BG108589A - Ротор на вятърен двигател - Google Patents

Abstract

Роторът намира приложение при вятърните двигатели за производство на електроенергия, както и в други устройства, използващи енергията на вятъра. Той има опростена и олекотена конструкция. С него се увеличават ефективната площ за действие на силата на вятъра и мощността на двигателя при определена скорост на вятъра. Този ефект се получава, като лопатките (5) на ротора са с формата на правоъгълен триъгълник и са захванати свободно към тръбни мачти (3) и напречни лири (9), шарнирно монтирани при върха на мачтите (3). Горният край на всяка лопатка (5), откъм свободния край на напречната лира (9), е захванат към еластичен елемент (11), който е свързан неподвижно с лирата (9) чрез единия си външен край, а с вътрешния край чрез регулиращ елемент (12) е съединен със съседната по посока, обратна на посоката на въртене на ротора мачта (3). Към същия вътрешен край на еластичния елемент е захванат и горният външен край на лопатката (5). В края на лирата (9) има отклонител (14), който определя участък от елемента (12), свързващ лирата (9) със съседната мачта (3). Този участък (15) може да бъде мултиплициран чрез повтаряне на връзката, при което ефектът на конструкцията се увеличава.

Description

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Изобретението се отнася до ротор на вятърен двигател, който намира приложение при вятърните двигатели за производство на електроенергия, както и в други устройства, използващи енергията на вятъра.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Известен е ротор на вятърен двигател, който се състои от главина, захваната неподвижно към оста на ротора. В главината на ротора са захванати радиално тръбни мачти, наклонени спрямо вертикалната равнина на малък ъгъл от приблизително 7 градуса, така че оформят конична повърхнина отворена по посока на вятъра. Тръбните мачти са съставени от неподвижно захванат към главината кух прът и нанизана върху него тръба, върху която е захваната лопатка с приблизително триъгълна форма, чийто връх е ориентиран към главината. Лопатката е съставена от две триъгълни платна, съединени чрез припокриване, създаващо коравина, по една от дългите си страни, където е оформена по твърда ивица. Към тази ивица на лопатката е захванат единият край на еластичен елемент, чийто втори край е фиксиран към съседната втора по посока обратна

• ·· ·· · * »* · • · · · · ·· · · ·· • · · ·· · ···· • ··· · · · · · · · ···· • · · · · · · · ··· ·· *··· ·· · на посоката на въртенето тръбна мачта. Този еластичен елемент е захванат към лопатката на разстояние 2/3 от дължината й, отчитано спрямо оста на главината, а към мачтата на разстояние 1/3. Лопатката е изработена от относително корав материал и при напор на вятъра се завърта спрямо носещата я мачта, при което се променя ъгълът на напора на вятъра. Всяка мачта е укрепена чрез предна и задна опора, изпълнена от гъвкав елемент, например въже. Тези опори са захванати към допълнителни дискове, монтирани отпред и отзад на разстояние спрямо главината към оста на ротора. Посоката на вятъра, задвижващ ротора, е от към външната страна на конуса, образуван от тръбните мачти и захванатите към тях лопатки (1).

При тази известна конструкция на ротор на вятърен двигател се забелязва, че тръбните мачти са съставни. Те се състоят от един, неподвижно захванат към главината, тръбен елемент, наклонен под малък ъгъл спрямо вертикалната равнина, и втори тръбен елемент, разположен върху първия с възможност за завъртане, към който е захваната съответната лопатка. Самата лопатка е изработена от материал, който трябва да запазва конфигурацията си, условие изискващо достатъчно плътен и относително корав материал. Всичко това създава условия за нарастване теглото на ротора като цяло, при което мачтите са със значително усложнена конструкция при неизяснено захващане на лопатките към външния тръбен елемент. Освен това еластичният елемент съединяващ всяка лопатки със съседната тръбна мачта не осигурява достатъчно надеждна обратна връзка по отношение скоростта на вятъра и завъртането на лопатките. Това създава условия за значително натоварване и възможност за повреждане конструкцията на ротора, а в някои случай и на цялото съоръжение.

·· · · · * »· · • · · · · «···

	• ····· · 4 4 4 ····· • · · · · 4 · ·
	• · · · · · · 4 4 4 4 ·| « на посоката на въртенето тръбна мачта. Този еластичен елемент е захванат към лопатката на разстояние 2/3 от дължината й, отчитано спрямо оста на главината, а към мачтата на разстояние 1/3. Лопатката е изработена от относително корав материал и при напор на вятъра се завърта спрямо носещата я мачта, при което се променя ъгълът на напора на вятъра. Всяка мачта е укрепена чрез предна и задна опора, изпълнена от гъвкав елемент, например въже. Тези опори са захванати към допълнителни дискове, монтирани отпред и отзад на разстояние спрямо главината към оста на ротора. Посоката на вятъра,
©	задвижващ ротора, е от към външната страна на конуса, образуван от тръбните мачти и захванатите към тях лопатки (1). При тази известна конструкция на ротор на вятърен двигател се забелязва, че тръбните мачти са съставни. Те се състоят от един, неподвижно захванат към главината, тръбен елемент, наклонен под малък ъгъл спрямо вертикалната равнина, и втори тръбен елемент, разположен върху първия с възможност за завъртане, към който е захваната съответната лопатка. Самата лопатка е изработена от материал, който трябва да запазва конфигурацията си, условие изискващо достатъчно плътен и относително корав материал. Всичко
	това създава условия за нарастване теглото на ротора като цяло, при което мачтите са със значително усложнена конструкция при неизяснено захващане на лопатките към външния тръбен елемент. Освен това еластичният елемент съединяващ всяка лопатки със съседната тръбна мачта не осигурява достатъчно надеждна обратна връзка по отношение скоростта на вятъра и завъртането на лопатките. Това създава условия за значително натоварване и възможност за повреждане конструкцията на ротора, а в някои случай и на цялото съоръжение.

··· ·· · · · · · • ··· · · · · · · · ···· • · · · · * · ·

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Изобретението си поставя за задача да създаде ротор на вятърен двигател с опростена и олекотена конструкция, при която да се постига увеличена ефективна площ на действие на силата на вятъра, която осигурява понижена минимална скорост на вятъра, необходима за завъртане на ротора и увеличена мощността на двигателя при определена скорост на вятъра.

Тази задача е решена с ротор на вятърен двигател, състоящ се от главина, захваната неподвижно към оста на ротора. Към главината са монтирани радиално тръбни мачти, на всяка от които е монтирана триъгълна лопатка, свързана посредством еластичен елемент със съседната, обратна на посоката на въртене, мачта. Съгласно изобретението тръбните мачти са разположени в една равнина перпендикулярна на оста ротора. Всяка лопатка е оформена като правоъгълен триъгълник с прав ъгъл при върха на тръбната мачта и изпъкнала към съседната тръбна мачта хипотенуза. С единия от катетите си лопатката е захваната към тръбната мачта с възможност за завъртане около оста й и този катет е фиксиран към тръбната мачта с острия си ъгъл в близост до главината. Другият катет на лопатката е захванат също с възможност за приплъзване към напречна лира, която с единия си край чрез шарнирна връзка е монтирана при върха на тръбната мачта. В другия край на напречната лира, който е свободен, е монтиран, неподвижно с външната си част, еластичният елемент. Към вътрешната част на този еластичен елемент е захванат регулиращ елемент, простиращ се по цялата дължина на напречната лира в посока към тръбната мачта, носеща лопатката и през обръщатели обратно към свободния край на лирата където е монтиран неподвижно отколонител. Другият край на регулиращия елемент е захванат неподвижно към съседната, по посока обратна на посоката

	• ··· · · · · * · ····· • · · · · · · »
«	··· ·· ·· ···· «· · на въртене на ротора, тръбна мачта под шарнирната връзка. Към вътрешния край на еластичния елемент е захванат и горният свободен край на лопатката. Всяка лопатка е желателно да бъде захваната към съответната тръбна мачта и към шарнирно захваната към нея напречната лира посредством множество гривни, преминаващи през отвори в лопатката. Гривните обхващат телата на тръбните мачти и на напречните лири. В едно предпочитано изпълнение напречната лира е оформена
	като дълга тясна правоъгълна рамка, в единия край на която е оформена шарнирната връзка. Монтираният в другия й край еластичен елемент е изпълнен като спирална пр\ жина, чиято външна част е фиксирана към правоъгълната рамка на напречната лира. Конструктивното оформление на захващането на обръщателите към напречната лира и по-специално към правоъгълната рамка е като горен и долен обръщател, захванати към дългите страни на рамката от към страната на шарнирната връзка и през тях е прокаран регулиращият елемент. В същото време последната гривна, носеща лопатката от към свободния край на носещата лира, е присъединена
	неподвижно към еластичния елемент, изпълнен като пружина. Много подходящо изпълнение на регулиращя елемент е той да е гъвкаво въже, а обръщателите е подходящо да бъдат оформени като горна и долна халка, монтирани неподвижно към двете дълги страни на напречната лира. Всеки отклонител е оформен в свободния край на съответната напречна лира и определя участък от регулиращия елемент, свързващ напречната лира със съседната по посока обратна на посоката на въртене на ротора тръбна мачта. Особено подходящо е всяка лопатка да е изработена от здрав текстилен материал или синтетичен полимер.

с

• · · · · ·· ··· • · · ·· · ···· • ··· · · « · · · · ···· • «е·· ··· Всяка тръбна мачта съгласно изобретението’е изпълнена от едно единствено тръбно тяло, което неподвижно е захванато към главината на ротора. В едно предпочитано изпълнение участъкът, свързващ всяка напречна лира със съседната й тръбна мачта е един единствен, като регулиращият елемент, изпълнен от въже е захванат директно към съседната тръбна мачта. При едно вариантно изпълнение участъкът, свързващ всяка напречна лира и съседната й тръбна мачта е мултиплициран, като е повторен повече от един път. При това положение отклонителите оформени на напречната лира и на съседната тръбна мачта са повече от един и регулиращият елемент, изпълнен например като въже, е непрекъснато прокаран през тях. С ротора на вятърен двигател, съгласно изобретението, се постига една значително олекотена конструкция. Тръбните мачти са изпълнени от едно единствено тръбно тяло и са разположени в равнина перпендикулярна на оста на ротора. Лопатки са изработени от достатъчно здрав, лек и гъвкав материал. Наличието на напречна лира в горния край на всяка мачта и начина на захващане на

ф

лопатката към нея (посредством гривни) и към еластичния елемент (посредством гъвкав регулиращ елемент) дава възможност за автоматично регулиране площта на лопатката в зависимост от силата на вятъра. За целта е необходимо подходящо да бъде подбрана коравината на еластичния елемент. Това създава условия за надеждна обратна връзка на генерираната мощност в зависимост от скоростта на вятъра. Възможността за намаляване на ефективната площ е от особено значение. По този начин конструкцията на ротора е защитена при внезапен порив на вятъра, както и при вятър с постоянна сила повисока от необходимата за получаване на номинална генерирана

··· ·· · ···· • ····· · · ·· · ···· • ···· · · · ··· ♦· ·· ···· ·» · мощност. Създадена е възможност, особено с вариантното изпълнение, при повече от един участък, свързващ напречната лира със съседната тръбна мачта, да се постигне оптимална коравина на еластичния елемент с цел усилване на обратната връзка при надвишаване скоростта на вятъра, необходима за получаване на номинална генерирана мощност.

ПОЯСНЕНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

Фигура 1- фронтално изображение на част от ротора на вятърен двигател, включващо две съседни тръбни мачти

Фигура 2 - странично изображение на тръбната мачта с опъвача, изпълнен като въже

Фигура 3 - поглед отпред на напречната лира в спокойно положение

Фигура 4 - вариантно изпълнение на участъка, свързващ напречната лира със съседната тръбна мачта

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Роторът на вятърния двигател, съгласно изобретението, се състои от главина 1, захваната неподвижно към оста 2 на ротора на двигателя, който има посока на въртене обратна на часовниковата стрелка. В главината 1 са захванати радиално, неподвижно и в равнина перпендикулярна на оста 2 на ротора тръбни мачти 3, изработени от едно единствено тръбно тяло. Върхът на всяка тръбна мачта 3 е осигурен чрез захванато към него и към главината 1 мачтово въже опъвач 4. Всяка тръбна мачта 3 носи лопатка 5, разположена в пространството между две съседни мачти 3. Гя е с формата на правоъгълен триъгълник, чийто един остър ъгъл е ориентиран към • · · ·· · ···· • ··· · · · · · · · ···· • ···· ··· ·· · ·· ♦· «··· ·· · главината 1 и прилежащият катет е захванат към първата по посока обратна на посоката на въртене на ротора от две съседни тръбни мачти 3 посредством множество гривни 6, обхващащи свободно тялото на тръбната мачта 3 и преминаващи свободно през отвори 7 в лопатката 5. Върхът на лопатката 5 е фиксиран с неподвижна връзка 8 към тръбната мачта 3. Другият катет на правоъгълната лопатка 5 е захванат посредством същите гривни 6 за напречна лира 9. Посредством шарнирна връзка 10 тя е монтирана, при правия ъгъл на лопатката 5, към тръбната мачта 3 с възможност за завъртане около вертикалната й ос. В другия край на напречната лира 9 е монтиран еластичен елемент 11, който променя своята дължина паралелно по дължината на напречната лира 9. С външната си част този еластичен елемент 11 е захванат неподвижно към напречната лира 9, а към вътрешната му част е захванат неразтеглив гъвкав регулиращ елемент

12. Другият край на този регулиращ елемент 12 е захванат към съседната по посока обратна на посоката на въртене на ротора тръбна мачта 3 непосредствено под шарнирната връзка 10. Самият регулиращ елемент 12 се простира по цялата дължина на лирата 9 паралелно. Той е прокаран през обръщатели 13, монтирани към лирата 9 в близост до шарнирната връзка 10 и излиза извън лирата 9 в посока към съседната тръбна мачта 3 през отклонител 14, монтиран към напречната лира 9. Към вътрешен край на еластичния елемент 11 е захваната и последната най-външна гривна 6, разположена при свободния край на напречната лира 9. Между отклонителят 14 и съседната по посока обратна на посоката на въртене на ротора тръбна мачта е оформен участък 15, свързващ напречната лира и съседната мачта.

Напречната лира 9, за предпочитане, е оформена като дълга и тясна правоъгълна рамка, в единия край на която е разположена • ·· ·· · ·

шарнирната връзка 10, а в другия е монтиран еластичният елемент 11, изпълнен, например като пружина. Във вътрешността на рамката са разположени двата клона на регулиращия елемент 12, изпълнен от въже, а обръщателите 13 са оформени като горна и долна халка, захванати неподвижно и вътрешно към двете дълги страни на напречната рамка 9 в близост до шарнирната връзка 10 и през тях е прокарано въжето.

Всяка лопатка 5 е изработена от лек, достатъчно здрав и гъвкав материал, като например здрав текстилен материал или синтетичен полимер, при което хипотенузата на платното е изпъкнала.

Регулиращият елемент 12 в участъка 15 между отклонителя 14 и съседната тръбна мачта 3, където е захванал, в едно вариантно изпълнение, показано на фигура 4, може да бъде повторен неколкократно с поредица от отклонители 14, монтирани както към свободния край на напречната лира 9, така и към съседната тръбна мачта 3.

ИЗПОЛЗВАНЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Роторът на вятърния двигател, съгласно изобретението, е предназначен да бъде монтиран с възможност за завъртане спрямо посоката на вятъра на достатъчно висока кула и е свързан например с генератор за получаване на електроенергия. При въздействие от страна на вятъра върху лопатките 5, роторът се завърта в посока обратна на часовниковата стрелка и въртеливото движение се предава например на генератор за преобразуване силата на вятъра в електричество. Особеност на ротора, съгласно изобретението, е, че конструкцията позволява да се поддържа относително постоянна генерирана сила. Това се постига благодарение на качествата на материала, от който е изработена всяка от лопатките 5, както и на лопатката надеждна лопатката · · ·· · ···· • ··· · · · « · · · ···· • ···· ··· специфичното им окачване към тръбните’ мачти 3.**Когато вятърът натисне върху лопатките 5 всяка от тях се завърта около съответната тръбна мачта 3, като застава под ъгъл спрямо посоката на вятъра. С увеличаване на напора на вятъра този ъгъл расте. При достигане на предварително определена сила на вятъра горната страна на лопатката приплъзва по напречната лира 9 от свободния й край към шарнирната връзка 10, което от своя страна води до намаляване на ефективната й площ. Това се определя чрез настройването на еластичния елемент 11, чийто специфичен начин на свързване с и със съседната тръбна мачта 3 позволява да се осигури обратна връзка между силата на вятъра и завъртането на 5 около носещата я тръбна мачта 3. И така обяснено с формули явлението е следното - след завъртане на лопатките 5 на ъгъл φ под въздействие на първоначалната сила на вятъра F_o, резултатната сила е F=F_ocos φ. Този ефект се наслагва с ефекта от свиване на лопатките 5 към съответните тръбни мачти 3, като площта на всяка лопатка 5 се изменя спрямо първоначалната по зависимостта S=S₀[l-2Nsin((p /2)], където N е броят на участъците 15 чрез които е осъществена връзката със съседната тръбна мачта 3. Броят на тези участъци 15 може да варира в зависимост от силата на вятъра и от заложената коравина на еластичния елемент 11. При малки стойности на ъгъла φ, функцията [l-2Nsin(<p/2)] е значително по-бързо намаляваща функция от cos φ, при което значително се намалява риска от повреждане на роторната конструкция при внезапни пориви на вятъра.

Литература: патент № 4316699, издаден в САЩ • · · ·* ·· ♦«« • · · · · ·· · · ·· ··· ·· · ···· • ····· · · ·· ····· • · · · ♦ ··· ··· ·· ·· ···· ·· ·

Claims (9)

1. ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

   1.Ротор на вятърен двигател, състоящ се от главина, захваната неподвижно към оста на ротора, с монтирани радиално и неподвижно към нея тръбни мачти, на всяка от които е захваната триъгълна лопатка, свързана посредством еластичен елемент със съседната, обратна на посоката на въртене, тръбна мачта, характеризиращ се с това, че тръбните мачти (3) са разположени в една равнина перпендикулярна на оста (2) на ротора и всяка лопатка (5) е оформена като правоъгълен триъгълник, чийто прав ъгъл е при върха на тръбната мачта (3) и хипотенуза й е изпъкнала към съседната тръбна мачта (3), а лопатката (5) с един от катетите си е захваната към тръбната мачта (3) с възможност за завъртане спрямо оста й и е фиксирана неподвижно към тръбната мачта (3) с острия си ъгъл в близост до главината (1), като другият катет на лопатката е захванат с възможност за приплъзване по дължината на напречна лира (9), която с единия си край чрез шарнирна връзка (10) е монтирана при върха на тръбната мачта (3), а в другия й свободен край е фиксиран неподвижно с външната си част еластичния елемент (11), чиято вътрешна част е захваната към съседната тръбна мачта (3) в зоната под шарнирната връзка (12) посредством регулиращ елемент (10), простиращ се двупосочно по цялата дължина на напречната лира (9) и обратно през фиксирани към нея в близост до шарнирната връзка (10) обръщатели (13) и в свободния й край отклонител (14), като към вътрешната част на еластичния елемент (11) е фиксиран горният външен край на лопатката (5).

   • · · · · « ·· · · • · · · · «· · « ·« ··· · · · · ·· · • ·♦· · · · · · · ····· • · · · * · ·· • ·· ·· < ♦ · » · ··« ·
2. 2. Ротор на вятърен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че всяка лопатка (5) е захваната към съответната тръбна мачта (3) и към шарнирно монтираната към нея напречна лира (9) посредством множество гривни (6) преминаващи през отвори (7) в лопатката (5) и обхващащи телата на тръбната мачта (3) и на напречната лира (9).
3. 3. Ротор на вятърен двигател съгласно претенция 1 и 2, характеризиращ се с това, че всяка напречната лира (9) е оформена като дълга тясна правоъгълна рамка, в единия край на която е оформена шарнирната връзка (10), а фиксираният с външната си част в другия й край еластичен елемент (11) е изпълнен като спирална пружина.
4. 4. Ротор на вятърен двигател съгласно претенции 1 до 3 , характеризиращ се с това, че във вътрешния край на напречната лира (9) от към шарнирната връзка (10) вътрешно на дългите й страни са фиксирани обръщателите (13), горен и долен, за преминаване на регулиращия елемент (12), като проследната гривна (6) към свободния край на напречната лира (9) е присъединена неподвижно към еластичния елемент (11), изпълнен като спирална пружина.
5. 5. Ротор на вятърен двигател съгласно претенции 1 до 4 , характеризиращ се с това, че всеки регулиращ елемент (12) е въже, а обръщателите (13) са халки монтирани неподвижно към двете дълги страни на напречната лира (9), като отклонителя (14) е оформен в свободния край на напречната лира (9) и определя участък (15) от регулиращия елемент (12), свързващ напречната лира (9) и съседната тръбна мачта (3).

   • · · · · · ···· • ··· · · · · · · · ···· е ···· ··· ····· ······ ·· ·
6. 6. Ротор на вятърен двигател съгласно претенция 1 до 5, характеризиращ се с това, че всяка лопатка (5) е изработена от здрав текстилен плат или синтетичен полимер.
7. 7. Ротор на вятърен двигател, съгласно претенции 1 до 6, характеризиращ се с това, че всяка тръбна мачта (3) е изработена от едно единствено тръбно тяло, захванато неподвижно в главината (1).
8. 8. Ротор на вятърен двигател съгласно претенции 1 до 7 , характеризиращ се с това, че участъкът (15), свързващ всяка напречна лира (9) и съседната й тръбна мачта (3) е един единствен и регулиращият елемент (12), изпълнен като въже, е захванат директно към съседната тръбна мачта (3).
9. 9. Ротор на вятърен двигател съгласно претенции 1 до 7 , характеризиращ се с това, че участъкът (15), свързващ всяка напречна лира (9) и съседната й тръбна мачта (3) е мултиплициран, като е повторен повече от един път, а отклонителите (14) са повече от два оформени и захванати съответно към напречната лира (9) и към съседната тръбна мачта (3).