РОТОРНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к конструированию лопасти роторного ветродвигателя с использованием параболы. Использование рупора для уменьшения сопротивления задней поверхности лопасти скоростному потоку воздуха. Все это повышает эффективность роторного ветродвигателя.

Известен роторно-вихревой ветродвигатель, представляющий собой цилиндрическую поверхность вращения лопасти с вертикальной осью, образованной силовыми элементами профиля логарифмической спирали [1].

Недостатком данной конструкции является профиль лопасти логарифмической спирали, не обеспечивающей высокой эффективности при сложной конструкции и большой металлоемкости; большое лобовое сопротивление.

Для повышения эффективности роторного ветродвигателя, имеющего вертикальную ось вращения ротора с лопастями, направляющий рупор для направления потока ветра на лобовую поверхность лопасти и флюгер, лопасти ротора выполнены с профилем, образованным параболой У₁=K₁X^1/2, где K₁≥0,7, а для уменьшения свободных колебаний лопасти ротора замыкаются механически по окружности. Высота лопасти выбирается в пределах 3 м, радиус - 0,5÷1,0 м.

На фиг.1 изображен роторный ветродвигатель, на фиг.2 изображены логарифмическая спираль [1] и парабола [2].

Для направления воздушного потока V_в на лобовую поверхность лопастей 1 и защиты их задней поверхности от этих потоков устанавливается направляющий рупор 2. При этом роторный ветродвигатель требует установки флюгера 4, отслеживающего направление ветра, направляя на ветер раструб рупора 2, с которым флюгер 4 жестко связан обручем 10 и совместно с ним вращается на неподвижной оси 7 в подшипниках 9 и на основании 5. Задняя сторона рупора 4 должна быть свободной для прохождения воздуха. Все это повышает КПД примерно на 20%. При сильном ветре (шквале) возможно развернуть рупор на 180° для уменьшения сопротивления ветру - ветрозащита. Для грозозащиты на неподвижной оси 7 устанавливаются рецепторы грозозащиты 3, через кабель 11 соединенные с землей. Для защиты от попадания птиц на рупор 4 натягивается металлическая или капроновая сеть с ячейками не более 2 см. Лопасти 1 и рупор 2 изготавливаются из композитных материалов. Лопасти 1 вращаются на оси 7 в подшипниках 8, вращая ось электрогенератора 6. Флюгер 4 совместно с рупором 2 вращается на основании 5 в подшипниках 9. Работа роторного ветродвигателя.

Скоростной поток воздуха от 0,5 м/с до 10÷15 м/с поступает через входной рупор 2 на лобовую поверхность лопасти 1 и вращает электрогенератор 6. Задняя поверхность лопасти 1 защищена рупором 2, что повышает КПД. Задняя часть рупора 2 открыта, что снижает общее сопротивление потоку воздуха. Флюгер 4 определяет направление рупора на скоростной поток воздуха V_в.

Рупор 2 представляет собой цилиндр с прямоугольниками в основаниях, расположенных в параллельных плоскостях (в данном случае это две цилиндрические поверхности с радиусом R₁ и R₂ (на фиг.1 не показаны), центр которых находится на оси вращения), а боковые грани a₁, а₂, b₁, b₂ одинаково наклонены к основанию, предпочтительно на 45°, но не пересекаются в одной точке и ограничены высотой рупора. Положение рупора 2 определяется флюгером 4, с которым он жестко связан ободом 10, который вращается в подшипниках 9 на неподвижной вертикальной оси 7. Лопасти 1, независимо от флюгера 4, вращаются в подшипниках 8 и передают усилие момента вращения на электрогенератор 6. Рупор 2, защищая от скоростного напора ветра заднюю поверхность лопасти 1, одновременно направляет этот поток на лобовую поверхность лопасти 1. При этом, вращаясь, лопасть 1 создает некоторое разряжение воздуха, поэтому скоростной поток ветра не огибает рупор 2, а устремляется на рабочую поверхность лопасти 1, в результате увеличивая мощность потока пропорционально площади входного отверстия рупора 2, повышая КПД роторного ветродвигателя более 20% по сравнению с [1].

Лопасти 1 закреплены в подшипниках 8 на неподвижной вертикальной оси 7 и представляют независимые свободные плоскости с большой площадью, на которые воздействует нестационарный скоростной поток ветра, вызывая свободные колебания лопастей 1, особенно их оконечностей. Для уменьшения свободных колебаний концы лопастей 1 замыкают кольцом не менее чем в двух местах (предпочтительно вверху и внизу), что снижает свободные колебания до 30%.

Проведенные на изготовленном макете оценочные сравнительные испытания показали, что КПД ветродвигателя возрастает примерно на 20% по сравнению с [1].

Источники информации

1. Журнал «Техника молодежи» №2, 2003.

2. Сборник математических формул, г.Минск, 1966, изд. «Высшая школа».

3. Патент №1363699 от 6 февраля 1997 г.

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается конструирования лопастей. В роторном ветродвигателе, имеющем вертикальную ось вращения, лопасти ротора, направляющий рупор для направления потока ветра на лобовую поверхность лопасти, и флюгер, лопасти ротора выполнены с профилем, образованным параболой: У₁=K₁X^1/2, где K₁≥0,7, а для уменьшения свободных колебаний лопасти ротора замыкаются механически по окружности. Такое выполнение обеспечит повышение эффективности ветродвигателя. 2 ил.

Роторный ветродвигатель, имеющий вертикальную ось вращения, лопасти ротора, направляющий рупор для направления потока ветра на лобовую поверхность лопасти, и флюгер, отличающийся тем, что лопасти ротора выполнены с профилем, образованным параболой У₁=K₁X^1/2, где K₁≥0,7, а для уменьшения свободных колебаний лопасти ротора замыкаются механически по окружности.