Ветродвигатель

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, поворотные жесткие лопасти, закрепленные на роторе ассиметрично относительно их осей вращения. На нижних концах сбегающих участков поворотных жестких лопастей установлены дополнительные вертикальные оси со свободно вращающимися роликами, обкатывающими ограничительные дугообразные опоры, жестко установленные на нижнем основании поворотного корпуса, выполненного в виде тонкостенного цилиндра, частично охватывающего ротор, с прямоугольными симметричными входным и выходным отверстиями на цилиндрической поверхности, при этом радиус одной дугообразной опоры меньше радиуса ротора, а радиус другой дугообразной опоры больше радиуса ротора, со стороны входного отверстия жестко установлен конфузор, со стороны выходного отверстия к корпусу жестко присоединен флюгер, а к нижнему основанию корпуса коаксиально оси ротора жестко присоединена труба, опирающаяся с возможностью вращения на станину ветродвигателя. Изобретение направлено на повышение коэффициента полезного действия при упрощении конструкции. 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к устройствам, преобразующим энергию потока воздуха во вращательное движение, передаваемое на электрогенератор, насос или другой вращающийся механизм.

Известна ветроустановка [1] (аналог), содержащая, расположенный на фундаменте вертикальный вал с траверсами, с установленными на них лопастями со звездочками и цепной передачей, с возможностью поворота лопастей в соответствующее положение относительно направления ветра.

Известен также преобразователь энергии потока воздуха [2] (аналог), содержащий диски большого диаметра, лопасти, центральную ось (вал), планетарный шестеренчатый механизм, цепные передачи для принудительного поворота лопастей в соответствие с положением ротора относительно направления ветра.

К недостаткам упомянутых устройств относятся усложнение конструкции, сниженный КПД из-за большого числа цепных и шестеренчатых передач, необходимости принудительно корректировать положение лопастей при изменении вектора скорости ветра.

Наиболее близким по совокупности признаков (прототипом) является техническое устройство [3], содержащее ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, поворотные лопасти, закрепленные на роторе ассиметрично относительно их осей вращения.

Несмотря на кажущуюся простоту, устройство имеет существенные недостатки, которые создадут серьезные препятствия в практической реализации. При переходе гибких лопастей ротора с наветренной стороны на подветренную они под действием ветра практически мгновенно поворачиваются вокруг своих осей из одного крайнего положения в другое, которое ограничивается гибким тросом, закрепленным на лопасти и на выступе ротора. При этом выгнутость гибкой лопасти в динамическом режиме меняется на противоположную, что сопровождается резким хлопком и быстрым выходом из строя лопастей, гибких тросов, их креплений к лопасти и выступу на роторе. Эти факторы, а также изменение степени натяжения гибких тросов во время вращения ротора, приводят к понижению надежности, долговечности, повышению уровня вибрации и шума, снижению эффективности работы при незначительных скоростях ветрового потока.

В основу изобретения поставлена задача упрощения конструкции, повышение коэффициента полезного действия.

Это достигается с помощью того, что на нижних концах сбегающих участков поворотных жестких лопастей установлены дополнительные вертикальные оси со свободно вращающимися роликами, обкатывающими ограничительные дугообразные опоры, жестко установленные на нижнем основании поворотного корпуса, выполненного в виде тонкостенного цилиндра, частично охватывающего ротор, с прямоугольными симметричными входным и выходным отверстиями на цилиндрической поверхности, при этом радиус одной дугообразной опоры меньше радиуса ротора, а радиус другой дугообразной опоры больше радиуса ротора, со стороны входного отверстия жестко установлен конфузор, со стороны выходного отверстия к корпусу жестко присоединен флюгер, а к нижнему основанию корпуса коаксиально оси ротора жестко присоединена труба, опирающаяся с возможностью вращения на станину ветродвигателя.

Конструкция упрощена за счет уменьшения количества деталей ветродвигателя, отсутствия шестеренчатых механизмов, цепных передач, тросовых соединений и т. п. для принудительного поворота лопастей. Повышение кпд осуществлено за счет того, что в любой момент времени, при любом направлении ветра все лопасти ветроколеса (кроме одного) участвуют в создании вращающего момента и преобразовании энергии ветрового потока в механическую энергию. Установка конфузора, увеличивая скорость входящего воздушного потока в ротор, обеспечивает эффективную работу установки при малых скоростях ветра. Повышению кпд также способствует тот факт, что развороты лопастей и повороты подвижного корпуса ветроколеса осуществляется за счет энергии ветрового потока.

Техническая сущность устройства поясняется на фиг. 1, 2, 3, 4. Ротор 1 (фиг. 1), жестко закрепленный на валу 2, имеет возможность вертикально вращаться, опираясь на опорно-упорный подшипник 15, установленный в опоре 12. На роторе в вертикальных осях 4 (фиг. 1, 2, 4) ассиметрично установлены свободно вращающиеся поворотные жесткие лопасти 3. На концах сбегающих участков поворотных лопастей в нижней части установлены дополнительные вертикальные оси 5 (фиг. 1, 2) со свободно вращающимися роликами 6, которые имеют возможность обкатывать ограничительные дугообразные опоры 7, 8 (фиг. 1, 4), обеспечивающие необходимое положение лопасти при вращении ротора и определенном направлении ветра. Опора 7 в виде изогнутой планки меньшего радиуса, а опора 8 большего радиуса, чем радиус ротора жестко установлены на нижнем основании поворотного корпуса 9 (фиг. 1, 3), частично охватывающим ротор. Корпус выполнен в виде тонкостенного цилиндра с прямоугольными симметричными входным и выходным отверстиями на цилиндрической поверхности. Со стороны входного отверстия корпуса, жестко соединенного с конфузором 10 (фиг. 1), установлена опора 7, а со стороны выходного отверстия - опора 8. Конфузор, увеличивая скорость входящего воздушного потока в ротор во столько раз, во сколько входная площадь конфузора больше площади входного отверстия корпуса, обеспечивает эффективную работу установки при пониженных скоростях ветрового потока. К корпусу со стороны выходного отверстия также жестко присоединен флюгер 11 (фиг. 1), а к нижнему основанию корпуса коаксиально оси ротора жестко присоединена труба 12 (фиг. 1, 3), опирающаяся с возможностью вращения на опорный подшипник 13 (фиг. 1) станины 14 (фиг. 1) ветродвигателя.

Работа ветродвигателя поясняется на фиг. 4, на которой показаны позиции одной из поворотных лопастей при повороте ротора на 360° при указанном направлении ветра. Лопасть 3 в поз. а, б автоматически с помощью ветра устанавливается в неактивное флюгерное положение и не оказывает сопротивления вращению ротора по часовой стрелке.

В поз. в лопасть накатывается своим роликом на ограничительную дугообразную опору 7, закрепленную на подвижном корпусе установки, тем самым поворачиваясь на небольшой угол относительно ветра и создавая определенный вращающий момент.

В поз. г, д, е лопасть устанавливается в активное положение, создающее вращающий момент, что обеспечивается выбором соответствующего радиуса ограничительной дугообразной опоры.

В поз. ж ролик лопасти скатывается с ограничительной опоры 7 и лопасть за счет флюгерного эффекта устанавливается последовательно в поз. з, и.

В поз. к ролик накатывается на ограничительную опору 8, тем самым устанавливая лопасть в необходимое положение, соответствующее подветренной стороны ротора.

В поз. л, м, н лопасть занимает активное положение и развивает положительный вращающий момент.

В поз. о ролик скатывается с ограничительной опоры 8 и лопасть под действием флюгерного эффекта возвращается в поз. а.

При изменении направления ветра флюгер 11 поворачивает корпус конфузором против направления ветра и вместе с корпусом поворачиваются ограничительные дугообразные опоры 7, 8, вызывая необходимое положение соответствующих лопастей для обеспечения максимального вращающего момента при соответствующей скорости ветра и минимального сопротивления лопастей в неактивном режиме.

Достоинствами предлагаемого ветродвигателя являются упрощенная конструкция, повышенный коэффициент полезного действия.

Литература

1. Ветроустановка, изобретение, патент Российской Федерации Жупахина А.Д. RU 2030777 от 01. 11.1990 г.

2. Преобразователь энергии потока воздуха, изобретение, патент Российской Федерации Темникова А.В. RU 2219369 от 25.12.2000 г.

3. Ветродвигатель (ветряк), изобретение, патент Российской Федерации Чебоксарова В.В. RU 2075636 от 17. 02.2010 г.

Ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, поворотные жесткие лопасти, закрепленные на роторе ассиметрично относительно их осей вращения, отличающийся тем, что на нижних концах сбегающих участков поворотных жестких лопастей установлены дополнительные вертикальные оси со свободно вращающимися роликами, обкатывающими ограничительные дугообразные опоры, жестко установленные на нижнем основании поворотного корпуса, выполненного в виде тонкостенного цилиндра, частично охватывающего ротор, с прямоугольными симметричными входным и выходным отверстиями на цилиндрической поверхности, при этом радиус одной дугообразной опоры меньше радиуса ротора, а радиус другой дугообразной опоры больше радиуса ротора, со стороны входного отверстия жестко установлен конфузор, со стороны выходного отверстия к корпусу жестко присоединен флюгер, а к нижнему основанию корпуса коаксиально оси ротора жестко присоединена труба, опирающаяся с возможностью вращения на станину ветродвигателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области. Вертикальный ротор ветроводяного двигателя, состоит из: ступицы, включающей в себя узлы крепления спиц из состава упомянутых ниже спицевых наборов, соединительный фрагмент или фрагменты, соединяющие узлы крепления между собой, не менее двух вертикально вытянутых лопастей, не менее двух спицевых наборов, состоящих из двух или более спиц, имеющих крыльевой профиль, соединяющих указанную ступицу с указанными вертикальными лопастями.

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики. Способ преобразования кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение лопасти заключается в том, что ветроэнергетическая установка содержит ветроприемное устройство, выполненное в виде ветроколеса, установленного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и снабженного лопастями, установленными на валах, находящихся на оси симметрии лопастей, причем вал каждой лопасти соединен соосно с валом собственного электропривода, в состав которого входит блок управления, осуществляющего разворот соответствующей лопасти, причем при вращательном движении каждой плоской лопасти по круговой орбите положение ее плоскости выставляют с помощью электропривода с датчиком положения вала ведущей лопасти на угол разворота β относительно направления воздушного потока в каждой точке круговой траектории ее вала по команде с ее блока управления, осуществляющего непрерывный аналитический расчет этого угла β=α/2+45° по информации об угле α поворота вертикальной оси относительно вектора воздушного потока, получаемой от датчиков направления воздушного потока и углового положения вертикальной оси ветроэнергетической установки относительно вектора воздушного потока, а для остальных лопастей в соответствующие блоки управления вводятся постоянные поправки угла α 180, 120 или 90 градусов в зависимости от количества лопастей.

Изобретение относится к ветротурбинным установкам вертикального типа. Ветроэнергетическая установка вертикального типа содержит опорную площадку, на которой закреплена несущая конструкция, включающая в себя горизонтально расположенные нижнюю несущую и верхнюю балки, к которым по краям прикреплены два боковых воздухозаборника, между которыми закреплены в подшипниках между верхней и нижней балками несущей конструкции с возможностью противонаправленного вращения друг относительно друга два ротора с лопастями, имеющих параллельные вертикальные оси вращения, два ветроотражателя потока воздуха на лопасти роторов.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Вертикальный ветродвигатель содержит вал с установленными на него траверсами подвески осей и лопасти.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающиеся основания с ветроприемниками и валами, установленными на поворотном основании, установленном на башне, снабженном направляющим устройством.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо содержит лопасти и демпферы, расположенные между двумя плоскостями, на которых закреплены лопасти с возможностью поворота вокруг оси.

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 устройству для рекуперации кинетической энергии торможения высокоскоростных железнодорожных составов. Энергетическая установка на воздушном потоке содержит полый цилиндрический корпус, снабженный входным и выходным воздушными каналами и направляющими ребрами для закручивания воздушного потока, внутри которого размещен шнековый ротор, механически связанный с электрическим генератором, при этом в нее введен второй электрический генератор, причем торцы электрических генераторов жестко присоединены к торцам полого электрического корпуса, а оси их роторов соединены с осью шнекового ротора, входной и выходной воздушные каналы выполнены в виде отверстий в полом электрическом корпусе и накрыты снаружи подвижно закрепленными к верхней части корпуса секторами с магнитными защелками, бесконтактно взаимодействующими с дистанционно управляемыми электромагнитными деблокираторами.

Изобретение относится к области. Вертикальный ротор ветроводяного двигателя, состоит из: ступицы, включающей в себя узлы крепления спиц из состава упомянутых ниже спицевых наборов, соединительный фрагмент или фрагменты, соединяющие узлы крепления между собой, не менее двух вертикально вытянутых лопастей, не менее двух спицевых наборов, состоящих из двух или более спиц, имеющих крыльевой профиль, соединяющих указанную ступицу с указанными вертикальными лопастями.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с изменяющимися размерами, включающая наконечник, который изготовлен из плоских пластин, соединенных шарниром.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с изменяющимися габаритами включает наконечник, который изготовлен из плоских пластин, соединенных шарниром, наконечник снабжен отрегулированными пружинами, вставленными в телескопические цилиндры, которые закреплены шарнирами к плоским пластинам с одного конца и к стопору, находящемуся на оси симметрии наконечника, с другого конца.

Изобретение относится к области ветро-гидро-энергетики. Модуль выработки электроэнергии, включающий ось, на которой установлены вращающиеся втулки с прикрепленным к ним ветровым колесом, ротор и статор электрогенератора, дополнительно снабжен гидроколесом, на наружной цилиндрической поверхности которого закреплены лопасти, ось выполнена полой, статор электрогенератора герметично закреплен на оси, вращающиеся втулки установлены на оси по обе стороны от статора, на втулках закреплены охватывающий статор герметичный ротор и охватывающее ротор гидроколесо, на втулке, расположенной с противоположной от гидроколеса стороны оси, закреплено ветроколесо с лопастями, причем гидроколесо и ветроколесо установлены с возможностью демонтажа.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения при сооружении электростанций на потоках воды или воздуха. Шаровой ортогональный энергетический агрегат для круглого в поперечном сечении канала содержит ортогональную турбину с изогнутыми вдоль сферической поверхности лопастями, концы которых с каждой стороны закреплены в ступице, и электрогенератор, при этом каждая ступица соединена с валом или со своим концевым полувалом, вал электрогенератора соединен с валом или с полувалом ортогональной турбины, при этом полувалы ортогональной турбины расположены вдоль одной оси вращения, ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, лопасти выполнены по винтовой линии, концевые участки каждой лопасти имеют в поперечном сечении профиль лопасти активной турбины, средняя часть каждой лопасти выполнена в поперечном сечении с аэродинамическим профилем, а в месте перехода одного профиля лопасти в другой и в центральной части лопасти установлены плоские тонкие выступы, перпендикулярные оси вращения ортогональной турбины.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения. Ортогональный энергетический агрегат двойного действия содержит ортогональную турбину с одной или несколькими лопастями аэродинамического профиля, установленными посредством траверс на концевых полувалах, и электрогенератор, вал которого соединен с одним из полувалов ортогональной турбины, при этом полувалы расположены соосно, а лопасти и оси полувалов ориентированы поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, при этом каждая лопасть, выполненная с аэродинамическим профилем, снабжена симметрично относительно оси вращения указанной лопасти лопастью с профилем лопасти активной турбины, также ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, и расположенную от оси вращения лопасти, выполненной с аэродинамическим профилем на расстоянии, составляющем от 0,35 до 0,5 от расстояния, на котором расположена от оси вращения лопасть с аэродинамическим профилем, причем все лопасти выполнены с выступающими над наружной поверхностью лопастей перегородками, ориентированными перпендикулярно оси вращения ортогональной турбины.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо содержит лопасти и демпферы, расположенные между двумя плоскостями, на которых закреплены лопасти с возможностью поворота вокруг оси.

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 устройству для рекуперации кинетической энергии торможения высокоскоростных железнодорожных составов. Энергетическая установка на воздушном потоке содержит полый цилиндрический корпус, снабженный входным и выходным воздушными каналами и направляющими ребрами для закручивания воздушного потока, внутри которого размещен шнековый ротор, механически связанный с электрическим генератором, при этом в нее введен второй электрический генератор, причем торцы электрических генераторов жестко присоединены к торцам полого электрического корпуса, а оси их роторов соединены с осью шнекового ротора, входной и выходной воздушные каналы выполнены в виде отверстий в полом электрическом корпусе и накрыты снаружи подвижно закрепленными к верхней части корпуса секторами с магнитными защелками, бесконтактно взаимодействующими с дистанционно управляемыми электромагнитными деблокираторами.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, поворотные жесткие лопасти, закрепленные на роторе ассиметрично относительно их осей вращения. На нижних концах сбегающих участков поворотных жестких лопастей установлены дополнительные вертикальные оси со свободно вращающимися роликами, обкатывающими ограничительные дугообразные опоры, жестко установленные на нижнем основании поворотного корпуса, выполненного в виде тонкостенного цилиндра, частично охватывающего ротор, с прямоугольными симметричными входным и выходным отверстиями на цилиндрической поверхности, при этом радиус одной дугообразной опоры меньше радиуса ротора, а радиус другой дугообразной опоры больше радиуса ротора, со стороны входного отверстия жестко установлен конфузор, со стороны выходного отверстия к корпусу жестко присоединен флюгер, а к нижнему основанию корпуса коаксиально оси ротора жестко присоединена труба, опирающаяся с возможностью вращения на станину ветродвигателя. Изобретение направлено на повышение коэффициента полезного действия при упрощении конструкции. 4 ил.

Наверх