Ветродвигатель

Авторы патента:

Литвиненко Александр Михайлович (RU)

F03D3/02 - с несколькими роторами

Владельцы патента RU 2537645:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрогенераторным установкам. Ветродвигатель содержит направляющий элемент и два лопастных ротора с вертикальными валами и лопастями, размещенными с образованием между внутренними лопастями зоны перекрытия. В него дополнительно введены верхние роторы, валы которых соединены с вертикальными валами лопастных роторов угловыми передачами. Валы верхних роторов установлены с наклоном в центральную часть ветродвигателя и с размещением их внутренних лопастей в зоне перекрытия лопастей нижних роторов. Изобретение обеспечивает улучшение энергетических показателей путем уменьшения площади лопастей при движении их против ветра. 7 ил.

зобретение относится к области ветроэнергетики, в частности, к ветроэлектрогенераторным установкам.

Известны ветродвигатели с вертикальным валом, например ветродвигатель [Патент РФ №2351796/А.М.Литвиненко. - Ветродвигатель./ Опубл. 10.04.2009, Бюл. №10, заявка 2007124236/06 от 27.06.2007, МПК F03D 7/06], содержащий вертикальный вал, башню и лопасти, выполненные вогнутой формы. Лопасти установлены на шкворнях, каждая из которых с помощью шарниров соединена с шарнирно установленными на валу тягами с образованием параллелограммов. Шкворни снабжены аэродинамическими поверхностями, имеющими наклон, при этом нижние тяги дополнительно соединены с валом с помощью шарнирно установленных пружинно-демпфирующих элементов.

Недостатком данного ветродвигателя является сложность конструкции и некоторая потеря ветровой энергии на аэродинамических поверхностях.

Указанный недостаток преодолевается за счет использования двух групп роторов, например ветродвигатель [Патент РФ №2358147 /А.М.Литвиненко. - Ветродвигатель./ Опубл. Бюл. №16, 2009, заявка 2007135964/06 от 27.09.2007, МПК F03D 3/04], содержащий башню, поворотное устройство, несущую конструкцию, вертикальные валы и вращающиеся в разные стороны ветроколера с лопастями с вертикальной осью вращения, а также хвостовую балку и хвостовые плоскости. Воздуховоды выполнены боковыми в виде трех участков - приемного, прямого и дугообразного коробов, последний из которых ориентирован на лопасти ветроколес, а хвостовая балка и хвостовые плоскости служат направляющим элементом ветродвигателя.

Недостатком данного двигателя является наличие больших и массивных воздуховодов, что значительно удорожает конструкцию.

Повышение эффективности использования ветрового потока возможно также за счет использования многоярусных лопастных роторов, например ветродвигатель [Патент РФ №2373426 /А.М.Литвиненко. - Ветродвигатель./ Опубл. Бюл. №32, 2009, заявка 20081144734/06 от 14.04.2008, МПК F03D 3/06], содержащий вращающиеся относительно вертикальной оси стойку и основные перекладины с неподвижными вогнутыми ветровоспринимающими элементами и дополнительно снабжен вспомогательными перекладинами, установленными над основными перекладинами, и рамками с вогнутыми ветровоспринимающими элементами на нижней стороне. Рамки установлены верхней стороной в поворотном шарнире на вспомогательных перекладинах и размещены с возможностью упора вертикальными стойками в основные перекладины.

При функционировании этого ветродвигателя возникают нежелательные динамические нагрузки, связанные с перекладкой подвижных ветровоспринимающих элементов, что вызывает несимметричные нагрузки.

Из всех известных аналогов наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является ветродвигатель [Патент Германии №202006014267 И1 от 2007.01.11, заявлен 13.09.2006], содержащий зону перекрытия между двумя роторами с параллельными вертикальными валами. Ветродвигатель содержит шестеренчатую передачу, которая фазирует вертикальные валы таким образом, что между валами создается зона перекрытия лопастей, уменьшающая аэродинамическое сопротивление ветродвигателя, а именно тех лопастей, которые движутся навстречу потоку.

Недостатком данного ветродвигателя является как наличие массивных воздуховодов, расположенных сзади роторов, так и относительно малая эффективность зоны перекрытия лопастей, что связано с тем, что ее площадь относительно велика по сравнению с площадью рабочих роторов и составляет приблизительно отношение 1:2, что недостаточно для эффективности работы.

Изобретение направлено на повышение использования зоны воздушного потока, уменьшение относительно площади зоны перекрытия и, как следствие, улучшение энергетических показателей.

Это достигается тем, что в ветродвигатель, содержащий направляющий элемент и два лопастных ротора с вертикальными валами и лопастями, размещенными с образованием между внутренними лопастями зоны перекрытия, согласно изобретению дополнительно введены верхние роторы, валы которых соединены с вертикальными валами роторов угловыми передачами, валы верхних роторов установлены с наклоном в центральную часть ветродвигателя и с размещением их внутренних лопастей в зоне перекрытия.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена кинематическая схема электродвигателя с двумя зонами перекрытия и угловыми передачами, выполненными в виде двух шарниров с пальцами. На фиг.2 показана кинематическая схема аналогичного ветродвигателя, но с угловыми передачами в виде карданных шарниров и шлицевых соединений. На фиг.3 изображена кинематическая схема ветродвигателя зоны перекрытия, площадь которой составляет все лишь четверть от площади рабочих плоскостей с угловыми передачами в виде конических шестерен. В дальнейшем изложении этот вариант ветродвигателя является основным и описывается более детально. На фиг.4 - вид спереди данного ветродвигателя, на фиг.5 приведена схема расположения лопастей нижнего яруса, на фиг.6 условно показана кинематическая схема расположения лопастей верхнего яруса, на фиг.7 показан вид сбоку.

Ветродвигатель в варианте с увеличенной зоной перекрытия (см. фиг.3) содержит два вертикальных вала 1 и 2, направляющий элемент 3, группу нижних лопастей (нижнего яруса) 4 и 5, группу верхних лопастей (верхнего яруса) 6 и 7 с зоной перекрытия 8 между валами. При этом валы 9 и 10 роторов верхних ярусов установлены наклонно с завалом в центральную часть ветродвигателя с тем, чтобы в центральной части ветродвигателя была организована зона перекрытия не двух лопастей, как в ближайших аналогах ветродвигателя, а четырех лопастей. При этом валы роторов верхних и нижних ярусов соединены угловыми передачами, например шарнирами 11, типа шар с пальцем, карданными шарнирами 12 или угловыми зубчатыми передачами 13. Вертикальные роторы вращаются в подшипниках 14, на одном валу с роторами сидят роторы 15 генераторов, которые через воздушный зазор находятся в магнитной связи со статорами 16. Статоры установлены на нижнем поворотном основании 17, которое через подшипник 18 связано с неподвижной опорой 19. Подшипники валов закреплены на корпусе 20, который, в свою очередь, закреплен на стойке 21, в качестве которой может быть использован и обтекатель 22, установленный в средней части ветродвигателя. Направляющий элемент 3 установлен на штанге 23.

Ветродвигатель работает следующим образом. Ветровой поток воспринимается периферийными лопастями 4, 5, 6, 7 как верхнего, так и нижнего яруса. При этом группа роторов приходит в синхронизированное вращение, сопровождающиеся движением периферийных лопастей по потоку, направленному на плоскости фиг.1, 2, 3, 4, снизу вверх на плоскости 5 и 6, слева направо на плоскость фиг.7. Вследствие наклоненности валов 9 и 10 к центру и соответствующим образом выбранному осевому смещению в зоне перекрытия оказывается не две, как в ближайшем аналоге, а сразу четыре лопасти. Их расположение показано на фиг.5 для нижнего яруса и на фиг.6 для верхнего яруса. При этом на фиг.6 в центральной части заштрихована зона перекрытия нижнего яруса. Из фиг.6 видно, что лопасти верхнего яруса не накладываются на зону перекрытия нижнего яруса, а расположены ниже (левый ротор) и выше (правый ротор). Зоны перекрытия нижнего яруса - см. фиг.6. В зоне перекрытия центральной части ветродвигателя может быть расположен обтекатель 22, который выполняет 2 функции: - еще более затеняет зону перекрытия;

- направляет воздушный поток, приходящийся на зоны перекрытия, в стороны на рабочие лопасти, что еще более увеличивает эффективность ветродвигателя.

Технико-экономическим преимуществом данного ветродвигателя является повышенная эффективность, связанная с уменьшенной в 2 раза, по сравнению с наиболее близким аналогом, площадью перекрытия, что практически повышает использование ветровой энергии в 2 раза.

Ветродвигатель, содержащий направляющий элемент и два лопастных ротора с вертикальными валами и лопастями, размещенными с образованием между внутренними лопастями зоны перекрытия, отличающийся тем, что в него дополнительно введены верхние роторы, валы которых соединены с вертикальными валами роторов угловыми передачами, валы верхних роторов установлены с наклоном в центральную часть ветродвигателя и с размещением их внутренних лопастей в зоне перекрытия.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии среднескоростных ветров в условиях континентального климата. Поливиндротор включает в себя несущую мачту, заканчивающуюся наверху поворотным узлом, от которого отходят в подветренную сторону горизонтальные платформы, стянутые вертикальными стойками в обойму, содержащую виндроторы, выставленные клином на ветер, и хвостовые оперения.

Устройство ветрогенератора и конструкция лопасти ветрогенератора // 2529966

Конструкция лопасти включает в себя каркас ветряной лопасти, валы ветряной лопасти, предусмотренные в каркасе ветряной лопасти, подвижные лопасти и стопоры лопастей.

Ветролектростанция высокой мощности // 2518786

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэлектрических станциях высокой мощности. Ветроэлектростанция, включающая модуль, содержит смонтированную в подшипниковых опорах, верхней и нижней, вертикальную ось с лопастями, платформу, смонтированную на опорах, на платформе закреплена нижняя подшипниковая опора вертикальной оси, установлен прикрывающий часть лопастей от воздействия ветра дуговой экран с по меньшей мере одним опорным колесом, сообщенным трансмиссией с двигателем, осесимметричную поверхность, взаимодействующую с колесом.

Ветровой энергетический модуль с вертикальной центростремительной турбиной и высокоэффективная энергетическая установка для производства переменного электрического тока // 2511780

Группа изобретений относится к ветроэнергетическим установкам. Ветровой энергетический модуль, содержащий вертикальную центростремительную турбину, электрогенератор, связанный с турбиной с профилированными лопастями, размещенной внутри неподвижного соплового направляющего аппарата, выполненного с верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти.

Способ балансировки ветроколеса вертикально-осевой ветроэнергетической установки // 2506451

Изобретение относится к способам балансировки ветроколес вертикально-осевых ветроэнергетических установок. Способ балансировки ветроколеса ветрикально-осевой ветроэнергетической установки, состоящего из ступицы и кольца с закрепленными на нем в два яруса лопастями, характеризуется тем, что балансировку проводят в следующей последовательности: комплектуют лопасти ветроколеса так, чтобы значения массы лопастей в каждом ярусе отличались между собой не более 0,15%, ступице придают горизонтальное положение относительно оси вращения, к оси ступицы присоединяют технологические штанги, полученную сборку поднимают и устанавливают штангами на подставки, на ступице устанавливают кольцо крепления лопастей, на ось ступицы устанавливают виброгенератор и при работающем виброгенераторе подбором по массе и установкой грузов балансировку производят в три этапа, вначале балансируют с кольцом крепления лопастей, затем - с присоединенными лопастями верхнего яруса, а затем - с присоединенными лопастями нижнего яруса так, чтобы на каждом этапе при придании вращения «от руки» сборка могла останавливаться в любом положении от 0 до 360°, при этом каждый этап балансировки заканчивается установкой и закреплением балансировочных грузов определенного веса и в нужном месте.

Поливиндроторный энергокомплекс материкового назначения // 2504686

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии средне-скоростных ветров в электроэнергию. Энергокомплекс состоит из несущей мачты, на вершине которой имеется поворотный узел с радиально и противоположно направленными траверсами равной длины, на которых установлены, по меньшей мере, две идентичные опорные решетки.

Карусельный ветродвигатель // 2501974

Изобретение относится к ветродвигателям с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра. Ветродвигатель содержит установленное на вертикальном полом валу рабочее колесо, выполненное виде размещенных между верхним и нижним ободами поворотных лопастей, установленных на поворотных валах, которые закреплены на кронштейнах, связанных с вертикальным валом.

Ветроэнергетическая установка (варианты) // 2501973

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии. Ветроэнергетическая установка содержит ветрогенератор с лопастной ветровой турбиной с вертикальным валом вращения, расположенной внутри неподвижного лопастного воздухонаправляющего аппарата с основанием и крышкой, электрогенератор, блок управления, дополнительный источник электроэнергии.

Ветроэлектрогенераторная установка // 2498108

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэлектрогенераторная установка содержит башню, поворотное устройство, несущую конструкцию, вертикальные валы с вращающимися в разные стороны ветроколесами с лопастями, хвостовую плоскость, статорные и роторные элементы.

Ветроэнергетическая установка // 2490514

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

Статор // 2537791

Изобретение относится к электротехнике, ветроэнергетике, а именно к ветроэлектрогенераторам с вертикальной осью вращения. Технический результат состоит в повышении эффективности, которая обусловлена тем, что используются не только радиальные, но и торцевые зазоры. Статор содержит источники возбуждения, магнитопроводы, рабочую катушку и основания с крепежными элементами. Магнитопроводы выполнены в виде верхней и нижней групп. Каждая группа включает в себя уголок, обращенный горизонтальной полкой к торцевому зазору роторного элемента, а вертикальной полкой - к первому торцу катушки с постоянными магнитами. Второй торец катушки с постоянными магнитами соединен с общим вертикальным магнитопроводом. 1 ил.

Ветроэнергетический комплекс // 2539604

Изобретение относится к энергетике. Ветроэнергетический комплекс включает, по крайней мере, два ветросиловых модуля, расположенных один над другим. Каждый ветросиловой модуль содержит закрепленные в силовом каркасе внутренний и внешний ветросиловые блоки, размещенные на одной оси и выполненные с возможностью вращения. Внутренний ветросиловой блок представляет собой корпус, боковые стенки которого образованы лопатками. Внешний ветросиловой блок включает, по крайней мере, две лопасти Дарье, закрепленные на элементах внутреннего ветросилового блока. Два ветросиловых модуля выполнены с возможностью размещения генераторного узла между ними. Внутренний и внешний ветросиловые блоки одного модуля подключены к ротору генератора. Внутренний и внешний ветросиловые блоки второго модуля подключены к статору генератора. Силовой каркас представляет собой, по крайней мере, три стойки, соединенные поперечными элементами со стороны верхней и нижней стенок корпуса внутреннего ветросилового блока. Стойки силового каркаса одного модуля выполнены с возможностью соединения со стойками силового каркаса соседнего модуля. Изобретение направлено на повышение коэффициента использования энергии ветра, надежности, а также упрощение конструкции и транспортировки комплекса. 26 з.п. ф-лы, 6 ил.

Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка // 2551913

Изобретение относится к области гелио- и ветроэнергетики. Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка содержит установленный с возможностью вращения вертикальный вал в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную полую ось. Неподвижная полая ось закреплена на основании. На вертикальном валу соосно между двумя защитными куполами закреплены ротор Савониуса и ротор Дарье. Защитные купола покрыты препятствующим обледенению слоем. Ротор Савониуса установлен внутри ротора Дарье. Лопасти ротора Дарье выполнены в виде скрученных полос, покрытых препятствующим обледенению слоем. На всей поверхности лопастей ротора Савониуса, выполненных в виде скрученных пластин, с двух сторон закреплены фотоэлектрические преобразователи. Выходы фотоэлектрических преобразователей соединены с силовым входом устройства управления. На вертикальном валу закреплен датчик скорости вращения вала. Выход датчика скорости вращения вала соединен с сигнальным входом устройства управления. Первый силовой выход устройства управления соединен через первый ключ с входом бесколлекторного двигателя постоянного тока. Второй силовой выход устройства управления соединен через второй ключ с входом индукционного передатчика энергии. Выход индукционного передатчика энергии соединен через контроллер заряда с первым входом накопителя электрической энергии. Второй вход накопителя соединен через контроллер заряда с выходом электромагнитного генератора. Электромагнитный генератор закреплен в нижней части вертикального вала. Технический результат - увеличение вырабатываемой электроэнергии за счет использования ветровой и солнечной энергии всесезонно при переменных погодных условиях. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Роторный вертикальный ветродвигатель // 2561226

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции ветродвигателя и повышение его надежности. Роторный вертикальный ветродвигатель содержит вращающиеся основания, траверсы, приемники энергии, центральную стойку с поворотным основанием. Каждая пара приемников энергии выполнена в виде перекрещивающихся Λ-образных стоек, установленных на вращающихся основаниях нижних траверс. К вершинам стоек прикреплена верхняя траверса. Между торцами траверс установлены вертикальные стойки. К вертикальным стойкам прикреплены ветроприемные поверхности, между которыми размещены стягивающие пружины с поводками. 2 ил.

Карусельный ветродвигатель // 2563949

Изобретение относится к ветротехнике. Карусельный ветродвигатель содержит вертикальный вал, опорную плиту, верхние и нижние горизонтальные поворотные лопасти. Опорная плита закреплена на вертикальном валу. Верхние горизонтальные поворотные лопасти и нижние горизонтальные поворотные лопасти установлены на горизонтальных поворотных валах верхних и нижних подпружиненных поворотных рамок со смещением относительно центральной оси лопасти. Верхние и нижние подпружиненные поворотные рамки установлены на кронштейнах, которые закреплены на опорной плите. На опорной плите установлен полый вал, на кронштейнах которого закреплены вертикальные поворотные валы, на которых установлены вертикальные поворотные лопасти со смещением относительно центральной оси лопасти. Вертикальный вал сочленен с электрогенератором через редуктор и зафиксирован подшипниками качения на неподвижном основании, служащем опорой ветродвигателя. Изобретение направлено на увеличение скорости и стабильности вращения, надежности в работе, уменьшение металлоемкости, мощности ветродвигателя. 5 ил.

Роторный ветродвигатель // 2569469

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающиеся основания с приемниками энергии, центральную стойку с поворотным основанием. На поворотном основании укреплены вращающиеся основания. Приемники энергии выполнены в виде Λ-образных стоек. Между нижними креплениями Λ-образных стоек установлены нижние траверсы, скрепленные с основаниями. На вершинах стоек расположены верхние траверсы, внутренние концы которых закреплены на стержнях. Стержни установлены в центрах вращающихся оснований. Между верхними и нижними траверсами натянуты полотнища. Изобретение направлено на повышение надежности роторного ветродвигателя. 4 ил.

Ветросиловой ротор и способ выработки энергии с его помощью // 2569794

Настоящее изобретение относится к ветросиловому ротору, ветросиловой установке, применению ветросилового ротора в ветросиловой установке, а также к способу преобразования энергии ветра в приводную энергию для выработки электрического тока. Ветросиловой ротор (10) содержит первое роторное устройство (12) и второе роторное устройство (14). Первое роторное устройство вращается вокруг первой оси (16) вращения и имеет по меньшей мере две лопасти (18) ротора. Лопасти (18) движутся по круговой траектории (20) вокруг первой оси вращения. Лопасти ротора расположены так, что они при вращении вокруг первой оси вращения описывают виртуальную первую боковую поверхность (22) виртуального первого тела вращения (24). Второе роторное устройство вращается вокруг второй оси (26) вращения и имеет второе тело вращения (28) с замкнутой второй боковой поверхностью (30). Второе тело вращения, по меньшей мере частично, расположено внутри виртуального первого тела вращения. Первое роторное устройство выполнено с возможностью приведения во вращение ветром в первом направлении (32) вращения для преобразования силы ветра в приводную силу, а второе роторное устройство имеет приводное устройство (34) и выполнено с возможностью приведения во вращение во втором направлении (36) вращения, которое направлено противоположно первому направлению вращения. Изобретение направлено на максимально эффективное использование энергии ветра. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 29 ил.

Ветроэлектрическая станция // 2571998

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрическим станциям. Ветроэлектрическая станция содержит поворотное в горизонтальной плоскости основание с двумя вертикальными роторами, обтекатель и стабилизатор. Поворотное основание снабжено горизонтально лежащей T-образной стойкой, перекладина которой ориентирована на поток, а на самой стойке установлены три вертикальные направляющие. Две вертикальные направляющие расположены между вертикальными роторами. Третья вертикальная направляющая расположена на торце стойки. Первая вертикальная направляющая снабжена горизонтальной перекладиной, параллельной перекладине T-образной стойки. Между горизонтальными перекладинами натянуто полотно обтекателя. Между второй и третьей вертикальными направляющими натянуто полотно стабилизатора. Изобретение направлено на уменьшение массы и габаритов ветроэлектрической станции. 4 ил.

Контрроторный поливиндротор // 2572150

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам. Контрроторный поливиндротор включает в себя несущую мачту и поворотный узел, на котором закреплен опорный каркас с ветроколесами вертикально-осевого вращения, размещенными в двух ярусах и выставленными клином на ветер. Между ярусами каркаса имеется разрыв, содержащий контрроторные генераторы, ветроколеса разных ярусов, будучи соосными, имеют встречные вращения. Валы ветроколес с меньшей площадью ометания, относящиеся к нижнему ярусу, соединены с роторами, а валы ветроколес с большей площадью ометания, встроенные в верхний ярус, - с контрроторами тех же генераторов, эти последние валы ветроколес, что более остальных удалены в подветренную сторону от несущей мачты, выступают вверх за пределы опорного каркаса, где на их концы дополнительно надеты ортогональные лопасти крыловидного профиля. Изобретение направлено на достижение больших электрических мощностей при надежной ориентации установки на ветер. 2 ил.

Парно-виндроторный электрогенератор // 2572151

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветрогенераторам вертикально-осевого вращения. Парно-виндроторный электрогенератор содержит несущую мачту, заканчивающуюся наверху поворотным узлом с закрепленным к нему каркасом ветросилового блока из опорных горизонтальных балок, внутри которого в двух ярусах расположены виндроторы, и плоский ориентирующий элемент. Виндроторы в каждом ярусе сгруппированы попарно таким образом, что пара виндроторов в верхнем ярусе вынесена от поворотного узла мачты на большее плечо и находится с подветренной стороны. Пара виндроторов в нижнем ярусе расположена с наветренной стороны к поворотному узлу, сюда же, но на подветренную часть яруса, перенесен ориентирующий элемент. Изобретение направлено на уменьшение массогабаритных характеристик и повышение прочности и жесткости, улучшение ориентации на ветер. 2 ил.