RU17581U1 - Ветроколесо - Google Patents

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована в ветроэнергетических установках (ВЭУ) с вертикальной осью вращения,

Ветроколесо содержит вертикальный вал 1, закрепленные на нем радиальные траверсы 2 с шарнирно установленными лопастями 3 и противовесами 5 на пилонах 4. Оно снабжено профилированным кулачком 6, установленным на траверсах с возможностью перемещения по направляющим 7 и соединенным с пружиной 8, а также снабжено упругим элементом 9, один конец которого закреплен на пилоне, а другой конец размещен между профилированными поверхностями кулачка.

Предлагаемое ветроколесо обеспечивая самозапуск, увеличивая коэффициент использования энергии ветра на номинальном режиме и ограничение оборотов вала при сильных ветрах, имеет более простую конструкцию и большую надежность.

РЕФЕРАТ

Ветроколесо

Description

lltlllllTl ilrii inn II. - i щ

0 1 г Й

М. Кл F03D3/06 Ветроколесо

Предлагаемая полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована в ветроэнергетических установках (ВЭУ) с вертикальной осью вращения как источник энергии

В работе ВЭУ можно выделить три режима: запуск, номинальный и максимальный режимы. Желательно, чтобы конструкция ВЭУ обеспечивала оптимальные эксплуатационные характеристики на всех режимах: на режиме запуска- самозапуск, на номинальном режиме- максимальный коэффициент использования энергии ветра, на максимальном режиме- ограничение оборотов вала ВЭУ при сильных ветрах.

Известно ветроколесо (Патент США N 4718821, кл. F 03D 7/06, опубл. 1988.), содержащее шарнирно закрепленные на траверсах лопасти и механизмы поддержания постоянной скорости вращения вала, состоящие из грузов на передних кромках лопастей и пружин, связывающих каждую лопасть с соответствующей траверсой.

Однако указанная конструкция не обеспечивает самозапуск электродвигателя и высокую эффективность на номинальном режиме, так как на этих режимах лопасти неподвижны относительно их точек подвески.

Кроме того, известно ветроколесо (Патент РФ N 2024782, Ветроколесо, зарегистр. 15 декабря 1994), которое является прототипом предлагаемой полезной модели, содержащее вертикальный вал, закрепленные на нем радиальные траверсы с шарнирно установленными подпружиненными лопастями и противовесы, причем вал снабжен шарнирно связанными между собой пилонами с кронштейнами, а траверсы- упорами, при этом пилоны расположены на лопастях, кронштейны шарнирно связаны с траверсами и установлены с возможностью взаимодействия с упорами, концы пружин соединены соответственно с пилонами в зоне задних кромок лопастей одними концами кронштейнов, а на других концах кронштейнов размещены противовесы

Однако указанное ветроколесо имеет сложную конструкцию и низкую надежность

Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности ветроколеса.

Поставленная задача достигается тем, что ветроколесо, содержащее вертикальный вал, закрепленные на нем радиальные траверсы с шарнирно установленными лопастями и противовесами на пилонах, снабжено профилированным кулачком, установленным на траверсах с возможностью перемещения по направляющим и соединенным с пружиной, а

также снабжено упругим элементом, один конец которого закреплен на пилоне, а другой конец размещен между профилированными поверхностями кулачка.

На фиг. 1 приведен общий вид ветроколеса; на фиг 2- схема узла навески лопастей, на фиг. 3- схема сил, поясняющая работу ветроколеса; на фиг. 4- характеристики ветроколеса, пол5 енные на модели в аэродинамической трубе.

Ветроколесо (фиг. 1,2) содержит вертикальный вал 1, жестко прикрепленные к нему траверсы 2, на концах которых шарнирно подвешены лопасти 3 с пилонами 4 и противовесами 5. На траверсе размещен профилированный кулачок 6, передвигающийся по направляющим 7 и соединенный с пружиной 8. Упругий элемент 9 жестко закреплен одним концом с пилоном 4, а другой конец размещен между профилированными поверхностями кулачка 6.

Ветроколесо работает следующим образом.

Нри нулевой и малой угловых скоростях вращения вала 1 центробежные силы малы и лопасть 3 под действием аэродинамической силы Ra вращается вокруг оси а (фиг. 2). При этом в наветренной области лопасти отклоняются хвостиками внутрь ометаемого цилиндра на угол, ограниченный касанием упругого элемента 9 о профилированные поверхности кулачка 6, а в заветренной стороне- наружу (см. фиг. 3) за счет чего сила Ra дает положительную проекцию Т на перпендикулярное к оси траверсы направление, создается вращающий момент, обеспечивающий самозапуск и раскрутку ветроколеса до номинальных угловых скоростей.

На номинальном режиме ветроколесо работает следующим образом: под действием центробежных сил лопасти 3 устанавливаются под оптимальным углом, а под действием аэродинамических сил, не касаясь упругим элементом 9 профилированных поверхностей кулачка 6, совершают малые колебания относительно этого угла, что повышает коэффициент исполмования энергии ветра

При увеличении скорости ветра и угловой скорости вала I выше заданного значения центробежная сила, действующая на профилированный кулачок 6, растягивает пружину 8 и кулачок 6, двигаясь по направляющим 7 к лопасти 3, воздействует на упрзтий элемент 9 и отклоняет лопасть от оптимальных углов. Это приводит к ограничению вращающего момента и угловой скорости вала 1 ветроколеса.

Эксперименты, проведенные на модели ветроколеса аэродинамической трубе, подтвердили наличие устойчивого самозапуска при малых скоростях ветра (фиг. 4) и возможность автоматического ограничения оборотов при больших скоростях ветра Эксперименты также показали, что шарнирная подвеска лопастей обеспечивает

максимальный коэффициент использования энергии ветра 0.42 по сравнению с 0.33 на той же модели при жестком креплении лопастей.

Таким образом, ветроколесо, как и прототип, обеспечивает самозапуск и 01раничение оборотов вала при больших скоростях ветра, имеет высокий коэффициент использования энергии ветра и отличается по сравнению с прототипом простотой конструкции и более высокой надежностью.

Проректор НГТУ по науч

профессорт/: ::1 тс- ВИ.Денисов

Claims (1)

1. Ветроколесо, содержащее вертикальный вал, закрепленные на нем радиальные траверсы с шарнирно установленными лопастями и противовесами на пилонах, отличающееся тем, что оно снабжено профилированным кулачком, установленным на траверсах с возможностью перемещения по направляющим и соединенным с пружиной, а также снабжено упругим элементом, один конец которого закреплен на пилоне, а другой конец размещен между профилированными поверхностями кулачка.