ТУРБИНА

Полезная модель предназначена для преобразования кинетической энергии потока воздуха (воды) в механическую энергию для вращения генератора и/или другого устройства.
Область техники, к которой относится полезная модель
Турбина может использоваться как ветроэлектростанция, гидроэлектростанция, устанавливаться на речных и морских кораблях, яхтах. Турбина дает возможность получать экологически чистую энергию. При установке турбины на корабле ротор турбины вращая генератор, подзаряжает, аккумуляторы и передает электрическую энергию на электрический мотор, который вращает гребной винт. Конструкция турбины позволяет ей работать в любом положении вертикальном или горизонтальном, при небольших габаритных размерах и небольшой скорости потока, воздуха 5-7 метров в секунду, воды 3-5 километров в час и получать существенный эффект по преобразованию энергии.
Уровень техники
Известна ветровая турбина (U.S. Patent №4279569 от 21.07.1981), первым недостатком такого технического решения является конструкция корпуса турбины, в котором маленькая длина входных каналов и слишком большой отводной канал для воздуха, воздушный поток обтекая корпус турбины с наружи будет завихрятся тормозя воздушный поток внутри турбины, вторым недостатком является конструкция ротора турбины, в котором слишком много лопаток ротора и маленькая длина лопатки относительно радиуса ротора все эти недостатки будут тормозить воздушный поток попадающий на ротор.
Известна ветровая турбина (U.S. Patent №6981839 от 03.01.2006), недостатками такого технического решения является конструкция корпуса турбины они идентичны вышеизложенному техническому решению (U.S. Patent №4279569 от 21.07.1981), средний разделитель входного воздушного потока создает большие завихрения, так как имеет форму клина, недостатком ротора является конструкция лопаток, между осью вращения и лопатками нет зазора для прохождения потока воздуха, такая конструкция ротора при появлении нагрузки на оси вращения ротор будет постепенно останавливаться.
Раскрытие полезной модели
Прототипом данной полезной модели является «Турбина двух крыльевая», патент на изобретение RU №2445508 от 10.11.09 г. Коренное отличие данной турбины от «Турбины двух крыльевой» заключается в том, что корпус турбины имеет два входа для потока воздуха (воды). Основное отличие конструкции «Турбины двух крыльевой» и заявленной турбины это конструкция корпуса турбины, в котором установлен дополнительный элемент в виде крыла. Дополнительное крыло делит корпус турбины на два входных канала прямоугольного сечения. Крыло имеет такую форму, которая плавно уменьшает площадь поперечного сечения каналов на входе в корпус турбины в пределах от 2 до 5 раза по сравнению с площадью поперечного сечения каналов перед ротором турбины, в зависимости от назначения турбины. Геометрическая форма каналов имеет плавные изгибы, ускоряет и направляет поток в сторону вращения ротора. Более длинный канал входной канал переходит в выходной канал, не давая замедлиться потоку. По сравнению с прототипом в заявленном техническом решении значительно изменена форма и объем выходного канала, площадь поперечного сечения выходного канала в зависимости от назначения турбины может быть равна в пределах от 0,5 до 3 сумм площади поперечного сечения входных каналов перед ротором, такое техническое решение дает возможность не тормозить выходящий поток воздуха (воды). Длины входных и выходного каналов находятся в зависимости от диаметра ротора в пределах от 0,5 до 3, эта зависимость определяется назначением турбины и скоростью потока воздуха или жидкости. В конструкции лопаток ротора турбины изменен профиль лопаток, в прототипе плоско-выпуклый, в заявленной турбине вогнуто-выпуклый. Вогнуто-выпуклый профиль лопаток ротора по сравнению с плоско-выпуклым профилем, при обтекании потоком относительно хорды профиля, дает возможность получить большую подъемную силу крыла лопатки ротора. Количество лопаток ротора зависит от назначения турбины и может быть от 6 до 12 штук. Данные инновации дают возможность получить при одинаковых габаритных размерах ротора турбины в два раза большую мощность, и увеличить скорость потоков в три раза, что дает возможность использовать более скоростной и более дешевый генератор, при этом капиталовложения в изменения конструкции являются незначительными. Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что значительно изменена конструкция корпуса турбины, скорость потока воздуха (воды) увеличивается внутри турбины, за счет уменьшения площади сечения входных каналов в конце перед ротором, что дает возможность вращаться ротору быстрее, чем скорость наружного потока в три раза. В сравнении с прототипом два канала в корпусе новой турбины направляют поток к лопаткам ротора с двух сторон и поток действует на большее количество лопаток и под разными углами, что увеличивает КПД (коэффициент полезного действия) турбины.
Отличительные признаки турбины:
1. Турбина снабжена средним модулем (7), который имеет форму крыла и расположен между двумя крайними модулями (5, 6) с образованием двух входных каналов (9, 10) для потока текучей среды к ротору (2), при этом модули (5, 6, 7) расположены между двумя крышками (8), а поперечные сечения входных каналов (9, 10) выполнены непрерывно уменьшающимися от входного отверстия к выпускному отверстию.
2. Лопасти ротора турбины (2) имеют вогнуто-выпуклый профиль.
3. Сечения входных каналов турбины (9; 10) выполнены непрерывно уменьшающимися от входного отверстия к выпускному отверстию от двух до пяти раз.
4. Выходной канал турбины (11) сформирован как продолжение одного из входных каналов, а площадь поперечного сечения выходного канала выполнена в пределах от половины суммы площадей поперечного сечения входных каналов перед ротором до трех.
5. Длины входных и выходного каналов турбины находятся в зависимости от диаметра ротора в пределах от половины до трех.
6. Количество лопаток ротора турбины выполнено от шести до двенадцати штук.
Описание чертежей
На фиг. 1, показан общий вид турбины в разрезе, направление потока показано номером 1, ротор турбины 2 расположен горизонтально, лопатки ротора 3, расположены симметрично относительно оси вращения 4. Турбина состоит из трех вертикальных модулей 5; 6; 7, которые закреплены между нижней и верхней крышками 8 (фигура 2). Входные каналы обозначены номерами 9; 10; выходной канал 11; рубеж перехода между входным каналом 10 и выходным каналом 11, это точка 12. Зазор между ротором и модулями 5; 7 обозначен номером 13. На фиг. 2 ротор турбины 2 расположен вертикально. Модуль 5 имеет полукруглую ложбину, в которой вращается ротор турбины 2, ротор состоит из двух круглых дисков, которые крепят лопатки 3. Крышки турбины 8 играют роль силового элемента конструкции и служат для крепления модулей и ротора в нужном положении. В местах крепления ротора в крышках установлены подшипники. В модуле турбины 5 имеется ложбина, в которую вписан ротор 2 с минимальным зазором. Ложбина модуля 5 затеняет ротор примерно на 50% диаметра ротора. Конструкция модуля 7 выполнена в виде крыла, профиль модуля 7 служит для уменьшения площади сечения входных каналов в конце перед ротором, что дает возможность вращаться ротору быстрее, чем скорость наружного потока. Геометрическая форма каналов имеет плавные изгибы, ускоряет и направляет поток в сторону вращения ротора. Модуль 6 служит для создания второго входящего потока и выходного канала. Лопатки ротора (2) расположены по радиусу от начала окружности стенок ротора. Количество лопаток ротора турбины, размер и профиль лопаток зависят от назначения турбины. Поток воздуха (воды) 1, попадая в каналы турбины, ускоряется за счет сужения каналов, приводя в движение ротор турбины. Лопатки ротора (2) также имеют несимметричный профиль, что дает дополнительное ускорение вращения ротору, так как при обтекании лопаток потоком воздуха (воды) более выпуклая часть лопатки направлена по ходу вращения ротора. Два потока воздуха (воды) попадают на ротор с разных сторон и под разными углами, максимально увеличивая коэффициент полезного действия турбины. Форма и объем выходного канала дают возможность не тормозить выходящий поток воздуха (воды).
Осуществление полезной модели
Все элементы конструкции турбины могут быть изготовлены из композитных материалов путем штамповки в матрицах методом вакуумной инфузии. Изделия из композитных материалов имеют меньший вес по сравнению со стальными изделиями, большую прочность, не подвержены коррозии и не накапливают усталостных нагрузок.