ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2202048
КАРУСЕЛЬНОЕ ВЕТРОКОЛЕСО И ЛОПАСТЬ КАРУСЕЛЬНОГО ВЕТРОКОЛЕСА
Имя изобретателя: Мозговой Александр Иванович
Имя патентообладателя: Мозговой Александр Иванович
Адрес для переписки: 347900, Ростовская обл., г. Таганрог, ул. Ленина, 96, ЦГПБ им. А.П. Чехова, патентный отдел
Дата начала действия патента: 1998.02.17
Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветродвигателям с
осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра. Технический результат,
заключающийся в повышении мощности ветроколеса, увеличении площади лопастей и
снижении пульсаций, повышении надежности, упрощении конструкции, а также в снижении
металлоемкости, обеспечивается за счет того, что в карусельном ветроколесе, содержащем
установленные на вертикальной оси рамочные махи, лопасти, шарнирно закрепленные в
махах с возможностью поворота и циклически взаимодействующие с упорами и
ограничителями поворота лопасти, закрепленными на махах, согласно изобретению,
лопасти выполнены плоскими и ось вращения каждой лопасти разделяет ее на неравные
части с соотношением площадей в пределах от 10 : 1 до 3 : 1. При этом в лопасти карусельного
ветроколеса, содержащей прямоугольный лист, скрепленный с осью, согласно изобретению,
ось закреплена на листе с удалением от кромки на 1/10... 1/3 длины лопасти.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветродвигателям с
осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра.
Известен ветродвигатель, имеющий рабочие колеса нижнего и верхнего ярусов,
включающие закрепленные на вертикальном валу держатели с упорами и размещенные между
держателями лопасти, каждая из которых выполнена составной из аэродинамических
профилей. Колеса вращаются в разные стороны, выполняя при этом функции контрольного
генератора (см. SU, 1622609 A1, кл. F 03 D 9/00, 23.01.1991).
Указанный ветродвигатель имеет невысокий КПД, т.к. мощность ветрового потока
передается через лопасти только с одной стороны оси вращения.
Известно карусельное ветроколесо, содержащее установленные на вертикальной оси
рамочные махи, лопасти, шарнирно закрепленные в махах с возможностью поворота и
циклически взаимодействующие с упорами и ограничителями поворота лопасти,
закрепленными на махах, при этом лопасть карусельного ветроколеса содержит
прямоугольный лист, скрепленный с осью (см. SU, 1772407 A1, кл. F 03 D 3/00, 30.10.1992), по совокупности
существенных признаков принятое за ближайший аналог изобретения (прототип).
Указанное ветроколесо имеет низкую надежность и не обеспечивает снижения пульсаций
вращательного момента.
Технический результат, заключающийся в повышении мощности ветроколеса, увеличении
площади лопастей и снижении пульсаций, повышении надежности, упрощении конструкции, а
также в снижении металлоемкости, обеспечивается за счет того, что в карусельном колесе,
содержащем установленные на вертикальной оси рамочные махи, лопасти, шарнирно
закрепленные в махах с возможностью поворота и циклически взаимодействующие с упорами
и ограничителями поворота лопасти, закрепленными на махах, согласно изобретению, ось
вращения каждой лопасти разделяет ее на неравные части с соотношением площадей в
пределах от 10 : 1 до 3 : 1, а лопасти выполнены плоскими, каждый мах содержит соединенные
жестко друг с другом горизонтальные стержни и вертикальные ребра жесткости, лопасти
могут быть установлены шарнирно с возможностью поворота в панелях, жестко
закрепленных в махах, в каждой панели может быть установлено несколько лопастей, часть
панелей в махах могут быть установлены перпендикулярно плоскости маха, а каждый упор и
каждый ограничитель поворота лопасти могут быть закреплены между горизонтальными
стержнями маха и установлены параллельно оси вращения лопасти, при этом область
взаимодействия упора с лопастью находится в плоскости маха, а область взаимодействия
ограничителя поворота лопасти с лопастью - в плоскости, проходящей через ось вращения
лопасти под углом 90o к плоскости маха, каждый упор и каждый ограничитель поворота
лопасти установлены в панели параллельно оси вращения лопасти, при этом область
взаимодействия упора находится в плоскости панели, а область взаимодействия лопасти с
ограничителем поворота лопасти в плоскости, проходящей через ось вращения лопасти под
углом 90o к плоскости панели, область взаимодействия лопасти с упором и
ограничителем поворота лопасти находится на расстоянии от 0,5D до 0,9D от оси вращения
лопасти, где D - расстояние от оси вращения лопасти до ее наиболее удаленной кромки от
этой оси, при этом взаимодействие упора и ограничителя с лопастью происходит по всей
ширине лопасти.
При этом в лопасти карусельного ветроколеса, содержащей прямоугольный лист,
скрепленный с осью, согласно изобретению, ось закреплена на удалении от 1/10 до 1/3 длины
лопасти. Ось выполнена в виде трех прутков, размещенных один - с одной стороны листа и
два - с другой, концы прутков за пределами листа заключены в цилиндрические втулки,
внутренний диаметр которых равен  где 2R - диаметр прутка. Прутки зафиксированы на поверхностях листа профилированными
пластинами, скрепленными с листом.
На фиг.1 изображено карусельное ветроколесо, вид сверху;
на фиг.2 - карусельное ветроколесо, вид сбоку;
на фиг.3 - рамочные махи с лопастями в панелях;
на фиг.4 - ветроколесо с панелями, установленными перпендикулярно махам;
на фиг.5 - крепление ограничителей поворота лопасти на махе;
на фиг.6 - крепление упоров;
на фиг.7 - лопасть карусельного ветроколеса (общий вид);
на фиг.8 - лопасть ветроколеса с осью, выполненной в виде трех прутков, зафиксированных с
помощью профилированных пластин (разрез);
на фиг.9 - лопасть ветроколеса с осью из трех прутков, зафиксированных с помощью
профилированных пластин в сборе;
на фиг.10 - мах с лопастью в сборе.
Заявляемое карусельное ветроколесо содержит установленные на вертикальной оси 1
радиальные махи 2 с лопастями 3, ограничителями 4 поворота лопасти и упорами 5. Каждый мах
2 представляет собой жесткую рамочную конструкцию из горизонтальных стержней 6 и
вертикальных ребер 7 жесткости. Для усиления жесткости конструкции махи 2 могут быть
соединены между собой межмаховыми фиксирующими планками 8. Плоские лопасти 3
закреплены шарнирно с возможностью поворота вокруг оси 9 непосредственно на
горизонтальных стержнях 6 или на панелях 10, жестко скрепленных с махами 2. Панели 10 могут
быть установлены как в плоскости махов 2, так и перпендикулярно им, что обеспечивает
увеличение мощности ветроколеса без существенного увеличения его габаритов.
Ограничители 4 и упоры 5 закреплены на горизонтальных стержнях 6 или на горизонтальных
элементах панелей 10 и дополнительно выполняют роль дополнительных элементов
жесткости. Упоры 5 закреплены в махах 2 так, что область взаимодействия их с лопастями 3
лежит в плоскости маха 2 или панели 10. Ограничители 4 закреплены в махах 2 так, что
область взаимодействия их с лопастями 3 лежит в плоскости, проходящей через ось
вращения 9 под углом 90o к плоскости маха 2. Лопасть 3 содержит прямоугольный лист 11,
ось 9, выполненную в виде трех прутков 12, один из которых размещен с одной стороны листа
11, а два других - с другой, концы прутков 12 вне пределов листа 11 помещены во втулки 13, а
сами прутки 12 зафиксированы на поверхности листа 11 с помощью профилированных пластин
14, жестко скрепленных с листом 11, например, точечной сваркой. Шарнирное соединение
горизонтального стержня 6 и лопасти 3 достигается выполнением в горизонтальном стержне
6 вертикального отверстия 15, в которое вставляется втулка 13.
Работу заявленного карусельного ветроколеса рассмотрим при последовательном
положении одного маха 2 к воздушному потоку от 0 до 270o. При положении маха 2 от 0 до
180o лопасти 3 прижаты воздушным потоком к упорам 5. Равномерность вращательного
момента и его усиление обусловлено тем, что он создается как силой давления потока на
лопасть 3,которая тем больше, чем ближе к 90o угол поворота лопасти 3 к направлению
воздушного потока, так и аэродинамической подъемной силой (которая уменьшается с
приближением угла наклона 90o). При положении маха 2, равном 180o, лопасти 3
поворачиваются вокруг оси 9 и, опираясь на ограничители 4, занимают положение с углом 90o
по отношению к маху 2. При повороте маха от 180 до 270o лопасть 3 вращает мах 2 за счет
подъемной силы и момента силы установки лопасти 3 со смещением от оси маха. Для работы
маха 2 от 270 до 360o возможно принудительное автоматическое смещение упора 5 лопасти
3 от 0 до 45o по отношению к маху 2. Для повышения КПД ветроколеса и при резком
повышении ветра возможно автоматическое изменение установки угла ограничителя 4
лопасти 3 от 90 до 135o по отношению к маху 2.
При больших мощностях необходимо увеличение габаритов ветроколеса, для этого лопасти 3
устанавливаются в панелях 10, которые жестко закрепляются в махах 2. Такая конструкция
позволяет снизить требования к жесткости лопастей 3, ограничителей 4 и упоров 5 и
использовать одни и те же типовые узлы для изготовления ветровых колес различной
мощности. Кроме того, часть панелей 10 может быть установлена перпендикулярно махам 2 и
за счет этого можно добиться значительного увеличения мощности без заметного
увеличения габаритов ветрового колеса.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Карусельное ветроколесо, содержащее установленные на вертикальной оси рамочные махи,
лопасти, шарнирно закрепленные в махах с возможностью поворота и циклически
взаимодействующие с упорами и ограничителями поворота лопасти, закрепленными на махах,
отличающееся тем, что лопасти выполнены плоскими и ось вращения каждой лопасти
разделяет ее на неравные части с соотношением площадей в пределах от 10:1 до 3:1.
2. Карусельное ветроколесо по п. 1, отличающееся тем, что каждый мах содержит жестко
соединенные друг с другом горизонтальные стержни и вертикальные ребра жесткости.
3. Карусельное ветроколесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что лопасти установлены
шарнирно в панелях, жестко закрепленных на махах.
4. Карусельное ветроколесо по п.3, отличающееся тем, что в каждой панели установлено
несколько лопастей.
5. Карусельное ветроколесо по п.3 или 4, отличающееся тем, что часть панелей в махах
установлена перпендикулярно плоскости маха.
6. Карусельное ветроколесо по одному из пп.1 и 2, отличающееся тем, что каждый упор и
каждый ограничитель поворота лопасти закреплен между горизонтальными стержнями маха
и установлен параллельно оси вращения лопасти, при этом область взаимодействия упора с
лопастью находится в плоскости маха, а область взаимодействия лопасти с ограничителем
поворота лопасти - в плоскости, проходящей через ось вращения лопасти под углом 90o
к плоскости маха.
7. Карусельное ветроколесо по одному из пп.3-5, отличающееся тем, что каждый упор и каждый
ограничитель поворота лопасти закреплены на панелях и установлены параллельно оси
вращения лопасти, при этом область взаимодействия упора с лопастью находится в
плоскости панели, а область взаимодействия лопасти с ограничителем поворота лопасти -
в плоскости, проходящей через ось вращения лопасти под углом 90o к плоскости
панели.
8. Карусельное ветроколесо по п.6 или 7, отличающееся тем, что область взаимодействия
лопасти с упором и ограничителем поворота лопасти находится на расстоянии от 0,5D до 0,9D
от оси вращения лопасти, где D - расстояние от оси вращения до ее наиболее удаленной
кромки от этой оси, при этом взаимодействие упора и ограничителя с лопастью происходит
по всей ширине лопасти.
9. Лопасть карусельного ветроколеса, содержащая прямоугольный лист, скрепленный с осью,
отличающаяся тем, что ось закреплена на листе с удалением от кромки на 1/10...1/3 длины
лопасти.
10. Лопасть по п.9, отличающаяся тем, что ось выполнена в виде трех прутков, один из
которых размещен с одной стороны листа, а два других с другой стороны, концы прутков за
пределами листа заключены в цилиндрические втулки, внутренний диаметр которых равен ,
где 2R - диаметр прутка.
11. Лопасть по п.10, отличающаяся тем, что прутки зафиксированы на поверхностях листа с
помощью профилированных пластин, скрепленных с листом
Версия для печати
Дата публикации 30.01.2007гг
вверх
|
