ВЕТРОКОЛЕСО Российский патент 1997 года по МПК F03D3/00 F03D3/06 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к конструкции ротора ветродвигателя.

Известен ротор ветродвигателя, где в рабочем и флюгерном положении на своей траектории лопасти фиксируются механизмом.

Недостатком известного решения является потеря мощности при фиксации лопастей и отсутствие стабилизации частоты вращения ветроколеса.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является ротор ветродвигателя, содержащий опору, удерживающую вал, кронштейны жестко соединенные с корпусом ветроколеса и удерживающие гибкие лопасти со смещенным центром тяжести к оси вращения и к оси крепления.

Недостатком известного устройства является:
1) недостаточное использование мощности потока ветра из-за ограниченного диапазона смещения гибких лопастей;
2) отсутствие стабилизации частоты вращения;
3) громоздкость крепления опоры.

В основу настоящего изобретения поставлена задача увеличение коэффициента полезного действия потока ветра, стабилизация частоты вращения ветроколеса, уменьшение веса опоры ветроколеса за счет большого диапазона смещения лопастей, упрощение узла крепления.

Поставленная задача решается тем, что в ветроколесе, содержащем опору с валом, жестко соединенным с корпусом и кронштейнами, крепление лопасти выполнено на шарнирах с вертикальными осями, расположенными параллельно ее диагонали с центром тяжести, смещенным от собственной оси крепления лопасти к наружной части ветроколеса в рабочей фазе, при этом большая часть плоскости от своей оси расположена в противоположном направлении от центра тяжести, а кронштейны выполнены с упорами по периметру лопасти, стороны которой расположены наклонно, в около опорном пространстве. Лопасти ветроколеса имеют прямоугольную форму.

На фиг. 1 представлен общий вид ветроколеса; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1.

Позиции на чертеже обозначают: опора 1, вал 2, корпус 3, кронштейн 4, шарниры 5, лопасть 6, большая часть плоскости 7, упоры 8, центр тяжести 9, элемент крепления 10.

Ветроколесо состоит из опоры 1, с валом 2 внутри нее, который жестко соединен с корпусом 3 и кронштейнами 4 с помощью шарниров 5, вертикальные оси которых проходят по диагонали с установленной на них прямоугольной лопастью 6. Лопасть опирается своей большей частью плоскости 7 на упоры 8, расположенные на кронштейнах 4 для фиксации лопасти в рабочей фазе по траектории движения ветроколеса. Центр тяжести 9 располагается в стороне от собственной оси вращения лопасти к наружной части колеса, что позволяет создать угол У плоскости по отношению к направлению ветрового потока во флюгерной фазе траектории движения. Пространство, образованное наклонными сторонами лопастей к валу нижней части ветроколеса, используется для расположения элементов крепления 10, удерживающих опору 1.

Ветроколесо работает следующим образом.

При воздействии ветра в рабочей фазе на траектории вращения колеса вал 2, закрепленный в опоре 1, через корпус 3, кронштейны 4 и шарнирное крепление 5 от лопастей 6 получает вращательное движение за счет фиксации в большей части плоскости 7 упором 8 кронштейна 4.

При достижении номинальной частоты вращения ветроколесом под действием центробежных сил в центре тяжести возникает сила смещения флюгерного расположения лопасти, образуя смещение флюгерного расположения лопасти по отношению к направлению потока ветра на угол У, вызывая торможение колеса.

Устойчивость опоры создается благодаря пространству вблизи верхней части опоры до кронштейна, образованному траекторией вращения в нижней части колеса за счет наклонного расположения сторон лопасти, а жесткость крепления существует за счет упрощения узла крепления и приближения его к опоре.

Как было показано, предлагаемая конструкция ветроколеса позволяет переходить из фазы рабочего положения лопасти в фазу флюгерного положения практически без потерь мощности ветроколеса, используя плоскость лопасти в рабочей фазе на 100% а у прототипа это 50%
Степень стабилизации частоты вращения ветроколеса равна ±10% от номинальной вместо ±50% у прототипа (при потоке ветра от 3-х до 20-ти м/с).

Исключая узлы выноса места крепления уменьшается вес опоры, увеличивая ее устойчивость на 20% а жесткость крепления на 30% за счет использования околоопорного пространства.

Мощность ветроколеса в 1 кВт достигается при диаметре его 1,5 м.

При отборе полной мощности на валу ветроколеса при ветре 10 м/с ветровое воздействие составит не более 2-х кВт.

Конструктивное и технологическое использование предлагаемого изобретения не вызывает трудностей.

Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ветроколесо содержит опору с валом, жестко соединенным с корпусом и кронштейнами, на которых закреплены лопасти, имеющие прямоугольную форму; крепление выполнено на шарнирах с вертикальными осями, причем оси лопастей расположены параллельно диагонали лопасти с центром тяжести, смещенным от ее оси крепления к наружной части ветроколеса в рабочей фазе, при этом большая часть плоскости лопасти от своей оси расположена в противоположном направлении от центра тяжести, а кронштейны выполнены с упорами по периметру лопасти, стороны которой расположены наклонно в околоопорном пространстве. 2 ил.

Ветроколесо, содержащее опору с валом, жестко соединенным с корпусом и кронштейнами, на которых закреплены лопасти, имеющие прямоугольную форму, крепление выполнено на шарнирах с вертикальными осями, отличающееся тем, что оси лопастей расположены параллельно диагонали лопасти с центром тяжести, смещенным от ее оси крепления к наружной части ветроколеса в рабочей фазе, при этом большая часть плоскости лопастей от своей оси расположена в противоположном направлении от центра тяжести, а кронштейны выполнены с упорами по периметру лопасти, стороны которой расположены наклонно в околоопорном пространстве.