RU221765U1 - Ротор ветряной турбины - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована в качестве ротора ветряной турбины в ветроэнергетических установках. Требуемый технический результат, который заключается в повышении защищенности устройства и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве роторов ветряных турбин, достигается в устройстве, содержащем лопасти с аэродинамическим профилем, закрепленные равномерно вокруг вертикального вала ротора с помощью кронштейнов, основания которых шарнирно закреплены на вертикальном валу ротора, который выполнен с возможностью перемещения внутри установленной на поверхности земли вертикальной защитной трубы. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована в качестве ротора ветряной турбины в ветроэнергетических установках.

Известна гидроэнергетическая установка [RU 2368797, С2, F03B 3/04, F03B 13/10, 27.09.2009], гидродинамический привод генератора которой выполненный в виде двух соосно расположенных винтов, выполненных с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, которое выполнено в виде дифференциального планетарного мультипликатора.

Недостатком устройства является его относительно высокая сложность и относительно низкий к.п.д.

Известен ротор ветряной турбины [RU 2354843, C1, F03B 3/06, 10.05.2009], включающий вертикально установленный вал ротора, имеющий первый фланец на одном конце и с возможностью вращения, опирающийся по меньшей мере на один подшипник, установленный на опорной раме, одинарный диск, установленный на валу ротора, множество направляющих ветер элементов, которые выполнены в диске, для направления ветра, попадающего на верхнюю и нижнюю поверхности диска, множество первых улавливающих ветер элементов, которые выполнены на верхней и нижней поверхностях диска в областях направляющих ветер элементов и служат для улавливания ветра, попадающего на верхнюю и нижнюю поверхности диска, и тем самым вращения вала ротора, множество вторых улавливающих ветер элементов, прикрепленных к валу ротора и диску и служащих для улавливания ветра, и тем самым вращения вала ротора, первый универсальный шарнир, на одном конце которого находится второй фланец для соединения с первым фланцем, а на другом конце которого выполнены внутренние шлицы, и вал воздушного винта, на одном конце которого выполнены наружные шлицы, входящие во внутренние шлицы первого универсального шарнира, а на другом конце которого находится третий фланец и второй универсальный шарнир.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая эффективность преобразования энергию ветра во вращательное движение вала (оси) ротора, поскольку используется только часть потока воздуха, попадающего на верхнюю и нижнюю поверхности горизонтально установленного диска. Кроме того, для улавливания воздуха используется множество направляющих элементов, которые выполнены в диске, что усложняет устройство. При этом используется лишь часть энергии потока воздуха, приходящаяся на малую часть направляющих ветер элементов, что существенно снижает к.п.д. устройства.

Кроме того, известен ротор ветряной турбины [RU 164885, U1, F03B 3/06, F03B 3/04, 12.05.2016], содержащий ось ротора и закрепленный на ней элемент преобразования потока воздуха во вращательное движение оси ротора, отражатель потока воздуха, установленный на оси ротора с возможностью свободного вращения на ней и выполненный в виде снабженного флюгером полого полуконуса, образованного делением усеченного прямого кругового конуса плоскостью вдоль его вертикальной оси, а элемент преобразования потока воздуха во вращательное движение оси ротора выполнен в виде аэродинамического ветроколеса, содержащего размещенные по окружности лопасти с единой комлевой нижней частью, закрепленной на оси ротора, причем, верхние кромки лопастей размещены непосредственно у большего основания полого полуконуса. Угол наклона образующей полуконуса преимущественно равен 45 градусам.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая эффективность преобразования энергию ветра во вращательное движение вала (оси) ротора, поскольку на элемент преобразования потока воздуха во вращательное движение оси ротора попадает только часть потока от отражателя потока воздуха, а при отражении происходит и потеря его энергии, что существенно снижает к.п.д. устройства.

Известно также ветроколесо [RU 1765493, A1, F03D 3/06, 30.09.1992], предназначенное для преобразования энергии ветра (потока воздуха) в энергию вращательного движения ротора ветроколеса, содержащего лопасти с аэродинамическим профилем, укрепленные под углом установки на кронштейнах, связанных с вертикальным валом, причем полости выполнены полыми с незамкнутым профилем, расположенным открытой полостью наружу, а каждая лопасть имеет угол установки 5-10°.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая эффективность преобразования энергии ветра во вращательное движение ротора ветроколеса, поскольку параметры лопастей ротора ветроколеса, число лопастей и конкретные характеристики их аэродинамического профиля не определены, что не позволяет выбрать их наилучшие (оптимальные параметры) и повысить эффективность преобразовании энергии ветра во вращательное движение ротора ветроколеса, и, тем самым, повысить к.п.д. устройства.

Близким по конструкции к предложенному является
ветряной двигатель с вращением вокруг вертикальной оси [RU 2294452, С1, F03D 3/00, 27.02.2007], который содержит ротор, способный вращаться под действием ветра вокруг своей вертикальной оси по отношению к горизонту, и поворотный вал, связанный с ротором с возможностью приведения его во вращательное движение этим ротором и приспособленный для передачи энергии, полученной от ветра этим ротором, который содержит корпус цилиндрической формы, полый внутри с вертикальными элементами, установленными по его боковой поверхности в вертикальной плоскости таким образом, чтобы ветер имел возможность привести в движение цилиндрический корпус, а также поворотный передаточный вал, с которым связан цилиндрический корпус, содержащий, по меньшей мере, один или несколько цилиндрических элементов, установленных друг над другом и снабженный вертикальными элементами, расположенными по боковой поверхности цилиндрических элементов в вертикальной плоскости с возможностью образования упорядоченного ряда, причем вертикальные элементы каждого последующего цилиндрического элемента образуют последующий ряд вертикальных элементов, размещенных строго над вертикальными элементами предыдущего ряда, каждый цилиндрический элемент цилиндрического корпуса ротора выполнен в виде полого внутри барабана с вертикальными элементами, установленными на боковой поверхности и выполненными в виде лопастей, конструктивно представляющих собой части цилиндрических поверхностей, расположенных выпуклостью по ходу вращения ротора, при этом двигатель снабжен направляющим воздушный поток аппаратом-статором, имеющим, по меньшей мере, одну или несколько секций, установленных одна над другой, в каждой из которых размещен один цилиндрический элемент ротора и каждая из которых содержит круглые жесткие верхнее и нижнее основания, между которыми установлены лопатки с образованием упорядоченного ряда, причем лопатки каждой последующей секции статора образуют последующий ряд лопаток, размещенных над предыдущим рядом лопаток предыдущей секции статора, кроме того, каждая из лопаток конструктивно представляет собой часть цилиндрической поверхности радиуса кривизны больше, чем радиус кривизны лопастей, лопатки установлены выпуклостью по ходу вращения ротора, а количество лопаток каждой секции статора в два раза больше количества лопастей каждого цилиндрического элемента ротора, и шаг расположения последних в два раза меньше шага расположения лопаток, которые расположены через одну лопасть ротора.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая надежность в условиях возможного шквалистого ветра, ураганов тайфунов и других стихийных бедствий, при которых чрезмерное увеличение скорости ветра, его шквальность и порывистость может привести к разрушению ротора и связанных с ним конструктивных элементов.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является ротор ветряной турбины [RU 180159, U1, F03D 3/00, 05.06.2018], содержащий лопасти с аэродинамическим профилем, закрепленные равномерно на вертикальном валу ротора на одинаковых расстояниях от него с помощью кронштейнов, причем полости лопастей с аэродинамическим профилем обращены открытой частью наружу, при этом, число лопастей с аэродинамическим профилем равно девяти, а их аэродинамический профиль имеет в плане форму дуги, переходящую у внешнего края профиля в короткий полузагиб в сторону вогнутой части лопасти, каждая из которых укреплена на кронштейне на расстоянии 2000 мм от вертикального вала ротора, имеет длину 6000 мм и ширину 400 мм, при этом максимальное отклонение дугообразной части профиля от его горизонтальной оси составляет 50 мм, а длина короткого полузагиба в сторону вогнутой части лопасти составляет 20 мм.

Особенностью устройств является то, что, лопасти могут быть выполнены из алюминия, а их толщина лопастей составляет 4 мм.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность в условиях возможного шквалистого ветра, ураганов тайфунов и других стихийных бедствий, при которых чрезмерное увеличение скорости ветра, его шквальность и порывистость может привести к разрушению ротора и связанных с ним конструктивных элементов.

Задача, которая решается в полезной модели, направлена на создание ротора ветряной турбины, обладающего повышенной надежностью конструкции при работе в условиях возможного шквалистого ветра, ураганов тайфунов и других стихийных бедствий, при которых чрезмерное увеличение скорости ветра, его шквальность и порывистость может привести к разрушению ротора и связанных с ним конструктивных элементов.

Требуемый технический результат заключается в повышении надежности с одновременным расширением арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве ротора ветряной турбины.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в роторе ветряной турбины, который содержит лопасти с аэродинамическим профилем, закрепленные с помощью кронштейнов равномерно вокруг вертикального вала ротора, согласно полезной модели, основания кронштейнов шарнирно закреплены на вертикальном валу ротора, выполненного с возможностью перемещения внутри установленной на поверхности земли вертикальной защитной трубы.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что кронштейны закреплены на двух фиксированных уровнях по длине лопастей.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что внутренний диаметр вертикальной защитной трубы соответствует диаметру вала со сложенными вокруг него лопастями с аэродинамическим профилем.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что используют от 7 до 24 лопастей с аэродинамическим профилем.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - общий вид ротора ветряной турбины в развернутом состоянии (при использовании двух групп кронштейнов) совместно с защитной вертикальной трубой и средствами преобразования энергии вращения ротора;

на фиг. 2 - общий вид ротора ветряной турбины в частично свернутом состоянии;

на фиг. 3 - общий вид ротора ветряной турбины в свернутом состоянии;

на фиг. 4 - на фиг. 1 - общий вид ротора ветряной турбины в свернутом состоянии и размещенном в защитной вертикальной трубе.

На чертеже обозначены:

1 - ротор ветряной турбины;

2 - лопасти с аэродинамическим профилем;

3 - кронштейны;

4 - вал ротора ветряной турбины

5 - вертикальная защитная труба;

6 - средства преобразования энергии вращения ротора.

Ротор 1 ветряной турбины содержит вертикальный вал 4 ротора и лопасти 2 с аэродинамическим профилем, закрепленные равномерно вокруг вертикального вала 1 ротора на одинаковых расстояниях от него с помощью кронштейнов 3, на концах которых закреплены лопасти 2 с аэродинамическим профилем.

Кроме того, в роторе ветряной турбины основания кронштейнов 3 закреплены шарнирно на валу 4 ротора. Вал 4 ротора выполнен с возможностью перемещения внутри установленной на поверхности земли вертикальной защитной трубы.

В частном случае выполнения устройства на валу 4 может быть закреплено нескольких групп кронштейнов 3. В наиболее распространенном случае число групп равно двум (фиг. 1-3).

Ротор ветряной турбины работает следующим образом.

Поток атмосферного воздуха поступает на лопасти 2 с аэродинамическим профилем и, как следствие, энергия потока воздуха непосредственно преобразуется во вращательное движение вала 1 ротора. Вал 1 может быть осью генератора электрической энергии или иного преобразователя энергии. Оптимальное число лопастей 2 с аэродинамическим профилем от 7 до 24 в зависимости от требуемой мощности ветряной турбины. При этом меньшее число лопастей существенно снижает мощность ветроустановки, а использование большего числа лопастей не приводит к существенному увеличению мощности, вследствие взаимовлияния лопастей (возникающих мешающих потоков воздуха) при работе, но требует существенного увеличения материалоемкости.

При работе в обычных условиях (фиг. 1) происходи вращение вала ротора и соответствующее преобразование энергии вращения в требуемый вид энергии для использования в хозяйственной деятельности человека.

При работе в условиях возможного шквалистого ветра, ураганов тайфунов и других стихийных бедствий, при которых чрезмерное увеличение скорости ветра, его шквальность и порывистость может привести к разрушению ротора и связанных с ним конструктивных элементов, вал ротора перемещают в вертикальной защитной трубе, что, в свою очередь, приводит к частичному (фиг. 2) или полному (фиг. 3) свертыванию лопастей 2 и существенному уменьшению парусности устройства. Управление положением вала быть ручным или автоматическим. При автоматическом управлении может быть использован датчик вращения вала, который при превышении максимально допустимой скорости вращения включает привод вала для аварийного свертывания ротора. Этим самым обеспечивается сохранность устройства в чрезвычайных обстоятельствах.

Кроме того, при необходимости ротор ветряной турбины может быть полностью размещен в вертикальной защитной трубе 5. Это обеспечит его полную защищенность от разрушений и поломок.

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении защищенности устройства для преобразования энергии ветра во вращательное движение вала ротора и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве роторов ветряных турбин.

Claims (4)

1. Ротор ветряной турбины, содержащий лопасти с аэродинамическим профилем, закрепленные равномерно вокруг вертикального вала ротора с помощью кронштейнов, отличающийся тем, что основания кронштейнов шарнирно закреплены на вертикальном валу ротора, который выполнен с возможностью перемещения внутри установленной на поверхности земли вертикальной защитной трубы.

2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что кронштейны закреплены на двух фиксированных уровнях по длине лопастей.

3. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что внутренний диаметр вертикальной защитной трубы соответствует диаметру вала со сложенными вокруг него лопастями с аэродинамическим профилем.

4. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что используют от 7 до 24 лопастей с аэродинамическим профилем.