ВЕТРОУСТАНОВКА Российский патент 2006 года по МПК F03D3/06 

Устройство относится к преобразователям ветровой энергии в электрическую или механическую энергию и может найти широкое применение в быту и промышленности.

Известно энергопреобразующее устройство, содержащее лопастной ротор, кинематически связанный с валом генератора (см. RU №2079703, кл. F 03 D 3/06, 20.05.1997).

Недостатком известного устройства является невысокий КПД (коэффициент полезного действия) из-за несовершенной конструкции лопастного ротора.

Технический результат, заключающийся в повышении КПД за счет усовершенствования конструкции лопастного ротора, обеспечивается за счет того, что в ветроустановке, содержащей лопастной ротор, кинематически связанный с нагрузкой, согласно изобретению вертикально расположенные лопасти ротора механически соединены с его вертикальным валом с возможностью совместного вращения вокруг его вертикальной оси и одновременно одностороннего отклонения этих лопастей от вертикального положения, при этом ротор содержит ограничители отклонения, обуславливающие возможность отклонения лопастей ротора только в одну сторону и определяющие направление вращения вала с лопастями. При этом часть лопастей механически связана с валом нагрузки, а часть лопастей механически связана с корпусом самой нагрузки, установленной с возможностью вращения, при этом ограничитель отклонения у первых выполнен с противоположной стороны относительно его расположения у вторых, обеспечивая вращение вала в противоположную сторону относительно вращения корпуса нагрузки.

Ветроустановка поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 изображена принципиальная схема устройства;

на фиг.2 изображен крепежный узел;

на фиг.3 изображен крепежный узел;

на фиг.4 изображено устройство (вид сверху);

на фиг.5 изображен пример выполнения лопастей;

на фиг.6 изображен пример выполнения лопастей;

на фиг.7 изображен пример выполнения лопастей;

на фиг.8 изображен пример выполнения лопастей;

на фиг.9 изображен пример выполнения лопастей;

на фиг.10 изображен пример выполнения устройства.

Устройство состоит из вертикально расположенных лопастей 1, закрепленных своей верхней частью на втулках 2, например приваренных к ним. Втулки 2 закреплены с возможностью вращения на горизонтальных рейках 3, которые установлены на вертикальном валу 4, например приварены к нему. Вал 4 установлен на втулке 5 через подшипник 6, во внутреннее кольцо которого он запрессован и который внешним своим кольцом запрессован во втулке 5, при этом вал 4 установлен с возможностью вращения вокруг своей оси. Втулка 5 закреплена на штативе 7, например приварена к нему. Вал 4 через шестеренчатую коническую передачу 8 связан с валом 9 нагрузки 10, например с валом электрогенератора, или, например, с валом насоса, или, например, с валом компрессора. Штатив 7 и нагрузка 10 установлены на основании 11, которым может быть участок строения или транспортного средства. С одной одинаковой по направлению вращения стороны лопастей 1 установлены их ограничители отклонения 12 в одну сторону, которые могут быть закреплены на валу 4 или рейках 3, например приварены к ним, и представлять собой прут или несколько прутьев, или выполненные в виде решетки, или другой формы. Над рейками 3 могут быть установлены ограничители предельного отклонения 13 лопастей 1, которые могут крепиться непосредственно на рейках 3, например приварены к ним, или на валу 4 и иметь форму Г-образного прута. Лопасти 1, закрепленные на рейках 3, вал 4, ограничитель отклонения 12 лопастей 1, ограничитель предельного отклонения 13 - все они являются составными частями лопастного ротора, в общем представляющего собой подвижную конструкцию или конструкцию, выполненную с возможностью вращения.

Лопасти 1 могут иметь разную конструкцию, например, с целью понижения их веса они могут содержать пленку 14, закрепленную с натягом между рамками 15 и 16, одна из которых, рамка 15, закреплена, например приварена, к втулке 2 (фиг.5).

Лопасти 1 могут жестко крепиться на рейке 3, которая в сечении может иметь форму прямоугольника и может фиксироваться планкой 17, при этом лопасти выполняются из гибкого пружинистого материала, например из фибропласта (фиг.6).

Лопасти 1 могут крепится при помощи торсиона 18, выполненного, например, из стальной пружинной проволоки, стального пружинного троса или стального пружинного прута, при этом лопасть 1 закреплена на планке 19, например приварена к ней, к которой присоединена планка 20, а между ними установлен торсион 18. Окончания торсиона 18 установлены с натягом во втулках 21 и зафиксированы фиксирующими болтами. К втулкам 21 приварены стержни 22, противоположные концы которых приварены к рейкам 3 (Фиг.7).

Лопасти 1 могут крепиться к рейкам 3 при помощи плоских пружин 23, нижние окончания которых закреплены на лопастях 1 при помощи планок 24, т.е. зажаты между ними, а верхние окончания закреплены на рейках 3 также при помощи планок 24, т.е. зажаты между ними (Фиг.8).

Лопасти 1 могут иметь различную форму, например односторонне-выпуклую форму, т.е. иметь в поперечном сечении форму полуэллипса, или чашкообразную форму, или в общем полусферическую форму (Фиг.9).

Рейки 3 могут непосредственно крепиться на валу 9 нагрузки 10, например приварены к нему, или приварены к втулке 25, которая запрессована на валу 9. Рассмотрим данную конструкцию применительно для электрогенератора. В этом случае под лопастями 1 установлены аналогичной конструкции дополнительные лопасти 26, закрепленные на втулках 27, которые установлены на рейках 28. Рейки 28 закреплены на обойме 29 или непосредственно на корпусе генератора 30, например приварены к ним. Обойма 29 закреплена на корпусе электрогенератора 30, например запрессована на нем. На обойме 29, или на рейках 28, или на втулке 27 установлены ограничители отклонения 31 лопастей; расположенные относительно этих лопастей с противоположной стороны по отношению к их расположению относительно соответствующих верхних лопастей 1, что обеспечивает вращение верхних лопастей 1 относительно направления вращения лопастей 26 от одного и того же потока воздуха. Обойма 29 или корпус генератора 30 при помощи фланцев 32 закреплены на валу 33, например, фланцы 32 приварены к нему. Вал 33 через подшипник 34 установлен во втулке 35 с возможностью вращения вокруг своей оси, а втулка 35 закреплена на штативе 36, который установлен на основание 11, аналогично примеру на Фиг.1. На валу 33 могут быть установлены кольца 37 электроколлектора, механически соприкасающиеся с щетками 38, кольца 37 проводами 39 через вал 33, который может быть полым, соединены с электрическим выходом генератора 30, а щетки 38 проводами 40 соединены с нагрузкой 41, которая может включать в себя аккумулятор. В данном примере генератор 30, установленный с возможностью вращения вместе с механически связанными с ним дополнительными лопастями 26, является составной частью ротора ветроустановки, какой являются механически связанные с его валом лопасти 1. Таким образом, часть лопастей механически связана с валом 9, а часть лопастей механически связана с корпусом 30 нагрузки 10, например с корпусом генератора 30 (Фиг.10).

Ветроустановка работает следующим образом. Под воздействием потока ветра, направление которого показано стрелками, лопасть 1, у которой ограничитель отклонения 12 расположен со стороны потока, начнет вращаться с втулками 2 вокруг реек 3, меняя прямой угол относительно горизонтали на острый. Лопасть 1 в зависимости от силы ветра стремится к горизонтальному положению, тем самым сопротивление потоку воздуха со стороны этой лопасти уменьшается, она как бы пропускает его поток (Фиг.2). Если ограничитель отклонения 12 по отношению к направлению потока ветра находится за лопастью 1, то эта лопасть начнет прижиматься ветром к ограничителю ее отклонения 12, который практически не дает ветру изменить ее первоначальное вертикальное положение, обеспечивая наибольшее сопротивление этой лопасти 1 потоку ветра (Фиг.3). Таким образом, давление ветра на площадь лопасти 1 в первом случае будет меньше, чем давление его на ее площадь во втором случае. Это можно рассмотреть на примере. Если поток воздуха будет идти от зрителя на лопасть, расположенную от зрителя слева, то она отклонится, пропуская его от того же потока, лопасть 1, расположенная от зрителя справа, прижмется к ограничителю отклонения 12, расположенного за ней, и лопасти 1 с рейками 3 и валом 4 начнут вращаться против часовой стрелки. Так, расположение ограничителей отклонения по отношению к лопастям 1 определяет направление вращения ротора ветроустановки.

Если лопасти 1 выполнены из гибкого материала и жестко закреплены на рейках 3, то от потока воздуха они изгибаются, пропуская воздух, если ограничитель отклонения расположен перед потоком воздуха относительно этих лопастей или если этот ограничитель отклонения расположен после лопастей, то он не дает возможность изгибаться им, далее принцип работы совпадает с предыдущим примером.

Аналогично работают и лопасти 1, установленные на торсионе 18 и пружинах 23, в первом случае они от ветра скручивают торсион 18, отклоняясь, если нет за ними ограничителя отклонения 12, а во втором случае лопасти 1 под влиянием ветра сгибают пружины 23 и отклоняются, пропуская его поток, если за ними нет ограничителя отклонения потока.

При выполнении лопастей 1 односторонне выпуклой формы ограничитель отклонения 12 располагается со стороны их выпуклости, в этом случае не только отклонение этих лопастей от потока воздуха уменьшает сопротивление ему, но выпуклая, обтекаемая их форма также способствует уменьшению сопротивления потоку воздуха, если он дует со стороны их выпуклости.

При выполнении дополнительных лопастей 26, механически соединенных с нагрузкой 10, например с электрогенератором 30, которая установлена на штативе 36 с возможностью вращения, ограничители отклонения 12 у верхних лопастей 1 расположены с противоположной стороны по отношению к расположению ограничителей отклонения 31 у соответствующих лопастей 26, что обеспечивает вращение верхних лопастей 1 в противоположную сторону по отношению к направлению вращения нижних лопастей от одного и того же потока воздуха. Учитывая, что верхние лопасти 1 механически соединены с валом 9 нагрузки, то есть в данном случае с валом электрогенератора, а нижние лопасти 26 механически связаны с нагрузкой 10, в данном случае с электрогенератором 30, то вал 9 и электрогенератор 30 будут вращаться в противоположные стороны относительно друг друга от одного и того же потока воздуха, что значительно увеличивает КПД электрогенератора, вырабатываемый электрический ток которого через коллекторную передачу кольца 37 - щетки 38 по проводам 40 передают нагрузке, например лампам или электронагревателям.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Технический результат заключается в повышении КПД (коэффициента полезного действия) за счет усовершенствования конструкции лопастного ротора. Ветроустановка содержит лопастной ротор, кинематически связанный с нагрузкой. Вертикально расположенные лопасти ротора механически соединены с его вертикальным валом с возможностью совместного вращения вокруг его вертикальной оси и одновременно одностороннего отклонения от вертикального положения, при этом ротор содержит ограничители отклонения, обуславливающие возможность отклонения лопастей ротора только в одну сторону и определяющие направление вращения вала с лопастями. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Ветроустановка, содержащая лопастной ротор, кинематически связанный с нагрузкой, отличающаяся тем, что вертикально расположенные лопасти ротора механически соединены с его вертикальным валом с возможностью совместного вращения вокруг его вертикальной оси и одновременно одностороннего отклонения этих лопастей от вертикального положения, при этом ротор содержит ограничители отклонения, обуславливающие возможность отклонения лопастей ротора только в одну сторону и определяющие направление вращения вала с лопастями.2. Ветроустановка по п.1, отличающаяся тем, что часть лопастей механически связана с валом нагрузки, а часть лопастей механически связана с корпусом самой нагрузки, установленной с возможностью вращения, при этом ограничитель отклонения у первых выполнен с противоположной стороны относительно его расположения у вторых, обеспечивая вращение вала в противоположную сторону относительно вращения корпуса нагрузки.