РОТОР ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК F03D3/06 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в установках для выработки электрической энергии или выполнения механической работы.

Известен карусельный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал и горизонтально установленные в нем две пары поворотных лопастей с упорами, крестообразно расположенными махами, один из которых имеет колено. Вал снабжен горизонтальной площадкой и махи закреплены на ней. Другой мах расположен под махом, снабженным коленом, и имеет прямолинейную форму, а упоры выполнены заодно целое с площадкой.

Недостатками указанного ветродвигателя является то, что при построении лопасти с большой площадью махи и лопасти от своего веса деформируются в горизонтальной и вертикальной плоскостях; передача энергии от лопасти на вал мощностей производится через один мах, что вызывает деформацию; крепление лопасти одностороннее и мах своим весом при подъеме в горизонтальное положение увеличивает сопротивление движению ветра больше, чем лопасть, смещенно укрепленная большей и меньшей частями маха.

Известен ветродвигатель, состоящий из стоек, на которых установлены махи, соединяющиеся перед лопастями горизонтальной площадкой. Лопасти, установленные на махах, приподнимаются на ветер пружинными амортизаторами, а удерживаются в вертикальном положении упорным тросом [2] .

Недостатком этого ветродвигателя является то, что крепление махов горизонтальной площадкой перед лопастями не предотвращает их деформацию в точке при воздействии энергии ветра, а воздействие энергии пружинного амортизатора на лопасть (против ветра) создает дополнительное сопротивление ее движению.

В обоих ветродвигателях отсутствует устройство остановки ветродвигателя, а также устройство для работы при порывистом и штормовом ветре.

Целью изобретения является повышение мощности двигателя и надежности при порывистом и штормовом ветре.

Указанная цель достигается тем, что на крестообразных, шарнирно закрепленных в полом валу махах установлены лопасти, выполненные из секции и оснащенные ограничителями поворота, выполненными в виде Г-образных кронштейнов, жестко закрепленных на махах. На каждой лопасти жестко укреплены упоры, шарнирно соединенные с амортизаторами, каждый из которых соединен с регулирующим винтом, который другой стороной шарнирно соединен с концом Г-образного кронштейна. На каждом махе укреплен с отверстием на конце ограничитель поворота маха, который взаимодействует с радиальной пластиной, укрепленной на полом валу.

На махах каждой секции шарнирно установлены вертикальные стержни, нижние и верхние части которых удерживаются полым валом через наклонные и горизонтальные стяжки.

К верхней и нижней частям стержней, установленных на концах махов, крепятся шесть горизонтальных и две диагональных стяжка, которыми концы махов укрепляются воедино. Диагональные стяжки удерживают шарнирно установленные на махах стержни от прокручивания в горизонтальном положении.

Эффективность лопастей, установленных на махах смещено: большей стороной вниз, меньшей - в том, что энергия, воздействующая на верхнюю (меньшую) часть лопасти, противодействуют энергии ветра, воздействующей на (нижнюю) (большую) часть. Это создает возможность устанавливать менее прочные амортизаторы, удерживающие лопасть при порывах ветра, а также менее прочные ограничители поворотов махов, удерживающих лопасть через амортизаторы в горизонтальном положении. При повороте лопастей в горизонтальное положение меньшая часть лопасти своим весом создает противовес через мах большей (нижней) части что способствует развороту лопастей при минимальной скорости ветра, а в принудительной установке лопасти в горизонтальное положение при остановке двигателя амортизаторы удерживают только разницу в весе между меньшей и большей частями лопасти.

Эффективность лопасти, состоящей из секций, в том, что после каждой секции устанавливаются вертикальные стержни, которые во взаимодействии с упорным стволом через наклонные и горизонтальные стяжки удерживают махи с лопастями от провисания, что создает возможность при установке увеличивать ее (вес) площадь.

Эффективность амортизатора в том, что при повышенной скорости ветра лопасти по ходу ветра, удерживаемые амортизаторами на махах, проворачиваются, при этом уменьшаются площадь сопротивления лопасти ветра, что обеспечивает надежность работы ветродвигателя при порывистом и штормовом ветре.

Эффективность горизонтальных стяжек, укрепляющих концы махов между собой, в том, что энергия ветра с лопасти, укрепленной на махе, передается на упорный ствол, удерживается всеми сторонами махов. Это позволяет избежать деформации в отдельности каждого маха в горизонтальной плоскости и позволяет использовать лопасти увеличенной площади.

На фиг. 1 изображен ветродвигатель, общий вид; на фиг. 2 - взаимодействие ограничителя 7 с отверстием 7а с пластиной 8 через отверстие 9, принудительная установка лопасти в горизонтальное положение при остановке ветродвигателя, второй вариант крепления лопастей наклонными стяжками.

Ветродвигатель содержит неподвижную вертикальную ось 1, полый вал 2, наклонные 3 и горизонтальные 4 стяжки, две диагональные растяжки 5 (вертикальные стержни 16), крестообразно расположенные махи 6, при этом один мах в опорном стволе расположен выше другого на один диаметр маха. Каждый мах содержит ограничитель поворота, на конце которого имеется отверстия 7а, который контактирует с радиальной пластиной 8, имеющей отверстие 9. После каждой секции установлены вертикальные стержни, соединяющиеся с полым валом наклонными и горизонтальными стяжками. С целью упрочнения стержней к каждому крепится тяга с установленной между стержнями и тягой трубообразной распоркой и с возможностью вращения в ней маха. При таком укреплении тяги между стержнями и тягой вверху и внизу стержней образуются острые углы.

На махе 6 для каждой секции лопасти 10 установлены Г-образные ограничители 11 поворота лопастей и подшипники 12. К поверхности лопасти с противоположной стороны ветра жестко закреплены упоры 13, шарнирно соединенные с амортизаторами 14, противоположный конец каждого из которых шарнирно соединен через регулирующий винт 15 с ограничителем 11 поворота лопастей.

Ветродвигатель работает следующим образом.

При появлении ветра достаточной скорости лопасть 10, идущая по ветру своей нижней большей площадью, прижимается упорами 13 к амортизаторам 14 и через мах прокручивает полый вал, при этом ограничитель 7 устанавливается в отверстие 9 радиальной пластины 8 и удерживает через мах лопасть парусностью против ветра. При переходе на режим против ветра энергия ветра воздействует на противоположную сторону лопасти, так как лопасть нижней части больше, то энергия приподнимает лопасть, устанавливая ее в горизонтальное положение торцом против ветра и устанавливает также взаимосвязанную противоположную лопасть парусностью против ветра.

Для гашения ветра (например, движение ветра 10-15 м/с) регулирующим винтом 15 прижимает амортизатор к лопасти, удерживаемой сзади ограничителем 11 так, чтобы амортизатор срабатывал после 10 м/с. При превышении заданной винтом амортизатору силы энергии ветра воздействующая на нижнюю (большую) площадь лопасти проворачивает лопасть на махе, преодолевая энергию амортизатора и изменяя угол наклона лопасти в зависимости от энергии ветра.

При необходимости остановки ветродвигателя в конец вошедшей в отверстие 9 радиальной пластины 8 ограничителя 7 поворота махов в отверстие 7а вводится штифт, который жестко соединяет ограничитель 7 с радиальной пластиной 8 и удерживает лопасть через мах обратно в движении лопасти парусностью против ветра, из-за чего лопасть ветродвигателя прекращают вращаться, а вслед идущая лопасть принудительно выводится из рабочего положения, преодолевая сопротивления амортизаторов или же освобождая амортизатор от удержания лопасти, и устанавливается по ходу ветра в горизонтальное положение, после чего укрепляется для удержания амортизатором. При этом лопасть, укрепленная штифтом в вертикальном положении, служит флюгером ветродвигателя в нерабочем положении.

Предложенный второй вариант крепления лопасти наклонными растяжками 3 к махам 6 исключает необходимость установки вертикальных стержней 16 и сокращает до четырех горизонтальные растяжки 4, которые взаимосвязывают своими креплениями махи, при этом площадь лопасти, установленной на махе, уменьшается. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1008482, кл. F 03 D 3/06, 1985.

2. Авторское свидетельство СССР N 1361372, кл. F 03 D 3/06, 1986.

Использование: в ветроэнергетике для выработки электроэнергии или выполнения механической работы. Сущность изобретения: ротор содержит неподвижную вертикальную ось 1, полый вал 2, наклонные 3 и горизонтальные растяжки, две диагональные растяжки 5, крестообразно расположенные махи 6, при этом один мах в опорном стволе расположен выше другого на величину одного диаметра маха. Каждый мах содержит ограничитель 7 поворота, на концах которого имеются отверстия, радиальную пластину 8 с отверстием 9. Крепление лопастей 10 к махам 6 выполнено смещенным от центра лопастей. На махе шарнирно установлены вертикальные стержни, соединяющиеся с полым валом наклонные и горизонтальными стяжками. Ротор снабжен регулирующими амортизаторами 14, установленными на упорах 13 лопастей 10, взаимодействующих с ограничителями поворота махов. 2 ил.

РОТОР ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащий неподвижную вертикальную ось, установленный на ней полый вал с крестообразно расположенными на нем радиальными махами, установленные на последних поворотные лопасти с упорами и ограничители рабочего поворота лопастей, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности и надежности в работе, махи установлены с возможностью поворота относительно своих осей и снабжены вертикальными стержнями, связанными при помощи горизонтальных и наклонных растяжек с полым валом, лопасти выполнены в виде отдельных секций, каждая из которых закреплена на махе несимметрично, ограничители рабочего поворота лопастей - в виде Г-образных кронштейнов, упоры лопастей снабжены регулировочными амортизаторами, а полый вал - радиальными пластинами с отверстиями, взаимодействующими с кронштейнами и упорами лопастей.