КОНСОЛЬНЫЙ ВЕТРОАГРЕГАТ

КОНСОЛЬНЫЙ ВЕТРОАГРЕГАТ


RU (11) 2115826 (13) C1

(51) 6 F03D5/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 19.01.2009 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 96121301/06 
(22) Дата подачи заявки: 1996.10.22 
(45) Опубликовано: 1998.07.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU, авторское свидетельство, 1225912, кл. F 03 D 5/00, 1986. 
(71) Заявитель(и): Смульский Иосиф Иосифович 
(72) Автор(ы): Смульский Иосиф Иосифович 
(73) Патентообладатель(и): Смульский Иосиф Иосифович 

(54) КОНСОЛЬНЫЙ ВЕТРОАГРЕГАТ 

Изобретение относится к ветроэнергетике. Консольный ветроагрегат содержит наклонный к горизонтальной поверхности шнековый ротор, который состоит из ступицы и закрепленных на ней винтовых лопастей. Шнековый ротор консольно установлен на верхнюю подшипниковую опору, которая смонтирована на мачте и имеет возможность поворачиваться вокруг нее при изменении направления ветра. С целью облегчения конструкции шнекового ротора, упрощения ветроагрегата и повышения эффективности использования энергии ветра при больших его скоростях верхняя подшипниковая опора шарнирно прикреплена к узлу поворота, позволяя ротору изменять угол наклона при изменении величины скорости ветра. Кроме того, верхняя подшипниковая опора связана с узлом поворота демпфирующим устройством посредством шарниров. Демпфирующее устройство позволяет шнековому ротору плавно изменять угол наклона ротора при резких изменениях величины скорости ветра. Консольные ветроагрегаты целесообразно использовать на мощности от 1 кВт до нескольких десятков кВт. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветророторам, преобразующим энергию ветра во вращение ротора.

Известен ветроагрегат, включающий наклонный к горизонтальной плоскости шнековый ротор, который состоит из ступицы и закрепленных на ней винтовых лопастей и установленный на верхнюю подшипниковую опору, смонтированную на мачте с возможностью поворота вокруг мачты, и на нижнюю опору. Ориентация ветроагрегата на ветер осуществляется автоматически поворотором ротора вокруг мачты.

Недостатками такой конструкции являются следующие: с увеличением скорости ветра увеличиваются изгибающие нагрузки на шнековый ротор, поэтому конструкция ротора должна быть рассчитана на ураганные ветры, что ведет к ее утяжелению. Кроме того, с увеличением скорости ветра растет число оборотов, поэтому при достижении ураганных ветров необходимо выполнять дополнительные мероприятия с целью снижения числа оборотов или использовать избыточную мощность, либо останавливать вращение ротора. Это приводит к усложнению ветроагрегата и его обслуживания. Дополнительные мероприятия приводят также к тому, что при ураганных скоростях энергия ветра не используется.

Технической задачей, решаемой изобретением, является облегчение конструкции шнекового ротора, упрощение ветроагрегата и повышение эффективности использования энергии ветра при его больших скоростях.

Для решения технической задачи в консольном ветроагрегате, содержащем наклонный к горизонтальной плоскости шнековый ротор, который состоит из ступицы и закрепленных на ней винтовых лопастей и установленный на верхнюю подшипниковую опору, смонтированную на мачте с возможностью поворота вокруг ее оси, верхняя подшипниковая опора шарнирно прикреплена к узлу поворота, позволяя ротору изменять угол наклона, и связана с ним демпфирующим устройством шарниров.

На фиг. 1 схематически представлен консольный ветроагрегат с положениями шнекового ротора: I - при штиле и малых скоростях ветра; II - при ураганном ветре.

Консольный ветроагрегат содержит наклонный к горизонтальной поверхности шнековый ротор 1, который состоит из ступицы 2 и закрепленных на ней винтовых лопастей 3. Ротор консольно закреплен в верхней опоре 4, в которой он свободно вращается на подшипниках. Верхняя подшипниковая опора 4 прикреплена к узлу поворота 5 посредством шарнира 6, который позволяет шнековому ротору 1 изменять угол наклона к горизонту под воздействием ветра V. Дополнительно подшипниковая опора 4 связана демпфирующим устройством 7 с узлом поворота 5 с помощью шарниров 8 и 9. Демпфирующее устройство позволяет шнековому ротору плавно изменять угол наклона ротора 1 под воздействием ветра и может быть выполнено в виде поршня 10 в цилиндре 11 с жидкостью или газом. При движении поршня 10 по каналу 12 происходит переток среды из одной полости цилиндра в другую. Каналы могут быть выполнены в поршне 10. Демпфирующее устройство уменьшает скорость изменения угла наклона ротора.

Узел поворота 5 смонтирован на мачте 13, которая удерживается в вертикальном положении четырьмя растяжками 14. Вращение от ротора 1 через муфту 15 и редуктор 16 передается электрогенератору 17. При штиле и малой скорости ветра VI шнековый ротор занимает положение I, а при большой скорости VII - положение II.

Консольный ветроагрегат работает следующим образом. При направлении ветра V поток обтекает мачту 13 и воздействует на шнековый ротор 1, установленный наклонно под углом к горизонтальной плоскости. Давление ветра больше воздействует на участки лопастей, расположенные с одной стороны от оси ротора, и он начинает вращаться в подшипниковой опоре 4. Через муфту 15 и редуктор 16 ветроротор 1 приводит во вращение электрогенератор 17 и последний вырабатывает электроэнергию.

При смене направления ветра на ротор 1 начинает действовать составляющая силы давления, нормальная к плоскости, образованной осью ротора 1 и осью узла поворота 5 (т.е. к плоскости чертежа). Под воздействием силы ротор 1 совместно со всеми элементами конструкции 4, 6 - 12 поворачивается в узле поворота 5 вокруг оси мачты до тех пор, пока это плоскость не будет направлена на ветер.

Аэродинамическая сила, действующая на шнековый ротор, может быть записана в виде

F= C0,5V20,25D2Lpsin, (1)

где C - аэродинамический коэффициент;

, V - плотность воздуха и скорость ветра;

D, Lp - диаметр и длина ротора.

Направление силы F мало отличается от направления ветра, поэтому можно записать

K, где K 1 (2)

Аэродинамическая сила относительно оси шарнира 6 создает момент сил

M= Fl1sin 0,125Ckv2D2Lpl1sin2<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/945.gif" ALIGN=ABSMIDDLE> (3)

При малых скоростях ветра Vгэ момент M меньше момента сил, создаваемого весом ротора G

MG= Gl1cos, (4),

т. е. M < MG (моментом сил веса других элементов конструкции по сравнению с весом ротора пренебрегают). Поэтому ротор будет находиться в крайнем нижнем положении, а поршень 10 демпфирующего устройства 7 будет в крайнем верхнем положении и противодействует компенсирующим моментом

MR= MG-M, (5),

который создает силу реакции на демпфирующем устройстве

R = MR/l2, (6)

При отсутствии ветра момент аэродинамических сил равен нулю ((M= 0)) и компенсирующий момент будет равен создаваемому весом ротора моменту (MR=MG), т. е. он будет наибольшим. Поэтому при штиле конструкция ротора будет иметь наибольшие изгибающие моменты. С увеличением скорости ветра аэродинамическая сила F растет и согласно (3) увеличивается момент M и при некоторой скорости ветра Vo он становится равным моменту силы веса ротора MG, в соответствии с (5) результирующий момент NR = 0 и реакция демпфирующего устройства R = 0. В этом случае на ротор не действуют изгибающие моменты, он находится во взвешенном состоянии, как бы в невесомости: распределенная по длине ротора весовая нагрузка уравновешивается распределенной аэродинамической поддерживающей силой. С дальнейшим увеличением скорости ветра V > Vo момент аэродинамических сил M начнет превышать момент сил веса MG и ротор начнет поворачиваться относительно оси шарнира 6, т.е. угол уменьшится. Уменьшится также угол . Поэтому произойдет изменение моментов согласно (3) и (4): MG возрастет, а M упадет и при некотором новом угле 1 снова наступит их равновесие. Поэтому ротор при всех скоростях ветра V > Vo будет находиться во взвешенном состоянии. Изгибающие моменты на него будут действовать только за счет инерционных сил во время изменения величины скорости ветра. Поэтому демпфирующее устройство 7 проектируется таким образом, чтобы угловое ускорение подъема или опускания ротора при изменении величины скорости ветра приводило к инерционным нагрузкам, которые будут создавать изгибающий момент, меньший, чем создает сила веса при штиле. Это обеспечивается выбором площади поршня и сечения каналов для перетока среды из одной полости цилиндра в другую.

С дальнейшим увеличением скорости ветра угол наклона ротора будут уменьшаться и при ураганной скорости ветра VII ротор займет почти горизонтальное положение II. В этом положении, как и во всех предыдущих, ротор не будет испытывать изгибающих напряжений. Поэтому его конструкция не должна рассчитываться на ураганные ветры, вследствие чего консольно опирающийся ротор значительно легче ротора, опирающегося на две опоры. С уменьшением угла наклона консольного ротора при возрастании скорости ветра в меньшей мере растет крутящий момент и число оборотов ротора. Подбором параметров ротора, демпфирующего устройства и нагрузки можно даже обеспечить стабилизацию числа оборотов при достижении определенной скорости ветра. Поэтому здесь не требуются дополнительные мероприятия по ограничению числа оборотов при ураганных ветрах. Вследствие этого конструкция консольного ветроагрегата и его обслуживание упрощаются. Эти свойства позволяют использовать энергию ветра и при больших скоростях, вследствие чего повышается энергетическая эффективность консольного ветроагрегата.

Итак, при изменении направления ветра шнековый ротор поворачивается в узле поворота 5 относительно вертикальной оси и ориентируется по ветру. При изменении величины скорости ротор поворачивается в шарнире 6 относительно горизонтальной оси. С увеличением скорости ветра наклон ротора к горизонту уменьшается, уменьшаются изгибающие нагрузки на него и стабилизируется число оборотов.

Были проведены эксперименты при консольном расположении шнековых роторов диаметром 100 мм, 200 мм и 500 мм. Роторы вращались устойчиво при M< MG и во взвешенном состоянии, когда M= MG. Отрицательных явлений, вызванных консольным расположением ротора, не наблюдалось. Консольные ветроагрегаты целесообразно использовать на мощности от 1 кВт до нескольких десятков кВт. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Консольный ветроагрегат, содержащий наклонный к горизонтальной плоскости шнековый ротор, который состоит из ступицы и закрепленных на ней винтовых лопастей и установлен на верхнюю подшипниковую опору, смонтированную на мачте с возможностью поворота вокруг ее оси, отличающийся тем, что верхняя подшипниковая опора шарнирно прикреплена к узлу поворота, позволяя шнековому ротору изменять угол наклона, и связана с ним демпфирующим устройством посредством шарниров.




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