РОТОР ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОГО ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ

РОТОР ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОГО ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ


RU (11) 2034169 (13) C1

(51) 6 F03D7/06 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 92002170/06 
(22) Дата подачи заявки: 1992.10.26 
(45) Опубликовано: 1995.04.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Абрамовский В.Г., Городько С.В. и Свиридов И.в. Аэродинамика ветродвигателей, Днепропетровск, 1982, с.166. Патент США 3918839, кл. F 03D 3/02 опубл. 1976. Патент США 4718821, кл. F 03D 7/06, опубл. 1987. Авторское свидетельство СССР N 1645602, кл. F 03D 7/06, 1991. Авторское свидетельство СССР N 1456638, кл. F 03D 3/00, 1989. Авторское свидетельство СССР N 1134772, кл. F 03D 3/06, 1985. Заявка ФРГ 3434050, кл. F 03D 3/06, опубл. 1986. Авторское свидетельство СССР N 1281740, кл. F 03D 7/06, 1987. 
(71) Заявитель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью "Самолет" 
(72) Автор(ы): Мозжилкин В.В.; Чернов А.М.; Маркушин А.Г.; Блинков Ю.А. 
(73) Патентообладатель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью "Самолет" 

(54) РОТОР ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОГО ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ 

Использование: ветроэнергетика, в частности в ветроагрегатах с вертикальной осью вращения. Сущность изобретения: ротор ветродвигателя содержит вертикальный вал с траверсами 3, вертикальные лопасти 4 крыльевого профиля, жестко закрепленные на концах траверс 3, и механизм управления. Кажддая лопасть 4 снабжена щитком 5, расположенным на внешней поверхности лопасти 4 и шарнирно закрепленным на ее передней крышке с возможностью поворота от 0 до 90° относительно хорды профиля. Щиток 5 имеет форму внешней поверхности лопасти. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к ветроэнергетике и позволяет повысить коэффициент использования энергии ветра. Оно может быть использовано как гидротурбина.

Уровень техники в данной области характеризуется общедоступными сведениями, приведенными ниже.

Известна конструкция, в которой роторы Савониуса используются для разгона вертикально-осевого ветродвигателя с крылообразными лопастями, известного в научной литературе как ветродвигатель Дарье. Они размещены в верхней и нижней частях конструкции вдоль вертикальной оси ветродвигателя. Недостатком такой конструкции является малая площадь роторов Савониуса из-за необходимости снизить интерференцию между ними и лопастями ветродвигателя, при больших скоростях вращения роторы Савониуса работают как воздушный тормоз и снижают коэффициент использования энергии ветра.

Известна конструкция ротора вертикально-осевого ветродвигателя, в которой использовано взаимодействие центробежных, аэрогидродинамических и упругих сил для поворота крылообразной лопасти на оптимальный угол атаки. Недостатком такой конструкции являются невозможность самозапуска ветродвигателя и сложность демпфирования колебаний лопасти около оси ее крепления.

Известен ротор вертикально-осевого ветродвигателя, в котором с целью повышения коэффициента использования энергии ветра и надежности его работы изменяются угол атаки крылообразной лопасти и ее наклон по отношению к вертикальной оси ветродвигателя за счет конструктивного согласования центробежных, аэродинамических и упругих сил. Недостатком данного ротора являются невысокие разгонные характеристики, свойственные ветродвигателям типа Дарье.

Известен ротор вертикально-осевого ветродвигателя, в котором прямоугольные лопасти шарнирами, расположенными на их боковых кромках, прикреплены к горизонтальным траверсам. Лопасти снабжены стабилизаторами, которые обеспечивают поворот лопастей на оптимальный угол атаки. В полых траверсах установлены подпружиненные грузы, которые под действием центробежной силы сжимают упругие тяги, увеличивая тем самым сопротивление в шарнирах и обеспечивая фиксацию угла атаки лопасти. В этой конструкции лопасти не фиксируются при определенном угле атаки, поэтому в ней сложно демпфировать колебания лопасти около оси, проходящей через шарниры крепления. Как следствие необходимо ограничить изменение угла атаки, что приведет к небольшому крутящему моменту при запуске ветродвигателя.

Известна конструкция ротора вертикально-осевого ветродвигателя, в которой каждая крылообразная лопасть снабжена расположенным по задней кромке стабилизатором и окаймляющими его поворотными рулями, которые связаны со стабилизатором подпружиненными двуплечими рычагами с выступами, а каждый шарнир ответными последним выемками. Данная система позволяет каждую лопасть самостоятельно устанавливать в потоке под оптимальным углом атаки. Недостатком такой конструкции является оптимизация угла атаки на минимальную аэродинамическую нагрузку, которая дает при запуске ветродвигателя характеристики худшие, чем у ротора Савониуса. При больших скоростях вращения, свойственных ветродвигателю типа Дарье, оптимальный угол атаки равен нулю и вся предлагаемая конструкция оказывается излишне громоздкой.

Известна также конструкция с диаметрально противоположным расположением лопастей в виде крыла, у каждой лопасти на нижней поверхности по всему размаху установлен задний щиток, который может свободно колебаться в пределах от 0 до 90о от направления движения лопасти. При малых скоростях вращения и движении по направлению потока щиток устанавливается перпендикулярно лопасти, увеличивая ветровую нагрузку на нее, а при движении против потока под действием центробежных сил и напора воздуха щиток прижимается к лопасти, уменьшая ее аэродинамическое сопротивление. Это обеспечивает самозапуск ветродвигателя. При больших скоростях вращения, когда за счет центробежных сил щиток прижат к поверхности крыла, сам ротор превращается в конструкцию ротора Дарье с крылообразными лопастями, параллельными вертикальной оси и отстоящими от нее на одно и то же расстояние. Поэтому ветродвигатель с данным ротором может обеспечить коэффициент использования энергии ветра и быстроходность, аналогичную ветродвигателю Дарье. Однако имеют место недостаточная эффективность щитка, расположенного внутри ометаемого лопастями цилиндра за счет затенения щитка лопастями и то, что плечо аэродинамических сил щитка по отношению к оси вращения ротора меньше, чем для поверхности, расположенной вовне ометаемого цилиндра, что приводит к уменьшению вращающего момента.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ротор вертикально-осевого ветродвигателя (ветроколесо), содержащий вертикальный вал с траверсами, жестко закрепленные на концах траверс вертикальные профилированные лопасти, каждая из которых кинематически связана при помощи тяги и подпружиненного двуплечего рычага с поворотным закрылком, расположенным в хвостовой части лопасти, и фиксирующее устройство. Плечи рычага расположены под углом друг к другу и конец одного из них закреплен на лопасти, а другое снабжено центробежным грузом. В хвостовой части лопасти выполнена выемка, закрылок размещен в последней и снабжен выступом, соединенным с пружиной рычага. Фиксирующее устройство выполнено в виде трехзвенного механизма, первое и второе звенья которого закреплены на лопасти по разные стороны от выступа, снабжены взаимодействующими с ним упорами и соединены между собой третьим звеном, причем одно из первых двух звеньев соединено с тягой.

Данная конструкция обеспечивает стабилизацию частоты вращения, за счет изменения положения закрылка происходит торможение ветроколеса, но не влияет на его разгонные характеристики, недостатком данной конструкции является также возможность вибрации закрылков в рабочем диапазоне скоростей вращения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение коэффициента использования энергии ветра в широком диапазоне скоростей набегающего потока ротора вертикально-осевого ветродвигателя с лопастями крыльевого профиля.

Техническими результатами, которые могут быть получены при осуществлении данного изобретения являются

увеличение крутящего момента ветродвигателя при малых оборотах, что обеспечивает его самозапуск;

более равномерное распределение крутящего момента по скоростям потока, что повышает его эксплуатационные характеристики;

возможность экстренного торможения при порывах ветра.

Сущность изобретения заключается в том, что в роторе вертикально-осевого ветродвигателя, содержащем вертикальный вал с траверсами, вертикальные лопасти крыльевого профиля, жестко закрепленные на концах траверс, и механизм управления, каждая лопасть снабжена щитком, расположенным на внешней поверхности лопасти и шарнирно закрепленным на ее передней кромке с возможностью поворота от 0 до 90о относительно хорды профиля, при этом щиток имеет форму внешней поверхности лопасти, а механизм управления состоит из подпружиненного груза, установленного на траверсе с возможностью перемещения вдоль последней, барабана, закрепленного на грузе, и троса, связывающего барабан с задней кромкой щитка противолежащей лопасти.

Новым в предложенном техническом решении является то, что каждая лопасть снабжена щитком, который расположен на внешней поверхности лопасти и шарнирно закреплен на ее передней кромке с возможностью поворота от 0 до 90о относительно хорды профиля, щиток имеет форму внешней поверхности лопасти. Механизм управления состоит из подпружиненного груза, установленного на траверсе с возможностью перемещения вдоль нее и барабана, закрепленного на грузе, а также троса, который связывает барабан с задней кромкой щитка противолежащей лопасти.

Вся совокупность существенных признаков достаточна для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата обеспечение самозапуска ветродвигателя, повышение эксплуатационных характеристик и возможность экстренного торможения при порывах ветра.

На фиг. 1 показан предлагаемый ротор, общий вид; на фиг. 2 то же, вид сверху со снятым обтекателем; на фиг. 3 представлена схема фиксации вращения барабана.

Ротор ветродвигателя состоит из вертикального вала 1, обтекателей 2, в полости которых расположены траверсы 3. К траверсам 3 жестко прикреплены крылообразные лопасти 4. Щитки 5 имеют форму внешней поверхности лопасти 4 и шарнирами 6 прикреплены к ним. Раскрывающие щитки пружины 7 прикреплены к внутренней поверхности щитков 5 и в углублениях на внешней поверхности лопасти 4. Каждый щиток 5 тросом 8 соединен с барабаном 9, закрепленным на грузе 10, который снабжен пружиной 11. Пружина 11 закреплена упором 12. Трос 8 пропущен через ролики 13. Барабан 9 снабжен фиксатором 14 с выталкивающей пружиной 15, который удерживается в углублении 16 подпружиненным грузом 17.

Ротор работает следующим образом. Он вращается на валу 1. Обтекатели 2 снижают аэродинамическое сопротивление траверс 3. При запуске ротора щитки 5 развернуты под прямым углом к лопасти 4 пружинами 7. Грузы 10 под действием пружины 11 занимают позиции на минимально возможном расстоянии от оси вращения. Тем самым лопасти 4 ротора имеют большую парусность, что обеспечивает значительный стартовый крутящий момент. По мере увеличения скорости вращения ротора грузы 10 прижимаются под действием центробежных сил к упорам 12, поворачивая посредством тросов 8 щитки 5 на шарнирах 6. Щитки 5 прижимаются к лопастям 4.

Ротор таким образом трансформируется в ротор Дарье, лопасти которого имеют хорошо обтекаемую форму крыла с небольшим аэродинамическим сопротивлением. Это обеспечивает высокий коэффициент использования энергии ветра при скоростях потока больших линейной скорости вращения лопасти.

При уменьшении скорости набегающего потока пружины 11 смещают грузы 10 к оси вращения, а пружины 7 отжимают щитки 5 от лопастей 4. В результате ротор трансформируется в стартовую конфигурацию, которая обеспечивает высокий коэффициент использования энергии ветра при небольших скоростях набегающего потока. Ролики 13 регулируют натяжение троса и его форму.

При режимах эксплуатации с постоянными умеренными скоростями набегающего потока ротор должен быть оснащен хорошо известными фиксаторами, закрепляющими грузы 10 в точках, максимально удаленных от оси вращения.

Для защиты ротора от перегрузок при порывах ветра предусматривается раскрытие щитков 5 при отношении линейной скорости лопасти к скорости потока большей 5, что позволяет им выполнять работу аэродинамического тормоза. Это достигается расфиксацией вращения барабанов 9 с тросом 8 посредством смещения под действием центробежных сил подпружиненных грузов 17 и выталкивания пружиной 15 фиксатора 14 из углубления 16 на грузе 10. Таким образом, угол поворота щитка относительно лопасти увеличивается, что приводит к возрастанию аэродинамического сопротивления ротора и его торможению.

Преимуществом данного ротора вертикально-осевого ветродвигателя является способность к самозапуску, автоматическая регулировка частоты вращения в зависимости от скорости ветра, наличие системы экстренного торможения. Возможно применение устройства как гидротурбины. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



РОТОР ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОГО ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащий вертикальный вал с траверсами, вертикальные лопасти крыльевого профиля, жестко закрепленные на концах траверс, и механизм управления, отличающийся тем, что каждая лопасть снабжена щитком, расположенным на внешней поверхности лопасти и шарнирно закрепленным на ее передней кромке с возможностью поворота на 0 90o относительно хорды профиля, при этом щиток имеет форму внешней поверхности лопасти, а механизм управления состоит из подпружиненного груза, установленного на траверсе с возможностью перемещения вдоль последней, барабана, закрепленного на грузе, и троса, связывающего барабан с задней кромкой щитка противолежащей лопасти.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru