Ротор ветроэнергетической установки
Владельцы патента RU 2446311:
Открытое акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева" (RU)
Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано в ветроэнергетических установках с вертикальной осью вращения. Ротор ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения содержит ступицу, расположенную в центре вращения ротора, несущее кольцо, на котором вертикально установлены в два яруса лопасти. Лопасти соединены со ступицей гибкими растяжками, при этом узлы крепления гибких растяжек на ступице разнесены по высоте. Гибкие растяжки, связанные с верхними узлами крепления на ступице, выполнены регулируемыми по длине, а гибкие растяжки, связанные с нижними узлами крепления на ступице, снабжены талрепами. Узлы крепления гибких растяжек, расположенных на ступице, снабжены поворотными пластинами с горизонтальной осью вращения. Несущее кольцо выполнено из нескольких сегментов. Ротор обеспечит надежную работу ветроэнергетической установки в целом, поскольку будет исключена передача вибрации ротора при его дисбалансе на мачту, так как вибрация ротора будет демпфироваться гибкими растяжками. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано в ветроэнергетических установках с вертикальной осью вращения.
Известны роторы ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения [1, 2, 3, 4, 5, 6], в общем случае содержащие центральный вал, траверсы, несущий узел с вертикальными лопастями.
В известном патенте по изобретению [3] аэрогидродинамический двигатель выполнен многоярусным с вертикальными лопастями, установленными шарнирно на осях, что позволяет лопастям вращаться вокруг осей. С лопастями взаимодействуют упоры, смещенные от центра осей вращения лопастей. Недостатком этой конструкции является то, что лопасть закреплена только в одной точке, при этом крепление не жесткое, а шарнирное, и при работе установки незакрепленный конец лопасти будет отклоняться от вертикальной оси, появятся колебательные движения, что может привести к выходу из строя шарнирного соединения.
Более близким по технической сущности к предлагаемому ротору является ротор ветряной установки с вертикальной осью вращения [7]. Ротор вертикально-осевой ветряной установки содержит ряд вращающихся вокруг вертикальной оси вертикальных лопастей и располагаемую в центре вращения ступицу, от которой радиально отходят закрытые в аэродинамические обтекатели силовые траверсы, к которым с чередованием прикреплены указанные лопасти по направлению вверх, образуя верхний ярус ротора, и по направлению вниз, образуя нижний ярус.
Недостатком подобной конструкции является то, что при несовпадении центра масс ротора с осью вращения при его работе появляются колебательные движения, которые передаются на мачту, и мачта начинает вибрировать, и эта вибрация, в конечном счете, может привести к разрушению. Роторы ветроэнергетических установок небольших размеров мощностью порядка 200 Вт можно собрать и отбалансировать с большой точностью на заводе-изготовителе и транспортировать в собранном виде.
Роторы более мощных ветроэнергетических установок мощностью 30 кВт и более транспортируются в разобранном виде. Ступицы, траверсы, лопасти, кольца и остальные детали ротора перевозятся к потребителю по отдельности, при этом балансировка может нарушиться, а повторить балансировку ротора у потребителя практически невозможно.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка ротора, в котором дисбаланс ротора не передается на мачту, а компенсируется конструкцией. Это достигается тем, что несущее кольцо, на котором установлены лопасти, соединено со ступицей с помощью гибких растяжек, выполненных из каната.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где показаны на:
- фиг.1 - общий вид ротора;
- фиг.2 - вид сверху на ротор;
- фиг.3 - вид снизу на ротор;
- фиг.4 - узел крепления верхних растяжек к ступице;
- фиг.5 - узел крепления лопасти к несущему кольцу, вид сбоку;
- фиг.6 - узел крепления сегментов несущего кольца;
- фиг.7 - узел крепления растяжек к несущему кольцу;
- фиг.8 - узел ориентации лопастей при их установке;
- фиг.9 - узел крепления лопасти;
- фиг.10 - верхняя и нижняя растяжки.
Ротор содержит ступицу 1, которая с помощью гибких растяжек верхних 2 и нижних 3 соединена с несущим кольцом 4. На несущем кольце 4 в два яруса установлены лопасти - лопасти 5 образуют верхний ярус, лопасти 6 образуют нижний ярус. Лопасти установлены на несущем кольце равномерно через 120°, причем один ярус лопастей смещен относительно другого на 60°. Свободные концы лопастей соединены между собой гибкими растяжками 7. Растяжки 2, 3, растяжки 7 выполнены из каната. Несущее кольцо 4 выполнено из трубы, которое состоит из нескольких сегментов 8, скрепленных фланцевым соединением, показанным на фиг.5. Растяжки 2, 3 крепятся к ступице через поворотные пластины 9, имеющие возможность поворота вокруг осей 10, 11. Оси 10, 11 проходят через кронштейны 12, 13, которые прикреплены к верхнему фланцу 14 ступицы 1, при этом оси 10, 11 разнесены по высоте. Узлы крепления верхних растяжек 2 и нижних растяжек 3 к ступице 1 разнесены по высоте, равной высоте ступицы, которая выбирается расчетным путем из условий оптимизации высоты ступицы с усилиями растяжек.
Верхние растяжки 2 содержат гильзу 15 с резьбовым отверстием, куда ввернута вилка 16, образуя винтовую пару. В нижних растяжках 3 между резьбовой гильзой 15 и вилкой 16 установлен талреп 17. К несущему кольцу 4 растяжки крепятся через кронштейны 18, установленные на сегментах 8. Лопасти 5, 6 прикреплены к несущему кольцу 4 через посадочную площадку 19, которая жестко связана с пластинами 20, которые, в свою очередь, жестко соединены с сегментом 8 несущего кольца 4. Посадочные площадки 19 расположены под некоторым углом к продольной оси сегментов 8. На посадочной площадке установлены четыре направляющих штыря 21, а также ряд сквозных отверстий для крепления лопастей. Соединение лопастей с посадочной площадкой 19 осуществляется болтовыми соединениями, при этом между посадочной площадкой 19 и лопастью установлена пластина регулировочная 22, наружный контур которой повторяет наружный контур посадочной площадки 19, а внутренний контур, показанный пунктирной линией, повторяет наружный контур лопасти (фиг.7). В этих же болтовых соединениях установлен груз балансировочный 23, который выполнен в виде пластин с двумя отверстиями для установки их под два соседних болта. Для контровки болта и гайки установлены контровочные пластины 24.
Сборка ротора осуществляется следующим образом. На подставке небольшой высоты устанавливается ступица 1, затем на подставке в половину высоты подставки под ступицу устанавливается несущее кольцо 4. Подсоединяют верхние растяжки 2, предварительно выровняв их по длине с помощью гильзы 15 и вилки 16, затем подсоединяют нижние растяжки и с помощью талрепов 17 обеспечивают равномерный натяг всех растяжек.
За счет того что оси 10, 11, расположенные в кронштейнах 12, 13, разнесены по высоте, исключается касание растяжек между собой.
При установке лопастей 5, 6 на посадочные площадки 19 первоначально их ориентируют с помощью четырех направляющих штырей 21, затем закрепляют с помощью болтовых соединений, при этом регулировочными пластинами 22 лопасти выставляют вертикально. Грузами 23 производят балансировку ротора.
За счет того что лопасти 5, 6 установлены на несущем кольце 4 под углом к касательной в точке установки лопасти, под воздействием ветра обеспечивается вращение ротора в составе ветроэнергетической установки.
Ротор, выполненный по данному изобретению, обеспечит надежную работу ветроэнергетической установки в целом, поскольку будет исключена передача вибрации ротора при его дисбалансе на мачту, так как вибрация ротора будет демпфироваться гибкими растяжками.
Источники информации
1. Патент RU 2006668, Ротор ветродвигателя, F03D 3/06, приоритет 18.12.1989 г.
2. Патент RU 2024782, Ветроколесо, F03D 3/06, приоритет 13.03.1991 г.
3. Патент RU 2044157, Аэрогидродинамический двигатель, F03D 3/00, приоритет 31.07.1992 г.
4. Патент RU 2045682, Ротор ветродвигателя, F03D 7/06, приоритет 26.03.1993 г.
5. Патент RU 2104408, Ветродвигатель с вертикальной осью вращения, F03D 3/00, приоритет 25.05.1994 г.
6. Патент RU 2188335, Вертикально-осевое ветроколесо, F03D 7/06, приоритет 18.06.2001 г.
7. Патент RU 2347104, Ротор ветряной установки с вертикальной осью вращения (варианты), F03D 3/06, приоритет 12.05.2006 г.
1. Ротор ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения, содержащий ступицу, расположенную в центре вращения ротора, несущее кольцо, на котором вертикально установлены в два яруса лопасти, отличающийся тем, что лопасти соединены со ступицей гибкими растяжками, при этом узлы крепления гибких растяжек на ступице разнесены по высоте, причем гибкие растяжки, связанные с верхними узлами крепления на ступице, выполнены регулируемыми по длине, а гибкие растяжки, связанные с нижними узлами крепления на ступице, снабжены талрепами.
2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что несущее кольцо выполнено из нескольких сегментов.
3. Ротор по п.1, отличающийся тем, что узлы крепления гибких растяжек, расположенных на ступице, снабжены поворотными пластинами с горизонтальной осью вращения, при этом оси вращения поворотных пластин узлов крепления, установленных рядом, разнесены по высоте.
