АЭРОГЕНЕРАТОР С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСЬЮ Российский патент 2010 года по МПК F03D1/06 

Настоящее изобретение относится к аэрогенератору с горизонтальной осью.

Обычно аэрогенераторы содержат ротор, образованный лопастями, перпендикулярными к оси трансмиссии, как например аэрогенераторы, раскрытые в документах FR-A-2826065, опубл. 20.12.2002, FR-A-791094, опубл. 22.09.2000, FR-A-2869068, опубл. 21.10.2005. Эти лопасти имеют следующие недостатки:

- остановка работы при большой скорости ветра,

- изменение ландшафта из-за слишком больших габаритов,

- отрицательное влияние на окружающую среду,

- шумность.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет устранить или ограничить эти недостатки:

- работа при сильном ветре и запуск при низкой скорости ветра,

- уменьшение изменения ландшафта,

- ограничение отрицательного влияния на окружающую среду,

- отсутствие шумности.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию. Таким образом, механическая энергия ротора может быть преобразована в электрическую энергию (взаимодействие с электрическим генератором). Изобретение можно использовать в качестве гидравлической турбины путем погружения ротора в массу движущейся воды. Его можно использовать на принципе приливно-отливной электростанции или гидроэлектростанции.

Лопасти ротора можно выполнять из материалов любого типа (металлы, композиты, дерево и т.д.).

Изобретение проиллюстрировано описанием и прилагаемыми чертежами.

Объектом изобретения является аэрогенератор с горизонтальной осью, поворачивающийся в направлении ветра и содержащий ротор, оборудованный закрученными лопастями в виде половины усеченного конуса, почти параллельными оси вращения; контейнером; подвижной конструкцией и стойкой, на которой установлен весь комплекс ротор/контейнер/подвижная конструкция.

Ротор может содержать две, три или четыре лопасти, установленные на трансмиссионном валу или оси вращения (фиг.1-4).

Далее следует описание формы и конфигурации пространства лопасти (фиг.8).

Лопасть в соответствии с настоящим изобретением имеет форму половины усеченного конуса (фиг.1-10).

Соотношение размеров лопасти выражается следующим образом:

для данной высоты Н усеченного конуса:   - диаметр основания: D1=0,25×H   - диаметр вершины: D2=0,083×H  

Рассмотрим эту лопасть, расположенную в пространстве по отношению к системе координат (x, y, z) (фиг.5-8).

Вершина (наименьшая сторона половины усеченного конуса) В2 диаметром D2 расположена вокруг оси вращения (у) с углом закрутки β, находящимся в пределах от 20° до 30° по отношению к основанию (наибольшая сторона половины усеченного конуса) В1 диаметром D1.

В результате основание В1 имеет наклон под углом α=11°, a основание В2 - наклон под углом γ=9° в плоскости (х, у) (фиг.6).

Лопасть имеет наклон под углом ψ (пси), составляющим от 10° до 16° по отношению к оси вращения ротора (фиг.8).

Чтобы схематично представить этот наклон, примем ось трансмиссионного вала за (R). В случае, когда ротор содержит две или четыре лопасти, они расположены диаметрально противоположно на трансмиссионном валу (или оси вращения) (фиг.1, 3, 4).

В случае, когда ротор содержит три лопасти, они расположены под углом 120° относительно друг друга (фиг.2).

Лопасть закреплена на трансмиссионном валу в двух точках. Эти крепления обеспечиваются фланцами на двух ступицах, неподвижно соединенных с трансмиссионным валом (фиг.10, 11).

На уровне основания В1 фланец закреплен непосредственно на ступице.

На уровне основания В2 фланец неподвижно механически соединен с задней ступицей при помощи трубчатого элемента жесткости.

Сзади каждой лопасти (подветренная сторона) находится щиток регулирования скорости (фиг.3). Этот щиток обеспечивает две функции:

1. Он позволяет регулировать скорость вращения ротора путем изменения его угла атаки. Этот угол образован между щитком и осью вращения ротора.

Предположим, что максимальная скорость ветра составляет (х) м/с. Пока скорость ветра находится в пределах от 2 м/с до (х) м/с, щитки регулирования скорости сохраняют свое положение, обеспечивая использование кинетической скорости ветра на выходе лопасти.

Как только скорость ветра становится больше или равной (х) м/с, щитки поворачиваются таким образом, чтобы снизить скорость вращения ротора.

Чем сильнее дует ветер, тем меньше становится угол наклона щитка по отношению к направлению ветра.

2. Он обеспечивает функцию дополнительной лопасти для использования кинетической энергии ветра на выходе лопасти. Узел ротора установлен на двух опорных подшипниках на каждом конце трансмиссионного вала (фиг.2 и 3).

Указанные опорные подшипники механически закреплены на подвижной опорной конструкции U-образной формы. Подвижная опорная конструкция установлена на мачте.

На вершине мачты выполнена система ориентации комплекса опорная конструкция/ротор.

Основание мачты содержит неподвижный цоколь, закрепленный на железобетонном фундаменте.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в устройствах для генерирования энергии за счет силы ветра с горизонтальной осью вращения. Аэрогенератор содержит контейнер, подвижную конструкцию и мачту, на которой установлен узел аэрогенератора и ротора. Лопасти ротора закреплены и расположены вокруг горизонтальной оси вращения и выполнены в виде половины усеченного конуса, при этом для заданной высоты Н усеченного конуса основание В1 выполнено с диаметром D1, равным 0,25-кратной высоте, а вершина В2 выполнена с диаметром D2, равным 0,083-кратной высоте. Каждая лопасть имеет угол наклона ψ, составляющий от 10° до 16°, по отношению к оси вращения ротора. Аэрогенератор является бесшумным, запускается при низкой скорости ветра и может работать при сильном ветре, требует наличия очень невысокой мачты, что значительно снижает отрицательное влияние на ландшафт и на окружающую среду, и может быть предназначен для жилых комплексов, домов индивидуальной застройки, судов, прицепных домиков, а также для сельскохозяйственных построек или для любых областей, где требуется электрическая или другая энергия. 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для генерирования энергии за счет силы ветра, отличающееся тем, что выполнено в виде аэрогенератора, содержащего контейнер, подвижную конструкцию, мачту, на которой установлен узел аэрогенератора и ротора, лопасти которого выполнены в виде половины усеченного конуса, при этом форма лопастей в виде половины усеченного конуса выполнена таким образом, чтобы для заданной высоты Н усеченного конуса основание В1 имеет диаметр D1, равный 0,25-кратной высоте, а вершина В2 имеет диаметр D2, равный 0,083-кратной высоте, причем каждая лопасть имеет угол наклона ψ, составляющий от 10 до 16°, по отношению к оси вращения ротора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось вращения расположена в направлении ветра.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ротор оборудован двумя или четырьмя лопастями.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ротор оборудован двумя или четырьмя лопастями.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что лопасти закреплены вокруг оси вращения в диаметрально противоположных положениях.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что лопасти закреплены вокруг оси вращения в диаметрально противоположных положениях.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ротор оборудован тремя лопастями.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ротор оборудован тремя лопастями.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что лопасти закреплены и расположены вокруг оси под углом 120° относительно друг друга.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что лопасти закреплены и расположены вокруг оси под углом 120° относительно друг друга.

11. Устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что лопасти в виде половины усеченного конуса расположены вокруг оси вращения с углом закрутки (β), постоянным вдоль лопасти.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что угол закрутки (β) находится в пределах от 20 до 30° по отношению к основанию В1.

13. Устройство по любому из пп.1-10, 12, отличающееся тем, что основание В1 имеет наклон под углом α, равным 11°, по отношению к плоскости, образованной осью вращения (y) лопасти и прямой (x), пересекающей перпендикулярно ось вращения (y), и проходящей через один из концов (А) основания В1.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что основание В1 имеет наклон под углом α, равным 11°, по отношению к плоскости, образованной осью вращения (y) лопасти и прямой (x), пересекающей перпендикулярно ось вращения (y), и проходящей через один из концов (А) основания В1.

15. Устройство по любому из пп.1-10, 12, 14, отличающееся тем, что основание В2 имеет наклон под углом γ, равным 9°, по отношению к плоскости, образованной осью вращения (y) лопасти и прямой (x), пересекающей перпендикулярно ось вращения (y), и проходящей через один из концов (А) основания В1.

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что основание В2 имеет наклон под углом γ, равным 9°, по отношению к плоскости, образованной осью вращения (y) лопасти и прямой (x), пересекающей перпендикулярно ось вращения (y), и проходящей через один из концов (А) основания В1.

17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что основание В2 имеет наклон под углом γ, равным 9°, по отношению к плоскости, образованной осью вращения (y) лопасти и прямой (x), пересекающей перпендикулярно ось вращения (y), и проходящей через один из концов (А) основания В1.

18. Устройство по любому из пп.1-10, 12, 14, 16 и 17, отличающееся тем, что сзади каждой лопасти установлен щиток регулирования скорости.

19. Устройство по п.11, отличающееся тем, что сзади каждой лопасти установлен щиток регулирования скорости.

20. Устройство по п.13, отличающееся тем, что сзади каждой лопасти установлен щиток регулирования скорости.

21. Устройство по п.15, отличающееся тем, что сзади каждой лопасти установлен щиток регулирования скорости.