Карусельное ветроколесо

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо содержит лопасти и демпферы, расположенные между двумя плоскостями, на которых закреплены лопасти с возможностью поворота вокруг оси. Лопасти и демпферы непосредственно закрепляются в виде комплектов на хордах верхнего и нижнего дисков, используемых в качестве плоскостей. Каждый комплект из лопастей и демпферов в любой точке круговой траектории движения имеет лопасти, действующие в рабочем режиме, и лопасти в режиме флюгерования, а расстояние между осями соседних лопастей комплекта и размеры лопастей выполнены такими, что в рабочем режиме зазоры между соседними лопастями отсутствуют. Зазоры между кромками лопастей, параллельных дискам, и дисками выполнены минимальными. Каждая лопасть имеет прямоугольное окно, выше которого к ней крепится верхняя сторона плоской вставки на стороне лопасти, примыкающей к демпферу в рабочем режиме, причем размеры плоской вставки и нагрузочная планка обеспечивают отсутствие зазоров между плоской вставкой и лопастью до скорости воздушного потока, превышающей номинальную. Изобретение направлено на повышение жесткости конструкции ветроколеса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветродвигателям с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра и плоскими лопастями (Карусельное ветроколесо - КВ).

Известен ветродвигатель, принятый за аналог, содержащий вертикальный вал и закрепленные на нем махи, на которые шарнирно установлены плоские прямоугольные лопасти, работающие в двух режимах: рабочем - лопасти прижаты к упорам, причем с целью повышения надежности при штормовом ветре упоры имеют некоторые демпферы, расположенные на махах со стороны вертикальной оси; флюгерном - лопасти по мере движения в этом режиме вращаются в диапазоне 0-180 градусов (см. А.с. СССР, SU 1017814 A, кл. F03D 3/00, 05.01.1982).

Известен ветродвигатель, принятый за аналог, содержащий вертикальный вал и закрепленные симметрично к нему махи, на которые шарнирно закреплены плоские прямоугольные поворотные лопасти и упоры. Махи установлены n ярусами, причем на каждом ярусе больше двух махов. Комплект махов каждого верхнего яруса смещен относительно комплекта махов нижнего яруса на угол α=π/2 n, где n - порядковый номер яруса (см. А.с. СССР, SU 1663226 А1, кл. F03D 3/06, 25.04.1989).

Основным недостатком рассмотренных выше устройств является невысокий КПД, т.к. используется только 50% энергии ветрового потока, попадающего на «ометаемую» площадь рассматриваемого устройства, содержащего μ (μ≥3) установленных на вертикальной оси махов. Кроме того, при увеличении ярусов n угол сдвига α между махами нижнего яруса и верхними уменьшается, создавая асимметрию конструкции и провоцируя неравномерность. При виде сверху мы получаем сгущение проекций верхних махов верхних ярусов около махов нижнего яруса. Смещение махов верхних ярусов по формуле α=π/2 n (при n>3) ошибочно.

В качестве прототипа примем Карусельное ветроколесо (патент RU2498109, С2, F03D 3/00 20.012013 г. Бюл.31) которое содержит установленные на вертикальной оси не менее трех симметрично расположенных рамочных Г-образных махов (состоящих из радиального маха и перпендикулярного к нему одинаковых размеров и конструкции) зажатых между двумя разделительными плоскостями, обеспечивающими более эффективное использование воздушного потока в пределах каждого яруса, n таких ярусов-комплектов расположены вдоль основной оси вращения карусельного ветроколеса (КВ), причем верхняя разделительная плоскость n-1 яруса является нижней для n-го яруса. Махи каждого верхнего яруса смещены относительно махов ближайшего нижнего на угол

α=2π/кn - (1),

где к - количество махов на одном ярусе, n - количество ярусов.

1. К недостаткам прототипа относится необоснованно сложная конструкция. Рамочные махи, как самостоятельные детали, на каждом ярусе зажаты между двумя разделительными плоскостями, а лопасти шарнирно на осях закреплены в махах. Но ведь проще оси лопастей шарнирно на осях закрепить непосредственно на разделительных плоскостях, жестко связанных с основным валом.

2. При анализе работы прототипа (см. его фиг. 1) очевидно, что в 4-м квадранте относительно вектора воздушного потока (ВП), т.е. в зоне 270-360 градусов, момент вращения от каждого маха равен нулю. Это вызывает неравномерность вращения КВ и для ликвидации этого отрицательного явления вводится несколько ярусов, усложняя конструкцию КВ.

Задачей предлагаемого изобретения является более эффективный съем энергии с единицы «ометаемой» площади. По сравнению с прототипом, применение вместо рамочных махов в виде отдельных деталей, опор осей лопастей и демпферов непосредственно на двух дисках, существенно повышает жесткость конструкции КВ, что упрощает конструкцию КВ и положительным образом влияет на ее надежность. При сравнении с одним ярусом прототипа получаем улучшение равномерности вращения КВ. Конструкция изобретения обеспечивает скорость вращения КВ (при номинальной нагрузке), не превышающую допустимую, при скоростях воздушного потока (ВП), значительно превышающих расчетную номинальную за счет открытия вставок под напором ВП (т.е. расширяет диапазон рабочих скоростей ВП). При площади вставок, составляющих существенную часть площади лопасти, и соответствующем выборе нагрузочной планки, происходит поддержание допустимой скорости оборотов КВ в значительном диапазоне скоростей ВП, превышающих номинальную.

На фиг. 1 изображено предлагаемое КВ, которое состоит из

- вертикального основного вала - 1, к которому гайками - 2 и упорными кольцами - 7 закреплены верхний - 3 и нижний - 4 диски, на которых находится остальная часть конструкции КВ,

- лопасть - 6, узел вставки - 5 и вставки - 12, причем по разрезу А-А фиг. 1 дана фиг. 2.

На фиг. 2 изображены детали КВ для варианта 3-х хорд. Показано направление ВП и направление вращения КВ стрелкой ω. Показан вал - 1, упорное кольцо - 7, нижний диск - 4 и комплект лопастей и демпферов - 8 расположенных на каждой хорде. Часть комплекта - лопасть с ее осью и демпфером - 9 поясняет их положение на диске - 4,

На фиг. 3 дана более подробно конструкция узла вставки - 5, а именно каждая лопасть - 6 имеет прямоугольное окно - 10, выше которого к ней крепится верхняя сторона плоской вставки - 12 на стороне лопасти - 6, примыкающей к демпферу - 17, 18 в рабочем режиме, а именно опора оси вставки - 11, собственно вставка - 12, нагрузочная планка - 13, ось вставки - 14, причем размеры вставки - 12 обеспечивают отсутствие зазоров между лопастью - 6 и вставкой - 12 до скорости ВП, превышающей номинальную.

На фиг. 4 дана более подробно конструкция половины комплекта - 9 на хорде, а именно сама лопасть - 6, опора - 15 вала лопасти, ось лопасти - 16, демпферы - 17, 18.

Из фиг. 2 видно, что каждый комплект лопастей и демпферов - 8 в любой точке круговой траектории движения имеет лопасти - 6, действующие в рабочем режиме (при упоре на демпферы 17, 18) и создающие вращательный момент для вала - 1, лопасти - 6 другой половины комплекта на хорде действуют в режиме флюгерования, т.е. вращательный момент каждого комплекта - 8 не прерывается (именно это обеспечивает равномерность вращения предложенного КВ). Расстояния между осями соседних лопастей - 6 каждой половины комплекта на хорде и размеры лопастей выполнены такими, что в рабочем режиме зазоры между соседними лопастями отсутствуют. Зазоры между кромками лопастей параллельных дискам и дисками выполнены минимальными и такими, что допускают свободное перемещение лопастей относительно дисков.

Встречаясь с поверхностями лопастей - 6, ВП, обозначенный стрелкой на фиг. 2 и имеющий произвольное направление, за счет создаваемого скоростного напора поворачивает лопасти - 6 вокруг их осей - 16. При этом часть лопастей - 6 каждого комплекта - 8 на хорде переходит в рабочий режим, прижимается ВП к демпферам - 17, 18, создавая вращательный момент относительно вала - 1КВ, в то время как лопасти - 6 на другой половине каждого комплекта - 8 на хорде, за счет создаваемого скоростного напора ВП переходят в режим флюгерования (их плоскости устанавливаются параллельно ВП). Вследствие такого воздействия скоростного напора ВП на лопасти - 6 каждого комплекта - 8 на хордах возникает вращательный момент, приложенный к валу - 1КВ, и последнее приобретает угловую скорость. Этот процесс повторяется при движении каждого комплекта - 8 по круговой орбите. Таким образом обеспечивается постоянство момента и направления вращения вала - 1.

Важным элементом предложенной конструкции КВ является вставка - 5 с нагрузочной планкой - 13 на всех лопастях - 6 КВ. Она существенно расширяет рабочий диапазон скоростей ВП без превышения предельной скорости вращения за счет соотношения площади лопасти - 6 и вставки - 12, а также веса нагрузочной планки - 13 и регулирования нагрузки на основном валу - 1.

Таким образом, в предлагаемом изобретении обеспечивается более эффективный съем энергии с единицы «ометаемой» площади. По сравнению с прототипом, применение вместо рамочных махов в виде отдельных деталей, опор осей лопастей и демпферов, расположенных непосредственно на двух дисках, существенно повышает жесткость конструкции КВ, что упрощает конструкцию и положительным образом влияет на ее надежность. При сравнении с одним ярусом прототипа получаем улучшение равномерности вращения КВ. Конструкция изобретения обеспечивает скорость вращения КВ, не превышающую допустимую, при скоростях ВП, значительно превышающих расчетную номинальную за счет открытия вставок под напором ВП (т.е. расширяет диапазон рабочих скоростей ВП). При площади вставок - 12, составляющих существенную часть площади лопасти, и соответствующем выборе нагрузочной планки - 13, происходит поддержание допустимой скорости оборотов КВ в значительном диапазоне скоростей ВП, превышающих номинальную.

Сравнительно простая и эффективная конструкция предлагаемого КВ при мощности 3-10 кВт может найти широкое применение в коттеджах, индивидуальных хозяйствах, дачах, особенно при отсутствии промышленной сети или ее дефиците, как в Крыму.

1. Карусельное ветроколесо, содержащее лопасти и демпферы, расположенные между двумя плоскостями, на которых закреплены лопасти с возможностью поворота вокруг оси, отличающееся тем, что лопасти и демпферы непосредственно закрепляются в виде комплектов на хордах верхнего и нижнего дисков, используемых в качестве плоскостей, причем каждый комплект из лопастей и демпферов в любой точке круговой траектории движения имеет лопасти, действующие в рабочем режиме, и лопасти в режиме флюгерования, а расстояние между осями соседних лопастей комплекта и размеры лопастей выполнены такими, что в рабочем режиме зазоры между соседними лопастями отсутствуют, а зазоры между кромками лопастей, параллельных дискам, и дисками выполнены минимальными.

2. Карусельное ветроколесо по п. 1, отличающееся тем, что каждая лопасть имеет прямоугольное окно, выше которого к ней крепится верхняя сторона плоской вставки на стороне лопасти, примыкающей к демпферу в рабочем режиме, причем размеры плоской вставки и нагрузочная планка обеспечивают отсутствие зазоров между плоской вставкой и лопастью до скорости воздушного потока, превышающей номинальную.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветроэлектрическим станциям с роторными ветродвигателями с вертикальной осью. Ветродвигатель роторный содержит вращающиеся основания с ветроприемниками и валами, валы установлены на поворотном основании, установленном на башне и снабженном направляющим устройством.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии. Технический результат состоит в уменьшении осевого и диаметрального размеров, минимизации разности частоты номинального и фактического выходного напряжения, уменьшении порогового значения минимально необходимой для генерирования напряжения скорости ветра, снижении потерь энергии, повышении жесткости конструкции.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ротор ветродвигателя содержит вертикальную ось, по меньшей мере одну пару лопастей, размещенных диаметрально противоположно друг другу и включающих в себя верхние и нижние ветроприемные пластины, закрепленные соответственно на верхнем и нижнем горизонтальных валах со смещением их кромок относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей на величину, обеспечивающую перекрытие расстояния между горизонтальными валами ветроприемными пластинами одной лопасти при горизонтальном положении ветроприемных пластин другой лопасти.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Устройство преобразования энергии ветра в механическую или электрическую энергию содержит основание, полую мачту, установленную на основании и расположенную вдоль вертикальной оси, по меньшей мере один модуль, имеющий общую форму тела вращения вокруг оси, расположенный коаксиально вокруг мачты и выполненный с возможностью вращения вокруг этой мачты, при этом указанный модуль содержит по меньшей мере одну лопасть, проходящую между концом, соединенным при помощи поворотной связи, и свободным концом, при этом указанная лопасть выполнена с возможностью перемещения вокруг поворотной связи между убранным положением и развернутым положением, средства перемещения лопасти между ее развернутым и убранным положениями в зависимости от углового положения этой лопасти вокруг мачты, причем указанные средства перемещения выполнены с возможностью отключения, вал, расположенный в полой мачте коаксиально с модулем, связанный во вращении с этим модулем вокруг указанной оси и взаимодействующий с преобразователем механической энергии вращения вала в механическую или электрическую энергию.
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающееся основание, траверсы, приемники энергии и центральную стойку.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор, содержащий воздухоплавательный модуль в составе мягкой газонаполненной аэростатной оболочки положительной плавучести, усиленной меридианными лентами, ниже расположенной рамной подвески с ветросиловым блоком из ветряных роторов и электрогенератора, причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка содержит платформу, выполненную в виде многолучевой звезды с возможностью вращения вокруг собственной оси симметрии, и парусные элементы, установленные на концах лучей указанной звезды, выполненные с возможностью вращения вокруг собственных осей симметрии.

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

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 ветроэнергетике. Ротор ветродвигателя содержит вертикальную ось, по меньшей мере одну пару лопастей, размещенных диаметрально противоположно друг другу и включающих в себя верхние и нижние ветроприемные пластины, закрепленные соответственно на верхнем и нижнем горизонтальных валах со смещением их кромок относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей на величину, обеспечивающую перекрытие расстояния между горизонтальными валами ветроприемными пластинами одной лопасти при горизонтальном положении ветроприемных пластин другой лопасти.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Вихревой ветротеплогенератор для нагрева жидкого теплоносителя систем отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений в условиях Арктики, содержащий ортогональный ветродвигатель, преобразователь механической энергии в тепловую энергию в виде мешалки с подвижными лопастями, работающими по принципу регулятора Уатта, тепловой аккумулятор, теплообменник и трубопроводы для циркуляции теплоносителя в системах отопления различных объектов.

Изобретение относится к башне ветрогенератора (варианты). Башня ветрогенератора включает ветросборный участок, содержащий ветрозаборники, в которые входит ветер и которые расположены в виде множества ярусов, где каждый ярус сконструирован таким образом, чтобы изменять силу и направление ветра; и участок преобразования энергии, сконструированный таким образом, чтобы преобразовывать энергию проходящего через него ветра, где ветросборный участок содержит множество ветронаправляющих стенок, расположенных радиально вокруг центра башни ветрогенератора таким образом, чтобы ветер, втекающий через ветрозаборники, мог течь радиально в направлении участка преобразования энергии; внутри участка преобразования энергии находится установленная в центре каждого яруса башни ветрогенератора ветровая турбина типа Гиромилл, которая содержит ветровые лопасти типа Гиромилл, имеющие показатель относительной скорости конца лопасти (TSR) в диапазоне от 1,1 до 2,4, коэффициент заполнения не ниже 0,2 и скорость вращения не более 240 об/мин; участок преобразования энергии содержит пути потока ветра в пространстве между ветронаправляющими стенками и ветровыми лопастями и пути внутреннего потока в пространстве между ветровыми лопастями в центре башни ветрогенератора и делится на четыре равные части относительно направления, перпендикулярного направлению вхождения ветра в башню ветрогенератора, которые именуются областями с первой по четвертую.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Вертикально-осевая ветротурбина содержит ветроротор с базой для лопастей и лопастями, закрепленный на вертикальном валу, оперение, покрытие нерабочей стороны ветроротора, соосное с валом и выполненное с возможностью ориентации по ветру оперением в горизонтальной плоскости, противовесы оперения и покрытия.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Устройство преобразования энергии ветра в механическую или электрическую энергию содержит основание, полую мачту, установленную на основании и расположенную вдоль вертикальной оси, по меньшей мере один модуль, имеющий общую форму тела вращения вокруг оси, расположенный коаксиально вокруг мачты и выполненный с возможностью вращения вокруг этой мачты, при этом указанный модуль содержит по меньшей мере одну лопасть, проходящую между концом, соединенным при помощи поворотной связи, и свободным концом, при этом указанная лопасть выполнена с возможностью перемещения вокруг поворотной связи между убранным положением и развернутым положением, средства перемещения лопасти между ее развернутым и убранным положениями в зависимости от углового положения этой лопасти вокруг мачты, причем указанные средства перемещения выполнены с возможностью отключения, вал, расположенный в полой мачте коаксиально с модулем, связанный во вращении с этим модулем вокруг указанной оси и взаимодействующий с преобразователем механической энергии вращения вала в механическую или электрическую энергию.
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающееся основание, траверсы, приемники энергии и центральную стойку.

Изобретение относится к вертикально-осевой ветровой и гидравлической турбине с регулированием потока ветра или жидкости. Турбина содержит правильную шестиугольную структуру (7) радиуса R, в форме параллелепипеда, внутри которой ротор (6) с тремя или более лопатками вращается на вертикальной оси.

Изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики. Ветрогидроэнергетическая установка состоит из ветроколеса, содержащего вращающиеся цилиндры, из привода цилиндров, источника питания, электрогенератора, кинематически связанного с ветроколесом, причем оси цилиндров, расположенные вертикально, размещены в верхних и нижних подшипниковых опорах, соединенных с гибкими связями цилиндров.

Изобретение относится к башне ветрогенератора. Башня ветрогенератора включает ветросборный участок и участок преобразования энергии, имеет множество уровней ветрозаборников, через которые поступает ветер, проходит далее через внутренний объем башни ветрогенератора и выводится наружу, при этом ветросборный участок имеет множество ветрозаборников и множество ветровых выходов, причем вокруг центра башни ветрогенератора радиально расположено множество ветронаправляющих стенок таким образом, что ветер, поступающий через ветрозаборники, течет радиально в направлении участка преобразования энергии через ветровые выходы, ветровая турбина с вертикальным валом, имеющая вертикальные лопасти в пространстве, образуемом в центре каждого из уровней башни ветрогенератора, установлена в участке преобразования энергии таким образом, что между ветронаправляющими стенками и вертикальными лопастями образован ветровой канал длиной не менее 1 м, и ветер, поступающий через ветрозаборники и ветровые выходы ветросборного участка, течет по ветровому каналу, образованному радиально в направлении участка преобразования энергии, и выводится наружу от башни ветрогенератора.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор, содержащий воздухоплавательный модуль в составе мягкой газонаполненной аэростатной оболочки положительной плавучести, усиленной меридианными лентами, ниже расположенной рамной подвески с ветросиловым блоком из ветряных роторов и электрогенератора, причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный вертикальный ветродвигатель содержит вращающиеся основания, приемки энергии, поворотное основание.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо содержит лопасти и демпферы, расположенные между двумя плоскостями, на которых закреплены лопасти с возможностью поворота вокруг оси. Лопасти и демпферы непосредственно закрепляются в виде комплектов на хордах верхнего и нижнего дисков, используемых в качестве плоскостей. Каждый комплект из лопастей и демпферов в любой точке круговой траектории движения имеет лопасти, действующие в рабочем режиме, и лопасти в режиме флюгерования, а расстояние между осями соседних лопастей комплекта и размеры лопастей выполнены такими, что в рабочем режиме зазоры между соседними лопастями отсутствуют. Зазоры между кромками лопастей, параллельных дискам, и дисками выполнены минимальными. Каждая лопасть имеет прямоугольное окно, выше которого к ней крепится верхняя сторона плоской вставки на стороне лопасти, примыкающей к демпферу в рабочем режиме, причем размеры плоской вставки и нагрузочная планка обеспечивают отсутствие зазоров между плоской вставкой и лопастью до скорости воздушного потока, превышающей номинальную. Изобретение направлено на повышение жесткости конструкции ветроколеса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх