Ветродвигатель



Ветродвигатель
Ветродвигатель
Ветродвигатель

 


Владельцы патента RU 2626265:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель, установленный на основание, содержащий вертикальные лопасти, установленные вокруг лопастей между верхней и нижней плитами ветронаправляющие стены, одни концы которых расположены у окружности, описывающей лопасти, а другие концы отведены к периферии, причем противоположные концы соседних стен размещены по одной прямой линии, проходящей через ось ветродвигателя, при этом лопасти дополнительно снабжены верхней крышкой и нижней крышкой с кольцевыми буртиками, соответствующими кольцевым пазам, выполненным в верхней и нижней плитах и образующим с ними лабиринтное уплотнение, верхняя плита накрыта выпуклым кожухом, нижняя плита образует верхнее основание усеченной пирамиды, грани которой жестко соединены с основанием, причем плоскости соседних лопастей сопряжены цилиндрическими поверхностями, а каждый кольцевой буртик снабжен не менее чем тремя колесами, снабженными муфтами, механически связанными с электрогенераторами. Изобретение направлено на увеличение срока службы конструкции и повышение коэффициента использования ветрового потока. 2 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения механической и электрической энергии.

Известен ветродвигатель, содержащий ветровую турбину и имеющий вертикальную осью вращения, состоящую, по крайней мере, из одной секции, с лопастями 5-образной формы. Турбина снабжена каркасом в виде многоугольной призмы с поворотными направляющими экранами, установленными на каждой стороне многоугольной призмы с возможностью обеспечения плавного перетекания воздуха с них на лопасти [Пат. RU 2550993, МПК F03D 3/00, 20.05.2013].

Недостатком указанной конструкции является необходимость регулировки положения направляющих экранов, так как направление ветра изменяется непрерывно. В связи с этим предусмотрен специальный механизм поворота и фиксации положения ветронаправляющих экранов. Поэтому часть ветровой энергии затрачивается этим механизмом, что снижает вырабатываемую мощность ветродвигателя. Кроме того, не используется ветровой поток, расположенный выше и ниже ветровой турбины, что препятствует увеличению коэффициента использования ветрового потока. Отметим также, что максимальная мощность электрогенератора достигается при определенной скорости вращения ветровой турбины. При достижении определенной скорости ветра ветронаправляющие экраны прикрывают конструкцию ветровой турбины, вплоть до ее полного закрытия. Это фиксирует скорость вращения якоря генератора и стабилизируется мощность выработки электроэнергии. Все вышеизложенное ограничивает коэффициент использования ветрового потока и мощность ветродвигателя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является ветродвигатель, содержащий электрогенератор, связанный с ветроколесом, ось которого расположена вертикально, при этом лопасти ветроколеса расположены между верхней и нижней плитами, причем нижняя плита жестко закреплена с основанием и к плитам прикреплены направляющие стены, одни концы которых расположены вблизи окружности, описываемой концами лопастей, а вторые их концы отведены к периферии. Противоположные концы соседних стен расположены по одной прямой линии, проходящей через вертикальную ось ветроколеса. При этом вал ветроколеса с прикрепленными к нему плоскими лопастями соединен с редуктором, который механически связан с электрогенератором [Пат. РФ 2237822, МПК F03D 3/00, 20.02.2004].

Недостатком указанной конструкции является то, что максимальная мощность электрогенератора достигается при определенной скорости вращения ветроколеса. Поэтому при увеличении скорости ветра электрогенератор будет работать за нормированными пределами эксплуатации, что снижает величину вырабатываемой электрической энергии, при этом ветроколесо будет вращаться с повышенной скоростью. Это увеличивает динамические нагрузки, что снижает надежность всей конструкции и уменьшает коэффициент использования ветрового потока и мощность ветродвигателя.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции ветродвигателя, обладающей ступенчатым увеличением мощности вырабатываемого электрического тока.

Технический результат заключается в увеличении срока службы конструкции и повышении коэффициента использования ветрового потока.

Технический результат достигается тем, что ветродвигатель, установленный на основание, содержащий вертикальные лопасти, механически связанные с электрогенераторами, установленные вокруг лопастей между верхней и нижней плитами ветронаправляющие стены, одни концы которых расположены у окружности, описывающей лопасти, а другие концы отведены к периферии, причем противоположные концы соседних стен размещены по одной прямой линии, проходящей через ось ветродвигателя, при этом лопасти дополнительно снабжены верхней крышкой и нижней крышкой с кольцевыми буртиками, соответствующими кольцевым пазам, выполненным в верхней и нижней плитах и образующим с ними лабиринтное уплотнение, верхняя плита накрыта выпуклым кожухом, нижняя плита образует верхнее основание усеченной пирамиды, грани которой жестко соединены с основанием, причем плоскости соседних лопастей сопряжены цилиндрическими поверхностями, а каждый кольцевой буртик снабжен не менее чем тремя колесами, снабженными муфтами, механически связанными с электрогенераторами.

Предлагаемый ветродвигатель отличается от прототипа тем, что лопасти дополнительно снабжены верхней крышкой и нижней крышкой с кольцевыми буртиками, соответствующими кольцевым пазам, выполненным в верхней и нижней плитах. Такое конструктивное решение образует лабиринтное уплотнение, которое препятствует продвижению воздушного потока между лопастями и плитами, что наблюдается в прототипе. Поэтому увеличивается коэффициент использования ветрового потока ветродвигателя.

Выполнение верхней плиты с накрытым выпуклым кожухом при обтекании этого кожуха ветровым потоком вызывает вихри, образующие область пониженного давления. Поэтому увеличивается скорость ветрового потока за ветроколесом, что повышает коэффициент использования ветрового потока.

Изготовление нижней плиты в виде верхнего основания усеченной пирамиды, грани которой жестко соединены с основанием, совместно с направляющими стенами поднимает нижние воздушные потоки к ветроколесу, что способствует повышению коэффициента использования ветрового потока.

Изготовление плоскостей соседних лопастей сопряженными цилиндрическими поверхностями уменьшает, по сравнению с прототипом, возникновение вихревых движений воздуха перед лопастью, что увеличивает коэффициент использования ветрового потока.

Снабжение каждого кольцевого буртика не менее чем тремя колесами, снабженными муфтами, механически связанными с электрогенераторами, позволяет подключать дополнительные электрогенераторы при увеличении скорости ветрового потока. Подключение дополнительной нагрузки к ветроколесу приводит к снижению скорости его вращения, что увеличивает коэффициент использования ветрового потока. При этом увеличивается срок службы ветродвигателя за счет уменьшения динамических нагрузок, вызванных вращением ветроколеса. При снижении скорости ветра с помощью муфт возможно отключение одного или нескольких электрогенераторов от соответствующего колеса, что стабилизирует обороты вала электрогенераторов, а это повышает срок их службы. Поэтому увеличивается срок службы ветродвигателя.

На фиг. 1 изображен ветродвигатель в продольном разрезе (А-А), на фиг. 2 изображен ветродвигатель в поперечном разрезе (Б-Б).

Ветродвигатель, установлен на основание (показано условно, с помощью штриховки) и содержит, вертикальные лопасти 1, механически связанные с электрогенераторами 2. Вокруг лопастей 1, между верхней плитой 3 и нижней плитой 4, установлены ветронаправляющие стены 5, одни концы которых расположены у окружности, описывающей лопасти 1. Другие концы ветронаправляющих стен 5 отведены к периферии. При этом противоположные концы соседних стен 5 расположены по одной прямой линии, проходящей через вертикальную ось ветроколеса и совпадающей со следом плоскости разреза А-А. Лопасти 1, дополнительно снабженные верхней крышкой 6 и нижней крышкой 7 с кольцевыми буртиками 8 и 9, образуют ветроколесо. Кольцевые пазы 10 и 11, выполненные в верхней 3 и нижней 4 плитах, для свободного вращения кольцевых буртиков 8 и 9, образуют лабиринтное уплотнение между крышками 6, 7 и плитами 3, 4. Верхняя плита 3 накрыта выпуклым кожухом 12. Нижняя плита 4 образует верхнее основание усеченной пирамиды 13. Грани этой пирамиды жестко соединены с основанием (показано условно). Причем плоскости 14 и 15 соседних лопастей 1 сопряжены цилиндрическими поверхностями 16. Соединение каждого кольцевого буртика 8 и 9 с не менее чем тремя колесами 17 и 18, имеющими муфты 19 и 20, прикрепленные к осям электрогенераторов 2, образует механическую связь ветроколеса с электрогенераторами.

Предлагаемый ветродвигатель работает следующим образом. Ветровой поток входит в сужающиеся каналы, образованные ветронаправляющими стенами 5, прикрепленными к верхней 3 и нижней 4 плитам.

Лабиринтное уплотнение, образованное между крышками 6, 7 и плитами 3, 4, направляет далее ветровой поток на вертикальные лопасти, ограниченные сверху крышкой 6, а снизу крышкой 7. В результате кольцевой буртик 9 совместно с нижней крышкой 7 катится по трем нижним колесам 18, а кольцевой буртик 8 совместно с верхней крышкой 6 упирается в верхние колеса 17 и будет также по ним катиться, не позволяя опрокинуться конструкции ветроколеса. Причем каждые верхние 17 и нижние 18 колеса снабжены муфтами 19 и 20 для соединения с валами электрогенераторов 2. Поэтому при включении муфты электрогенератор вырабатывает электрический ток, отправляемый к потребителю.

Наличие нескольких электрогенераторов совместно с муфтами подключения (отключения) позволяет эксплуатировать их поочередно и поэтому по сравнению с прототипом увеличивается срок службы ветродвигателя. Возможность подключения одновременно нескольких электрогенераторов 2 также позволяет повысить срок службы. Это объясняется тем, что уменьшается динамическая нагрузка, так как ветроколесо вращается медленнее. При этом возрастает объем вырабатываемой электроэнергии, что повышает коэффициент использования ветрового потока.

Кроме того, достижению технического результата способствует выполнение верхней плиты 3 с накрытым выпуклым кожухом 12, так как при воздействии ветрового потока образуется область пониженного давления за этим кожухом, что увеличивает скорость ветрового потока за ветроколесом. При этом выполнение нижней плиты, с возможностью подключения дополнительных генераторов электрического тока увеличивают используемый ветровой поток.

Изготовление в ветродвигателе нижней плиты 4 в виде верхнего основания усеченной пирамиды 13, грани которой жестко соединены с основанием, совместно с направляющими стенами 5 позволяет поднимать нижние воздушные потоки к ветроколесу, что повышает коэффициент использования ветрового потока.

Таким образом, выполнение ветродвигателя с лопастями, снабженными верхней и нижней крышкой, образующими с верхней и нижней плитами лабиринтное уплотнение, с выпуклым кожухом, накрывающим верхнюю плиту, нижней плитой, образующей верхнее основание усеченной пирамиды, грани которой жестко соединены с основанием, и с сопряженными цилиндрическими поверхностями плоскостями соседних лопастей, позволяет увеличить срок службы ветродвигателя и повысить коэффициент использования ветрового потока.

Ветродвигатель, установленный на основание, содержащий вертикальные лопасти, механически связанные с электрогенераторами, установленные вокруг лопастей между верхней и нижней плитами ветронаправляющие стены, одни концы которых расположены у окружности, описывающей лопасти, а другие концы отведены к периферии, причем противоположные концы соседних стен размещены по одной прямой линии, проходящей через ось ветродвигателя, отличающийся тем, что лопасти дополнительно снабжены верхней крышкой и нижней крышкой с кольцевыми буртиками, соответствующими кольцевым пазам, выполненным в верхней и нижней плитах и образующими с ними лабиринтное уплотнение, верхняя плита накрыта выпуклым кожухом, нижняя плита образует верхнее основание усеченной пирамиды, грани которой жестко соединены с основанием, причем плоскости соседних лопастей сопряжены цилиндрическими поверхностями, а каждый кольцевой буртик снабжен не менее чем тремя колесами снабженными муфтами, механически связанными с электрогенераторами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветродвигателям с горизонтальной осью вращения. Ветродвигатель содержит горизонтальный вал, закрепленное на нем многолопастное ветроколесо с внутренней и наружной обечайками, между которыми расположены основные лопасти первого уровня.

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам. Ветроэнергетическая установка содержит модульный ветродвигатель с силовым валом и преобразователь энергии, причем в модульном ветродвигателе роторы выполнены по типу роторов Савониуса с, по меньшей мере, тремя криволинейными лопастями между торцевыми дисками в пределах каждого модуля, а соседние модули выполнены с угловым смещением лопастей, силовой вал выполнен в виде полого конуса, поперечное сечение которого в нижней части не превосходит нижнего торцевого диска.

Изобретение относится к вертикально-осевым ветроэнергетическим установкам карусельного типа. Ветроэнергетическая установка содержит подставку, генератор, устройство для преобразования крутящего момента в электрическую энергию и сообщенный с ним вертикальный вал, на котором расположены не менее двух полусферических лопастей.

Изобретение относится к ветряным двигателям. Ветроэнергетическая установка содержит, по меньшей мере, одну ветротурбину и электрогенератор 1, валы которых соединены на одной оси, установленные на устройстве подвеса.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ортогональный ветродвигатель с наклонными складными лопастями содержит ветряное колесо, установленное на корпусе шестеренчатого планетарного редуктора, размещенного на полом валу отбора мощности с посаженными на нем силовым зубчатым колесом и четырехконтактным коллекторным токосъемником, центральную заторможенную ось с закрепленными на ней на нижнем конце реверсивным червячным приводом и на верхнем конце флюгерным узлом самоориентации лопастей на ветер, муфты и толкатели для размыкания кинематических связей складывающихся лопастей, ролики для разворота плоскостей сложенных лопастей перпендикулярно центральной оси вращения, устройство отбора мощности и опорную мачту.

Изобретение относится к ветросиловым установкам для преобразования ветряной энергии в электрическую энергию. Автономная ветряная электростанция содержит вертикальный вал вращения (2), у которого рабочими органами являются лопасти (3), выполненные в виде части полой сферы или части полого цилиндра, закрепленные на вертикальном валу.

Изобретение относится к области ветровых или гидравлических энергетических установок. Ортогональная турбина по первому варианту содержит изогнутую по цилиндрической винтовой линии, по крайней мере, одну лопасть с аэродинамическим профилем в ее поперечном сечении, причем лопасть установлена поперек набегающего на нее потока воздуха или воды с возможностью вращения вокруг оси цилиндрической винтовой линии, а входная кромка аэродинамического профиля направлена в сторону вращения лопасти, при этом концы лопасти закреплены относительно вала, установленного с возможностью вращения, соосно оси цилиндрической винтовой спирали и соединенного с валом электрогенератора, концы лопасти закреплены относительно вала посредством консольных балок, при этом вал образован двумя полувалами, каждый из которых соединен с одной из консольных балок и установлен на своей опоре, лопасть изогнута без промежуточных опор по цилиндрической винтовой линии с постоянным радиусом кривизны так, что в каждом поперечном сечении аэродинамический профиль лопасти выполнен под острым углом наклона к касательной к окружности, описываемой входной кромкой аэродинамического профиля лопасти, при этом концы лопасти повернуты друг относительно друга на 360°.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель содержит вертикальный вал, смонтированные на нем лопасти, вращающиеся в горизонтальной плоскости.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ротор ветровой электрогенерирующей установки оснащен тремя или более лопастями парусного типа, каждая из которых представляет собой часть цилиндра, ограниченную углом менее 180°, с вершиной в центре вертикальной оси цилиндра, размещенными на консолях с общим для всех лопастей постоянным углом атаки, составляющим от 35 до 60 градусов между хордой сегмента цилиндра лопасти и консолью, на которой она установлена, в точке их пересечения.

Изобретение относится к области возобновляющихся источников энергии движущихся сред для выработки электрической и механической энергии. Преобразователь энергии движущейся среды, выполненный в виде колеса-ротора с перпендикулярной к скорости потока осью вращения, установленный на платформе или мачте и снабженный одной или несколькими сбалансированными лопастями, жестко связанными с валом и выполненными составными из несущих конструкций, плоскости которых проходят через ось вращения вала колеса-ротора и жалюзи, снабженных смещенными к одному краю осями вращения, установленными вдоль несущей конструкции лопасти на равных ширине жалюзи расстояниях, и ограничителями поворота жалюзи, установленными вдоль несущих конструкций лопастей.

Изобретение относится к нетрадиционной энергетике для обеспечения бесперебойного теплоснабжения объектов от ветровой энергии. Ветротепловой преобразователь-накопитель, имеющий корпус с конфузором, турбину в виде усеченного конуса с желобчатыми лопастями и вертикальной осью, а также вторичный, связанный с теплоаккумулятором, аэро- либо гидродинамический преобразователь энергии с автоматически меняющимся углом наклона лопастей.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Многонаправленный ветряной генератор кинетической энергии с преобразованием энергии ветра включает платформу, снабженную несколькими направляющими каналами, расположенными по окружности по периметру платформы, роторный механизм, расположенный на внутренней стороне платформы и снабженный несколькими лопастями, на которые может воздействовать напор ветра, и в котором каждая лопасть снабжена несколькими улавливающими энергию ветра элементами, и силовой вал, расположенный в центре внутри роторного механизма и приводимый в действие роторным механизмом, причем зона повышения давления находится на внутренней части роторного механизма, и после схода основного потока ветра с лопастей он поступает в зону повышения давления и далее концентрируется для генерирования дополнительной силы напора на лопасти.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ротор ветровой электрогенерирующей установки оснащен тремя или более лопастями парусного типа, каждая из которых представляет собой часть цилиндра, ограниченную углом менее 180°, с вершиной в центре вертикальной оси цилиндра, размещенными на консолях с общим для всех лопастей постоянным углом атаки, составляющим от 35 до 60 градусов между хордой сегмента цилиндра лопасти и консолью, на которой она установлена, в точке их пересечения.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Блок воздушных и пневматических устройств содержит три колонны (3), которые состоят из соосно расположенных сегментов (2) и соединены жесткими соединительными стержнями (4).

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветровентиляторная установка содержит корпус, дефлектор, ветроколесо, расположенное в корпусе на вертикальном валу установки, входные каналы, выполненные тангенциально направленными и наклонными к вертикальной оси установки, входные каналы имеют воздушные заслонки.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроколесо ветрогенератора содержит корпус, имеющий форму цилиндра.

Изобретение относится к способу генерации электроэнергии, использующему природную энергию, на основе накопления и хранения энергии и соответствующей системе генерации электроэнергии.

Изобретение относится к области вихревых энергетических установок. Вихревая газо-ветроэнергетическая установка содержит корпус гиперболической формы, вытяжное устройство, одноступенчатую осевую турбину, электрогенератор, входной направляющий аппарат с воздушными каналами, осесимметричный канал в основании входного направляющего аппарата.

Изобретение относится к ветродвигателям, а именно к ветродвигателям роторного типа с вертикальным валом вращения. Роторный ветродвигатель с кольцевым концентратором воздушного потока, содержащий опорную ферму, состоящую как минимум, из трех опор, к которым прикреплены соответственно верхняя и нижняя опорные площадки с отверстиями в центре.

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.
Наверх