Рефераты, курсовые, доклады; Проектирование и изготовление ветродвигателя- скачать рефераты, бесплатно рефераты

Проектирование и изготовление ветродвигателя

3.1 Описание общей компоновки технического объекта.

Для изготовления ветродвигателя был выбран тип ветродвигателя карусельный. Он имеет наивысший коэффициент использования энергии ветра и более надёжны в эксплуатации. Лопасти сделаны из стеклотекстолита так как, он прочный, гибкий, упругий и легкий материал. Лопасти ветродвигателя имеют дугообразную форму, и они закреплены выпуклостями наружу, относительно оси. Это сделано для того, чтобы прирост парусности лопасти со стороны вогнутой ее части за счет центробежной силы, превышал этот прирост со стороны выпуклости по отношению к потоку воздуха, за счет обтекаемости выпуклого участка лопасти. Так же на концах лопасти есть пружины, они необходимы, для того чтобы при порыве ветра лопасти держали дугообразную форму. Механическое движение с оси на генератор передается с помощью ременной передачи, так как ее проще изготовить, и она лучше предает механическое движение. Корпус ветродвигателя имеет прямоугольную форму, внутри его расположен генератор, аккумулятор, реле, провода и светодиод, так же корпус обеспечивает устойчивость ветродвигателю.

Ветродвигатель состоит из двух лопастей, который жестко закреплены с одной стороны на направляющих, а с другой стороны лопасти присоединены с помощью втулки и пружины к каркасу, который в свою очередь закреплен на оси. Ось снизу держится на подшипнике, а сверху закреплена на балке. Механической движение с оси на генератор передается с помощью ременной передачи. Выработанное электричество генератором поступает к аккумулятору и светодиоду через провода. При переключении реле ток поступает через светодиод, аккумулятор и лампочку.

3.2 Описание элементов конструкции и их особенности и взаимосвязь.

Лопасти ветродвигателя связаны с осью через каркас и направляющие. С одной стороны лопасть приклеена к направляющей, а с другой стороны припаяна к каркасу через втулку и пружину. Ось держится снизу на подшипнике, а сверху на балке. Балка припаяна к корпусу с четырех сторон, что придает жесткость конструкции. Генератор вставлен в муфту, которая припаяна к корпусу. Аккумулятор приклеен к корпусу. Реле, светодиод и лампочка вставлена в корпус.

3.3 Описание работы объекта

Объект ветродвигатель предназначен для выработки энергии за счет силы ветра. При порыве ветра лопасть начинает вращаться, вращая за собой ось, ось передает движение через ременную передачу генератору, который вырабатывает электричество, которое поступает на светодиод и аккумулятор.

За счет пружин, лопасти держат дугообразную форму. При работе ветродвигателя работают обе лопасти, за счет их дугообразной формы, которые закреплены выпуклостями наружу, относительно оси, когда на одну лопасть дует ветер, то он за счет обтекаемости выпуклого участка лопасти попадает на вторую лопасть, которая тоже имеет выпуклую форму тем самым, создавая дополнительное движение.

3.4 Недостатки конструкции

Недостатками конструкции является:

1) Конструкция не устойчивая.

2) При работе ветродвигателя происходит биение, что снижает скорость вращения оси.

3) При сильных порывах ветра (от 7 и выше м/с) конструкция подвержена поломке.

4) Генератор выдает слабое напряжение.

5) Конструкция не полностью использует силу ветра.

6) Ветродвигатель не работает при слабом ветре (1 м/с)

Заключение

Творческие способности – это индивидуальные особенности, качества человека, которые определяют успешность выполнения их творческой деятельности различного рода. Изобретательские способности – это креативное мышление, высокий уровень интеллекта, продуктивность умственной работы человека, обеспечивающие в совокупности получение нового продукта, обладающего новизной и полезностью. В обучении, новизна, как правило, является субъективной, т. е. новой только для учащегося, в то время как в реальной действительности существует критерий мировой новизны, т. е. новое в мире, а не только для учащегося. После анализа методов, подходов, приемов, средств видно, что для лучшего развития изобретательских способностей, в общеобразовательной школе, на мой взгляд, являются инструменты ТРИЗ (приемы), метод фокальных объектов, метод мозгового штурма, решение конструкторских задач.

Ветродвигатель должен работать при слабом порыве ветра и при постоянных переменах направления ветра. Лопасти ветродвигателя должны быть изготовлены из тонкого, легкого, упругого материала и должны иметь дугообразную форму. Ветродвигатель должен быть снабжен аккумулятором, чтобы генерируемая энергия накапливалась.

Библиографический список

1. #"#">#"#">#"#">#"1.files/image001.gif" alt="ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ВЕТРЯКА">

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид ветродвигателя; на фиг.2 показано укрупнено щелевое крыло; на фиг.3 и 4 показано взаимодействие ветроколеса с ветром при различных углах поворота колеса к ветру.

Ветродвигатель содержит ветроколесо с вертикальной осью вращения 1, снабженное не менее чем тремя ветровоспринимающими элементами 2, скрепленными с радиальными траверсами 3, жестко закрепленными на вертикальной оси вращения 1 перпендикулярно ей (при больших размерах ветроколеса число траверс равно двум, при малых можно использовать только одну траверсу). Внешние концы 4 траверс 3 оперты на кольцевую опору 5. При необходимости (при больших размерах ветровоспринимающих элементов), можно использовать две параллельные кольцевые опоры, разнесенные по высоте друг над другом, но по нашим расчетам в большинстве случаев достаточно одной. Ветроколесо установлено с возможностью взаимодействия с генератором электрической энергии 6. Каждый ветровоспринимающий элемент 2 выполнен в виде щелевого крыла, содержащего не менее двух параллельных лопастей 7, разнесенных в плоскости вращения ротора друг от друга на 0,3 хорды лопасти по типу щелевого крыла Жуковского Н.Е. Профилю поперечного сечения лопастей 7 придана серповидная форма, выпуклая в сторону вращения 8 ветроколеса и вогнутая со стороны ветровоспринимающих поверхностей 9, при этом ширина и длина лопастей щелевого крыла увеличивается от его вогнутой поверхности, воспринимающей ветер, не менее чем на 5% от размеров соседней наименьшей. Поперечному сечению наибольшей лопасти каждого щелевого крыла придана каплеобразная форма, для чего радиус кривизны профиля центральной части ее выпуклой поверхности выполнен меньшим, чем у остальных лопастей щелевого крыла. Кроме того, образующая ветровоспринимающей поверхности 9 наименьшей из лопастей 7 щелевого крыла радиальна и перпендикулярна вертикальной оси вращения 1.

Внешние концы траверс снабжены роликами 10 с ребордами, которыми они оперты на кольцевую опору 5, с возможностью качения по ней. Кольцевая опора 5 зафиксирована на опорных мачтах 11 (как минимум, трех).

Ветродвигатель работает следующим образом. При наличии ветра, на ветровоспринимающих элементах 2, при направлениях ветра от 0 до 180° возникают аэродинамические силы, заставляющие вращаться вал двигателя (вертикальную ось вращения), так как поверхности щелевых крыльев, движущиеся навстречу ветру, имеют более низкое аэродинамическое сопротивление. При этом, в активной зоне щелевых крыльев возникают дополнительные аэродинамические силы в соответствии со свойствами щелевого крыла, которые повышают аэродинамические силы, действующие на лопасти, в 1,7-2 раза в сравнении с одинарной - обычной лопастью.

Взаимодействие ветровоспринимающих элементов 2 с ветром представлено на фиг.3, 4 при различных углах поворота вертикальной оси вращения 1.

Из чертежей следует, что при повороте блока лопастей от 0° до 180° практически сохраняется результирующая аэродинамическая сила на ветровоспринимающем элементе.

Увеличение числа лопастей в ветровоспринимающих элементах свыше трех приведет только к снижению эффективности ветродвигателя.

При повороте ветровоспринимающих элементов от 0° до 180° практически сохраняется результирующая аэродинамическая сила на нем.

Наличие кольцевой опоры 5, укрепленной не менее чем на трех опорных мачтах 11, обеспечивает почти полную разгрузку вертикальной оси вращения и траверс ветродвигателя от опрокидывающего момента при ветре любой силы.

Вращение вертикальной оси вращения 1 передается на вал генератора электрической энергии 6 с выработкой электроэнергии.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет увеличить ветроэффективность ветродвигателя почти в 3,2 раза в сравнении с классической и довести ее до величины 0,65-0,75.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Ветродвигатель, содержащий ветроколесо с вертикальной осью вращения, снабженное не менее чем тремя ветровоспринимающими элементами, скрепленными с радиальными траверсами, закрепленными на вертикальной оси перпендикулярно ей, при этом внешние концы траверс оперты на кольцевую опору, кроме того, ветроколесо установлено с возможностью взаимодействия с генератором электрической энергии, отличающийся тем, что каждый ветровоспринимающий элемент выполнен в виде щелевого крыла, содержащего не менее двух параллельных лопастей, профилю поперечного сечения которых придана серповидная форма, выпуклая в сторону вращения ветроколеса и вогнутая со стороны ветровоспринимающих поверхностей, при этом ширина и длина лопастей щелевого крыла увеличивается от его поверхности, воспринимающей ветер, не менее чем на 5% от размеров соседней наименьшей, причем поперечному сечению наибольшей лопасти каждого щелевого крыла придана каплеобразная форма, для чего радиус кривизны профиля центральной части ее выпуклой поверхности выполнен меньшим, чем у остальных лопастей щелевого крыла.

2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что образующая ветровоспринимающей поверхности наименьшей из лопастей щелевого крыла радиальна и перпендикулярна вертикальной оси вращения.

Приложение 2

КАРУСЕЛЬНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Имя изобретателя: Султанов Адхам Закирович

Имя патентообладателя: Султанов Адхам Закирович

Адрес для переписки:

Дата начала действия патента: 1991.02.01

Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ветродвигатель содержит вертикальный полый вал, установленные на нем горизонтальные поворотные валы с лопастями, ветронаправляющее устройство, вертикальные стойки, каркас, выполненный в виде связанных между собой дугами радиальных траверс, соединенных с вертикальными стойками, укрепленные на стойках кулисы с П-образным сечением, водило с пальцем, подшипником и отверстиями, одно из которых выполнено шлицевым. Горизонтальные валы связаны со стойками с одной стороны при помощи резьбового соединения, а с другой шлицевым соединением и связаны с водилом, соединенным через палец и подшипник с кулисой. Ветронаправляющее устройство укреплено на стойках.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к ветродвигателям, работающим при любой скорости ветра, включая ураганный.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности в работе при любой скорости ветра, включая ураганный.

На рис. 1 изображен предлагаемый ветродвигатель, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3а - горизонтальный вал с лопастями и другими деталями; на фиг. 3в - водило; на фиг. 4 - кулиса; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Карусельный ветродвигатель содержит полый вертикальный вращающийся вал 1 с диаметром d, оканчивающийся шипом 2, общей высотой H + Н1 с взаимоперпендикулярными ступенчатыми отверстиями 3, выполненными на двух уровнях с высотой h (фиг. 1 и 3) и взаимодействующими с взаимоперпендикулярными горизонтальными валами 4. Один конец последних оканчивается шипом 5 и резьбой, а другой конец - таким же шипом 5, затем шлицами и резьбой. В противоположной стороне отверстий 3 выполняются окна 6 (фиг. 1 и 3), закрывающиеся через регулировочные прокладки крышками 7, закрепленными болтами (осевые линии). На крышках 7 выполнены отверстия, взаимодействующие с валами 4. Для предотвращения осевого перемещения вала 4 на него насаживается втулка 8, закрепленная на валу 4 болтом (осевая линия). Торцы втулки 8 взаимодействуют с внутренней стенкой вала 1 и внутренней стенкой крышки 7. Если диаметр вала 1 позволяет пройти человеку, то окно 6 на валу 1 не выполняется, так как втулку 8 на вал 4 насаживает человек, находясь внутри вала 1. Валы 4 выполняются с двумя взаимоперпендикулярными щелями 9, в которые насаживаются лопасти 10, крепящиеся болтами (осевые линии). Шипы 5 валов 4 насаживаются в отверстия, выполненные на стойках 11 и их левые концы через шайбы крепятся гайками (фиг. 1-3). На шлицы (правые концы валов 4) через шайбы насаживаются водила 12 (фиг. 1-3) и через шайбы крепятся гайками. На гладкое отверстие водила 12 насаживается палец 13 и через шайбу крепится гайкой (не показана), а на другой конец пальца 13 насаживается подшипник 14, взаимодействующий с кулисой 15 П-образного сечения, закрепленный на ветронаправляющие стойки 16. Для того, чтобы подшипник 14, насаженный на палец 13, точно двигался по кривой дорожке (фиг. 4), т. е. по кулисе 15, ее сечение выполняется обязательно П-образным. Вертикальные стойки 11 крепятся (осевая линия) на торцы радиальных балок 17, внутренние концы которых крепятся на кольцо 18, закрепленное сваркой (болтами) на вал 1. Верхние концы вертикальных стоек 11 крепятся на наружные торцы верхних радиальных балок 19 (осевая линия), а их внутренние концы крепятся на кольцо 20 (осевые линии), надетое на шип 2 и закрепленное болтами (осевые линии). С целью повышения жесткости наружные концы радиальных балок 17 соединяются дугами 21, образующими кольцо. Нижние концы вертикальных ветронаправляющих стоек 16 крепятся (осевые линии) на торцы радиальных балок 22, внутренние концы которых крепятся (осевые линии) на кольцо 23 (фиг. 1), взаимодействующее через ролики (не показаны) с валом 1 и кольцом 18. Радиальные балки 22 соединяются такими же дугами, как дуги 21, образующими кольцо, взаимодействующее через ролики со сплошным кольцом 24, закрепленным на крышке. Верхние концы ветронаправляющих стояков 16 крепятся на торцы радиальных балок 25, крепящихся на кольцо 26, взаимодействующие через подшипник (не показан) с шипом 2 и через ролики с кольцом 20. Радиальные балки 19 и 25 соединяются дугами как дуги 21 (фиг. 5).

Направляющий хвост 27 (фиг. 2) крепится на ветронаправляющую стойку 16 и с целью горизонтального направления ветра на радиальные балки 25 крепится кровля 28.

Если высота ветродвигателя (Н + Н1) более 50 м, устанавливается крестовина 29, взаимодействующая через ролики с кольцом 26, и на нее крепится заглушка 30. Крестовина натягивается тросами 31.

Для повышения мощности ветродвигателя к ветронаправляющим стойкам 16 крепится вертикальный щит 32 с длиной В и под углом b = 15о и вертикальный щит 33 под углом b = 45о и длиной С. Расстояние между торцами щитов 32 и 32 составляет e. Продолжением щита 32 является дуговой щит 34, закрепленный на ветронаправляющие стойки 16, занимающий сектор с углом охвата a = 90о, дуговой щит 35 с углом охвата a1 = 50о. Между вертикальными щитами 32 и 33 образуется диффузор 36 (e = 2R).

Для передачи крутящего момента на вал 1 крепятся шкив 37, шестерня 38, к которым присоединяются потребители энергии: электрогенератор 39, компрессор 40, установленные в помещении, содержащем фундамент 41 со стенами и закрывающимся потолком 42, где установлено кольцо 24. В отверстие потолка 42 установлен подшипник 43, а на фундамент - подшипник 44, взаимодействующие с валом 1.

Для поворота цилиндрической ветронаправляющей рамы, состоящей из вертикальных стоек 16, на которые закреплены дуговые щиты 34 и 35 и вертикальные щиты 32 и 33, направленные против (вдоль) ветра, служит хвост 27. Для ликвидации массивного металлоемкого хвоста 27 выполняют флюгер, точно определяющий направление ветра. Автоматически выполняет функции хвоста 27 электромотор 45, выполненный с червяком 46, взаимодействующий с червячным колесом 47, закрепленным на нижние ребра радиальные балок 22.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6

Меню

Проектирование и изготовление ветродвигателя