Ветродвигатель Российский патент 2017 года по МПК F03D1/00 F03D1/06 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям, и может быть использовано для строительства ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения и набегающим воздушным потоком.

Известен ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем ветроколесо (Ветроэнергетика. М.: Энергоиздат, 1982, С. 26, рис. 1, 3, А-4). Недостатком данного ветроколеса является то, что в нем практически не используется сила ветра центральной зоны и недостаточная площадь лопастей в средней и периферийной зонах.

Технической задачей настоящего изобретения является значительное повышение суммарной площади лопастей ветроколеса в средней и периферийной зонах с целью уменьшения его диаметра и повышения коэффициента использования энергии ветра.

Настоящая техническая сущность достигается тем, что ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем многолопастное ветроколесо с внутренней и наружной обечайками, между которыми расположены основные лопасти первого уровня, диаметр наружной обечайки в метрах равен количеству основных лопастей, на наружной обечайке равномерно расположены плоские лопасти второго уровня в количестве, равном длине наружной обечайки в метрах, шарнирно соединенные с ребрами жесткости для изменения угла атаки воздушному потоку в зависимости от скорости ветра. Плоские шарнирные лопасти второго уровня дополнительно содержат пружины растяжения и связаны шарнирными планками.

Приведенные конструктивные изменения ветродвигателя с набегающим воздушным потоком по сравнению с существующими позволяют при прочих равных условиях значительно уменьшить диаметр ветроколеса в расчете на установленную мощность ветроэнергоустановки.

На фиг. 1 дан вид ветродвигателя спереди (растяжки наружной обечайки условно не показаны);

На фиг. 2 показан разрез по А-А;

На фиг. 3 и 4 даны развертки части наружной обечайки с шарнирными лопастями второго уровня (начальное и конечное положения лопастей);

На фиг. 5 дана развертка лопасти ветроколеса первого уровня;

На фиг. 6 показан вид сверху на лопасть первого уровня.

Ветродвигатель (фиг. 1) состоит из многолопастного ветроколеса 1, насаженного на горизонтальный вал (фиг. 2). Лопасти первого уровня расположены и закреплены между внутренней обечайкой 4 ступицы 3, конусным направителем 6 воздушного потока средней зоны и наружной обечайкой 7 (фиг. 2). Для обеспечения достаточной прочности ветродвигателя (особенно при больших диаметрах ветроколеса) лопасть 5 содержит стойку жесткости 13 в передней части (фиг. 2, 5), а на рабочей поверхности пластины жесткости 14 с возрастающим углом атаки воздушному потоку (через каждый метр), что повышает степень взаимодействия воздушного потока с лопастями 5 ветроколеса и коэффициент использования энергии ветра (фиг. 5, 6).

На наружной обечайке 7 ветроколеса 1 равномерно расположены плоские лопасти 8 второго уровня в количестве, равном длине обечайки 7 в метрах. Лопасть 8 связана с ребром жесткости 10 посредством шарнира 9, что обеспечивает изменение угла атаки воздушному потоку в зависимости от скорости ветра (фиг. 3, 4).

Для снижения вибрации лопасти 8 связаны между собой шарнирными планками 11, обеспечивая их совместную работу. Начальное положение лопасти 8 при малых скоростях ветра фиксируется пружиной 12 и штыревым ограничителем хода ребра жесткости 10 (фиг. 3), а конечное положение при высоких скоростях ветра лопасть 8 принимает параллельно направлению воздушного потока (фиг. 4).

Дополнительная прочность ветроколеса 1 достигается растяжками 17 в количестве, равном числу лопастей 5 первого уровня, которые крепятся к наружной обечайке 7 и головке 16, насаженной на тороидальный направитель 15 воздушного потока центральной зоны (фиг. 1, 2).

Устройство работает следующим образом. Набегающий воздушный поток (ветер) к ветродвигателю условно можно разделить на три зоны воздействия: центральную, среднюю и периферийную по отношению к оси вращения ветроколеса. Воздушный поток центральной зоны с помощью тороидального направителя 15 с увеличенной скоростью отбрасывается на рабочие лопасти 5 первого уровня в средней зоне, где конический направитель 6 дополнительно увеличивает скорость ветра за счет возросшего объема воздуха из центральной и частично средней зоны, повышая давление воздуха на лопасти 5 и пластины жесткости 14.

Воздушный поток периферийной зоны наиболее эффективно воздействует на плоские шарнирные лопасти 8 второго уровня, которые обеспечивают изменение угла атаки воздушному потоку от максимального при малых скоростях ветра (фиг. 3) до минимального при высоких скоростях ветра (фиг. 4). При этом значительно снижается ветровая нагрузка на ветроколесо в периферийной зоне, предотвращая аварийные ситуации ветродвигателя.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям с горизонтальной осью вращения ветроколеса. Ветродвигатель содержит горизонтальный вал, закрепленное на нем многолопастное ветроколесо с внутренней и наружной обечайками, между которыми расположены основные лопасти первого уровня, на наружной обечайке расположены плоские лопасти второго уровня в количестве, равном длине наружной обечайки в метрах, соединенные с ребрами жесткости посредством шарниров для изменения угла атаки воздушному потоку в зависимости от скорости ветра, начальное положение плоских лопастей второго уровня, связанных шарнирными планками, обеспечивается пружинами растяжения и штыревыми ограничителями хода ребер жесткости. Изобретение направлено на повышение коэффициента использования энергии ветра и предотвращение аварийных ситуаций. 6 ил.

Ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем многолопастное ветроколесо с внутренней и наружной обечайками, между которыми расположены основные лопасти первого уровня, отличающийся тем, что на наружной обечайке расположены плоские лопасти второго уровня в количестве, равном длине наружной обечайки в метрах, соединенные с ребрами жесткости посредством шарниров для изменения угла атаки воздушному потоку в зависимости от скорости ветра, начальное положение плоских лопастей второго уровня, связанных шарнирными планками, обеспечивается пружинами растяжения и штыревыми ограничителями хода ребер жесткости.