Ветродвигатель Российский патент 2017 года по МПК F03D1/02 F03D7/02 

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

Известен ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем многолопастное колесо (Ветроэнергетика. М.: Энергоиздат, 1982, с. 26, рис. 1, 3, a-4). Недостатком данного ветроколеса является то, что в нем практически не используется сила ветра центральной зоны.

Технической сущностью настоящего изобретения является значительное уменьшение диаметров ветродвигателей и повышение эффективности работы многолопастных ветроколес за счет лучшего использования силы ветра в центральной, средней и периферийной зонах.

Настоящая техническая сущность достигается тем, что ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем неподвижное многолопастное ветроколесо с внутренней и наружной обечайками, между которыми расположены основные лопасти первого уровня. При этом диаметр наружной обечайки в метрах равен количеству основных лопастей, а на его валу дополнительно находится подвижное ветроколесо, аналогичное неподвижному с лопастями, расположенными между лопастями неподвижного ветроколеса; ступицы обоих ветроколес имеют взаимные полумуфты сцепления кулачкового типа, обеспечивая поворот подвижного ветроколеса при высоких скоростях ветра для экранирования лопастей неподвижного ветроколеса; дополнительно содержит пружины растяжения и пневматические амортизаторы для снижения вибрации подвижного ветроколеса при переходе в зону экранирования лопастей неподвижного ветроколеса, а на наружной обечайке неподвижного ветроколеса равномерно расположены лопасти второго уровня в количестве, равном длине наружной обечайки в метрах.

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

На фиг. 1 дан вид на ветродвигатель спереди при малых скоростях ветра (тороидальный направитель условно не показан).

На фиг. 2 показан разрез по А-А (лопасти подвижного ветроколеса экранируют лопасти неподвижного ветроколеса).

На фиг. 3 и 4 даны развертки части наружных обечаек неподвижного и подвижного ветроколес при малых скоростях ветра и скоростях ветра, экранирующих лопасти неподвижного ветроколеса лопастями подвижного ветроколеса (наружные обечайки ветроколес условно приняты прозрачными).

Ветродвигатель (фиг. 1, 2) состоит из двух одинаковых по размерам многолопастных ветроколес: неподвижного, насаженного на горизонтальный вал 2, и подвижного расположенного на валу 2 перед неподвижным и закрепленного болтом 11 и шайбой 9. Ступицы 3 с внутренними обечайками 4 обоих ветроколес (фиг. 2) имеют взаимные полумуфты сцепления кулачкового типа, обеспечивающие поворот подвижного ветроколеса из начального положения (фиг. 3) при малых скоростях ветра в конечное (фиг. 4) при высоких скоростях ветра на расчетный угол ϕ, экранируя лопасти неподвижного ветроколеса (фиг. 2) для снижения ветровой нагрузки на ветродвигатель.

Расчетный угол ϕ определяется делением угла 360° на число основных лопастей обоих ветроколес, то есть 360°/2n или 180°/n.

Диаметры D_H наружных обечаек 7 обоих ветроколес в метрах равны количеству основных лопастей 5 каждого ветроколеса, тогда длина наружных обечаек составит π•D_H. Это условие обеспечивает расстояние между смежными лопастями 5 по наружным обечайкам 7, равное числу π или 3,14 м. Поэтому, располагая лопасти 5 подвижного ветроколеса в начальном положении посередине между лопастями 5 неподвижного ветроколеса (фиг. 1) с помощью кулачковых полумуфт сцепления ступиц 3 ветроколес, увеличивается общее число основных лопастей 5 в два раза для работы ветродвигателя при малых скоростях ветра. Такое начальное положение лопастей 5 ветродвигателя фиксируется пружинами 13 (Фиг. 1), а пневматические амортизаторы 14 с шарнирами 15 снижают вибрацию ветроколес при работе и порывах ветра (Фиг. 3, 4).

Устройство работает следующим образом. Набегающий воздушный поток к ветродвигателю условно разделяется на три зоны воздействия по отношению к оси вращения ветроколес: центральную, среднюю и периферийную. Воздушный поток центральной зоны с помощью тороидального направителя 12 и конусного направителя 6 подвижного ветроколеса смещается в среднюю зону на основные лопасти 5 первого уровня обоих ветроколес при малых скоростях ветра (2…3 м/с), обеспечивая запуск ветродвигателя в работу.

В диапазоне средних скоростей ветра ветродвигатель работает с удвоенным количеством лопастей обоих ветроколес. При дальнейшем повышении скорости ветра происходит постепенный переход подвижного ветроколеса в направлении экранирования лопастей 5 неподвижного ветроколеса. В этот период пружины растяжения 13 (фиг. 1) и пневматические амортизаторы 14 (фиг. 3, 4), реагируя на изменение скорости ветра, стабилизируют взаимное положение и вибрацию обоих ветроколес.

При высоких скоростях ветра подвижное ветроколесо, преодолев силу растяжения пружин 13 (фиг. 1) и повернувшись на угол ϕ, переходит в зону полного экранирования лопастей 5 неподвижного ветроколеса, значительно снижая ветровую нагрузку на ветродвигатель (фиг. 2, 4).

Воздушный поток периферийной зоны, эффективно воздействуя на лопасти 8 второго уровня с ребрами жесткости 10 неподвижного ветроколеса, дополнительно обеспечивает повышенный крутящий момент и мощность ветродвигателя.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветродвигатель содержит горизонтальный вал, закрепленные на нем два одинаковые по конструкции и размерам многолопастные ветроколеса: неподвижное и подвижное, лопасти подвижного ветроколеса первоначально установлены по середине лопастей неподвижного ветроколеса, повышая количество лопастей первого уровня в два раза, ступицы обоих ветроколес имеют взаимные полумуфты сцепления кулачкового типа, обеспечивая поворот подвижного ветроколеса при высоких скоростях ветра на расчетный угол для экранирования лопастей неподвижного ветроколеса, дополнительно содержит пружины растяжения и пневматические амортизаторы для снижения вибрации подвижного ветроколеса при переходе в зону экранирования лопастей неподвижного ветроколеса и уменьшения ветровой нагрузки на ветродвигатель. Изобретение направлено на повышение эффективности работы ветродвигателя за счет лучшего использования силы ветра в центральной, средней и периферийной зонах ветроколес. 4 ил.

Ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленные на нем два одинаковые по конструкции и размерам многолопастные ветроколеса: неподвижное и подвижное, лопасти подвижного ветроколеса первоначально установлены по середине лопастей неподвижного ветроколеса, повышая количество лопастей первого уровня в два раза, отличающийся тем, что ступицы обоих ветроколес имеют взаимные полумуфты сцепления кулачкового типа, обеспечивая поворот подвижного ветроколеса при высоких скоростях ветра на расчетный угол для экранирования лопастей неподвижного ветроколеса, дополнительно содержит пружины растяжения и пневматические амортизаторы для снижения вибрации подвижного ветроколеса при переходе в зону экранирования лопастей неподвижного ветроколеса и уменьшения ветровой нагрузки на ветродвигатель.