РОТОР ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F03D3/06 

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается роторов ветродвигателей карусельного типа.

Аналогом являеися авт. св. N 1650948, кл. F 03 D 3/00, 1991.

Известен ротор ветродвигателя, содержащий несущий вертикальный вал, прикрепленные к нему ярусами радиальные спицы, связанные с их концами горизонтальные ободы и установленные между ними лопасти с возможностью вращения.

Недостатком известного ротора ветродвигателя является то, что от беспрерывного перегиба лопастей в одних и тех же местах последние быстро выходят из строя, несмотря на применяемые специальные материалы, а также имеют относительно высокий коэффициент использования воздуха, плохо приспособлены к ураганным ветрам, сложны в изготовлении, металлоемки и ни один из них не может применяться в газовых магистральных трубопроводах большого диаметра для получения энергии на нужды самих станций высокого давления.

Задача изобретения повышение эффективности энергии ветра, возможность применения в магистральных газовых трубопроводах большого диаметра, простота изготовления из доступных материалов, малая металлоемкость и надежность в работе.

Для решения задачи предлагается ротор ветродвигателя, который устанавливается в горизонтальном положении на несущем валу и прикрепляется к нему по-ярусными радиальными спицами, жестко соединенными между собой и объединенными на своих концах горизонтальными ободами, на которых по-ярусно и симметрично по периметру круга крепятся рабочие площадки. Через верхнюю и нижнюю пару площадок вертикально проходит с возможностью вращения вал, имеющий в верхней части больший диаметр за счет чего и удерживается в гнездах. К валу прикреплена лопатка с щечками, выполненными под углом друг к другу, между которыми на этот же вал установлена с возможностью вращения между щечками лопасть.

На торцах вала устроены навивные пружины, которые своими окончаниями выходят по специальным щелям из вала и опираются на упоры, что удерживает вал, а вместе с ним и лопатку с лопастью в рабочем положении, и одновременно позволяет при ураганных ветрах развернуться валу вдоль своей оси до 180^o и обеспечить безаварийное положение ротора. Указанная пружина постоянно стремится вернуть вал в исходное положение. Следовательно, ротор и при ураганном ветре будет работоспособным в том случае, если эта пружина будет оттарирована на определенное безопасное для ротора усилие.

Этой же цели можно достигнуть, если ограничители сделать подвижными, а проходные щели в валу более широкими. В этом случае за счет поджатия концов пружины можно регулировать ее сопротивляемость моменту вращения вала, происходящему под давлением потока воздуха на лопасть, которая передает это давление на щечку лопатки, а последняя передает это усилие на вал, разворачивая его при повышенных нагрузках в нерабочее положение и вращая через него ротор.

Подобный ротор в безопасном исполнении и без возможности поворота вала, без пружин и ограничителей может устанавливаться как вертикально, так и горизонтально в магистральных трубопроводах большого диаметра, где давление среды определено.

На фиг. 1 изображен ротор ветродвигателя; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 укрепленная деталь ветрозахватывающего органа; на фиг. 4 то же, вид сверху.

Ротор ветродвигателя содержит вертикальный несущий вал 1, прикрепленные к нему ярусами радиальные спицы 2, связанные с их концами горизонтальные ободы 3, на которых симметрично по периметру и по ярусам установлены площадки 4, в которые вертикально, с возможностью поворота вставлен вал 5 с фиксируемым положением по вертикали своим уширением 6. При помощи крепежа 7 на валу 5 закреплена лопатка 8 с выполненными под углом друг к другу щечками, направленная своим острым углом по ходу вращения ротора. На вал 5 с возможностью вращения между щечками лопатки 8 надета лопасть 9. Внутри верхнего и нижнего торцов вала 5 установлены навивные пружины 10 с выходящими из вала 5 через щели 13 концами 11, которые опираются на ограничители 12.

Несущий вал 1 установлен в подшипниках арочной конструкции 14, расчлененной тягами 15, и связан с какой-либо машиной. Ротор ветродвигателя работает следующим образом.

Под действием напора ветра лопасть 9 плотно прижимается к какой-либо из щечек лопатки 8 и передает ей усилие ветра. Лопатка 8 неподвижно закреплена крепежом 7 на валу 5. Пружина 10 за счет своих окончаний 11 и упора 12 удерживает через щеки 13 вал 5, а вместе с ним и лопатку 8 в рабочем положении.

В результате того, что лопасти 9 расположены между щечек лопаток 8 под удобным углом для атаки ветра, на каждой из лопастей 9 возникает тангенциальная сила, обеспечивающая через спицы 2 вращения вертикального несущего вала 1 в одном направлении с большим коэффициентом использования ветровой энергии. На противоположной стороне при вращении ротора навстречу ветру щечки лопатки 8 расположены под острым углом к потоку воздуха, а лопасть 9 принимает флюгерное положение. При подходе к рабочему участку лопасть 9 плавно прижимается к щечке лопатки 8, преобразуя ветровую нагрузку в тангенциальную силу вращающую ротор. Дойдя в таком положении до определенного угла под действием ветра, лопасть 9 хлопком переходит к другой щечке лопатки 8, тем самым усиливая вращательный момент ротора. При ураганном ветре лопасть 9 чрезмерно давит на щечку лопатки 8, которая, передавая это усилие на вал 5, может временно развернуть последний до 180^o и в результате лопасти 9 принимает флюгерное положение. Пружина 10 при этом всегда будет стремиться развернуть вал 5 вдоль своей оси в первоначальное рабочее положение. При помощи таких тарированных пружин 10 можно ограничить допустимые ветровые нагрузки на ротор. Этой же цели может способствовать устройство регулируемых упоров 12, если их расположить на полозьях и снабдить регулировочными винтами. Торцы вала 5 следует закрыть для удержания пружин 10 в своих гнездах.

Подобные роторы, но с неповоротным валом 5 и без пружин 10 и упоров 12 могут устанавливаться в магистральных газопроводах большого диаметра для получения эл. энергии на собственные нужды. В этом случае устройство ротора выполняется в противопожарном исполнении, а устанавливаться они могут в вертикальном и горизонтальном положениях.

Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ротор ветродвигателя содержит вертикальный вал, прикрепленные к нему радиальные спицы, связанные с их концами горизонтальные ободы и прямоугольные лопасти, установленные между ободами с возможностью поворота на валу, лопасти расположены между щек лопаток, выполненных под углом друг к другу и неподвижно закрепленных на общем валу с лопастью, общий для лопасти и лопатки вал содержит на своих торцах пружины и щели, через которые выходят свободные концы пружины, опирающиеся на упоры. 4 ил.

Ротор ветродвигателя, содержащий вертикальный вал, прикрепленные к нему ярусами радиальные спицы, связанные с их концами горизонтальные ободы и прямоугольные лопасти, установленные между ободами с возможностью поворота на валу, отличающийся тем, что лопасти расположены между щек лопаток, выполненных под углом друг к другу и неподвижно закрепленных на общем валу с лопастью, а общий для лопасти и лопатки вал содержит на своих торцах пружины и щели, через которые выходят свободные концы пружины, опирающиеся на упоры.