язку з цим потрібно перерозподілити потік з середини, де його ефективність найменша, на зовнішні області, де ефективність відбору потужності гвинтом найвища, для цього використовують обтічник діаметром принаймні 50 % від найменшого діаметра робочого каналу. 17 UA 105485 U 18 UA 105485 U 19 UA 105485 U 20 UA 105485 U 21 UA 105485 U 22 UA 105485 U 23 UA 105485 U 24 UA 105485 U 25 UA 105485 U 26 UA 105485 U 27 UA 105485 U 28

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Wind (hydraulic) unit

Автори англійською

Mukhorin Borys Dmytrovych

Назва патенту російською

Ветро(гидро)-установка

Автори російською

Мухорин Борис Дмитриевич

МПК / Мітки

МПК: F03D 9/00, F03D 5/00

Мітки: вітро(гідро)-установка

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/35-105485-vitrogidro-ustanovka.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Вітро(гідро)-установка</a>

Подібні патенти