ВЕТРОКОЛЕСО Российский патент 1996 года по МПК F03D3/00 F03D3/06 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроэнергетике и гидроэнергетических установках различного назначения и мощности.

Известны аналоги ветроколеса с вертикальной осью вращения и поворотными лопастями, шарнирно установленными на траверсах. Поворот лопастей происходит под действием ветра и ограничивается упорами [1, 2, 3]
Недостатком аналогов является то, что энергия ветра используется неполностью, так как каждая лопасть вращает ветроколесо только половину оборота вала, а вторую половину оборота она занимает положение, в котором оказывает минимальное сопротивление вращению ветроколеса в исходное положение, не совершая полезной работы.

Ближайшим техническим решением к предложенному является ветроколесо, содержащее поворотные лопасти, шарнирно соединенные с траверсами, связанные с вертикальным валом, причем траверса с лопастью дополнительно соединена с амортизатором [4]
Недостатком прототипа является то, что энергия ветра используется недостаточно эффективно.

Задача, на решение которой направлено изобретение, повышение коэффициента использования энергии ветра.

Для решения этой задачи предлагается на концах траверс установить шарнирно закрепленные амортизаторы, гидравлические или пневматические, со штоками, закрепленными также шарнирно на лопастях. Причем амортизаторы могут убираться в пазы на траверсах, что позволяет лопастям прижаться к траверсе, и уменьшает аэродинамическое сопротивление траверс.

Для увеличения мощности ветроколеса (для лопастей больших размеров) предлагается вариант конструкции ветроколеса, в котором каждая лопасть крепится, по крайней мере, к двум траверсам, прикрепленным к одному валу, что увеличивает жесткость и прочность конструкции.

Применение амортизатора позволяет управлять положением лопасти, тем самым улучшая аэродинамическую эффективность лопасти в любом положении в течение полного оборота ветроколеса. Также уменьшается угол поворота ветроколеса, при котором каждая лопасть не вращает ветроколесо, а оказывает сопротивление вращению. Кроме того, амортизаторы смягчают удары при поворотах лопастей на траверсах. Выполнение траверс с пазами позволяет избежать дополнительного аэродинамического сопротивления вращению ветроколеса, позволяет прижаться лопасти к траверсе. На фиг. 1 показана схема ветроколеса вид сверху; на фиг. 2 разрез А-А; на фиг. 3 схема варианта конструкции ветроколеса, вид сверху; на фиг. 4 разрез А-А варианта конструкции.

Ветроколесо содержит поворотные лопасти 1, шарнирно установленные на траверсах 2, имеющих пазы 3 и связанных с вертикальным валом 4. Ветроколесо дополнительно содержит амортизаторы 5 (гидравлические или пневматические), шарнирно закрепленные в пазах 3 на траверсах 2. Штоки амортизаторов 6 крепятся на лопастях 1 шарнирами.

На фиг. 3 и фиг. 4 варианта конструкции ее элементы обозначены аналогично с фиг. 1 и фиг. 2.

Описание работы ветроколеса.

Под действием ветра лопасти 1, находящиеся с левой стороны колеса относительно направления ветра, начинают вращать ветроколесо. При этом лопасти 1 могут быть прижаты к траверсам 2 или откинуты на полный ход штока 6 амортизатора 5 вращение начнется в обоих случаях.

При вращении в зависимости от угла поворота ветроколеса лопасти 1 работают следующим образом.

В секторе I лопасть, взаимодействуя с амортизатором 5, поворачивается под углом к направлению ветра. На лопасти 1 появляется подъемная сила, которая вращает ветроколесо, и лопасть плавно поджимается в сторону траверсы 2, оставаясь под углом к направлению ветра, вращая ветроколесо.

В секторе II лопасть 1 полностью поджимается ветром к траверсе 2 и вращает ветроколесо до конца сектора III. При переходе из сектора III в сектор IV под действием ветра лопасть 1 откидывается на полный ход штока 6 амортизатора 5 и становится под углом к направлению ветра, продолжая вращать ветроколесо.

В конце сектора IV и начале сектора I лопасть свободно ориентируется по ветру и оказывает минимальное сопротивление вращению ветроколеса. При дальнейшем вращении ветроколеса цикл повторяется последовательно для всех лопастей.

Амортизаторы 5, управляя положением лопастей, улучшают коэффициент использования ветра, уменьшая до минимума угол поворота ветроколеса, при котором каждая лопасть периодически не вращает ветроколесо, а оказывает сопротивление вращению. Плавно изменяя положение лопасти, поддерживают лопасти в положении эффективной работы при вращении ветроколеса. Амортизаторы смягчают удары при поворотах лопастей относительно траверс, не оказывая дополнительного сопротивления вращению ветроколеса, т.к. находятся в пазах травеpс.

Использование: применяется в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ветроколесо содержит поворотные лопасти, шарнирно установленные на траверсах, которые связаны с вертикальным валом, при этом траверса с лопастью дополнительно соединена с амортизатором. Амортизатор содержит цилиндр и шток, которые соединены соответственно с траверсой и лопастью шарнирами, а концевая часть траверсы выполнена с пазом, соответствующим форме цилиндра амортизатора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ветроколесо, содержащее поворотные лопасти, шарнирно соединенные с траверсами, связанными с вертикальным валом, а траверса с лопастями дополнительно соединена с амортизатором, отличающееся тем, что амортизатор содержит цилиндр и шток, которые соединены соответственно с траверсой и лопастью шарнирами, причем концевая часть траверсы выполнена с пазом, соответствующим форме цилиндра амортизатора. 2. Ветроколесо по п. 1, отличающееся тем, что лопасть соединена по крайней мере с двумя траверсами, прикрепленными к одному валу.