ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2010 года по МПК F03D7/06 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к разработке низкоскоростных ветротурбин малой и средней мощности.

Известны ветровые двигатели, например, типа установок Дарье, содержащих ротор, вращающийся вокруг вертикальной оси, лопасти, закрепленные на корпусе ротора вертикально, причем их поворот вокруг вертикальной оси осуществляется в процессе проектирования и изготовления и не изменяется в процессе работы двигателя (см. например, Технико-экономические основы ускоренного развития ветроэнергетики. Обзорная информация / Лятхер В.М. - М.: Информэнерго, 1990. - 68 с., с.15-26).

Основной недостаток таких установок заключается в необходимости предварительно раскручивать двигатель до рабочей скорости.

Известен также ветродвигатель, в котором ротор с вертикальной осью вращения содержит лопасти, закрепленные асимметрично на корпусе ротора с возможностью поворота относительно их вертикальных осей под действием ветра, а также ограничители поворота лопастей (см. патент РФ №2253038, Бюл. №15, 2005 г.).

Недостатком этого ветродвигателя является необходимость иметь упругие лопасти для достижения их оптимальной геометрии в процессе работы, трудно управлять величиной прогиба таких лопастей.

Известен также ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, лопасти, каждая из которых закреплена асимметрично на корпусе ротора с возможностью поворота под действием ветра относительно соответствующей вертикальной оси и выполнена в виде основной части и закрылка, вместе образующих слабовыпуклый профиль лопасти, симметричный относительно его хорды, соединяющей наиболее удаленные друг от друга точки профиля, причем закрылок шарнирно соединен с основной частью лопасти на указанной хорде профиля, а также содержащий устройства управления положением закрылков и закрепленные на корпусе ротора ограничители поворота лопастей (см. патент РФ №2290533, бюл. №36, 2006 г.).

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

Недостатками прототипа являются сложность и пониженная надежность конструкции, обусловленные наличием предкрылков лопастей, дифференциальных механизмов их поворота и механизмов согласованного поворота предкрылка и закрылка.

Задачей заявляемого решения является создание упрощенной конструкции ветродвигателя с лопастями изменяемой геометрии.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что при свободном повороте лопастей под действием ветра их геометрия изменяется в определенных пределах в соответствии с углом поворота относительно корпуса ротора.

Это достигается тем, что ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, лопасти, каждая из которых закреплена асимметрично на корпусе ротора с возможностью поворота под действием ветра относительно соответствующей вертикальной оси и выполнена в виде основной части и закрылка, вместе образующих слабовыпуклый профиль лопасти, симметричный относительно его хорды, соединяющей наиболее удаленные друг от друга точки профиля, причем закрылок шарнирно соединен с основной частью лопасти на указанной хорде профиля, а также содержащий устройства управления положением закрылков и закрепленные на корпусе ротора ограничители поворота лопастей, отличается тем, что каждое устройство управления положением закрылка выполнено в виде двух криволинейных упоров, например, цилиндрических пальцев, закрепленных на корпусе ротора по обе стороны от лопасти с возможностью контакта с упорными поверхностями на соответствующем закрылке.

Кроме того, криволинейные упоры установлены так, что при контакте упорной поверхности закрылка с соответствующим упором угол отклонения закрылка от хорды основной части лопасти составляет 5…45°.

При этом длина каждого закрылка составляет 0,25…0,5 от максимальной хорды профиля лопасти.

Расстояние от оси поворота каждой лопасти до ее передней кромки составляет 0,2…0,3 от максимальной хорды профиля лопасти.

Кроме того, криволинейные упоры выполнены подпружиненными.

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 «каждое устройство управления положением закрылка выполнено в виде двух криволинейных упоров, например, цилиндрических пальцев, закрепленных на корпусе ротора по обе стороны от лопасти с возможностью контакта с упорными поверхностями на соответствующем закрылке» позволяет упростить конструкцию лопастей изменяемой геометрии.

Признак «криволинейные упоры установлены так, что при контакте упорной поверхности закрылка с соответствующим упором угол отклонения закрылка от хорды основной части лопасти составляет 5…45°» позволяет обеспечить заданное изменение геометрии. Здесь большее значение угла применяется при относительно медленном вращении ветродвигателя при коротких закрылках. Меньшее значение угла применяется при относительно быстром вращении и большой длине закрылков.

Признак «длина каждого закрылка составляет 0,25…0,5 от максимальной хорды профиля лопасти» позволяет обеспечить оптимальные характеристики лопасти.

Признак «расстояние от оси поворота каждой лопасти до ее передней кромки составляет 0,2…0,3 от максимальной хорды профиля лопасти» гарантирует свободный и безударный поворот лопастей относительно корпуса ротора по мере вращения ветродвигателя.

Признак «криволинейные упоры выполнены подпружиненными» позволяет уменьшить угол отклонения закрылка от хорды лопасти в случае штормового ветра и, тем самым, увеличить надежность работы ветродвигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан вид сверху на ветродвигатель. На фиг.2 показана конструкция криволинейного упора. На фиг.3 показано расположение ограничителей поворота лопастей.

Конструкция ветродвигателя содержит на корпусе ротора 1 лопасти a…h, состоящие из основной части 2, вращающейся на валу 3, и закрылка 4, вращающегося на оси 5. На корпусе по обе стороны от каждой лопасти установлены криволинейные упоры (пальцы) 6 и 7, в контакт с цилиндрическими поверхностями которых могут входить боковые поверхности закрылков 4.

На корпусе 1 также предусмотрены подпружиненные упоры 8 и 9, с которыми взаимодействует сектор 10, закрепленный на валу 3.

Конструкция работает следующим образом.

Под действием ветра лопасть на участке встречного движения (позиция а) поворачивается на валу 3 в среднее положение (см. фиг.1). Это происходит из-за смещенного расположения центра давления лопасти относительно вала 3. При этом в каждой лопасти поворачивается ее основная часть 2 в пределах углов α и β между сектором 10 и упорами 8 и 9. Вместе с основной частью 2 выравнивается закрылок 4, который закреплен на оси 5. Таким образом, на участке встречного движения минимизируется лобовое сопротивление лопасти. По мере вращения корпуса 1 на наветренной стороне (позиция b) закрылок достигает упора 6. Дальнейшее вращение приводит к развороту закрылка 4 относительно хорды основной части 2 на угол γ, формируя оптимальный аэродинамический профиль лопасти с положительным углом атаки. После того как сектор 10 достигает упора 8, основная часть лопасти 2 прекращает поворот относительно корпуса 1.

На участке попутного движения лопасти (позиция е) происходит поворот лопасти во второе крайнее положение. Поскольку относительная скорость ветра здесь мала, то поворот происходит плавно. При этом благодаря упорам 7 и 9 также образуется аэродинамический профиль с положительным углом атаки для лопастей подветренной стороны (позиции f-h).

При усилении ветра свыше номинальной скорости сектор 10 имеет возможность сжать пружины упоров 8 и 9 и увеличить угол поворота вала 3. Также сжимаются пружины упоров 6 и 7. При этом уменьшается угол атаки на участке максимальной относительной скорости ветра, уменьшается стрела прогиба аэродинамического профиля и, следовательно, снижаются аэродинамические силы, предотвращая разрушение конструкции ветродвигателя.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к низкоскоростным турбинам малой и средней мощности. Ветродвигатель содержит ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, лопасти, каждая из которых закреплена асимметрично на корпусе ротора с возможностью поворота под действием ветра относительно соответствующей вертикальной оси и выполнена в виде основной части и закрылка, вместе образующих слабовыпуклый профиль лопасти, симметричный относительно его хорды, соединяющей наиболее удаленные друг от друга точки профиля, причем закрылок шарнирно соединен с основной частью лопасти на указанной хорде профиля. Ветродвигатель также содержит закрепленные на корпусе ротора ограничители поворота лопастей и устройства управления положением закрылков, каждое из которых выполнено в виде двух криволинейных упоров, например, цилиндрических пальцев, закрепленных на корпусе ротора по обе стороны от лопасти с возможностью контакта с упорными поверхностями на соответствующем закрылке. Кроме того, криволинейные упоры установлены так, что при контакте упорной поверхности закрылка с соответствующим упором угол отклонения закрылка от хорды основной части лопасти составляет 5...45°. При простоте и надежности конструкции устройство обеспечивает изменение геометрии лопастей в определенных пределах в соответствии с углом поворота относительно корпуса ротора при их свободном повороте под действием ветра. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, лопасти, каждая из которых закреплена асимметрично на корпусе ротора с возможностью поворота под действием ветра относительно соответствующей вертикальной оси и выполнена в виде основной части и закрылка, вместе образующих слабовыпуклый профиль лопасти, симметричный относительно его хорды, соединяющей наиболее удаленные друг от друга точки профиля, причем закрылок шарнирно соединен с основной частью лопасти на указанной хорде профиля, а также содержащий устройства управления положением закрылков и закрепленные на корпусе ротора ограничители поворота лопастей, отличающийся тем, что каждое устройство управления положением закрылка выполнено в виде двух криволинейных упоров, например цилиндрических пальцев, закрепленных на корпусе ротора по обе стороны от лопасти с возможностью контакта с упорными поверхностями на соответствующем закрылке.

2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что криволинейные упоры установлены так, что при контакте упорной поверхности закрылка с соответствующим упором угол отклонения закрылка от хорды основной части лопасти составляет 5…45°.

3. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что длина каждого закрылка составляет 0,25…0,5 от максимальной хорды профиля лопасти.

4. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что расстояние от оси поворота каждой лопасти до ее передней кромки составляет 0,2…0,3 от максимальной хорды профиля лопасти.

5. Ветродвигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что криволинейные упоры выполнены подпружиненными.