Механизм трансформации лопасти турбины



Механизм трансформации лопасти турбины
Механизм трансформации лопасти турбины
Механизм трансформации лопасти турбины

 


Владельцы патента RU 2542649:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения. Механизм трансформации лопасти турбины, содержащий основную часть лопасти, установленную на роторе турбины с возможностью поворота относительно вертикальной оси между механическими ограничителями, шарнирно присоединенный к ней закрылок и кинематическую связь основной части лопасти и закрылка. Кинематическая связь основной части лопасти и закрылка содержит рычаг, скрепленный с закрылком соосно с его геометрической осью, и жесткую тягу, первый конец которой шарнирно связан с концом рычага, а второй шарнирно закреплен на роторе, при этом длина рычага равна 1-3 расстояния от оси поворота лопасти до точки закрепления тяги на роторе, а сумма длин рычага и тяги равна максимальному расстоянию от точки закрепления тяги на роторе до оси поворота закрылка. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения.

Известен механизм трансформации лопасти турбины, содержащий основную часть лопасти, установленную на роторе турбины с возможностью поворота относительно вертикальной оси между механическими ограничителями, в которой больший участок выполнен гибким или составным и конец которого связан гибкой связью с корпусом ротора (патент РФ №2253038, МПК F03D 3/00, 2005).

Недостатком данной конструкции является низкая аэродинамическая эффективность ветротурбины из-за неоптимального аэродинамического профиля лопасти, получаемого путем сгиба ее части.

Известен механизм трансформации лопасти в ветродвигателе с вертикальной осью вращения ротора, поворотными ассиметричными лопастями с предкрылками и закрылками, механическими ограничителями углов поворота лопастей, механизмами согласованного поворота предкрылка и закрылка, а также дифференциальными механизмами поворота предкрылка (патент РФ №2290533, МПК F03D 7/06, 2006).

Эта конструкция механизма наиболее близко совпадает по большинству признаков с предлагаемым техническим решением и использована в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является сложность конструкции лопасти и механизма ее трансформации, в частности необходимость иметь дополнительные элементы, такие как предкрылок, планетарный редуктор и водило.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, выражается в упрощении конструкции механизма трансформации лопасти и устранении упомянутых недостатков аналога и прототипа.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что каждая лопасть выполнена из двух жестких составных частей, связанных между собой механизмом согласованного поворота, и при свободном повороте лопастей под действием ветра их геометрия изменяется в соответствии с углом поворота относительно корпуса ротора и силы ветра, обеспечивая оптимальный выпукло-вогнутый аэродинамический профиль и, соответственно, увеличение тяговых характеристик ветродвигателя.

Поставленная задача решается тем, что механизм трансформации лопасти турбины, содержащий основную часть лопасти, установленную на роторе турбины с возможностью поворота относительно вертикальной оси между механическими ограничителями, шарнирно присоединенный к ней закрылок, и кинематическую связь основной части лопасти и закрылка, отличается тем, что кинематическая связь основной части лопасти и закрылка содержит рычаг, скрепленный с закрылком соосно с его геометрической осью, и жесткую тягу, первый конец которой шарнирно связан с концом рычага, а второй шарнирно закреплен на роторе. При этом длина рычага равна 1-3 расстояния от оси поворота лопасти до точки закрепления тяги на роторе, а сумма длин рычага и тяги равна максимальному расстоянию от точки закрепления тяги на роторе до оси поворота закрылка. Кроме того, рычаг закреплен под углом 1-15 градусов относительно хорды закрылка в направлении оси вращения турбины.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с признаками аналогов и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки «… кинематическая связь основной части лопасти и закрылка содержит рычаг, скрепленный с закрылком соосно с его геометрической осью, и жесткую тягу, первый конец которой шарнирно связан с концом рычага, а второй шарнирно закреплен на роторе…» вместе формируют кинематическую связь ротора, основной части лопасти и закрылка и тем самым позволяют обеспечить требуемую трансформацию аэродинамического профиля лопасти, а именно образование выпуклого профиля с подветренной стороны лопасти путем разворота закрылка относительно основной части лопасти по мере ее пассивного поворота на роторе турбины под действием воздушного потока.

Признак «… длина рычага равна 1-3 расстояния от оси поворота лопасти до точки закрепления тяги на роторе…» позволяет обеспечить оптимальный угол поворота закрылка.

Признак «… сумма длин рычага и тяги равна максимальному расстоянию от точки закрепления тяги на роторе до оси поворота закрылка» дает возможность рычажному механизму пройти "мертвую точку", где рычаг и тяга занимают коллинеарное положение.

Признак «… рычаг закреплен под углом 1-15 градусов относительно хорды закрылка в направлении оси вращения турбины…» обеспечивает образование небольшого момента аэродинамических сил, приложенных к закрылку при прохождении механизмом "мертвой точки" на наветренной стороне турбины, и тем самым обеспечивает надежность разворота закрылка в требуемом направлении.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показан вид сверху на участок ротора турбины с двумя механизмами трансформации лопасти. На фиг.2 приведен разрез A-A фиг.1. На фиг.3 приведена схема механизма при прохождении "мертвой точки" во флюгерном положении лопасти.

Турбина содержит ротор 1, в котором установлен подшипник 2, несущий опорную шейку 3 основной части лопасти 4. Закрылок 5 шарнирно присоединен к основной части лопасти 4 посредством осей 6 и подшипников 7. Лопасть в сборе выполнена ассиметричной относительно опорной шейки 3. На закрылке 5 с зазором в дугообразном пазу 8 ротора 1 расположен торцовый выступ 9, на котором соосно с геометрической осью закрылка 5 закреплен рычаг 10. Механизм трансформации лопасти также включает жесткую тягу 11, первый конец которой связан с шейкой 12 на конце рычага 10 через подшипник 13. Второй конец жесткой тяги 11 закреплен на шейке 14 ротора 1 посредством подшипника 15. При этом длина рычага 10 (расстояние между геометрической осью поворота закрылка 5 и осью шейки 12) равна 1-3 расстояния между геометрическими осями опорной шейки 3 и шейки 14. Сумма длин рычага 10 и тяги 11 равна максимальному расстоянию между геометрической осью поворота закрылка 5 и осью шейки 14. Кроме того, рычаг закреплен под углом γ=1-15 градусов относительно хорды 16 закрылка 5 в направлении оси вращения турбины. На плоскости ротора 1, обращенной в сторону основной части лопасти 4, расположены упоры 17. Хорда основной части лопасти 4 обозначена позицией 18.

Работает механизм следующим образом. При воздействии ветра (текущей среды) на ротор 1 турбина начинает вращаться (на фиг.1 - по часовой стрелке). При этом происходит поворот основном части лопасти 4 на угол α относительно касательной к круговой траектории оси поворота основной части лопасти 4. При этом в результате воздействия жесткой тяги 11 на шейку 12 на конце рычага 10 закрылок 5 поворачивается на угол β относительно хорды 18 основной части лопасти 4. Угол β меньше угла α, так как длина рычага 10 равна 1-3 расстояния между геометрическими осями опорной шейки 3 и шейки 14. При этом за счет поворота закрылка подветренная сторона лопасти в сборе получает выпуклый профиль, а наветренная - вогнутый.

Угол поворота α основной части лопасти 4 ограничен положением упоров 17. Из-за этого ограничения по мере дальнейшего поворота ротора турбины формируется положительный угол атаки лопастей, находящихся на наветренной стороне ротора, что создает крутящий момент на роторе.

После выхода лопасти на подветренную сторону ротора 1 под действием давления относительного ветра (текущей среды) с внутренней стороны турбины происходит разворот основной части лопасти 4 до второго упора 17 на роторе 1. При этом из-за кинематической связи «ротор 1 - жесткая тяга 11 - рычаг 10» закрылок 5 также разворачивается относительно основной части лопасти 4 в противоположном направлении и, поскольку сумма длин рычага 10 и тяги 11 равна максимальному расстоянию от точки закрепления тяги 11 на роторе 1 до оси поворота закрылка 5, то механизм проходит «мертвую точку» (жесткая тяга 11 и рычаг 10 выровнены), вновь формируя выпуклый профиль на подветренной стороне лопасти. В результате лопасти, находящиеся на подветренной стороне ротора, также создают крутящий момент на роторе 1.

Далее лопасть, выходя на участок движения навстречу потоку, сходит с упора 17 и занимает флюгерное положение, оказывая минимальное сопротивление вращению. Благодаря кинематической связи «ротор 1 - жесткая тяга 11 - рычаг 10» закрылок 5 постепенно выравнивается с основной частью лопасти 4, вновь проходя «мертвую точку» механизма. При этом благодаря углу γ между хордами 16 и 18 с внутренней стороны на закрылке 5 возникает небольшой дополнительный аэро/гидродинамический момент, обеспечивающий надежное прохождение «мертвой точки» механизма в требуемом направлении - с относительным разворотом закрылка навстречу повороту основной части лопасти 4.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет обеспечить плавную трансформацию профиля лопасти по мере ее пассивного поворота при вращении ротора 1.

1. Механизм трансформации лопасти турбины, содержащий основную часть лопасти, установленную на роторе турбины с возможностью поворота относительно вертикальной оси между механическими ограничителями, шарнирно присоединенный к ней закрылок и кинематическую связь основной части лопасти и закрылка, отличающийся тем, что кинематическая связь основной части лопасти и закрылка содержит рычаг, скрепленный с закрылком соосно с его геометрической осью, и жесткую тягу, первый конец которой шарнирно связан с концом рычага, а второй шарнирно закреплен на роторе, при этом длина рычага равна 1-3 расстояния от оси поворота лопасти до точки закрепления тяги на роторе, а сумма длин рычага и тяги равна максимальному расстоянию от точки закрепления тяги на роторе до оси поворота закрылка.

2. Механизм трансформации лопасти турбины по п.1, отличающийся тем, что рычаг закреплен под углом 1-15 градусов относительно хорды закрылка в направлении оси вращения турбины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветросиловой турбине. Горизонтальная ветросиловая турбина содержит раму и средство направления потока воздуха.

Устройство автоматического регулирования угла лопасти содержит поворотную раму (4), внешняя сторона которой соединена при помощи шарнира с задней частью лопасти (1), а внутренняя сторона которой соединена с поддерживающим лопасть диском (5).

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования в низкооборотных ветросиловых установках для преобразования ветровой энергии в электрическую.

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветряным двигателям, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии на зданиях, имеющих достаточную высоту.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Способ управления лопастями ротора ветряка с вертикальной осью вращения заключается в расположении лопастей ротора ветряка, создающих под действием ветрового напора крутящий момент относительно вертикальной оси ротора, с максимальным аэродинамическим сопротивлением и в расположении лопастей ротора ветряка, не создающих под действием ветрового напора крутящий момент относительно вертикальной оси ротора, с минимальным аэродинамическим сопротивлением.

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.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и, в частности, может быть использовано, как ветроэлектроэнергетическая установка. Ветродвигатель содержит лопасти, выполненные вогнутой формы, аэродинамические поверхности, вертикальный вал.

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

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения. Механизм трансформации лопасти турбины содержит основную часть лопасти, установленную на роторе турбины с возможностью поворота относительно вертикальной оси между механическими ограничителями. Связь основной части лопасти и закрылка состоит из первого зубчатого сегмента, жестко закрепленного на роторе соосно с осью вращения основной части лопасти, второго зубчатого сегмента, скрепленного с закрылком соосно с его геометрической осью, а также третьего зубчатого сегмента, установленного на основной части лопасти между первым и вторым зубчатыми сегментами, в зацеплении с ними, с возможностью поворота относительно вертикальной оси, проходящей через хорду основной части лопасти. Технический результат выражается в том, что каждая лопасть выполнена из двух жестких составных частей, связанных между собой механизмом согласованного поворота, и при свободном повороте лопастей под действием ветра их геометрия изменяется в соответствии с углом поворота относительно корпуса ротора и силы ветра, обеспечивая оптимальный выпукло-вогнутый аэродинамический профиль и, соответственно, увеличение тяговых характеристик ветродвигателя. 2 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к установкам с вертикальной осью вращения ветроколеса для преобразования энергии ветрового потока в полезную энергию, в частности в электрическую или тепловую. Ветроэнергетическая система содержит первую структуру отклонения потока ветра (ОПВ), выполненную в виде тела вращения, ветроколесо с вертикальной осью вращения, средство фиксации ветроколеса в виде верхних и нижних поперечин, энергетический преобразователь, который соединен с ветроколесом, узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса. Система также содержит вторую структуру ОПВ, которая расположена перед ветроколесом и первой структурой ОПВ таким образом, чтобы направление отклоненного потока ветра внешней поверхностью второй структуры ОПВ совпадало с направлением указанного отклонения потока ветра первой структурой ОПВ. Лопатки ветроколеса расположены в зазоре между первой структурой ОПВ и второй структурой ОПВ, причем верхние и нижние поперечины средства фиксации ветроколеса с одной стороны жестко соединены с лопатками ветроколеса, а с другой - соединены с вертикальным валом вертикальной оси вращения ветроколеса. Вторая структура ОПВ перекрывает спереди часть ветроколеса. Изобретение обеспечивает повышение эффективности использования ветрового потока за счет исключения возможности турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к турбинам на текучей среде и, в частности, к турбинам на текучей среде, имеющим вертикальную ось. Турбина (100) представляет собой имеющую вертикальную ось ветровую турбину, предназначенную для получения электроэнергии из энергии ветра. Система (100) имеет лопаточный узел (140). Узел (140) имеет лопатки (142, 144, 146, 148), выполненные с возможностью вращения вокруг оси (Y). Система (100) имеет концентратор (120), выполненный с возможностью размещения с наветренной стороны и перед возвратной стороной узла (140). Концентратор (120) может образовывать выпуклую поверхность, обращенную к ветру. Система (100) имеет регулируемый концентратор (110), выполненный с возможностью позиционирования с наветренной стороны по отношению к толкательной стороне узла (140). Концентратор (110) выполнен с возможностью перевода между первой позицией и второй позицией, причем концентратор (110) способен отклонять больше ветра к турбине (100) в первой позиции, чем во второй позиции. Изобретение направлено на увеличение КПД. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при сооружении ветровых электростанций. Ветровой энергетический агрегат содержит ортогональную турбину с полыми лопастями гидродинамического профиля и электрогенератор. Лопасти установлены посредством полых траверс обтекаемого профиля на полом валу ортогональной турбины. Вал выполнен с возможностью вращения. Вал ортогональной турбины и лопасти ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину. Полости лопастей, траверс и вала сообщены между собой. Лопасти выполнены с сообщенными со стороны входа с полостью каждой лопасти выходными сопловыми отверстиями для выпуска струй газообразной среды по касательной вдоль поверхности лопасти в направлении ее выходной кромки. Выходные сопловые отверстия выведены в зону за точкой максимальной толщины профиля лопасти. Внутри полого вала коаксиально ему с образованием кольцевого зазора установлен неподвижный полый газораспределительный трубопровод. В стенке трубопровода выполнены отверстия, посредством которых полость трубопровода сообщена с полостями траверс. Газораспределительный трубопровод подключен к источнику непрерывной или импульсной подачи газообразной среды под давлением. В результате достигается повышение надежности работы ветрового энергетического агрегата. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к ветровому генератору электрического тока. Ветровой генератор электрического тока содержит неподвижную вертикальную ось, внутренние лопасти и внешние лопасти. Внешние лопасти закреплены на внутренних лопастях. Внешние лопасти имеют изменяемый угол атаки. Внутренние лопасти удерживаются винтами и прикреплены своими кромками к дискам. Диски установлены выше и ниже неподвижной вертикальной оси. Внутренние лопасти имеют постоянный угол атаки. Изобретение обеспечивает постоянную скорость вращения генератора и защиту генератора от повреждений при больших скоростях ветра. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Заявленное изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики и может быть использовано для генерирования электроэнергии. Приливный и ветроэлектрический генератор содержит установочную раму (10), вертикальный вращающийся вал (20), установочные планки лопастей (30) и (30′), опорные кольца (40) и (40′), вертикальные опорные стержни (50); лопасти (60) и (60′), вертикальные опорные рамы (70), горизонтальные рамы (80), установочный элемент (20′), тросовую опору (50′), средство (90) регулирования степени развертывания лопастей, средство (100) повышения кпд генератора и генераторное средство (200), которое связано с нижним концом вертикального вращающегося вала. Приливный и ветроэлектрический генератор может использоваться даже в условиях слабого ветра или отлива независимо от направления ветра или приливного течения. 9 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроэнергетическая установка содержит беговую дорожку в виде кольцевого рельсового пути, на котором установлены тележки, соединенные поводками с валом привода генератора электрического тока. На каждой тележке закреплено устройство приема кинетической энергии ветрового потока. Каждое устройство приема кинетической энергии ветрового потока выполнено в виде конфузора, сверху которого друг над другом закреплены с возможностью поворота в вертикальных плоскостях подпружиненные П-образные в сечении открытые спереди нижний и верхний закрылки. С боковых сторон конфузора в подшипниковых опорах установлены вертикальные валы с крыльчаткой и барабаном. Каждый барабан соединен тросом с верхним закрылком. При натяжении барабанами тросов верхний закрылок перекрывает вертикальными полками боковые стороны нижнего закрылка, а последним - конфузора. Под действием пружин в поднятом положении закрылки образуют верхнюю и нижнюю камеры с заборными окнами. На выходном окне конфузора установлен вал с крыльчаткой и заслонкой, соединенной пружиной со стенкой конфузора. Заслонка выполнена выпуклой в наружную сторону выпускного окна конфузора. Изобретение направлено на обеспечение постоянной частоты вращения вала генератора электрического тока и прекращение работы установки при шквалистых порывах ветра. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх