ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК F03D3/06 

Изобретение относится к ветротехнике и может быть использовано для создания крупных ветроэнергетических установок.

Известен ветродвигатель с вращающимися цилиндрами на несущей конструкции, которые поворачиваются вокруг горизонтальной оси с помощью специального кулачкового механизма с флюгером (см. а.с. СССР N 1694976, кл. F 03 D 3/02, 1991 г.).

Недостаток этого устройства заключается в сложности механизмов поворота лопастей, необходимости определения направления ветра.

Известен также ветродвигатель, содержащий поворотные лопасти, размещенные с возможностью поворота на радиальных горизонтальных осях, установленных на несущем основании (см. заявку ЕПВ N 0270136, кл. F 03 D 3/06, 1989).

Недостатком этого устройства является сложность конструкции. При этом лопасти работают только на одной половине окружности, тогда как на другой создают дополнительное сопротивление.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и эффективности работы устройства.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в упрощении конструкции за счет исключения специальных механизмов поворота, а также в увеличении рабочего диапазона поворота несущего основания, в котором активно работают лопасти.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что ветродвигатель, содержащий поворотные лопасти, размещенные с возможностью поворота на радиальных горизонтальных осях, установленных на несущем основании, отличается тем, что поперечному сечению лопасти придана желобообразная форма, при этом ось поворота каждой лопасти проходит по хорде желоба через центр тяжести лопасти, перпендикулярно продольной оси желоба, причем части плоскостей лопастей относительно оси их поворота выполнены с условием
S₁•r_S1≠S₂•r_S2,
где
S₁, r_S1 - площадь и радиус поворота центра площади одной части плоскости;
S₂, r_S2 - площадь и радиус поворота центра площади другой части плоскости.

Кроме того, несущее основание выполнено в виде кольца, при этом каждая лопасть установлена с возможностью взаимодействия с упором, размещенным на радиусе кольца и выполненным в виде упругой тяги, один конец которой скреплен с частью лопасти с меньшей площадью, а свободный конец связан непосредственно с несущим кольцом.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого решения и признаков аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

При этом признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак "... поперечному сечению лопасти придана желобообразная форма... " позволяет обеспечить дополнительную силу в направлении вращения несущей системы с лопастями, а также быстрый подъем лопасти после прохождения пассивного участка навстречу воздушному потоку.

Признак "... ось поворота каждой лопасти проходит по хорде желоба, через центр тяжести лопасти, перпендикулярно продольной оси желоба..." определяет условие, обеспечивающее легкость поворота лопастей с установленными параметрами под действием аэродинамических сил.

Условие S₁•r_S1≠S₂•r_S2 обеспечивает подъем в рабочее положение лопастей под действием аэродинамических сил.

Совокупность отличительных признаков второго пункта формулы изобретения обеспечивают дополнительную возможность поворота лопастей под предельной ветровой нагрузкой до 90^o от вертикального положения в сторону упора для предохранения системы в штормовую погоду. При этом аварийный наклон лопасти приводит к дополнительному эффекту - прижиму несущей системы к опорной поверхности, что увеличивает устойчивость конструкции.

Предлагаемое техническое решение показано на чертеже, где 1 - несущая система; 2 - опорная поверхность; 3 - поворотные лопасти; 4 - оси; 5 - упор, определяющий горизонтальное положение, и 6 - упор, определяющий вертикальное положение лопасти.

Несущая система 1 выполнена в виде кольца, одна сторона которой оперта на опорную поверхность 2. На другой установлены поворотные лопасти 3 с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей 4, которые сориентированы по радиусам несущей системы. Плоскость лопастей 3 в сечении, параллельном оси поворота, имеют желобообразную форму. Ось поворота каждой лопасти проходит по хорде желоба через центр тяжести, разделяя плоскость лопасти на две части согласно формуле. Свободный поворот лопастей ограничивается упорами 5 и 6. Последний представляет собой стальной трос 7, связанный с несущим кольцом с ограничительной пружиной 7, скрепленной с частью лопасти с меньшей площадью.

Устройство работает следующим образом. Под действием ветра лопасти 3 автоматически поворачиваются вокруг оси 4, приводя в движение несущую поверхность 1. При этом лопасти 3 поворачиваются в пределах до 90^o от упора 5, соответствующего горизонтальному положению при наименьшем сопротивлении воздушному потоку, до упора 6, который соответствует вертикальному положению лопасти при наибольшем восприятии силы ветра. Если сила ветра превышает предельную, ограничительная пружина 8 растягивается и лопасть занимает наклонное, а затем горизонтальное положение.

Изобретение относится к ветротехнике и позволяет исключить специальные механизмы поворота и увеличить рабочий диапазон поворота несущего основания, в котором активно работают лопасти. Поворотные лопасти установлены на несущей системе с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей, которые сориентированы по радиусам несущей системы и через плоскости лопастей. Поперечному сечению лопасти придана желобообразная форма, ось поворота каждой лопасти проходит по хорде желоба через центр тяжести лопасти перпендикулярно продольной оси желоба. Части плоскостей относительно оси поворота выполнены с условием S₁ • r_S1 ≠ S₂ • r_S2, где S₁, r_S1 - площадь и радиус поворота центра площади одной части плоскости; S₂, r_S2 - площадь и радиус поворота центра площади другой части плоскости. При этом лопасти с установленными параметрами сами автоматически поворачиваются в пределах до 90^o от одного упора до другого, один из которых соответствует вертикальному положению, а другой - горизонтальному. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий поворотные лопасти, размещенные с возможностью поворота на радиальных горизонтальных осях, установленных на несущем основании, отличающийся тем, что поперечному сечению лопасти придана желобообразная форма, при этом ось поворота каждой лопасти проходит по хорде желоба через центр тяжести лопасти, перпендикулярно продольной оси желоба, причем части плоскостей лопастей относительно оси их поворота выполнены с условием
S₁ • r_S1 ≠ S₂ • r_S2,
где S₁, r_S1 - площадь и радиус поворота центра площади одной части плоскости;
S₂, r_S2 - площадь и радиус поворота центра площади другой части плоскости. 2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что несущее основание выполнено в виде кольца, при этом каждая лопасть установлена с возможностью взаимодействия с упором, размещенным на радиусе кольца и выполненным в виде упругой тяги, один конец которой скреплен с частью лопасти с меньшей площадью, а свободный конец связан непосредственно с несущим кольцом.