Винт ветрогенератора



Винт ветрогенератора
Винт ветрогенератора
Винт ветрогенератора
Винт ветрогенератора
Винт ветрогенератора
Винт ветрогенератора
Винт ветрогенератора
Винт ветрогенератора
Винт ветрогенератора
Винт ветрогенератора
Винт ветрогенератора

 


Владельцы патента RU 2494285:

Порохня Андрей Витальевич (RU)

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании небольших ветрогенераторов для перекачки и подогрева воды, отопления жилья и т.д. в условиях небольшого и непостоянного ветра. Винт ветрогенератора содержит горизонтально расположенные рычаги, установленные с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. На концах рычагов расположены поворотные элементы в виде лопастей, выполненные с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и кинематически связанные редуктором с коэффициентом передачи 1/2 с синхронизирующей шестерней, установленной с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Винт также содержит элемент ориентации, образованный поворотной крыльчаткой, понижающим редуктором и экраном крыльчатки, при этом поворотная крыльчатка через понижающий редуктор соединена с синхронизирующей шестерней, на которой жестко закреплен экран крыльчатки. Лопасти поворотных элементов выполнены из двух створок, шарнирно установленных на общей оси с возможностью фиксации с тарированным усилием в развернутом положении. Изобретение обеспечивает упрощение эксплуатации устройства, повышение коэффициента использования энергии ветра и надежности работы при широком диапазоне скоростей ветра, что позволит размещать его в непосредственной близости от жилых домов. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, предназначено для обеспечения энергоснабжения потребителей и может быть использовано при создании ветряных двигателей с вертикальной осью вращения, небольших ветрогенераторов для перекачки и подогрева воды, отопления жилья и т.д. в условиях небольшого и непостоянного ветра.

Из патента РФ №1195041, МПК 4 F03D 3/00, публ. 30.11.1985 г. известен ветряной двигатель с вертикальной осью вращения, содержащий неподвижную опору, ротор, по меньшей мере, с одной изогнутой лопастью, и противовес, связанный с ротором передаточным механизмом. В устройстве предусмотрено изменение угла атаки лопасти при изменении скорости ветра. Сущность изобретения заключается в том, что поворотом частей разрезной ступицы достигается поворот лопастей многолопастного ветроколеса. Недостатком этого технического решения является сложность конструкции и необходимость запуска устройства в работу вручную или с использованием электрогенератора в режиме электродвигателя.

Наиболее близким к предложенному техническим решением является ветряной двигатель с вертикальной осью вращения, см. патент РФ №5109, МПК 6 F03D 3/00, F03D 7/06, публ. 30.04.1928 г., содержащий неподвижную опору, ротор, состоящий из цилиндров, установленных на концах рычагов и кинематически связанных с дугами, установленными на поворотном круге - синхронизаторе.

Недостатком технического решения - прототипа является сложность конструкции и необходимость запуска устройства в работу, а также недостаточная эффективность преобразования энергии ветра в механическую энергию.

Недостатком известных технических решений является также недостаточная надежность при воздействии на ветряной двигатель сильных (ураганных) порывов ветра.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение эксплуатации устройства, повышение коэффициента использования энергии ветра и надежности работы при широком диапазоне скоростей ветра.

Для решения этой задачи предлагается винт ветрогенератора, содержащий установленные с возможностью вращения вокруг вертикальной оси горизонтально расположенные рычаги, на концах которых с возможностью вращения вокруг вертикальной оси расположены поворотные элементы, кинематически связанные с синхронизатором, установленным с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, элемент ориентации, соединенный с синхронизатором, поворотные элементы выполнены в виде лопастей, кинематическая связь выполнена в виде редуктора с коэффициентом передачи 1/2. Элемент ориентации может быть выполнен в виде флюгера или в виде поворотной крыльчатки, кинематически связанной понижающим редуктором с синхронизатором, на котором закреплен охватывающий крыльчатку экран, угол охвата которого составляет от 45 до 90 градусов, а лопасти поворотных элементов выполнены из двух створок, шарнирно установленных на общей оси с возможностью фиксации с тарированным усилием в развернутом положении.

Сущность изобретения поясняется чертежами, которые поясняют, но не ограничивают предложенное техническое решение. Винт ветрогенератора может быть выполнен с модификациями и изменениями, не отходя от объема правовой охраны данного изобретения, определенного приведенной ниже формулой со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 и 2 поясняют схему движения лопастей винта ветрогенератора.

Фиг.3 поясняет выполнение винта ветрогенератора с элементом ориентации в виде флюгера.

Фиг.4 поясняет выполнение винта ветрогенератора с элементом ориентации в виде поворотной крыльчатки с экраном.

На Фиг.5 показано выполнение лопасти поворотного элемента из двух створок.

Фиг.6-8 поясняют работу элемента ориентации в виде поворотной крыльчатки с экраном.

Фиг.9 и 10 показывают варианты выполнения редуктора (одно - и двух-ступенчатые планетарные редукторы соответственно) элемента ориентации в виде поворотной крыльчатки с экраном.

Фиг.11 поясняет кинематическую схему взаимодействия элементов планетарного редуктора.

На фигурах обозначено: лопасть 1, ремни 2 и шестерни 3 редуктора, связывающего лопасть 1 с синхронизатором 4, элемент 5 ориентации, выполненный в виде флюгера, основа 6, мачта 7 (ось вращения), элемент 8 крепления лопасти 1 на концах рычагов 9, крыльчатка 10, редуктор 11, 11а, 11б, вал 12 генератора, экран 13. Створки 14 лопасти 1 закреплены шарнирами 15 на элементе 8 крепления, тарированные фиксаторы створок 14 лопасти 1 обозначены позицией 16. Буквами а, b, с, d, e, f, g, q обозначены различные положения лопасти 1 во время работы устройства, буквами A, B, C, A1, B1, C1, A2, B2, C2 обозначены шестерни планетарного редуктора 11, 11а, 11б элемента ориентации в виде поворотной крыльчатки 10 с экраном 13.

Устройство работает следующим образом. При работе ветрогенератора основа 6 вращается вокруг оси вращения (мачты) 7, при этом лопасти 1, установленные с возможностью вращения на концах рычагов 9, приводятся во вращение редуктором, состоящим из ремней 2 и шестерен 3, и кинематически связывающего лопасти 1 с синхронизатором 4, вращаются вокруг своих осей симметрии в противоположную сторону относительно направления вращения основы 6. Так как коэффициент передачи редуктора, состоящего из ремней 2 и шестерен 3, равен 1/2, за время поворота основы 6 на 360 градусов каждая лопасть 1 повернется на 180 градусов. Как видно из Фиг.1 и 2, лопасть 1, двигающаяся по направлению движения ветра, перпендикулярна потоку движения ветра (поз.а); когда лопасть 1 движется против ветра, она повернута к потоку ребром (поз.е) и имеет наименьшее лобовое сопротивление. В промежуточных состояниях b, с, d, f, g, q каждая лопасть 1 расположена под углом к направлению движения ветра и на нее действует подъемная сила, вектор которой совпадает с вектором вращения ветрогенератора.

На Фиг.1 показано расположение четырех лопастей 1, на Фиг.2 - последовательная ориентация a, b, c, d, e, f, g, q лопасти 1 при полном обороте основы 6 вокруг оси 7. Направление ветрогенератора по отношению к ветру устанавливает синхронизатор 4, который свободно вращается вокруг оси 7 и ориентируется элементом ориентации, который может быть выполнен в виде флюгера 5 (Фиг.3) или в виде поворотной крыльчатки 10 с экраном 13 (Фиг.4). Так как для ориентации ветрогенератора по ветру необходимо поворачивать только синхронизатор 4 (шестерню), элемент ориентации в виде флюгера 5 без значительных усилий обеспечивает точную ориентацию ветрогенератора по отношению к ветру.

В областях со слабым и умеренным ветром оправдано применение ветрогенератора с лопастями 1, выполненными сплошными (Фиг.3, 4). При ураганных порывах ветра следует выполнять лопасти 1 из двух створок 14, установленных на элементе 8 крепления шарнирами 15 на рычагах 9 с возможностью фиксации фиксаторами 16 с тарированным усилием в развернутом положении (Фиг.5) Это обеспечивает «схлопывание» лопасти 1 и предохраняет конструкцию от разрушения.

При небольших размерах ветрогенератора и малом количестве лопастей 1 элемент ориентации в виде флюгера 5 (Фиг.3) легко обеспечивает ориентацию ветрогенератора, однако при увеличении размеров и количества лопастей 1 на синхронизатор 4 будет действовать значительный крутящий момент, что может привести к вибрациям устройства. Выполнение элемента ориентации в виде поворотной крыльчатки 10 с редуктором 11 и экраном 13 (Фиг.4) исключает этот недостаток - вибрацию устройства.

Работа элемента ориентации в виде поворотной крыльчатки 10 с редуктором 11 и экраном 13 поясняется Фиг.6-11. На Фиг.6 экран 13 защищает крыльчатку 10 от ветра и она находится в покое. Когда направление ветра меняется (Фиг.7), экран 13 уже не закрывает крыльчатку 10 полностью и поток ветра давит на незакрытые экраном 13 лопасти крыльчатки 10, приводя их в движение. Крыльчатка 10 передает вращение через понижающий редуктор 11 на синхронизатор 4, на котором закреплен экран 13, который вращается в ту же сторону, что и крыльчатка 10 до положения, показанного на Фиг.6, когда крыльчатка 10 и экран 13 останавливаются. Если направление ветра меняется в другую сторону (Фиг.8), крыльчатка 10 и экран 13, вращаясь в противоположную сторону, вновь приходят в состояние, показанное на Фиг.6. Наличие редуктора 11 обеспечивает более четкую фиксацию положения синхронизатора 4, исключает раскачивания и вибрации. Чем больше понижающий коэффициент передачи редуктора 11, тем большее усилие удерживает синхронизатор 4 и выше чувствительность устройства к изменению направления ветра, но при этом снижается быстродействие элемента ориентации, что нежелательно в условиях частого изменения направления ветра.

Рассмотрим конструкцию редуктора подробно (см. Фиг.9). На Фиг.9 изображено: крыльчатка 10, редуктор 11 в разрезе и шестеренка 4 (шестеренка ориентации ветрогенератора по ветру). Крыльчатка 10 жестко закреплена на корпусе редуктора 11 и составляет с ним единое целое. Вся конструкция крепится на мачту 7 с помощью подшипника и свободно вращается вокруг мачты. Шестеренка А жестко закреплена на мачте 7 и не вращается относительно мачты. Четыре шестеренки В крепятся к осям С через подшипники и свободно вращаются на этих осях. Оси С жестко закреплены в шестеренке 4. Шестеренка 4 крепится к мачте 7 через подшипник и свободно вращается вокруг мачты. Вращающаяся крыльчатка передает крутящий момент на корпус редуктора 11, который, в свою очередь, вращает шестеренки В. Шестеренки В движутся вокруг шестеренки А и передают это движение через оси С шестеренке 4, которая определяет положение лопастей ветрогенератора относительно ветра. Для увеличения понижающего коэффициента редуктора можно использовать несколько сегментов, как это показано на Фиг.10.

Рассмотрим конструкцию двухступенчатого редуктора (см. Фиг.10). Крыльчатка 10 жестко закреплена на корпусе редуктора 11а и составляет с ним единое целое. Вся конструкция крепится на мачту 7 с помощью подшипника и свободно вращается вокруг мачты. Шестеренка А1 жестко закреплена на мачте 7 и не вращается относительно мачты. Четыре шестеренки В1 крепятся к осям С1 через подшипники и свободно вращаются на этих осях. Оси С1 жестко закреплены в корпусе 11б. Корпус 11б крепится на мачту 7 с помощью подшипника и свободно вращается вокруг мачты. Шестеренка А2 жестко закреплена на мачте 7 и не вращается относительно мачты. Четыре шестеренки В2 крепятся к осям С2 через подшипники и свободно вращаются на этих осях. Оси С2 жестко закреплены на шестеренке 4. Шестеренка 4 крепится к мачте 7 через подшипник и свободно вращается вокруг мачты.

Вращающаяся крыльчатка 10 передает крутящий момент на корпус редуктора 11а, который, в свою очередь, вращает шестеренки В1. Шестеренки В1 движутся вокруг шестеренки А1 и передают это движение через оси С1 корпусу 11б, который, в свою очередь, вращает шестеренки В2. Шестеренки В2 движутся вокруг шестеренки А2 и передают это движение через оси С2 шестеренке 4, которая определяет положение лопастей ветрогенератора относительно ветра.

Крутящий момент передается на вал 12 генератора, преобразующего энергию ветра в электроэнергию. Конструкция позволяет размещать генератор (не показан) на земле.

Заявителем был изготовлен и испытан опытный образец предлагаемого устройства. Испытания показали, что ветрогенератор предлагаемой конструкции имеет высокий стартовый и большой крутящий момент, что позволяет вместо генератора прямо подключать к валу 12 насос, компрессор и т.п. оборудование, устройство работает бесшумно, что позволяет размещать его в непосредственной близости от жилых домов, устойчиво работает как при слабом и непостоянном, так и при умеренном и сильном ветре, быстро и без затрат энергии ориентируется по направлению ветра.

1. Винт ветрогенератора, содержащий горизонтально расположенные рычаги, установленные с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, на концах которых расположены поворотные элементы в виде лопастей, выполненные с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и кинематически связанные редуктором с коэффициентом передачи 1/2 с синхронизирующей шестерней, установленной с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, а также элемент ориентации, соединенный с синхронизатором, отличающийся тем, что элемент ориентации содержит поворотную крыльчатку, понижающий редуктор и экран крыльчатки, при этом поворотная крыльчатка через понижающий редуктор соединена с синхронизирующей шестерней, на которой жестко закреплен экран крыльчатки.

2. Винт ветрогенератора по п.1, отличающийся тем, что лопасти поворотных элементов выполнены из двух створок, шарнирно установленных на общей оси с возможностью фиксации с тарированным усилием в развернутом положении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для повышения эффективности преобразования энергии ветра. .

Изобретение относится к ветряным двигателям. .

Изобретение относится к ветряным двигателям. .

Изобретение относится к механизмам парусной установки. .

Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано для создания ветроэнергетических станций. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для создания новых преобразователей энергии ветра в электрическую. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для получения механической или электрической энергии. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к роторам ветроэлектрогенераторов с вертикальной осью вращения. Ротор содержит вертикальный вал, ступицу и лопасти, выполненные в виде уплощенных труб незамкнутого профиля. Одна группа труб размещена неподвижно относительно вала, а вторая группа труб установлена вращательно подвижно относительно продольных осей лопастей и дополнительно снабжена образующими клапаны пропуска воздуха шторками, установленными на внешних откосах с возможностью перекрытия зазоров между группами труб лопастей. Изобретение обеспечивает повышение надежности при простоте конструкции и широком распространении полимерных незамкнутых профилей. 4 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель карусельного типа с вертикальной осью вращения содержит вертикальный вал. На валу укреплена турбина. Турбина выполнена в виде центрального барабана с идентичными лопастями в количестве не менее четырех. Турбина размещена в неподвижном осесимметричном направляющем аппарате - статоре. Статор снабжен вертикальными неподвижными створками. Створки расположены между верхней и нижней крышками с возможностью обеспечения концентрации и направления ветрового потока с наветренной стороны на рабочую лопасть турбины и отвода вытесняемого этой лопастью воздуха в заветренное пространство. Ветродвигатель дополнительно снабжен воздушным эжектором. С эжектором сообщается одна из торцевых частей турбины. Размер лопасти по линии контакта ее с центральным барабаном превышает ее радиальный размер. Вся рабочая поверхность лопасти или ее отдельные участки выполнены с наклоном, обеспечивающим отклонение ветрового потока в сторону эжектора. Лопасти турбины выполнены выпуклыми. Выпуклость направлена в сторону движения. Изобретение направлено на увеличение момента, развиваемого ветродвигателем при малых частотах вращения турбины, и увеличение коэффициента использования энергии ветрового потока. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ветротехнике. Ветродвигатель содержит вертикальный вал, прикрепленные к нему радиальные рамы, источник высокого напряжения, хвостовую секцию, токосъемную щетку, контактные дуги, диэлектрическую втулку, токопроводящие решета и игольчатые электроды. Токосъемная щетка механически связана с хвостовой секцией, присоединена к выходу источника высокого напряжения и установлена с возможностью касания контактных дуг. Контактные дуги расположены соосно со смещением относительно друг друга на диэлектрической втулке. Диэлектрическая втулка надета на вертикальный вал. Токопроводящие решета укреплены на радиальных рамах и электрически изолированы друг от друга. Игольчатые электроды установлены на токопроводящих решетах перпендикулярно их плоскости и обращены острыми концами против направления вращения вертикального вала. Каждое токопроводящее решето электрически связано со своей контактной дугой. Изобретение направлено на повышение надежности и КПД ветродвигателя. 2 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо содержит установленные на вертикальной оси Г-образные махи, лопасти, упорные рамки и демпферы. Махи состоят из радиального маха и аналогичного по конструкции маха, дополнительно установленного перпендикулярно радиальному. Лопасти шарнирно закреплены в махах с возможностью поворота. Ось вращения каждой лопасти в махах совпадает с ее ближайшей боковой кромкой. Лопасти в рабочем режиме прижаты к упорным рамкам, закрепленным параллельно плоскости каждого маха через демпферы к его конструкции. Во флюгерном режиме лопасти принимают направление воздушного потока без ограничений. Рамочные махи зажаты между двумя разделительными плоскостями, конструктивно образующими один ярус. N таких ярусов расположены вдоль основной оси ветроколеса. Верхняя разделительная плоскость n-1 яруса является нижней разделительной плоскостью n-го яруса. Махи каждого верхнего яруса смещены относительно махов ближайшего нижнего на угол α=2π/kn, где k - количество махов на одном ярусе (k≥3), n - количество ярусов (n≥2). Изобретение направлено на повышение эффективности, равномерности вращения, надежности и упрощение конструкции ветроколеса. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к турбинным установкам, которые могут быть использованы для производства электроэнергии. Турбинная установка содержит облопачивание 11, включающее криволинейные лопатки, внутренний конец каждой из которых заделан в полости 14, открытой с одной стороны; и генератор 20, расположенный в полости 14 и соединенный с облопачиванием 11. Каждая криволинейная лопатка имеет динамическую структуру и выполнена с возможностью увеличения в размерах под действием гидростатического давления и с возможностью сжатия под действием противодавления. Изобретение направлено на создание турбинных установок, характеризующихся простотой конструкции и эффективной работой. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и, в частности, может быть использовано, как ветроэлектроэнергетическая установка. Ветродвигатель содержит лопасти, выполненные вогнутой формы, аэродинамические поверхности, вертикальный вал. Лопасти установлены на траверсах, выполненных Λ-образной формы. Каждая траверса своей вершиной установлена с помощью шарнира на вертикальном валу, закрепленном верхним концом с возможностью взаимодействия с рабочей машиной. Аэродинамические поверхности закреплены на лопастях с наклоном, обеспечивающим возникновение подъемной силы, действующей на одну из лопастей вверх, а на противоположную - вниз. Изобретение позволяет повысить эффективность передачи энергии ветрового потока, обеспечивает упрощение конструкции ветродвигателя, повышение его надежности. 2 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Башня ветроэнергетическая выполнена с опорной конструкцией из нескольких отдельных башен. На верху башен создают устройство «магнитной левитации», обеспечивающей опирание на эти башни горизонтальной кольцевой платформы-ротора. Устройство «магнитной левитации», кроме вертикального держания платформы-ротора, обеспечивает горизонтальное удержание этой платформы-ротора при любом направлении ветра. Изобретение направлено на повышение эффективности ветроэнергетической башни. 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель содержит горизонтальный вал с установленным на нем ветроколесом с лопастями повышенной площади в направлении воздушного потока и конусный направитель воздушного потока средней зоны, а также в центральной зоне направитель воздушного потока тороидальной формы и блокирующее кольцо основных лопастей, на котором дополнительно в промежутках закреплены лопасти меньшего размера. Изобретение позволяет повысить суммарную площадь лопастей. 5 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Способ размещения роторной ветроэнергетической установки (РВЭУ) с вертикальной осью вращения на дымовой трубе предусматривает наличие: вертикальных лопастей аэродинамического профиля и горизонтальных лопастей улучшенного аэродинамического качества, тонкого алюминиевого кольца, верхнего вращающегося кольца с внешним зубчатым венцом, силового стержня, нижнего неподвижного профильного кольца, не менее двух симметрично расположенных магнитоэлектрических генераторов (МЭГ), опоры МЭГ и зубчатого колеса. Горизонтальная лопасть имеет профиль, у которого отношение высоты лопасти к ее хорде составляет 0,35-0,45. Тонкое алюминиевое кольцо соединяет верхние концы валов, которые проходят через носики вертикальных лопастей аэродинамического профиля. Верхнее вращающееся кольцо с внешним зубчатым венцом имеет на нижней стороне круговую канавку под подшипниковые шарики. Нижнее неподвижное профильное кольцо закреплено на верхней части дымовой трубы и имеет на внешней верхней поверхности канавку под подшипниковые шарики. Опора МЭГ неподвижно закреплена на дымовой трубе. Зубчатое колесо неподвижно закреплено на валу ротора МЭГ. Изобретение направлено на повышение мощности, КПД и надежности ветроэнергетической установки. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Ротор // 2511869
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в качестве автономного источника электроснабжения. Циклоидный ветродвигатель содержит опорную мачту, полые овальные трубы с установленными на их концах поворотными вертикальными лопастями, планетарный редуктор с заторможенной центральной конической шестерней, генератор, реверсивный электропривод, флюгер с контактной группой переключателей для самоориентации лопастей на ветер, противобуревый эксцентриковый флажок с подвижной конусной втулкой и размыкатели кинематических связей лопастей. Поворотные лопасти выполнены одинарными со сбалансированным чередующимся размещением их сверху и снизу по внешней окружности ветряного колеса. Многополюсный генератор с мультипликатором, редуктор отбора мощности, реверсивный электропривод и флюгер с контактной группой переключателей размещены внизу внутри несущего корпуса, установленного на вертикальных стойках. На подвижной конусной втулке закреплены пружинящая скоба с толкателями и шток соленоида, электрически связанного с выносным дистанционным пультом экстренной или профилактической остановки ветряного колеса. Ветродвигатель ориентирован преимущественно на возможность установки на крышах многоэтажных сооружений, а также на палубах морских несамоходных плавсредств и может быть эффективно использован в качестве автономного источника электроснабжения удаленных береговых туристических, рыболовецких и других инфраструктур. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх