ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к области ветроэнергетики.

Известен ветродвигатель с вертикальной осью вращения ротора, лопасти которого поворачиваются вокруг вертикальных осей, закрепленных на роторе (см. патент РФ №2119092, Бюлл. №26, 1998 г.).

Известен также ветродвигатель с вертикальной осью вращения ротора, лопасти которого тоже поворачиваются вокруг осей, закрепленных на роторе. (См. патент РФ №2118705, Бюлл. №25, 1998 г.)

Недостатком обеих конструкций является необходимость принудительно поворачивать лопасти в соответствии с углом поворота ротора и направлением вектора скорости ветра.

Известен ветродвигатель с вертикальной осью вращения ротора, в конструкции которого симметричные лопасти поворачиваются вокруг вертикальных осей силой ветра, для чего предусмотрены дополнительные флюгерные лопасти и механизмы передачи их движения к основным лопастям. (См. патент РФ №2119094, Бюлл. №26, 1998 г.)

Эта конструкция ветродвигателя наиболее близко совпадает по большинству признаков с предлагаемым техническим решением и использована в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является необходимость иметь дополнительные флюгерные лопасти и зубчатые или ременные передачи с заданным передаточным отношением.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является упрощение конструкции за счет исключения флюгеров и промежуточных передач при установке угла поворота лопасти с помощью ветра.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в свободном повороте лопастей в пределах заданного угла, обеспечении оптимальной геометрии лопасти и увеличении тяговых характеристик лопасти.

Поставленная задача решается тем, что ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси и поворотные лопасти, установленные с возможностью поворота относительно их вертикальных осей, закрепленных на роторе, отличается тем, что лопасти выполнены асимметричными относительно своих осей поворота и установлены с возможностью свободного поворота в пределах угла ±70° относительно касательной к ротору.

Причем больший участок асимметричной лопасти выполнен гибким или составным с возможностью изгиба в плоскости поворота.

При этом конец большего участка каждой асимметричной лопасти связан гибкой связью с корпусом ротора в точке на роторе, расположенной на одной окружности с осями поворота лопастей со стороны больших участков этих лопастей.

Кроме того, указанная гибкая связь имеет слабину в положении лопасти с нулевым отклонением от касательной к ротору.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения, аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию “новизна”.

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак “...лопасти выполнены асимметричными относительно своих осей поворота...” приводит к возможности их поворота под действием ветра за счет образующихся неравных по площади частей лопасти.

Признак “...лопасти... установлены с возможностью свободного поворота в пределах ±70° относительно касательной к ротору” обеспечивает работоспособность конструкции, а именно активную работу лопастей на большей части окружности ротора. Для этого достаточно на осях установить, например, жесткие упоры.

Признак “...больший участок асимметричной лопасти выполнен гибким или составным с возможностью изгиба в плоскости поворота” позволяет обеспечить оптимальную геометрию лопасти, создать “пузо” и увеличить тяговые характеристики лопасти.

Признаки “...конец большего участка каждой асимметричной лопасти связан гибкой связью с корпусом ротора в точке на роторе, расположенной на одной окружности с осями поворота лопастей со стороны больших участков этих лопастей” позволяют лопасти свободно поворачиваться в обе стороны в пределах определенного угла, а с увеличением этого угла связь натягивается и удерживает конец большей части лопасти от дальнейшего поворота, при этом происходит упругая деформация плоскости лопасти под действием силы ветра.

Признаки “...гибкая связь имеет слабину в положении лопасти с нулевым отклонением от касательной к ротору” позволяют обеспечить свободный поворот лопасти в пределах указанного угла, зависящего от величины указанной слабины. Это позволяет реализовать упоры при повороте лопасти и приводит к упругому изгибу плоской лопасти, образованию “пуза” и улучшению тяговых характеристик.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже показан вид сверху на ветродвигатель.

Конструкция содержит ротор 1, на котором закреплены стойки 2. На них установлены лопасти 3 с возможностью поворота относительно стоек 2, как относительно осей поворота. Лопасти 3 выполнены асимметричными относительно оси поворота. Большая часть каждой лопасти 3 выполнена с возможностью изгиба в плоскости поворота. Конец большей части каждой лопасти 3 закреплен с помощью гибкого троса 4 с корпусом ротора 1 со стороны большего участка лопасти. Причем точка закрепления расположена на одной окружности со стойками 2 (осями поворота лопастей 3). Положения лопастей 3 обозначены латинскими буквами от а до h.

Работает двигатель следующим образом. Под действием ветра все лопасти 3 поворачиваются и занимают определенное положение, показанное на чертеже латинскими буквами. При этом лопасти 3 в положениях от а до е создают тягу на вращение ротора 1 по стрелке, указанной на чертеже. В промежутке между с и d лопасти 3 самопроизвольно свободно перебрасываются вокруг своих осей (стоек 2) из одного крайнего положения в другое. Лопасти 3 в положениях от f до h движутся навстречу ветру, автоматически устанавливаются в неактивное флюгерное положение и не сопротивляются вращению ротора 1. При усилении ветра лопасти 3 в положениях от а до е изгибаются, их геометрия становится оптимальной, крутящий момент ротора 1 увеличивается, а гибкие тросы 4 ограничивают углы поворота лопастей 3.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет обеспечить свободный поворот лопастей в пределах заданного угла ±70° и оптимальную геометрию лопасти, создающую увеличение тяговых характеристик лопастей.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Технический результат заключается в упрощении конструкции. Ветродвигатель содержит ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, и поворотные лопасти, установленные с возможностью поворота относительно их вертикальных осей, закрепленных на роторе, в пределах угла ±70° относительно касательной к ротору. Лопасти выполнены асимметричными относительно своих осей поворота. Больший участок асимметричной лопасти выполнен гибким или составным с возможностью изгиба в плоскости поворота. Конец большего участка каждой асимметричной лопасти связан гибкой связью с корпусом ротора в точке, расположенной на одной окружности с осями поворота лопастей со стороны больших участков этих лопастей. Указанная гибкая связь имеет слабину в положении лопасти с нулевым отклонением от касательной к ротору. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, и поворотные лопасти, установленные с возможностью поворота относительно их вертикальных осей, закрепленных на роторе, отличающийся тем, что лопасти выполнены асимметричными относительно своих осей поворота и установлены с возможностью свободного поворота в пределах угла ±70° относительно касательной к ротору.2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что больший участок асимметричной лопасти выполнен гибким или составным с возможностью изгиба в плоскости поворота.3. Ветродвигатель по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что конец большего участка каждой асимметричной лопасти связан гибкой связью с корпусом ротора в точке на роторе, расположенной на одной окружности с осями поворота лопастей со стороны больших участков этих лопастей.4. Ветродвигатель по п.3, отличающийся тем, что указанная гибкая связь имеет слабину в положении лопасти с нулевым отклонением от касательной к ротору.