[RU]

Приведено описание противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной ометаемой площадью поверхности, включающих по меньшей мере два ротора с равным размером траверс, присоединенных к опорной конструкции параллельно друг другу, оси вращения которых перпендикулярны направлению текучей среды при смещении роторов 0 ≤ Ro < 2R, синхронно вращающихся относительно друг друга с помощью механизма синхронизации вращения роторов, снабженные по меньшей мере одной лопастью, присоединенной к каждому ротору с помощью радиальной траверсы, при этом лопасти противоположных роторов не сталкивались в процессе вращения. Роторы с траверсами и лопастями имеют общее пространство, текучую среду, опорную конструкцию, механизм синхронизации вращения роторов, электрические машины, тормозные системы, системы рысканья, а также характеристики, параметры, эффекты и дополнительные механизмы, которыми обладают противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной ометаемой площадью поверхности по сравнению с противоточными осевыми роторными механическими устройствами без увеличенной динамической ометаемой площади поверхности.

(57) Реферат / Формула:

Приведено описание противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной ометаемой площадью поверхности, включающих по меньшей мере два ротора с равным размером траверс, присоединенных к опорной конструкции параллельно друг другу, оси вращения которых перпендикулярны направлению текучей среды при смещении роторов 0 ≤ Ro < 2R, синхронно вращающихся относительно друг друга с помощью механизма синхронизации вращения роторов, снабженные по меньшей мере одной лопастью, присоединенной к каждому ротору с помощью радиальной траверсы, при этом лопасти противоположных роторов не сталкивались в процессе вращения. Роторы с траверсами и лопастями имеют общее пространство, текучую среду, опорную конструкцию, механизм синхронизации вращения роторов, электрические машины, тормозные системы, системы рысканья, а также характеристики, параметры, эффекты и дополнительные механизмы, которыми обладают противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной ометаемой площадью поверхности по сравнению с противоточными осевыми роторными механическими устройствами без увеличенной динамической ометаемой площади поверхности.

---

Евразийское (21) 201691213 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. F03B17/06 (2006.01)
2017.02.28 F03D 3/02 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2013.12.18
(54) ПРОТИВОТОЧНЫЕ ОСЕВЫЕ РОТОРНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА С
УВЕЛИЧЕННОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ОМЕТАЕМОЙ ПЛОЩАДЬЮ ПОВЕРХНОСТИ
(86) PCT/AL2013/000001 (57) Приведено описание противоточных осевых
(87) WO 2015/089526 2015.06.25 роторных механических устройств с увеличенной
(71)(72) Заявитель и изобретатель: ометаемой площадью поверхности, включающих
ПУПУЛЕКУ АЛТИН (AL) по меньшей мере два ротора с равным размером
(74) Представитель: траверс, присоединенных к опорной конструкции
Врпд()га)Еаито1$ьСX (BY) параллельно друг другу, оси вращения которых
перпендикулярны направлению текучей среды при смещении роторов 0 < Ro < 2R, синхронно вращающихся относительно друг друга с помощью механизма синхронизации вращения роторов, снабженные по меньшей мере одной лопастью, присоединенной к каждому ротору с помощью радиальной траверсы, при этом лопасти противоположных роторов не сталкивались в процессе вращения. Роторы с траверсами и лопастями имеют общее пространство, текучую среду, опорную конструкцию, механизм синхронизации вращения роторов, электрические машины, тормозные системы, системы рысканья, а также характеристики, параметры, эффекты и дополнительные механизмы, которыми обладают противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной ометае-мой площадью поверхности по сравнению с про-тивоточными осевыми роторными механическими устройствами без увеличенной динамической оме-таемой площади поверхности.
ПРОТИВОТОЧНЫЕ ОСЕВЫЕ РОТОРНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА С УВЕЛИЧЕННОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ОМЕТАЕМОЙ ПЛОЩАДЬЮ ПОВЕРХНОСТИ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к классу противоточных осевых роторных механических устройств, которые могут послужить основой для создания нового класса противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, приемлемых для применения в различных гидравлических системах и иных устройствах, таких как ветровые турбины, гидротурбины, винты, вентиляторы-воздуходувки, компрессорные насосы, смесители и т.д.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Противоточные осевые роторные механические устройства включают различные типы устройств, такие как ветровые турбины, гидротурбины, винты, вентиляторы-воздуходувки, компрессорные насосы, смесители и т.д. Указанные устройства обладают рядом общих характеристик, эффектов, параметров и механизмов, таких как роторы с траверсами и лопастями, опорными конструкциями, электрическими машинами (электрические генераторы и электрические двигатели), наряду с параметрами, определяющими устройства и их механические и физические характеристики, и, кроме того, они обладают основной характеристикой, заключающейся в том, что их оси вращения во всех случаях расположены перпендикулярно направлению движения потока.
Противоточные осевые турбины представляют собой основные противоточные роторные осевые механические устройства и характеризуются длительной историей их конструирования (вихревого типа (аэродинамическое сопротивление), раскрытые в патенте США № 1,766,765, и подъемного типа, раскрытые в патенте США № 1,835,018).
Основное преимущество противоточных осевых турбин заключается в том, что они являются всенаправленными (по сравнению с осевыми турбинами отсутствует необходимость располагать противоточные осевые турбины в направлении потока).
Основной недостаток противоточных осевых турбин заключается в том, что они являются менее эффективными, чем осевые турбины, в основном ввиду
ограниченной ометаемой площади поверхности, используемой в устройствах для создания положительного крутящего момента (для отбора энергии). На Фиг. 1а представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины подъемного типа 10, ротора 11, ометаемой площади поверхности 24 и "Площади поверхности создания подъемной силы" ограниченной ометаемой площади поверхности, используемой турбиной для создания положительного крутящего момента, в то время как на Фиг. 1Ь представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины вихревого типа 10, ротора 11, ометаемой площадь поверхности 24 и "Площади поверхности отбора энергии" ограниченной ометаемой площади поверхности, используемой турбиной для создания положительного крутящего момента (с точки зрения свободного движения жидкости количество жидкости, "обрабатываемое" противоточными осевыми турбинами, меньше количества жидкости, "обрабатываемого" осевыми турбинами, в пространстве).
Другие недостатки противоточных осевых турбин заключаются в колебании лопастей при каждом обороте при их прохождении через участки с различным давлением (в частности, это относится к противоточным осевым турбинам подъемного типа, в которых на лопасти оказываются усилия, создающие в них напряжение, которое варьируется от сжимающего до растягивающего напряжения при каждом обороте), в возникновении момента изгиба, создаваемого на валу ротора (в частности, это касается крупногабаритных конструкций), в негативном воздействии, которое оказывают турбулентные спутные струи, создаваемые лопастями турбины подъемного типа на лопасти, проходящие через указанные турбулентные спутные струи, в передаче переменных нагрузок на опорную конструкцию (а также на другие системы, такие как основание, вал, генератор, подшипники и т.д.), в проблеме самозапуска (турбины подъемного типа), в отсутствии гидродинамического торможения (аэродинамическое торможение или гидродинамическое торможение) и в неплавной кривой крутящего момента и в вибрации.
Настоящее изобретение предусматривает создание нового класса противоточных осевых роторных механических устройств, которые будут обладать более высоким коэффициентом полезного действия по сравнению с существующим классом противоточных осевых роторных механических устройств и позволят устранить ряд перечисленных выше недостатков.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
(По всему тексту ниже DISA означает увеличенная динамическая ометаемая площадь поверхности, CARM означает противоточный осевой роторный механический, Y - угол рыскания устройства, TSR - относительная скорость конца лопасти, S - заполнение лопастной турбины, R - число Рейнольдса, BL - пограничный слой лопасти, VT - вихревого типа, Вх - лопастного типа (форма, аэродинамический профиль), FT - тип текучей среды (воздух, вода), BN - количество лопастей, (3 - установочный угол лопасти (лопасти аэродинамического профиля), Ro - смещение роторов, 6BR - расстояние между каждой вершиной лопасти и противоположной плоскостью ротора, 5В -минимальное расстояние между двумя пересекающимися лопастями противоположных роторов, BSR - шаг лопасти на роторе, BSBR - расстояние между лопастями роторов).
Противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности образуют новый класс (супер класс) по сравнению с классом известных противоточных осевых роторных механических устройств, ввиду того, что они включают (наследуют) все характеристики, эффекты, параметры и механизмы известных противоточных осевых роторных механических устройств, а также новые характеристики, эффекты, параметры и механизмы, а именно:
• Новые характеристики - основные характеристики противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности при сравнении с известными противоточными осевыми роторными механическими устройствами (без увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности), в динамическом увеличении ометаемой площади поверхности (в частности, части ометаемой площади поверхности "отбора/подвода энергии"), по сравнению с известными противоточными осевыми роторными механическими устройствами, которые могут статически увеличивать свою ометаемую площадь поверхности путем создания статического нагнетания, создания спиральных лопастей и т.д. Увеличение части "отбора/подвода энергии" ометаемой площади поверхности означает, что большее количество текучей среды проходит "обработку" противоточными осевыми роторными механическими устройствами увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности (пространственно и конструктивно), или меньшее количество текучей среды покидает указанные устройства "необработанным" (с этой точки зрения
концепция увеличенной динамической ометаемой площади поверхности эквивалента концепции увеличенного динамически обработанного количества текучей среды). Противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности могут изменять размер своей ометаемой площади поверхности (или количество обрабатываемой текучей сред) в зависимости от различных факторов, таких как относительное положение устройства по отношению к направлению движения текучей среды, роторы противоположного вращения или роторы, вращающиеся в одном направлении, установочный угол лопасти и т.д.
Дополнительной характеристикой противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности является модульность. Основой противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности является модуль, состоящий, по меньшей мере, из двух роторов, расположенных в пределах одного пространства, использующих одну и ту же текучую среду, опорную конструкцию, механизмы синхронизации вращения роторов, электрические машины, вихревые системы, системы рысканья, а также обладающие общими характеристиками, параметрами и эффектами. Противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности могут иметь несколько (ряд) модулей, которые могут совместно использовать опорную конструкцию, электрические машины, а также крутящий момент, совместно подвергаться переменным нагрузкам и т.д.
Новые эффекты - противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности подвергаются воздействию новых эффектов по сравнению с известными противоточными осевыми роторными механическими устройствами (без увеличенной динамической ометаемой площади поверхности), такие как:
> Динамическое нагнетание (динамические каналы нагнетания) -динамическое нагнетание создается вращающимися относительно друг друга лопастями противоположно расположенных роторов, за счет чего обеспечивается уменьшение количества выходящей из устройства "без совершения работы", или "необработанной" текучей среды, и увеличение количества "обработанной" устройством текучей среды пространственно и конструктивно (динамическое нагнетание воздействует как на устройства подъемного типа (создающие
подъемную силу), так и на устройства вихревого типа (аэродинамическое сопротивление)).
> Динамическое отклонения потока - динамическое отклонения потока создается вращающимися относительно друг друга лопастями противоположно расположенных роторов, в результате чего поочередно изменяется направление текучей среды путем ее "улавливания", увеличивается количество "обработанной" устройством текучей среды и ее скорость пространственно и конструктивно (воздействует как на устройства подъемного типа (создающие подъемную силу), так и на устройства вихревого типа (аэродинамическое сопротивление)).
> Газодинамическое экранирование - газодинамическое экранирование создается вращающимися относительно друг друга лопастями противоположно расположенных роторов, при этом в отношении устройств подъемного типа каждая лопасть одного ротора образует "экран" текучей среды для лопастей противоположного ротора, тем самым уменьшая негативные силы сопротивления, в то время как в отношении устройств вихревого типа лопасти, вращающиеся в направлении, противоположном направлению движения текучей среды уменьшают их профиль, тем самым уменьшая негативные силы сопротивления (воздействует как на устройства подъемного, так и устройства вихревого типа).
> Динамическое торможение текучей средой - динамическое торможение создается путем расположения новых противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности относительно направления потока, в результате чего обеспечивается изменение размера участка "отбора/подвода энергии" ометаемой площади поверхности, либо количества текучей среды, обрабатываемой устройством (воздействует как на устройства подъемного типа (создающие подъемную силу), так и на устройства вихревого типа (аэродинамическое сопротивление)).
> Динамическое гашение спутных струй - динамическое гашение создается лопастями подъемного типа противоположно расположенных роторов, вращающихся в противоположную сторону относительно друг друга, в результате чего образуются спутные струи противоположного вращения, которые могут гасит друг друга в процессе работы, тем самым уменьшая воздействие спутных струй на лопасти на участке нисходящего потока (воздействует на устройства подъемного типа).
>
> Динамическое изменение угла атаки лопасти (путем динамического отклонения потока) - динамическое изменение угла атаки создается вращающимися относительно друг друга лопатками аэродинамического (подъемного) профиля противоположно расположенных роторов, в результате чего обеспечивается поддержание оптимального угла атаки лопасти для создания подъемной силы в процессе вращения, а также задерживание глубокого срыва и процесса образования спутных струй (воздействует на устройства подъемного типа).
Указанные эффекты зависят от многих факторов, таких как тип устройств (подъемные, вихревые), положение устройств относительно направлению потока, смещение роторов Ro противоположного вращения или роторов, вращающихся в одном направлении, количество лопастей, установочный угол лопасти, расстояние между лопастями роторов и т.д. (различные сочетания вышеуказанных факторов могут способствовать возникновению ряда эффектов и препятствовать возникновению других).
• Новые параметры - противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности имеют новые параметры по сравнению с известными противоточными осевыми роторными механическими устройствами (без увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности), такие как:
> 5BR - расстояние между вершиной каждой лопасти и противоположной плоскостью траверсы ротора
5(3 - минимальное расстояние между двумя пересекающимися лопастями противоположных роторов
> Ro - смещение роторов, представляющее собой расстояние между двумя смещенными параллельными осями роторов
> Y - угол рысканья, определяющий положение участка "отбора/подвода энергии" ометаемой площади поверхности устройства относительно направления потока
> BSBR - шаг лопастей между роторами 0° <= BSBR < 180°, представляющий собой угол между двумя ближайшими лопастями противоположных роторов на плоскости параллельной роторам, при этом одна из лопастей находится в фазе вращения ср = 0° фазового угла вращения
> BRA - угол вращения лопасти 0° < BRA < 90°, являющийся максимальным углом вращающейся лопасти (вихревого типа) относительно ее ротора на плоскости траверсы ротора.
> Дополнительные механизмы - противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности снабжены дополнительными механизмами по сравнению с известными противоточными осевыми роторными механическими устройствами (без увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности), такие как:
> Механизм синхронизации вращения роторов - механизм, синхронизирующий вращение роторов относительно друг друга, имеющих одну и ту же относительную скорость конца лопасти, позволяющий избежать столкновения лопастей противоположных роторов при вращении, служащий в качестве механизма вала (устройства подъемного и вихревого типа)
> Механизм синхронизации лопасть-ротор - механизм, синхронизирующий вращение лопасти относительно ее ротора вместе с механизмом синхронизации вращения роторов таким образом, чтобы предотвращалось столкновение лопастей противоположных роторов в процессе вращения (устройства вихревого типа)
> Механизм синхронизации движения лопастей - механизм, синхронизирующий вращение лопастей (одного и того же ротора) в процессе вращения роторов, и связанный с механизмом синхронизации лопасть-ротор таким образом, чтобы лопасти противоположных роторов не сталкивались в процессе вращения (устройства вихревого типа)
> Механизм рысканья - механизм, ориентирующий участок "отбора/подвода энергии" ометаемой площади поверхности новых устройств относительно направления потока для достижения максимального значения "отбора/подвода энергии" (устройства подъемного и вихревого типа).
Противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности нового класса (супер класса) обычно становятся известными противоточными осевыми роторными механическими устройствами без увеличенной динамической ометаемой площади поверхности (известного класса) при демонтаже или частичном демонтаже противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности (в этом случае противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической
ометаемой площадью поверхности полностью лишаются новых характеристик, новых параметров, новых эффектов и дополнительных механизмов и становятся известными противоточными осевыми роторными механическими устройствами без увеличенной динамической ометаемой площади поверхности), или когда противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности меняют свое положение относительно направления потока (в этом случае в противоточных осевых роторных механических устройствах с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности сокращается участок "отбора/подвода энергии" ометаемой площади поверхности, в результате чего сокращаются их преимущества, обеспечиваемые новыми характеристиками, новыми параметрами, новыми эффектами и дополнительными механизмами, в результате чего устройства становятся известными противоточными осевыми роторными механическими устройствами без увеличенной динамической ометаемой площади поверхности).
Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности включает в основном, по меньшей мере, два ротора с одинаковыми по размеру радиальными траверсами (подразумеваются два ротора с равным размером радиуса, при этом каждый радиус ротора является траверсой), присоединенными к опорной конструкции, при этом роторы с траверсами параллельны друг другу и имеют параллельные оси вращения на плоскости, перпендикулярной потоку текучей среды (оси вращения роторов могут быть вертикальными, горизонтальными и находиться под любым углом на плоскости, которая всегда перпендикулярна потоку текучей среды). Роторы синхронно вращаются (вращаются в противоположном направлении или вращаются в одном направлении в том случае, если речь идет об устройствах подъемного типа) относительно друг друга при одной и той же относительной скорости конца лопасти с помощью, по меньшей мере, одного механизма синхронизации вращения роторов. Роторы могут быть соосными и несоосными со смещением роторов 0 <= Ro < 2R, где R - радиус ротора или размер радиальной траверсы (для значения Ro = 0 роторы являются соосными). Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности дополнительно включает, по меньшей мере, одну лопасть, присоединенную к каждому ротору с помощью радиальной траверсы на стороне между роторами (устройство может иметь различное
количество лопастей, которое может изменяться в зависимости от различных факторов, таких как тип противоточного осевого роторного механического устройства, тип текучей среды, скорость текучей среды и т.д.). Каждая вершина лопасти расположена на расстоянии 5BR > = RFR от плоскости противоположного ротора, где RFR - свобода вращения роторов (при этом подразумевается, что лопасти одного ротора не сталкиваются с противолежащим ротором в процессе вращения), и, кроме того, две ближайшие лопасти противоположных роторов, пересекающие друг друга при вращении, расположены на минимальном расстоянии друг от друга 5В > = BNCS, где BNCS - расстояние, исключающее столкновение лопастей (при этом подразумевается, что лопасти противоположных роторов не сталкиваются в процессе вращения). Имеется шаг лопастей между роторами 0° <= BSBR < 180°, являющийся углом между двумя ближайшими лопастями противоположных роторов на плоскости, параллельной плоскости траверсы ротора, при этом одна из лопастей находится под фазовым углом вращения 0°.
Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности дополнительно включает, по меньшей мере, одну электрическую машину, которая может представлять собой электрический генератор (турбины), или электрический двигатель (винты, вентиляторы-воздуходувки, компрессорные насосы, смесители и т.д). Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности имеет одну опорную конструкцию различных типов, на которой установлено все устройство. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности может отводить (подводить) энергию из газов, жидкостей или из обоих из них. Два противоположных ротора противоточного осевого роторного механического устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности с лопастям, присоединенными с помощью траверс, расположены в общем пространстве, используют одну и ту же текучую среду и иные системы, такие как опорная конструкция, механизм синхронизации, электрическая машина (генератор/двигатель), тормозная система, система рысканья и т.д., образующие один модуль устройства.
Синхронизация относительно вращающихся роторов противоточного осевого роторного механического устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности при одной и той же относительной скорости
конца лопасти (предотвращающей столкновение лопастей противоположных роторов в процессе вращения) может быть достигнута, по меньшей мере, с помощью одного синхронизирующего механизма. Механизм синхронизации вращения роторов может быть либо механическим, включающим один вал, соединенный с обоими роторами параллельно осям вращения роторов, и зубчатый механизм для обеспечения синхронного вращения роторов при одной и той же относительной скорости конца лопасти (вал передает крутящий момент одного ротора на электрическую машину, соединенную с другим ротором), либо электрическим, включающим один электрический двигатель/генератор на каждый ротор, алгоритм и систему, соединяющую электрический двигатель/генератор с использованием проводной или беспроводной связи (в этом случае синхронизирующая электромеханическая система выступает в качестве электромагнитной зубчатой системы, при этом программа алгоритма способна синхронизировать роторы противоположного вращения или роторы, вращающиеся в одном направлении, а также их скорость в соответствии с кривой максимальной эффективности в отношении скоростей различных текучих сред при правильно выбранных параметрах).
Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности также может включать лопасти, расположенные на стороне не между роторами, при этом угол между двумя ближайшими лопастями каждого ротора на плоскости траверсы ротора составляет 0° <= BSR <= 180°. В этом случае образуется гибридная система, состоящая из противоточного осевого роторного механического устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, работающая на стороне между роторами, и известного противоточного осевого роторного механического устройства, работающего на стороне не между роторами.
Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности может иметь ряд модулей, при этом угол между двумя ближайшими лопастями каждого ротора на плоскости траверсы ротора может составлять 0° <= BSR <= 180°. Модули могут быть снабжены лопастями одной и той же высоты (на одном модуле роторов во всех случаях установлены лопасти одной и той же высоты, и это определяется расстоянием между каждой вершиной лопасти и противоположной плоскостью ротора), или различные модули могут быть снабжены лопастями различной высоты. Ряд модулей может быть снабжен одной электрической машиной или
несколькими по длине ряда модулей (в этом случае каждая электрическая машина может выполнять двойную функцию в качестве генератора/двигателя или синхронизатора).
Противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, имеющие электрическую машину в виде электрического генератора для отбора энергии из текучей среды, образуют подкласс противоточных осевых турбин с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности.
Противоточная осевая турбина с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности может иметь различные тормозные системы, такие как системы механического торможения, электромагнитного торможения, гидродинамического торможения или их сочетание (гидродинамическое напряжение является новой характеристикой новых устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, и это может быть реализовано за счет изменения положения устройства относительно потока текучей среды, путем изменения установочного угла лопасти для турбин подъемного типа или сочетания этих изменений).
Противоточная осевая турбина с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности не является "полностью" всенаправленной, а вместо этого "полу"- всенаправленное устройство (имеется в виду, что новое устройство будет всегда работать в любом положении по отношению к направлению потока, но его эффективность будет различной при различных положениях устройства относительно направления потока). Положение нового устройства относительно направления потока может быть определено углом рысканья Y. Система управления рысканием противоточной осевой турбины с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности может включать систему пассивного рысканья (дефлекторная система), систему активного рысканья с электрическими двигателями, или их сочетание.
Противоточные осевые турбины с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, в которых профиль лопастей имеет профиль крыла, образуют новый подкласс противоточных осевых турбин подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности. В этом случае роторы являются несоосными, и смещение роторов Ro является функцией Ro = f (5В. Y, TSR, S, RN, BL, VT, BT, FT, BN, (3, BSR BSB).
Противоточная осевая турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности может иметь роторы противоположного синхронного вращения или синхронного вращения в одном направлении с помощью механизма синхронизации вращения роторов.
Противоточная осевая турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности может иметь постоянный установочный угол лопасти, при этом установочный угол может являться функцией (3 = f (Y, Ro, TSR, S, RN, BL, VT, BT, FT, BN, BSR, BSBR). ПОСТОЯННЫЙ установочный угол может быть одинаковым для всех лопастей, или может быть различным для различных лопастей одного и того же ротора или различных роторов, и это зависит от параметров (3 функции (в частности, от параметров BSR - шаг лопасти на роторе, BSBR - расстояние между лопастями роторов).
Противоточная осевая турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности может иметь переменный установочный угол лопасти, при этом переменный установочный угол может быть функцией (3 = f (Y, Ro, TSR, S, RN, BL, VT, BT, FT, BN, BSR, BSBR)- Переменный установочный угол не изменяется за один оборот, однако происходит переустановка установочного угла, скорректированная в зависимости от изменений скорости и направления потока (в случае изменений направления потока текучей среды, переменный установочный угол может быть отрегулирован для сочетания с различными системами управления рысканием).
Противоточная осевая турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности может иметь различную конфигурацию лопастей на роторе или между роторами, такую как прямолинейную, изогнутую (полувинтовая лопасть), саблевидную (полудельтавидная лопасть) или их сочетание. Новая турбина может иметь различные аэродинамические профили лопастей на одном роторе или между роторами, а также симметричный или асимметричный аэродинамический профиль (лопасти с асимметричным аэродинамическим профилем могут обладать преимуществом по сравнению с лопастью симметричного аэродинамического профиля, поскольку такая лопасть обеспечивает полный отбор энергии на части восходящего потока, по которой протекает меньшее количество текучей среды через новые устройства, следовательно, отсутствует необходимость в том, чтобы обеспечивался подъем симметричного аэродинамического профиля на части нисходящего потока, в результате чего усилия, создающие в лопастях
напряжение, не будут изменяться от сжимающего до растягивающего напряжения при каждом обороте).
Противоточная осевая турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности может включать несколько раскосов, механически соединяющих лопасть с ее траверсой.
Противоточные осевые турбины с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, имеющей изогнутые лопасти (лопасти вихревого типа), и роторы противоположного вращения, образуют подкласс противоточных осевых турбин вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, при этом роторы могут быть соосными и несоосными.
Противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 1 включает, по меньшей мере, два соосных ротора, синхронно вращающихся относительно друг друга с помощью механизма синхронизации роторов. Указанная турбина включает, по меньшей мере, две противоположные симметричные основные лопасти, неподвижно закрепленные на каждом роторе с помощью радиальной траверсы, перекрывающие друг друга в центре ротора, при этом каждая основная лопасть расположена под углом относительно к плоскости ее ротора на стороне осей роторов <= 90°. Указанная турбина дополнительно включает удлинитель одной основной лопасти на внешней стороне каждой основной лопасти одного ротора, расположенной под углом относительно плоскости ее ротора на стороне осей роторов < 90°. Кроме того, форма удлинителя каждой лопасти сконфигурирована для создания максимального динамичного нагнетания и динамичного отклонения текучей среды с помощью противоположных удлинителей лопастей ротора, пересекающих друг друга на участке их пересечения в процессе вращения, при этом минимальное расстояние между ними составляет 5(3.
Противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 2 включает, по меньшей мере, два несоосных ротора, синхронно вращающихся относительно друг друга с помощью механизма синхронизации роторов, и, по меньшей мере, две противоположно расположенные симметричные лопасти, неподвижно закрепленные на каждом роторе, при этом минимальное расстояние каждой лопасти до центра ротора больше, чем половина размера соответствующей траверсы ротора.
Противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 3 включает, по меньшей мере, два соосных ротора, синхронно вращающихся относительно друг друга с помощью механизма синхронизации роторов, по меньшей мере, две противоположно расположенные симметричные лопасти на одном роторе, прикрепленные к соответствующей оси вращения, перпендикулярной плоскости траверсы ротора на радиальной траверсе, при этом лопасти вращаются относительно своего ротора при максимальном угле вращения лопасти <=90°, и расстояние оси вращения лопасти от центра ротора больше, чем половина размера радиальной траверсы ротора. Указанная турбина дополнительно включает, по меньшей мере, один дугообразный рельсовый механизм относительного вращения лопасть-ротор на одном роторе, неподвижно закрепленный на опорной конструкции параллельно плоскости траверсы ротора на стороне не между роторами на стороне минимального потока, на которой дугообразный рельс вращает каждую лопасть при максимальном угле вращения лопасти от ее радиальной траверсы. Указанная турбина дополнительно включает колесо на наружной нижней кромке каждой лопасти с осью вращения, перпендикулярной плоскости траверсы ротора, контактирующей с внутренним дугообразным рельсом в процессе вращения на стороне минимального потока, один уступ на траверсе ротора на каждой лопасти для останова вращения лопасти относительно своего ротора и один дугообразный механизм синхронизации движения лопастей для лопастей одного и того же ротора.
Противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 3, имеющая несоосные роторы, образует противоточную осевую турбину вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 4 (в этом случае лопасти могут вращаться частично вокруг оси, которая перпендикулярна плоскости роторов).
Противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 5 включает, по меньшей мере, два соосных ротора, синхронно вращающихся относительно друг друга с помощью механизма синхронизации роторов, по меньшей мере, две противоположно расположенные симметричные лопасти на одном роторе, неподвижно закрепленные на диаметрально расположенной траверсе с углом лопасти <= 90° между ними, при этом траверса прикреплена к ротору для
вращения относительно него вокруг своей оси с максимальным углом лопасти, по меньшей мере, один дугообразный рельсовый механизм относительного вращения лопасть-ротор на одном роторе, неподвижно закрепленный на опорной конструкции на стороне не между роторами на стороне минимального потока, при этом дугообразный рельс расположен на цилиндре, радиус которого превышает радиус ротора, перпендикулярного плоскости траверсы ротора, и дугообразный рельс вращает каждую лопасть при максимальном угле вращения лопасти, включая колесо на внешней кромке каждой лопасти напротив своего ротора с осью вращения, параллельной плоскости траверсы ротора, при этом колеса лопастей одного ротора контактируют с внутренней стороной дугообразного рельса, при этом колеса лопастей противоположного ротора контактируют с наружной стороной дугообразного рельса в процессе вращения на стороне минимального потока, и один уступ на плоскости ротора для каждой диаметрально расположенной траверсы для останова траверсы с лопастью, вращающейся относительно своего ротора при максимальном угле вращения лопасти.
Противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 3, типа 4 или типа 5 может иметь оба механизма относительного вращения лопасть-ротор модуля двух роторов, вращающихся вокруг осей вращения ротора по направлению движения потока. В этом случае, механизм относительного вращения лопасть-ротор ведет себя как механизм рысканья.
Противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 1, типа 2 или типа 5, имеющая один модуль двух роторов, может иметь концевой диск для каждого ротора для увеличения статического нагнетания (для ряда модулей отсутствует необходимость в таких концевых дисках).
Противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 1, типа 2, типа 3, типа 4 или типа 5 может включать различные системы статического нагнетания, соединенные с опорной конструкцией.
Противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, наследующие все характеристики любого из упомянутых выше устройств, имеющие электрическую машину, такую как электрический двигатель для подвода энергии к текучей среде,
образуют различные типы противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, такие как противоточный осевой винт с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, противоточный осевой вентилятор- воздуходувка с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, противоточный осевой компрессорный насос с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности и противоточный осевой смеситель с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1а представлено схематическое изображение ометаемой площади поверхности известной противоточный осевой турбины подъемного типа (известный уровень техники).
На Фиг. 1 b представлено схематическое изображение ометаемой площади поверхности известной противоточной турбины вихревого типа (известный уровень техники).
На Фиг. 2а представлено схематическое изображение ометаемой площади поверхности противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, при этом роторы вращаются в противоположном направлении относительно друг друга.
На Фиг. 2Ь представлено схематическое изображение ометаемой площади поверхности противоточной турбины вихревого типа.
На Фиг. За представлено схематическое изображение изменений размеров (уменьшение) зоны отбора (подъема) энергии противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности.
На Фиг. ЗЬ представлено схематическое изображение изменений размеров (уменьшение) зоны отбора энергии противоточной осевой турбины вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности.
На Фиг. 4а представлено аксонометрическое изображение противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности.
На Фиг. 4Ь представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности.
На Фиг. 5а представлено схематическое изображение механизма синхронизации вращения роторов приводного вала для противоточного осевого роторного механического устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности.
На Фиг. 5Ь представлено схематическое изображение электрического механизма синхронизации вращения роторов для противоточного осевого роторного механического устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности.
На Фиг. 6 представлено аксонометрическое изображение противоточный осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, имеющей различное число лопастей, различные расстояние между ними и конфигурацию на каждом роторе
На Фиг. 7а представлен вид спереди противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, имеющей ряд модулей из двух роторов с одинаковой высотой лопастей.
На Фиг. 7Ь представлен вид спереди противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, имеющей ряд модулей из двух роторов с различной высотой лопастей для различных модулей, снабженной различными электрическими машинами вдоль ряда модулей.
На Фиг. 8а представлено аксонометрическое изображение противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, имеющей механизм пассивного рысканья.
На Фиг. 8Ь представлен вид спереди противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, имеющей ряд роторов, снабженных механизмом активного рысканья.
На Фиг. 8с представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, имеющей механизм пассивного рысканья.
На Фиг. 8d представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, имеющей механизм пассивного рысканья.
На Фиг. 9а и Фиг. 9Ь представлены схематические изображения противоточных осевых турбин подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, имеющих постоянный установочный угол лопасти.
На Фиг. 9с представлено схематическое изображение эффекта динамического гашения спутных струй.
На Фиг. 10 представлено аксонометрическое изображение противоточной осевой турбины вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 1, имеющей неподвижно закрепленные вихревые лопасти и соосные роторы.
На Фиг. 11 представлено аксонометрическое изображение противоточной осевой турбины вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 2, имеющей неподвижно закрепленные вихревые лопасти и несоосные роторы (включая статическое нагнетание).
На Фиг. 12 представлено аксонометрическое изображение противоточной осевой турбины вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 3, имеющей изменяемые лопасти вихревого типа, вращающиеся вокруг оси, которая перпендикулярна плоскости ротора (соосные роторы).
На Фиг. 13 представлено аксонометрическое изображение противоточной осевой турбины вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 4, имеющей изменяемые лопасти вихревого типа, вращающиеся вокруг оси, которая перпендикулярна плоскости ротора (несоосные роторы).
На Фиг. 14 представлено аксонометрическое изображение противоточной осевой турбины вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности типа 5, имеющей изменяемые лопасти вихревого типа, вращающиеся вокруг оси, которая параллельна плоскости ротора (соосные роторы).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ На Фиг. 2а представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, демонстрирующее роторы 11 и 12 противоположного
вращения со смещением роторов Ro, общую ометаемую площадь поверхности каждого ротора 24 и 25, образующую увеличенную общую ометаемую площадь поверхности турбины (в пространстве) по сравнению с ометаемой площадью поверхности известной противоточной турбины подъемного типа (Фиг. 1а), площадь поверхности создания подъемной силы 11 и площадь поверхности создания подъемной силы 12 для отбора энергии, образуемые соответствующими роторами 11 и 12. Подъемный участок ометаемой площади поверхности для каждого ротора начинается в непосредственной близости от ср = 0 (лопасти имеют отрицательный установочный угол), при этом подъемные ометаемые площади поверхности противоположных роторов расположены на расстоянии друг от друга, создавая благоприятные условия для динамических эффектов, таких как динамическое нагнетание, динамическое отклонение потока и динамическое изменение угла атаки лопасти.
На Фиг. 2Ь представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, демонстрирующее роторы 11 и 12 противоположного вращения со смещением роторов Ro, ометаемые площади поверхности 24 и 25, площади поверхности отбора энергии 11 и 12, образуемые соответствующими роторами 11 и 12 на обеих сторонах устройства (по сравнению с площадями поверхности отбора энергии известной противоточной турбины вихревого типа на Фиг. 1Ь).
На Фиг. За представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, демонстрирующее роторы 11 и 12 противоположного вращения со смещением роторов Ro, площади поверхности создания подъемной силы 11 и 12 для отбора энергии, образуемые соответствующими роторами 11 и 12. В этом случае обе площадь поверхности создания подъемной силы 11 уменьшается вследствие изменения направления потока относительно устройства по сравнению с Фиг. 2а, и это может быть использовано как динамическое гидроторможение устройства.
На Фиг. ЗЬ представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, демонстрирующее роторы 11 и 12 противоположного вращения со смещением роторов Ro, площади поверхности отбора энергии 11 и 12, образуемые соответствующими роторами 11 и 12. В этом случае обе площади
поверхности отбора энергии уменьшаются вследствие изменения направления потока относительно устройства по сравнению с Фиг. 2Ь.
На Фиг. 4а представлена противоточная осевая турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, ротор 11 и ротор 12 с радиальными траверсами 2 одинаковых размеров, присоединенными к опорной конструкции 6 параллельно друг другу, имеющими свои соответствующие оси вращения 3 на плоскости, перпендикулярной потоку текучей среды (могут быть различные углы осей вращения 3 роторов на плоскости, перпендикулярной потоку текучей среды) со смещением роторов Ro > 0. Имеются две лопасти 21, прикрепленные к ротору 11 и две лопасти 22, прикрепленные к ротору 12 с помощью радиальных траверс 2 на стороне 50 между двумя роторами, расстояние 5BR > = RFR между вершинами каждой лопасти и плоскостью противоположного ротора, и минимальное расстояние 6В > - BNCS между двумя ближайшими лопастями противоположных роторов, пересекающими друг друга при вращении. Роторы синхронно вращаются в противоположном направлении относительно друг друга при одинаковой относительной скорости конца лопасти с помощью, по меньшей мере, одного механизма 4 синхронизации вращения роторов, образуя один модуль из двух роторов. Имеется одна электрическая машина 5 (в данном случае электрический генератор), соединенная с роторами, и имеется опорная конструкция 6, поддерживающая роторы с помощью траверс, лопасти, механизм синхронизации вращения роторов и электрический генератор.
На Фиг. 4Ь представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, имеющей один модуль из двух роторов 11 и 12 противоположного вращения со смещением роторов Ro, две лопасти 21, присоединенные к ротору 11 с помощью траверс 2, и две лопасти 22, присоединенные к ротору 12 с помощью траверс 2, имеющей расстояние между лопастями на каждом роторе BsR, в частности, лопастями 22 ротора 12, расстояние между лопастями между роторами BSBR (90° в этом случае), в частности лопасть 21 ротора 11 и лопасть 22 ротора 12, при этом лопасть 22 находится в фазе вращения ср = 0° фазового угла вращения.
На Фиг. 5а представлен механический механизм синхронизации вращения роторов 4 для противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, включающий вал 7 и зубчатый механизм 8 для поддержания синхронного вращения роторов при
одинаковой относительной скорости конца лопасти. Зубчатые механизмы 8 могут иметь различные варианты, такие как:
A. Роторы противоположного вращения со смещением, имеющие зубчатые колеса х:у (х = у для одной и той же относительной скорости конца лопасти)
B. Роторы со смещением, вращающиеся в одном направлении, имеющие зубчатые колеса x:z:y (z служит для обеспечения вращения роторов в одном направлении)
C. Соосные роторы противоположного вращения, имеющие зубчатые колеса Зх: lz / 2z:6x
D. Соосные роторы, вращающиеся в одном направлении, имеющие зубчатые колеса х:у / у.х.
На Фиг. 5Ь представлен электрический механизм синхронизации вращения роторов 4 для противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, включающий один электрический двигатель/генератор 5 на каждом роторе, алгоритм и систему, соединяющую электрический двигатель/генератор с помощью проводной или беспроводной связи (в этом случае электромеханическая система синхронизацию может выступать в качестве электромагнитной системы зубчатого зацепления для обеспечения синхронного вращения роторов).
На Фиг. 6 представлена противоточная осевая турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, имеющая один модуль из двух роторов 11 и 12 противоположного вращения со смещением роторов Ro, механизм синхронизации 4, генератор 5, опорную конструкцию 6, в том числе лопасти на стороне 51, расположенные не между роторами. Указанный пример осуществления настоящего изобретения представляет собой гибрид противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, работающей на стороне 50 между роторами, и известной противоточной осевой турбины, работающей на стороне 51 не между роторами. Указанный пример осуществления настоящего изобретения имеет различное количество лопастей на каждом роторе (на стороне между и не между роторами), и различное расстояние между лопастями на каждом роторе. На рисунке проиллюстрированы прямолинейная лопасть 21, изогнутая лопасть 22 и саблевидная лопасть 23, включая раскосы 13 лопасти.
На Фиг. 7а представлена противоточная осевая турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, имеющая ряд
модулей 7 (роторы 11 и 12 на модуль противоположного вращения со смещением роторов Ro), лопасти 1, имеющие одинаковую высоту, присоединенные к роторам с помощью траверс, один механизм синхронизации вращения роторов 4 на модуль, один общий электрический генератор 5 и опорную конструкцию 6. В указанном примере осуществления настоящего изобретения лопасти расположены на различном расстоянии друг от друга на каждой стороне ротора (это позволяет сгладить кривую крутящего момента и равномерно распределить нагрузку по различным модулям).
На Фиг. 7Ь представлена противоточная осевая турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, имеющая ряд модулей 7 (роторы 11 и 12 на модуль противоположного вращения со смещением роторов Ro) с различной высотой лопастей различных модулей, присоединенных к роторам с помощью траверс, имеющая различные электрические машины 5 вдоль ряда модулей (в этом случае каждая электрическая машина может выполнять двойную функцию в качестве генератора/двигателя и синхронизатора роторов) и опорную конструкцию 6.
На Фиг. 8а показаны противоточная осевая турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, роторы 11 и 12 противоположного вращения со смещением роторов Ro, две лопасти 1 на одном роторе, присоединенные к роторам с помощью траверс 2, механизм синхронизации 4, генератор 5, опорная конструкция 6 и механизм пассивного рысканья 9.
На Фиг. 8Ь представлены противоточная турбина подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, имеющая ряд модулей 7 (ротор 11 и ротор 12 противоположного вращения на модуль со смещением роторов Ro), установленных на каждой стороне опорной конструкции 6, механизм синхронизации 4 на каждый модуль и генератор 5 (в указанном примере осуществления настоящего изобретения ряд модулей вращается вокруг опорной конструкции с помощью системы активного рысканья 9).
На Фиг. 8с представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, роторы 11 и 12 противоположного вращения со смещением роторов Ro, угол рысканья Y(l) для устройства подъемного типа, который является углом между направлением текучей среды (верхняя сторона) и
перпендикуляром совместного диаметра роторов устройства (или углом между направлением текучей среды и направлением рысканья лопасти 9).
На Фиг. 8d представлено схематическое изображение противоточной осевой турбины вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, два ротора 11 и 12 противоположного вращения, угол рысканья Y(d), который является углом между направлением текучей среды (верхняя сторона) и параллелью ометаемой площади поверхности участка устройства "отбора/подвода энергии", при этом участок "отбора/подвода энергии" ометаемой площади поверхности указанного устройства является максимальным (или углом между направлением текучей среды и направлением рысканья лопасти 9).
На Фиг. 9а представлены схематическое изображение противоточной осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, два ротора 11 и 12 противоположного вращения со смещением роторов Ro, лопасти 21 и 22, имеющие постоянный установочный угол лопасти (3, при этом установочный угол является функцией (3 = f (Y, Ro_ TSR, S, RN, BL, VJ, BJ, FT, BN, BS, BSBR). ПОСТОЯННЫЙ установочный угол (3 может быть одинаковым для всех лопастей или может отличаться для различных лопастей одного и того же ротора или различных роторов, и это зависит от различных параметров, в частности, от параметров BSR и BSBR. Постоянный установочный угол (3 для роторов противоположного вращения может быть отрицательным для обеспечения своевременного подъема каждой лопасти ротора таким образом, чтобы каждая лопасть противоположных роторов имела подъемные ометаемые площади поверхности, расположенные на расстоянии друг от друга (предварительно заданный отрицательный установочный угол также обеспечивает уменьшение завихрения на лопастях). Лопасть 22 ротора 12 имеет установочный угол (3 при ср = 90, скорость текучей среды U, V= -UJ*R, относительную скорость текучей среды W, угол атаки а, подъемную силу L, и силу сопротивления D, при этом лопасть 21 ротора 11 имеет такой же установочный угол (3 при ф = 0, скорости текучей среды U, V= -U)*R, относительной скорости текучей среды W, угле атаки а, подъемной силе L и силе сопротивления D. Зона 26 траектории 24 ротора представляет собой газодинамическое экранирование от лопастей ротора 12 до лопастей ротора 11, при этом зона 27 траектории 21 ротора представляет собой газодинамическое экранирование от лопастей ротора 11 до лопастей ротора 12.
На Фиг. 9b представлено схематическое изображение противоточный осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, два ротора 11 и 12 противоположного вращения со смещением роторов Ro, лопасть 21 ротора 11 с установочным углом (3 при ср = 45, скорость текучей среды U, увеличенная скорость Ui текучей среды отражаемой лопасти 22 ротора 12 при ср = 45, результирующая скорость U2 текучей среды, V= -w*R, относительная скорость Wi текучей среды, возникающая в результате U2 и V, угол атаки ai, который отличается в зависимости от U2 и Wi, подъемная сила Li и сила сопротивления D. На рисунке представлено динамическое нагнетание 28, которое захватывает определенное количество текучей среды, поступающей от лопастей противоположного ротора, динамическое изменение угла атаки лопасти 29, вызванное динамическим отклонением потока, обеспечивающего постоянное увеличение угла атаки ai для создания подъемной силы в процессе вращения, а также задерживание глубокого срыва и процесса образования спутных струй.
На Фиг. 9с представлено схематическое изображение противоточный осевой турбины подъемного типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10, два ротора 11 и 12 противоположного вращения со смещением роторов Ro, лопасть 21 ротора 11, лопасть 22 ротора 12, завихрение 11, создаваемое лопастями 21 ротора 11, завихрение 12, создаваемое лопастями 22 ротора 12 в различные моменты времени по сравнению с завихрением 11, и процесс динамического гашения спутных струй.
На Фиг. 10 представлена противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10 типа 1, имеющая соосные роторы 11 и 12 противоположного вращения относительно друг друга, механизм синхронизации 4, генератор 5, опорную конструкцию 6, две противоположно расположенные симметричные неподвижно закрепленные основные лопасти 30 на одном роторе, два удлинителя 31 противоположно расположенных симметричных неподвижно закрепленных основных лопастей 31 на наружной части основной лопасти 30, два удлинителя 32 противоположно расположенных симметричных неподвижно закрепленных основных лопастей на внутренней части основной лопасти 30, угол основной лопасти к плоскости ротора 33, угол удлинителя основной плоскости к плоскости ротора 34, минимальное расстояние между двумя пересекающимися лопастями противоположных роторов 5В.
На Фиг. 11 представлена противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10 типа 2, имеющая несоосные роторы 11 и 12 со смещением роторов Ro, противоположно вращающихся относительно друг друга, две неподвижно закрепленные лопасти 1 на одном роторе, минимальное расстояние между двумя пересекающимися лопастями противоположных роторов 5В, механизм синхронизации 4, генератор 5 и опорную конструкцию 6.
На Фиг. 12 представлена противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10 типа 3, имеющая соосные роторы 11 и 12, противоположно вращающиеся относительно друг друга, механизм синхронизации 4, генератор 5, опорную конструкцию 6, две симметричные лопасти 1 на одном роторе, вращающиеся относительно своего ротора вокруг оси 44, которая перпендикулярна плоскости роторов на траверсе 2 при максимальном угле вращения лопасти, по меньшей мере, один дугообразный рельсовый механизм 40 относительного вращения лопасть-ротор на одном роторе, закрепленный на опорной конструкции параллельно плоскости роторов, колесо 41 на наружной нижней кромке каждой лопасти с осью вращения, перпендикулярной плоскости траверсы ротора, один уступ ротора 43 на плоскости ротора для каждой лопасти, и один дугообразный механизм 42 синхронизации движения лопастей для лопастей одного и того же ротора.
На Фиг. 13 представлена противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10 типа 4, имеющая несоосные роторы 11 и 12, противоположно вращающиеся относительно друг друга со смещением осей роторов Ro, механизм синхронизации 4, генератор 5, опорную конструкцию 6, две симметричные лопасти 1 на одном роторе, вращающиеся относительно своего ротора вокруг оси 44, которая перпендикулярна плоскости роторов на траверсе 2 при максимальном угле вращения лопасти, по меньшей мере, один дугообразный рельсовый механизм 40 относительного вращения лопасть-ротор на одном роторе, закрепленный на опорной конструкции параллельной плоскости роторов, колесо 41 на наружной нижней кромке каждой лопасти с осью вращения, перпендикулярной плоскости траверсы ротора, один уступ 43 ротора на плоскости ротора для каждой лопасти, и один дугообразный механизм 42 синхронизации движения лопастей для лопастей одного и того же ротора.
На Фиг. 14 представлена противоточная осевая турбина вихревого типа с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности 10 типа 5, имеющая соосные роторы 11 и 12, противоположно вращающиеся относительно друг друга, механизм синхронизации 4, генератор 5, опорную конструкцию 6, две симметричные лопасти 1 на одном роторе, неподвижно закрепленные на диаметрально расположенной траверсе 2 с углом BRA <= 90° между ними, при этом траверса 2 вращается относительно ротора вокруг своей собственной оси при максимальном угле вращения лопасти, по меньшей мере, один дугообразный рельсовый механизм 40 относительного вращения лопасть-ротор на одном роторе, неподвижно закрепленный на опорной конструкции на стороне, находящейся не между роторами на стороне нижнего потока, колесо 41 на наружной кромке каждой лопасти напротив своего ротора с осью вращения параллельно плоскости траверсы ротора, один уступ на плоскости ротора для каждой диаметральной траверсы для останова траверсы с лопастью, вращающейся относительно своего ротора, в котором угол лопасти является максимальным.
На Фиг. 4а, Фиг. 6, Фиг. 10, Фиг. 11, Фиг. 12, Фиг. 13 и Фиг. 14 представлены противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, при этом электрическая машина представляет собой электрический генератор. Замещая электрический генератор электрическим двигателем, указанные примеры осуществления настоящего изобретения образуют различные устройства, такие как противоточный осевой винт с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, противоточный осевой вентилятор-воздуходувку с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, противоточный осевой компрессорный насос с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, противоточный осевой смеситель с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, наследующие любые характеристики упомянутых выше устройств. Противоточные осевые роторные механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности характеризуются компромиссным решением между преимуществами и недостатками известных противоточных осевых роторных механических устройств. Основное преимущество известных противоточных осевых роторных механических устройств, являющихся всенаправленными, о которых речь шла в разделе "Предпосылки к созданию изобретения", может стать менее
предпочтительным для противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, поскольку они больше не являются полностью всенаправленными, а полу-всенаправленными. С другой стороны, основные недостатки известных противоточных осевых роторных механических устройств, о которых речь шла в разделе "Предпосылки к созданию изобретения", могут оказаться в меньшей степени присущи для новых противоточных осевых роторных механических устройств с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, поскольку новые механические устройства с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности обладают новыми характеристиками и эффектами, превосходящими характеристики и эффекты известных противоточных осевых роторных механических устройств.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности, включающее:
по меньшей мере, два ротора с равным размером радиальных траверс, присоединенные к опорной конструкции параллельно друг другу, при этом их оси вращения находятся на плоскости, перпендикулярной потоку текучей среды, и смещение роторов составляет 0 <= Ro < 2R, в котором роторы синхронно вращаются относительно друг друга с одной и той же относительной скоростью конца лопасти с помощью, по меньшей мере, одного механизма синхронизации вращения роторов, присоединенного к роторам, образующим один модуль;
по меньшей мере, одну лопасть, присоединенную к каждому ротору на стороне между роторами с помощью радиальной траверсы, в котором каждая из лопастей одного ротора в фазе вращения ср = 0° имеет угол 0° <= BSBR < 180° с ближайшей лопастью противоположного ротора на плоскости? параллельной роторам, при этом каждая из лопастей находится на расстоянии 8BR > = RFR от вершины лопасти до противоположной плоскости траверсы ротора, при этом каждая из лопастей находится на минимальном расстоянии 5(3> = BNCS от пересекающихся лопастей противоположного ротора;
по меньшей мере, одну электрическую машину, присоединенную к опорной конструкции и соединенную с одним из роторов; и опорную конструкцию.
2. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 1, в котором механизм синхронизации вращения роторов является механическим механизмом, при этом устройство дополнительно включает:
один вал, соединенный с обоими роторами параллельно осям вращения роторов; и зубчатый механизм зацепления, присоединенный к обоим роторам и к валу.
3. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 1, в котором механизм синхронизации вращения роторов является электрическим механизмом, при этом устройство дополнительно включает:
3.
одну электрическую машину, присоединенную к опорной конструкции, соединенной с каждым ротором, в котором электрические машины взаимно соединены с помощью проводной или беспроводной связи; и алгоритм для синхронизации относительного вращения роторов с помощью электрической машины.
4. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 2 или п. 3, дополнительно включающее, по меньшей мере, одну лопасть на одном роторе на стороне, находящейся не между роторами, присоединенную с помощью радиальной траверсы, в котором угол между двумя ближайшими лопастями каждого ротора на плоскости траверсы ротора составляет 0° <= BSR <= 180°.
5. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по пп. 2-4, дополнительно включающее несколько модулей, в котором угол ближайших лопастей на обеих сторонах каждого ротора на плоскости траверсы ротора составляет 0° <= BSR <= 180°.
6. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по пп. 2 - 5, в котором электрическая машина является электрическим генератором для отбора энергии из текучей среды.
7. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 6, дополнительно включающее тормозные системы, в котором тормозная система является механической и (или) электромагнитной и (или) гидродинамической.
8. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 6 или п. 7, дополнительно включающее системы управления рысканием, в котором система управления рысканием является системой пассивного и (или) активного рысканья.
9. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по пп. 6 - 8 с несоосными роторами, в котором профиль лопастей имеет профиль крыла.
10. Противоточное осевое роторное механическое устройство с
увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 9, в котором
противоположные роторы синхронно вращаются в противоположных
направлениях.
11. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 9, в котором противоположные роторы синхронно вращаются в одном направлении.
12. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 10 или п. 11, в котором установочный угол лопасти является постоянным.
13. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 10 или п. 11, дополнительно включающее изменяемый установочный угол лопасти, в котором установочный угол лопасти не изменяется за один оборот.
14. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по пп. 10 - 13, в котором конфигурация лопастей на одном роторе или между роторами является прямолинейной и (или) криволинейной и (или) стреловидной.
15. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 14, дополнительно включающее несколько раскосов, механически соединяющих лопасть с ее траверсой.
16. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по пп. 6 - 8, в котором лопасти являются изогнутыми лопатками, дополнительно включающее роторы противоположного вращения.
17. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 16 с соосными роторами, дополнительно включающее:
по меньшей мере, две противоположные симметричные основные лопасти, неподвижно закрепленные на каждом роторе с помощью радиальной траверсы, перекрывающие друг друга в центре ротора, в котором каждая основная лопасть имеет угол наклона <= 90° по отношению к ее плоскости траверсы ротора на стороне осей роторов;
один удлинитель основной лопасти на внешней стороне каждой основной лопасти одного ротора, имеющий угол наклона по отношению к ее плоскости траверсы ротора на стороне осей роторов < 90°, в котором форма удлинителя каждой лопасти сконфигурирована для создания максимального динамичного нагнетания текучей среды и отклонения текучей среды с помощью удлинителей
лопастей противоположных роторов, взаимно пересекающихся на участке их пересечения в процессе вращения; и
один удлинитель основной лопасти на внутренней стороне каждой основной лопасти другого ротора, имеющий угол относительно плоскости своего ротора на стороне осей роторов < 90°, в котором форма каждого удлинителя сконфигурирована для создания максимального динамичного нагнетания текучей среды и динамического отклонения текучей среды с помощью удлинителей лопастей противоположных роторов, взаимно пересекающихся на участке их пересечения в процессе вращения.
18. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 16 с несоосными роторами, дополнительно включающее, по меньшей мере, две противоположно расположенные симметричные лопасти, неподвижно закрепленные на каждом роторе с помощью радиальной траверсы, в котором минимальное расстояние каждой лопасти до центра ротора больше, чем половина соответствующей радиальной траверсы ротора.
19. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 16 с соосными роторами, дополнительно включающее:
по меньшей мере, две противоположно расположенные симметричные лопасти на одном роторе, присоединенные к соответствующей оси вращения, перпендикулярной плоскости ротор-траверса на радиальной траверсе, в котором лопасти вращаются относительно их ротора при максимальном угле вращения лопасти <=90°, и расстояние оси вращения лопасти от центра ротора больше, чем половина радиальной траверсы ротора;
по меньшей мере, один дугообразный рельсовый механизм относительного вращения лопасть-ротор на одном роторе, неподвижно закрепленный на опорной конструкции параллельно плоскости траверсы ротора на стороне, находящейся не между роторами на стороне нижнего потока, в котором дугообразный рельс вращает каждую лопасть при максимальном угле вращения лопасти по отношению к своей радиальной траверсе;
колесо у внешней нижней кромки каждой лопасти с осью вращения, перпендикулярной плоскости ротор-траверса, контактирующей с внутренним дугообразным рельсом в процессе вращения на стороне нижнего потока;
один уступ на траверсе ротора для каждой лопасти для обеспечения останова лопасти, вращающейся относительно своего ротора; и
один дугообразный механизм синхронизации лопастей для лопастей этого же ротора.
20. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 19, в котором роторы не являются соосными.
21. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по п. 16 с соосными роторами, дополнительно включающее:
по меньшей мере, две противоположно расположенные симметричные лопасти на одном роторе, неподвижно закрепленные на диаметрально расположенной траверсе с углом вращения лопасти <= 90° между ними, в котором траверса присоединена к ротору для обеспечения вращения относительно ротора вокруг своей собственной оси при максимальном угле лопасти;
по меньшей мере, один дугообразный рельсовый механизм относительного вращения лопасть-ротор на одном роторе, неподвижно закрепленный на опорной конструкции на стороне, находящейся не между роторами на стороне нижнего потока, в котором дугообразный рельс расположен на цилиндре с радиусом, превышающим радиус ротора, перпендикулярно плоскости ротор-траверса, и дугообразный рельс вращает каждую лопасть при максимальном угле лопасти;
колесо на внешней кромке каждой лопасти напротив своего ротора, при этом ось вращения параллельна плоскости траверсы ротора, в котором колеса лопастей одного ротора контактируют с внутренней стороной дугообразного рельса, при этом колеса лопастей противоположного ротора контактируют с наружной стороной дугообразного рельса в процессе вращения на стороне нижнего потока; и один уступ на плоскости ротора для каждой диаметрально расположенной траверсы для останова траверсы с лопастью, вращающейся относительно своего ротора при максимальном угле вращения лопасти.
22. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по пп. 19 - 21, в котором оба механизма относительного вращения лопасть-ротор модуля вращаются вокруг осей вращения роторов по направлению движения потока.
22.
23. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по пп. 17, 18 или п. 21, дополнительно включающее один концевой диск для каждого ротора, в котором устройство снабжено только одним модулем.
24. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по пп. 17 - 23, дополнительно включающее различные системы статического нагнетания, неподвижно закрепленные на опорной конструкции.
25. Противоточное осевое роторное механическое устройство с увеличенной динамической ометаемой площадью поверхности по пп. 12 - 15 или пп. 17 - 24, в котором электрическая машина является электрическим двигателем для подвода энергии к текучей среде.
22.
23.
23.
23.
.ГО
6/12 ю
- с;
if. ^.* *5 I4 + 1I T ! \J iii 1 ; 1 ' 1 ¦ !
12/12 10
(19)
1/12
2/12
Фиг. 26
3/12
Фиг. 36
4/12
Фиг. 46
5/12
Фиг. 7 б
7/12
Фиг. 8 б
8/12
Фиг. 8 г
9/12
Фиг. 9 б
10/12
11/12
Фиг. 12
Фиг. 14