RU169504U1

RU169504U1 - Ветроустановка

Info

Publication number: RU169504U1
Application number: RU2016135382U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Стрелецкий; Елена Александровна Гейдт; Анатолий Геннадьевич Санников
Original assignee: Александр Николаевич Стрелецкий; Елена Александровна Гейдт; Анатолий Геннадьевич Санников
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2017-03-21

Abstract

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам для преобразования энергии ветра в полезную механическую энергию. Ветроустановка состоит из вертикальной опоры со смонтированным на ней по крайней мере одним средством, воспринимающим поток ветра, выполненным в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°. Ветроустановка имеет второе, третье и четвертое средства, воспринимающие поток ветра, смонтированные относительно первого средства под углом 40°-50°, 85°-95° и 130°-140° соответственно на одном уровне с первым средством, воспринимающим поток ветра, причем лопасти первого и третьего средств смонтированы на поворотной оси таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти под напором ветра площадь лопасти над поворотной осью составляет 90-100% от общей площади лопасти, а лопасти второго и четвертого средств смонтированы на поворотной оси таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти под напором ветра площадь лопасти под поворотной осью составляет 90-100% от общей площади лопасти. Полезная модель направлена на повышение мощности ветроустановки. 3 ил.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам для преобразования энергии ветра в полезную механическую энергию, в частности к конструкциям ветряных двигателей с осью вращения ротора, перпендикулярной воздушному потоку, входящему в ротор, и может быть использована для выработки электроэнергии в отдаленной от электрических сетей местности или в качестве привода к различным механическим устройствам.

Уровень техники

Известен ветродвигатель, описанный в патенте на изобретение Российской Федерации №2119094, опубл. 20.09.1998 г. Ветродвигатель содержит рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на котором установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенного с осью поворота лопасти. Признаком, совпадающим с заявляемой полезной моделью, является наличие рабочего колеса с вертикальной осью вращения, на котором установлены лопасти.

Указанная конструкция является достаточно сложной, а связь между флюгером и механизмом поворота лопасти постоянно нагружена, что можно отнести к недостаткам известной конструкции.

Известен ветроагрегат, описанный в патенте на изобретение Российской Федерации №2193688, опубл. 27.11.2002 г. Ветроагрегат содержит рабочее колесо с вертикальной осью вращения, на которой установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей лопасти, имеющие индивидуальный механизм поворота, выполненный в виде флюгера, кинематически соединенного с осью поворота лопасти, причем верхний конец каждой лопасти выполнен с возможностью отклонения в плоскости лопасти симметрично относительно вертикальной оси на расстояние не более В/5,27, где В - максимальное значение ширины лопасти. Каждый флюгер кинематически соединен с осью поворота лопасти посредством механизма разгрузки, который выполнен в виде предохранительной муфты. Признаком, совпадающим с заявляемой полезной моделью, является наличие рабочего колеса с вертикальной осью вращения, на котором установлены лопасти.

Известная конструкция ветроагрегата является достаточно сложной, а связь между флюгером и механизмом поворота лопасти постоянно нагружена, что можно отнести к недостаткам известной конструкции.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является ветроустановка, описанная в патенте на изобретение Российской Федерации №2295649, опубл. 20.03.2007 г. Ветроустановка состоит из вертикальной опоры со смонтированным на ней по крайней мере одним средством, воспринимающим поток ветра, редуктора и генератора, средство, воспринимающее поток ветра, выполнено в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°, а каждое последующее средство смонтировано на вертикальной опоре под углом в 90° по отношению к другому, при этом каждое средство, воспринимающее поток ветра, снабжено ограничителем поворота, выполненным в виде жестко смонтированного на горизонтальной оси каждого средства рычага, контактно связанного с вертикальной опорой ветроустановки. Признаком, совпадающим с заявляемой полезной моделью, является наличие вертикальной опоры со смонтированным на ней по крайней мере одним средством, воспринимающим поток ветра, редуктора и генератора, средство, воспринимающее поток ветра, выполнено в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°.

Недостатком данного устройства является резко возрастающая, цикличная, не сбалансированная нагрузка. Восприятие ветровой нагрузки лопастями за один оборот устройства осуществляется четырьмя циклами, т.е. одномоментно рабочими являются 25% лопастей ветроустановки, далее после рабочего периода следует длительная пауза в

оборота. Такая работа устройства вызывает сильные вибрации, что снижает надежность и долговечность работы устройства.

Задачей заявляемого технического решения является оптимизация, совершенствование и улучшение показателей ветроустановки

Раскрытие сущности полезной модели

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности и долговечности ветроустановки за счет обеспечения плавного и равномерного вращения вертикальной опоры ветроустановки, также техническим результатом является увеличение мощности устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что ветроустановка состоит из вертикальной опоры со смонтированным на ней по крайней мере одним средством, воспринимающим поток ветра, выполненным в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°, также имеет второе, третье и четвертое средства, воспринимающие поток ветра, смонтированные относительно первого средства под углом 40°-50°, 85°-95° и 130°-140° соответственно на одном уровне с первым средством, воспринимающим поток ветра, причем лопасти первого и третьего средств смонтированы на поворотной оси таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти под напором ветра площадь лопасти над поворотной осью составляет 90-100% от общей площади лопасти, а лопасти второго и четвертого средств смонтированы на поворотной оси таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти под напором ветра площадь лопасти под поворотной осью составляет 90-100% от общей площади лопасти; и/или что оси средств в зоне пересечения имеют радиусный изгиб по форме секции окружности, выполняющий функцию противовеса; и/или проекция внешних торцов горизонтально ориентированных лопастей одной секции на горизонтальную плоскость образует окружность; и/или все средства, воспринимающие поток ветра и смонтированные на одном уровне, образуют секцию, причем каждая последующая секция смонтирована на вертикальной опоре под углом в 20°-25° или 40°-50° по отношению к предыдущей секции.

Заявляемая ветроустановка обладает новизной, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Заявляемая полезная модель может найти широкое применение во многих отраслях промышленности и народного хозяйства для выработки электроэнергии в отдаленной от линий электропередач местности.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых представлено:

Фиг. 1 - вид ветроустановки;

Фиг. 2 - вид сверху на секцию ветроустановки;

Фиг. 3 - узел пересечения осей.

Ветроустановка в примере исполнения состоит из сборной поворотной опоры 5 и основания 6. Ветроустановка имеет средства 1, 2, 3, 4, воспринимающие поток ветра. Каждое из средств 1, 3 выполнено в виде двух лопастей 7 и 8, каждое из средств 2, 4 выполнено в виде двух лопастей 9 и 10. Лопасти одного средства жестко связаны друг с другом и смонтированы на одной горизонтально расположенной поворотной оси 11 по разные стороны от вертикальной поворотной опоры 5 ветроустановки, причем лопасти 7 и 8, 9 и 10 одного средства 1, 2, 3, 4 смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°. Каждая лопасть 7, 8, 9, 10 может быть снабжена упором. Проекция внешних торцов горизонтально ориентированных лопастей 7, 8, 9, 10 одной секции 12 на горизонтальную плоскость образует окружность, это снижает сопротивление лопасти 7, 8, 9, 10 при ее движении в горизонтальном положении. На Фиг. 2 представлен вид сверху на секцию установки, где четыре лопасти находятся в горизонтальном положении, а четыре противоположные - в вертикальном (образы вертикально расположенных лопастей изображены штриховыми линиями так, если бы эти лопасти находились в горизонтальном положении). Лопасти 7 и 8 смонтированы на поворотной оси 11 таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти под напором ветра площадь лопасти над поворотной осью составляет 90-100% от общей площади лопасти, а лопасти 9 и 10 смонтированы на поворотной оси 11 таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти под напором ветра площадь лопасти под поворотной осью составляет 90-100% от общей площади лопасти, оси 11 средств 1, 2, 3, 4 в зоне пересечения имеют радиусный изгиб 13 по форме секции окружности, выполняющий функцию противовеса, таким образом достигается стабилизация и балансировка лопасти.

Каждая секция 12 состоит из четырех средств 1, 2, 3, 4, воспринимающих поток ветра, смонтированных относительно первого средства под углом 40°-50°, 85°-95° и 130°-140° соответственно. Такое расположение обеспечивается узлом (фиг. 3), где оси (валы) 11 средств 1, 2, 3, 4 в зоне пересечения имеют радиусный изгиб 13 по форме секции окружности, радиусы изгибов 13 отличаются для обеспечения возможности вращения, а центры радиусных изгибов осей 11 одной секции 12 совмещены.

По высоте опоры может быть смонтировано несколько секций 12, воспринимающих поток ветра. Каждая последующая секция 12 смонтирована на вертикальной опоре 5 под углом в 20°-25° или 40°-50° по отношению к предыдущей секции. Каждая секция 12 имеет опору, являющуюся частью сборной поворотной опоры, и фланец 14, на фланце 14 по окружности выполнено 16 крепежных отверстий 15, позволяющих устанавливать секции 12 под заданными углами.

В нижней части поворотной опоры может быть смонтирован привод с мультипликатором и генератором. Также привод с мультипликатором может обеспечивать работоспособность аэродинамической сушильной камеры. В центре опорного подшипника поворотной опоры может быть установлен вал, связанный при помощи фланца с опорой. На валу может быть закреплена кулиса для снятия механических усилий и их передачи различным устройствам, например водяному насосу.

Предлагаемая ветроустановка работает следующим образом.

В исходном положении при отсутствии ветра лопасти каждого средства, воспринимающего поток ветра, со спаренными лопастями по отношению к вертикальной опоре находятся под углом примерно в 45 градусов.

При напоре ветра и его воздействии на поверхности лопастей средства, воспринимающего поток, каждая из лопастей стремится отклониться под напором ветра по направлению потока ветра. При этом одна, например левая, лопасть, поворачиваясь относительно горизонтальной оси, воспринимает поток ветра с увеличением поверхности восприятия потока, а правая лопасть за это же время под напором ветра устанавливается в горизонтальное положение и не воспринимает поток ветра и не оказывает сопротивления повороту опоры ветроустановки. При установившемся напоре потока ветра на лопасти средства, воспринимающего поток, каждый раз левая лопасть устанавливается во фронтальной плоскости и максимально воспринимает поток ветра, а правая лопасть отклоняется назад и устанавливается в горизонтальной плоскости. Причем в рабочую фазу (когда лопасть находится в вертикальной плоскости и воспринимает максимальную ветровую нагрузку) у нечетных средств лопасти отклонятся под напором ветра вверх относительно оси, а у четных средств лопасти отклонятся под напором ветра вниз относительно оси. Напор ветра, воздействуя на левую лопасть средства, начинает ее поворачивать относительно вертикальной оси вращения. Как только правая лопасть установится напротив вертикальной оси опоры, ее плоскость из горизонтального положения по мере поворота последовательно переходит по отношению к поворотной опоре ветроустановки сначала под углом в 45° и далее, постепенно поворачиваясь, переходит на левую сторону ветроустановки и начинает воспринимать поток с увеличением поверхности восприятия ветрового потока, а плоскость, которая была с левой стороны опоры, также постепенно по мере поворота вертикальной опоры ветроустановки поворачивается на другую сторону опоры и переходит в горизонтальное положение в горизонтальную плоскость с минимальным сопротивлением вращению опоры и потоку ветра. Так как одна секция содержит четыре средства, воспринимающих поток ветра, то каждая из лопастей последовательно проходит весь цикл отклонения с вращением. В то время как воспринимающая лопасть первого средства находится в рабочем положении, следующая лопасть следующего средства (располагающаяся под указанным углом) уже начинает частично воспринимать ветровой поток и нагрузка на действующую лопасть снижается пропорционально возрастанию нагрузки на последующую лопасть. Причем, так как лопасти смонтированы через одну вверх-вниз, последующая лопасть не создает помех ветру и не загораживает рабочую лопасть предыдущего средства. При этом также работают лопасти соседних секций, сдвинутых относительно друг друга, таким образом чтобы моменты максимального восприятия ветра лопастями двух соседних секций не совпадали по времени. Такая конструкция обеспечивает равномерность работы, отсутствие скачков скорости вращения, скачков мощности из-за того, что одномоментно в вертикальном положении находится только не более 12,5% лопастей (при установке только одной секции) или 6, 25% при установке двух секций и т.д., но при этом за каждый оборот ветровой поток воспринимает большее количество лопастей, что приводит к увеличению мощности ветроустановки.

Claims

1. Ветроустановка, состоящая из вертикальной опоры со смонтированным на ней по крайней мере одним средством, воспринимающим поток ветра, выполненным в виде двух лопастей, жестко связанных друг с другом и смонтированных на одной горизонтально расположенной поворотной оси по разные стороны от вертикальной опоры ветроустановки, причем лопасти одного средства смонтированы по отношению друг к другу под углом в 85°-95°, отличающаяся тем, что имеет второе, третье и четвертое средства, воспринимающие поток ветра, смонтированные относительно первого средства под углом 40°-50°, 85°-95° и 130°-140° соответственно на одном уровне с первым средством, воспринимающим поток ветра, причем лопасти первого и третьего средств смонтированы на поворотной оси таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти под напором ветра площадь лопасти над поворотной осью составляет 90-100% от общей площади лопасти, а лопасти второго и четвертого средств смонтированы на поворотной оси таким образом, что при вертикальной ориентации лопасти под напором ветра площадь лопасти под поворотной осью составляет 90-100% от общей площади лопасти.

2. Ветроустановка по п. 1, отличающаяся тем, что оси средств в зоне пересечения имеют радиусный изгиб по форме секции окружности, выполняющий функцию противовеса.

3. Ветроустановка по п. 1, отличающаяся тем, что проекция внешних торцов горизонтально ориентированных лопастей одной секции на горизонтальную плоскость образует окружность.

4. Ветроустановка по п. 1, отличающаяся тем, что все средства, воспринимающие поток ветра и смонтированные на одном уровне, образуют секцию, причем каждая последующая секция смонтирована на вертикальной опоре под углом в 20°-25° или 40°-50° по отношению к предыдущей секции.