РОТОР ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии ветра в механическую энергию и может быть использовано при создании автономных ветроэнергетических установок.

Известен ротор ветродвигателя, содержащий установленный в подшипниковых опорах вертикальный вал, к верху и к низу которого жестко закреплены радиально расположенные кронштейны, связанные между собой вертикальными стержнями, на которых шарнирно и консольно закреплены лопасти с возможностью взаимодействия хвостовыми частями с упорами, установленными на валу (авторское свидетельство СССР N 1377448, М.кл. F 03 D 3/02).

Лопасти такого ротора представляют собой цельную и жесткую конструкцию, в связи с чем при штормовых ветрах они находятся под воздействием чрезмерно повышенных нагрузок, что приводит к снижению надежности лопастей и ветродвигателя в целом.

Известен ротор ветродвигателя, содержащий установленный в подшипниковых опорах вертикальный вал с равномерно расположенными по окружности в двух ярусах радиальными кронштейнами, скрепленными в каждом ярусе двумя коаксиальными кольцами и вертикальными наружными и внутренними стержнями, установленными попарно на каждом радиусе, и профилированные лопасти, шарнирно закрепленные на наружных стержнях, причем расстояние между наружными и внутренними вертикальными стержнями на каждом радиусе меньше длины лопасти (авторское свидетельство СССР N 992800, М.кл. F 03 D 3/00).

Этот ротор ветродвигателя, являющийся наиболее близким к предлагаемому изобретению, имеет лопасти, которые также представляют собой цельную и жесткую конструкцию, в связи с чем при штормовых ветрах они находятся под воздействием чрезмерно повышенных нагрузок, что приводит к значительному превышению скорости вращения ротора ветродвигателя и снижению его надежности.

Повышение надежности ветродвигателя достигается тем, что в предлагаемом роторе ветродвигателя, содержащем установленный в подшипниковых опорах вертикальный вал с равномерно расположенными по окружности в двух ярусах радиальными кронштейнами, скрепленными в каждом ярусе двумя коаксиальными кольцами и вертикальными наружными и внутренними стержнями, установленными попарно на каждом радиусе, и профилированные лопасти, шарнирно закрепленные на наружных стержнях, причем расстояние между наружными и внутренними вертикальными стержнями на каждом радиусе меньше длины лопасти, каждая профилированная лопасть выполнена из двух частей, сочлененных между собой по дуге окружности и соединенных пластинчатыми пружинами, расположенными по оси симметрии поперечного разреза лопасти с возможностью поворота хвостовой части в процессе взаимодействия с внутренними вертикальными стержнями. При этом на внутренние вертикальные стержни надеты с возможностью вращения втулки или кольца.

Выполнение каждой профилированной лопасти из основной и хвостовой частей, упруго соединенных между собой и с возможностью поворота хвостовой части относительно основной, позволяет при штормовых ветрах и при наступлении чрезмерных нагрузок переводить профилированные лопасти во флюгерное положение, тем самым устранить превышение допустимой скорости вращения ротора ветродвигателя и, следовательно, повысить его надежность.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый ротор ветродвигателя отличается тем, что каждая профилированная лопасть выполнена из двух частей - основной и хвостовой, сочлененных между собой по дуге окружности и соединенных пластинчатыми пружинами, расположенными по оси симметрии поперечного разреза лопасти с возможностью поворота хвостовой части относительно основной, при этом на внутренние вертикальные стержни надеты с возможностью вращения втулки.

Таким образом, заявляемый ротор соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволили выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен ротор ветродвигателя, вид А на фиг. 2; на фиг. 2 - ротор ветродвигателя, вид сверху; на фиг.3 - лопасть, поперечный разрез.

Ротор ветродвигателя (фиг. 1, 2) содержит установленный в подшипниковых опорах 1 вертикальный вал 2 с равномерно расположенными по окружности в двух ярусах радиальными кронштейнами 3, скрепленными в каждом ярусе двумя коаксиальными кольцами 4 и вертикальными наружными 5 и внутренними 6 стержнями, установленными попарно на каждом радиусе, и профилированные лопасти 7, шарнирно закрепленные на наружных стержнях 5, причем расстояние между наружными 5 и внутренними 6 вертикальными стержнями на каждом радиусе меньше длины лопасти 7. Каждая профилированная лопасть 7 выполнена из двух частей - основной 8 и хвостовой 9, сочлененных между собой по дуге окружности и соединенных пластинчатыми пружинами 10, концы которых закреплены на соответствующих частях 8 и 9. Пластинчатые пружины 10 расположены по оси симметрии поперечного разреза лопасти 7.

Кроме того, на внутренние вертикальные стержни 6 на участке взаимодействия их с хвостовыми частями 9 профилированных лопастей 7 надеты с возможностью вращения втулки 11 или кольца.

Ротор ветродвигателя работает следующим образом.

При ветре достаточного скоростного напора профилированные лопасти 7 под действием аэродинамических сил разворачиваются основной частью 8 на наружных вертикальных стержнях 5 и прижимаются хвостовой частью 9 к внутренним вертикальным стержням 6 и, воспринимая таким образом энергию ветра, передают ее на вал 2. Пройдя зону фронтального воздействия ветра, профилированные лопасти 7 разворачиваются и самоустанавливаются во флюгерное положение с минимальным аэродинамическим сопротивлением. При усилении ветра до штормового профилированные лопасти 7 в момент взаимодействия своей хвостовой частью 9 с внутренними вертикальными стержнями 6 испытывают чрезмерные нагрузки на поперечный излом, но поскольку хвостовая 9 и основная 8 части лопасти сочленены между собой по дуге окружности и соединены пластинчатыми пружинами изгиба 10, то хвостовая часть 9, преодолевая заданное усилие пружины 10, изгибается, скользит по втулкам (кольцам) 11 и выходит из контакта с внутренним вертикальным стержнем 6, а профилированная лопасть 7 переходит во флюгерное положение, в связи с чем ветродвигатель продолжает работать, но в предельно допустимом режиме, т.е. без превышения допустимой скорости вращения ротора ветродвигателя, при этом поскольку втулки или кольца 11 надеты с возможностью вращения, то хвостовая часть 9 лопасти 7 взаимодействует с вертикальными стержнями 6 с силой трения качения, что позволяет дополнительно повысить долговечность лопастей.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к устройствам для преобразования энергии ветра в механическую энергию, например в автономных ветроэнергетических установках. Технический результат, заключающийся в повышении надежности ветродвигателя, обеспечивается тем, что в роторе ветродвигателя, содержащем установленный в подшипниковых опорах вертикальный вал с равномерно расположенными по окружности в двух ярусах радиальными кронштейнами, скрепленными в каждом ярусе двумя коаксиальными кольцами и вертикальными наружными и внутренними стержнями, установленными попарно на каждом радиусе, и профилированные лопасти, шарнирно закрепленные на наружных стержнях, причем расстояние между наружными и внутренними вертикальными стержнями на каждом радиусе меньше длины лопасти, согласно изобретению каждая профилированная лопасть выполнена из двух частей - основной и хвостовой, сочлененных между собой по дуге окружности и соединенных пластинчатыми пружинами, расположенными по оси симметрии поперечного разреза лопасти с возможностью поворота хвостовой части в процессе взаимодействия с внутренними вертикальными стержнями, а на внутренние вертикальные стержни надеты с возможностью вращения втулки или кольца. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ротор ветродвигателя, содержащий установленный в подшипниковых опорах вертикальный вал с равномерно расположенными по окружности в двух ярусах радиальными кронштейнами, скрепленными в каждом ярусе двумя коаксиальными кольцами и вертикальными наружными и внутренними стержнями, установленными попарно на каждом радиусе, и профилированные лопасти, шарнирно закрепленные на наружных стержнях, причем расстояние между наружными и внутренними вертикальными стержнями на каждом радиусе меньше длины лопасти, отличающийся тем, что каждая профилированная лопасть выполнена из двух частей - основной и хвостовой, сочлененных между собой по дуге окружности и соединенных пластинчатыми пружинами, расположенными по оси симметрии поперечного разреза лопасти с возможностью поворота хвостовой части в процессе взаимодействия с внутренними вертикальными стержнями. 2. Ротор ветродвигателя по п. 1, отличающийся тем, что на внутренние вертикальные стержни надеты с возможностью вращения втулки или кольца.