ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПОТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВОЙСТВ ЛЕНТЫ МЕБИУСА

Настоящая полезная модель относится преимущественно к ветроэнергетике для получения механической или электрической энергии от использования энергии ветра.
Известны устройства аналогичного назначения, например, [1] «Ветроко-лесо» по авторскому свидетельству СССР №868103 (аналог), содержащее вал и закрепленную на нем лопасть, имеющую форму поверхности Мебиуса, выполненную из упругого материала.
Данное устройство имеет невысокий КПД, т.к. у него имеется только одна лопасть в форме ленты Мебиуса, не создающая эффективного крутящего момента для вала ветроколеса.
Известно также «Рабочее колесо двигателя» по авторскому свидетельству СССР №1305430 (аналог), содержащее вал, лопасть в форме ленты Мебиуса, состоящую из трех участков в форме трилистной фигуры, управляющих перемещением лопасти пружины и стержней, причем лопасть и стержни выполнены из сплавов с памятью формы [2].
Данное устройство сложно выполнимо в реальной конструкции и также имеет невысокий КПД, обусловленный возможностью отбора энергии от ветра только в плоскости ветроколеса.
Известно [3] «Ветроколесо» по свидетельству на полезную модель РФ №31615 автора Попова А.И. (аналог), содержащее упругую ленточную лопасть, имеющую форму поверхности Мебиуса, соединенную махами, установленными на валу, причем использовано несколько аналогичных ленточных лопастей, имеющих одинаковую по направлению вращения закрутку их концов на 180°.
Данный аналог имеет несколько больший коэффициент использования энергии ветра за счет возможности размещения нескольких участков лопастей, однако он отбирает энергию от потока ветра тоже только в плоскости ветроколеса, поэтому наращивание его мощности ограничено.
Наиболее близким по технической сути к заявленному устройству является выбранная в качестве прототипа [4] «Ветровая установка» по описанию изобретения к патенту РФ №2002104 автора Ковтуна Р.А., содержащая на опорной башне размещенные в горизонтальной плоскости валы в подшипниках, а на концах валов закреплены с двух противоположных сторон сдвоенные ветроколеса, каждое из которых имеет по четыре лопасти в форме ленты Мебиуса, развернутых относительно друг друга на 180°. Каждый из валов соединен со своим генератором.
Недостатком прототипа является его сложно выполнимая конструкция. В данном устройстве автор делает попытку увеличить коэффициент использования энергии ветра за счет увеличения числа ветроколес (по два сдвоенных ветроколеса на обоих концах вала). Эффективность данной установки возрастет незначительно, т.к. ветроколеса, создавая свои вихри, аэродинамически будут отрицательно влиять друг на друга.
Кроме того, как и в предыдущих конструкциях, в прототипе происходит отбор энергии от ветрового потока только в плоскости ветроколес.
Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, лишенного указанных недостатков.
Технические преимущества заявленного объекта по сравнению с прототипом заключаются в следующем:
- ветроколесо выполнено по форме протяженного барабанного «беличьего» колеса с передним и задним кольцами на радиальных спицах, закрепленных по центру колеса на валу. Кольца соединены продольными стержнями, причем значительное число лопастей в форме ленты Мебиуса может размещаться на диаметрально расположенных стержнях;
- ветроколесо отбирает энергию ветрового потока по всей длине протяженной конструкции;
- количество лопастей может наращиваться и определяется конкретной конструкцией преобразователя энергии потока;
- узлы закручивания концов лопастей позволяют изменять их углы атаки по отношению к скорости потока и регулировать обороты ветроколеса.
Совокупность указанных технических преимуществ по сравнению с прототипом обеспечивает технический результат, заключающийся в увеличении коэффициента использования энергии ветра и в получении большей полезной мощности по сравнению с аналогичными устройствами таких же габаритов.
На чертеже изображена схема «Преобразователя энергии потока с использованием свойств ленты Мебиуса».
В состав устройства входят также башня, узел ориентации оси вала на поток, например, флюгер (не показаны на чертеже) и ветроколесо, закрепленное на оси вала.
В предложенном устройстве ветроколесо выполнено по типу барабанного «беличьего» колеса, содержит переднее кольцо 1 и заднее кольцо 2 со спицами 3 и осью вращения 4, расположенное по центру колец, которые соединены между собой по окружности продольными стержнями 5, причем диаметрально расположенные стержни соединены между собой через узлы 6 любой известной конструкции для закручивания концов лопастей 1 выполненных в форме ленты Мебиуса.
Преобразователь энергии потока с использованием свойств ленты Мебиуса работает следующим образом.
Поток ветра «V» свободно проходит вдоль оси 4 через переднее кольцо 7 с радиальными спицами 3 и воздействует поочередно на радиально расположенные лопасти 7 в форме ленты Мебиуса. Лопасти сдвинуты в пространстве относительно друг друга на определенный угол, зависящий от длины конструкции и от числа стержней. Вариант конструкции, изображенный на чертеже, имеет шесть стержней 5 или - три пары противоположно расположенных стержней, к которым могут быть прикреплены лопасти со сдвигом на 120°.
На чертеже для упрощения изображены только три лопасти в форме ленты Мебиуса. Фактическое их количество определяется конкретной конструкцией для получения установленной мощности.
В предлагаемой конструкции увеличение коэффициента использования энергии потока достигается как увеличением диаметра колец 1, 2 и, соответственно, диаметров вращения лопастей 7, так и - размещением большего количества лопастей на стержнях 5 определенной длины.
Поскольку предложенное устройство отбирает энергию от потока не только в плоскости ветроколеса, но и на определенной длине потока, а также от боковых струй, поэтому устройство менее критично к установке строго на ветер и может работать без потери мощности при отклонении оси 4 от направления «V» потока ветра на углы ±25°.
В зависимости от скорости потока целесообразно устанавливать оптимальный угол атаки - наклона концов лопастей 7 с помощью узлов закручивания 6 любой известной конструкции, которые расположены на стержнях 5.
По мнению авторов технический результат заявленной полезной модели заключается в простоте конструкции для ее изготовления, в возможности увеличения отбора мощности от потока за счет удлинения устройства и увеличения числа лопастей в форме ленты Мебиуса, размещаемых в предложенном устройстве, в отличии от аналогов и прототипа, диаметрально к потоку. Подобное расположение лопастей повышает коэффициент использование энергии потока и приближает их рабочие параметры к параметрам пропеллерных устройств.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР №868103, МПК Кл. F03D 1/06 «Ветроколесо». Автор И.А.Перепелкин (аналог).
2. Авторское свидетельство СССР №1305430, МПК F03D 1/06, F03B 3/12 «Рабочее колесо двигателя». Авторы В.В.Каминский и Г.Г.Исакаев (аналог).
3. Свидетельство на полезную модель РФ №31615, МПК F03D 1/06, «Ветроколесо». Авторы Попов А.И., Попов М.А., Попов Д.А.(аналог).
4. Описание изобретения к патенту РФ №2002104, МПК F03D 1/06 «Ветровая установка». Автор Р.А. Ковтун. (прототип).