RU2349793C2 - Способ формирования ветродвигателя - Google Patents

Способ формирования ветродвигателя Download PDF

Info

Publication number
RU2349793C2
RU2349793C2 RU2006119897/06A RU2006119897A RU2349793C2 RU 2349793 C2 RU2349793 C2 RU 2349793C2 RU 2006119897/06 A RU2006119897/06 A RU 2006119897/06A RU 2006119897 A RU2006119897 A RU 2006119897A RU 2349793 C2 RU2349793 C2 RU 2349793C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blades
wind
rotation
vanes
windwheel
Prior art date
Application number
RU2006119897/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006119897A (ru
Inventor
Анатолий Иванович Кирилюк (RU)
Анатолий Иванович Кирилюк
Любовь Ивановна Кирилюк (RU)
Любовь Ивановна Кирилюк
Владислав Анатольевич Кирилюк (RU)
Владислав Анатольевич Кирилюк
Original Assignee
Анатолий Иванович Кирилюк
Любовь Ивановна Кирилюк
Владислав Анатольевич Кирилюк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Иванович Кирилюк, Любовь Ивановна Кирилюк, Владислав Анатольевич Кирилюк filed Critical Анатолий Иванович Кирилюк
Priority to RU2006119897/06A priority Critical patent/RU2349793C2/ru
Publication of RU2006119897A publication Critical patent/RU2006119897A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2349793C2 publication Critical patent/RU2349793C2/ru

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии потока во вращательное движение исполнительного механизма. Способ формирования ветродвигателя заключается в том, что лопасти ветродвигателя выполняют с изменяемой геометрией по отношению к ветровому напору по обе стороны от оси вращения ветроколеса и обеспечивают за счет изменения аэродинамического сопротивления крутящий момент, причем лопасти одной стороны ветроколеса располагают параллельно плоскости его вращения с минимальным аэродинамическим сопротивлением, а лопасти другой стороны ветроколеса в этот же момент располагают перпендикулярно плоскости его вращения с максимальным аэродинамическим сопротивлением, создавая наибольший крутящий момент относительно оси вращения ветроколеса, и обеспечивают разворот лопастей ветроколеса на 90° при переходе лопастей с одной стороны ветроколеса относительно оси его вращения на другую устройством разворота лопастей, которое снабжают ориентирующим его по отношению к ветровому потоку следящим устройством, например флюгером, и выполняют в виде барабана с направляющими, с которыми взаимодействуют пальцы кулачков, укрепленных на валах жестких лопастей, причем барабан жестко соединяют с валом, расположенным в подшипниках внутри пустотелого вала, передающего крутящий момент. Использование изобретения обеспечит улучшение технических характеристик ветроэнергетических установок. 3 ил.

Description

Техническое решение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в других областях техники, где необходимо преобразовать энергию поступательного движения газового или жидкостного потока во вращательное движение исполнительного механизма с вертикальной или горизонтальной осью вращения.
Известен ветродвигатель по патенту RU 2118702 C1, F03D 3/00, который обладает недостатками, а именно (см. материалы патента RU 2118702 C1, F03D 3/00):
- лопасти 3 в представленном на фиг.2 положении передают максимальный крутящий момент на вал ротора 4 только в этот момент, т. к. левая лопасть 3 имеет максимальное аэродинамическое сопротивление, а правая лопасть ветроколеса - минимальное аэродинамическое сопротивление. Так как лопасти 3 выходных валов 6 жестко связаны задающей кинематической передачей 7 с валом 5 соотношением один к двум (1/2), то при повороте вала ротора 4 на угол α лопасть 3 повернется на угол β=0,5α. Силовой ветровой напор на лопасть в этом случае определяют по формуле
Р=ρScosαcosβ,
где ρ - плотность воздуха,
S - площадь лопасти,
α - угол поворота ветроколеса,
β - угол наклона лопасти к ветровому напору.
Для уменьшения аэродинамического сопротивления лопасти от максимального до минимального ей необходимо повернуться на 90°, а ветроколесу - на 180°. Этому условию отвечают только две лопасти и только в один момент, зафиксированный на фиг.2 (RU 2118702 C1, F03D 3/00).
Для создания минимального аэродинамического сопротивления лопастей с одной стороны от оси вращения ветроколеса они должны находиться в плоскости его вращения или в параллельной плоскости и занимать минимальный "секущий объем " (т.е. минимальное пространство при своем движении), а каждая лопасть, находящаяся в данный момент по другую сторону от оси вращения ветроколеса, должна находиться в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения ветроколеса, и занимать максимальный "секущий объем" при своем движении.
Указанная формула взаимодействия лопастей модуля ветроколеса (RU 2118702 C1, F03D 3/00) не позволяет всем лопастям, находящимся по разные стороны от оси его вращения, занимать положение с минимальным и максимальным аэродинамическим сопротивлением, так как лопасти выходных валов жестко связаны задающей кинематической передачей.
Устройство ветродвигателя в соответствии с формулой изобретения к патенту RU 2118702 C1, F03D 3/00 обладает следующими недостатками:
- согласно кинематике устройства лопасти ветродвигателя совершают вращательные движения и должны иметь одинаковое аэродинамическое сопротивление при обдувании как с одной, так и с другой стороны и поэтому должны быть обязательно симметричного профиля, что является конструктивным ограничением;
- повышение мощности и динамичности работы ветродвигателя за счет использования модулей (увеличения числа модулей) приводит к усложнению конструкции и к увеличению габаритов ветродвигателя в высоту;
- только горизонтальное расположение осей лопастей ветроколеса снижает эффективность работы ветродвигателя в связи с тем, что стабильные ветровые нагрузки потоков воздуха располагаются выше 10÷15 метров от поверхности земли, а расположение ветроколеса в вертикальной плоскости позволяет эффективно использовать верхние потоки воздуха лопастями выше оси его вращения, с максимальным аэродинамическим сопротивлением, а лопастями ниже оси вращения ветроколеса - с минимальным аэродинамическим сопротивлением, и, таким образом, получить больший крутящий момент и мощность ветродвигателя без увеличения высоты плоскости, параллельной плоскости его вращения, а все остальные лопасти, находящиеся по другую сторону от оси вращения ветроколеса, невозможно зафиксировать в положениях, перпендикулярных плоскости вращения ветроколеса.
Известен также ветродвигатель по патенту SU 11883 A, F03D 3/00, у которого все лопасти, находящиеся по одну сторону от оси вращения ветроколеса, располагаются с наименьшим аэродинамическим сопротивлением, а все лопасти, находящиеся по другую сторону от оси вращения ветроколеса, располагаются с наибольшим аэродинамическим сопротивлением, однако устройство по данному техническому решению обладает следующими недостатками:
- два параллельно выполненных за одно целое кольца Г и Д, снабженных диаметрально противоположными выемками О, причем кольцо Г укреплено неподвижно на стержне Н, а кольцо Д на опорах Е. Такое конструктивное решение вынуждает поворачивать всю конструкцию ветроколеса и ориентировать ее в зависимости от направления ветрового потока и применять дополнительные поворотные устройства;
- согласно кинематике устройства лопасти ветродвигателя совершают вращательные движения и должны иметь одинаковое аэродинамическое сопротивление при обдувании как с одной, так и с другой стороны и поэтому должны быть обязательно симметричного профиля, что является конструктивным ограничением, кроме того, невыполнение условия симметричности лопастей приведет к неравномерному износу ползунов В и нестабильности передаваемого крутящего момента из-за разности аэродинамического сопротивления лопасти при различных ее положениях;
- для удержания лопастей в требуемом положении с минимальными усилиями необходимо увеличение поперечного (квадратного) сечения ползуна В, для создания минимального удельного давления поверхности ползуна В на кольца Г, Д и для обеспечения долговечности поверхностей трения, что ведет к увеличению материалоемкости устройства, а увеличение поперечного сечения ползуна В ведет к повышенным динамическим нагрузкам на лопасть при ее повороте, так как в выемках О увеличенный ползун В будет поворачиваться с большей диагональю;
- ползун В выполнен квадратного сечения для фиксации лопасти, что не позволяет заменить паразитное трение скольжения на трение качения и тем самым уменьшить потери движущего момента ветродвигателя, уменьшить износ колец Г и Д и увеличить долговечность конструкции;
- для поворота лопастей используются крылатки Б, которые обладают теми же недостатками, что и ползуны В - это наличие поверхностей скольжения вместо поверхностей качения, необходимость увеличения размеров крылатки для уменьшения удельного давления и уменьшения за счет этого износа контактирующих поверхностей крылатки Б и кулаков М;
- для выполнения функций удержания лопастей в определенном положении по отношению к ветровому напору и поворота лопастей на 90° используются два устройства вместо одного (устройство удержания лопастей в определенном положении - кольца Г, Д и ползун В, второе устройство - поворот лопастей на 90° - крылатка Б и кулаки М ),
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении эффективности работы ветродвигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования ветродвигателя, заключающемся в том, что лопасти ветродвигателя выполняют с изменяемой геометрией по отношению к ветровому напору по обе стороны от оси вращения ветроколеса и обеспечивают за счет изменения аэродинамического сопротивления крутящий момент, причем лопасти одной стороны ветроколеса располагают параллельно плоскости его вращения с минимальным аэродинамическим сопротивлением, а лопасти другой стороны ветроколеса в этот же момент располагают перпендикулярно плоскости его вращения с максимальным аэродинамическим сопротивлением, создавая наибольший крутящий момент относительно оси вращения ветроколеса, и обеспечивают разворот лопастей ветроколеса на 90° при переходе лопастей с одной стороны ветроколеса относительно оси его вращения на другую устройством разворота лопастей, при этом устройство разворота лопастей снабжают ориентирующим его по отношению к ветровому потоку следящим устройством, например флюгером, и выполняют в виде барабана с направляющими, с которыми взаимодействуют пальцы кулачков, укрепленных на валах жестких лопастей, причем барабан жестко соединяют с валом, расположенным в подшипниках внутри пустотелого вала, передающего крутящий момент.
Для обеспечения наибольшей эффективности работы ветродвигателя необходимо все лопасти, находящиеся по одну сторону от оси вращения ветроколеса, располагать с минимальным аэродинамическим сопротивлением, т.е. в плоскости вращения ветроколеса или в плоскости, параллельной ей, а все лопасти, находящиеся по другую сторону от оси вращения ветроколеса, располагать с максимальным аэродинамическим сопротивлением, т.е. эти лопасти необходимо располагать в положениях, перпендикулярных плоскости вращения ветроколеса, а фиксацию лопастей при вращении ветроколеса и разворот лопастей на 90° при переходе лопастей с одной стороны ветроколеса на другую осуществлять одним устройством разворота и удержания лопастей. Устройство разворота лопастей на 90° и удержания их в необходимом положении выполняют неподвижным цилиндрическим барабаном с направляющими на его цилиндрической поверхности в виде двух дуг, расположенных по одной в параллельных и на одинаковом расстоянии по обе стороны от плоскости ветроколеса плоскостях и соединенных между собой за концы соответственно двумя линиями на этой же цилиндрической поверхности. Направляющие выполняют, например, в виде кольцевой прорези, которая взаимодействует с пальцами, выполненными за одно целое с кулачками, жестко прикрепленными к внутренним концам осей лопастей. При вращении ветроколеса пальцы взаимодействуют с боковыми поверхностями кольцевой прорези, и, в зависимости от участка, на котором находится палец кулачка каждой лопасти, лопасть или удерживается в фиксированном положении, или разворачивается на 90°. Фиксированные положения лопастей осуществляются на участках А и Б направляющих барабана (см. фиг.3). Разворот лопастей на 90° происходит на участках В направляющих барабана (см. фиг.3).
На фиг.1 представлена упрощенная схема ветродвигателя с вертикальной осью вращения. На фиг.2 представлена увеличенная схема барабана. На фиг.3 представлен вариант развертки поверхности барабана.
Вариант ветродвигателя, сформированного по предложенному способу, содержит пустотелый вал 1, в верхнем конце которого располагают устройство разворота лопастей в виде барабана 2 с направляющими 3 в виде кольцевых прорезей, с боковыми поверхностями которых взаимодействуют пальцы 4 кулачков 5, укрепленных на валах 6 жестких лопастей 7. Барабан 2 жестко соединен с валом 8, расположенным на подшипниках внутри пустотелого вала 1. К верхней части вала 8 монтируют следящее устройство 9, например флюгер. С помощью ферменных стержней 10 формируются опоры 11 для вращения осей 6 лопастей 7. К нижней части пустотелого вала 1 крепят коническую зубчатую передачу 12, которая передает крутящий момент на рабочее устройство 13. К нижней части вала 8 прикрепляют следящее устройство 14, которое дублирует следящее устройство 9. Для уменьшения трения пальцев 4 о боковые поверхности кольцевых прорезей 3 на концах пальцев 4 возможна установка подшипников качения, что значительно позволит уменьшить трение контактирующих поверхностей пальцев 4 и боковых поверхностей направляющих 3, а также значительно уменьшить износ трущихся поверхностей.
Ветродвигатель работает следующим образом.
Ветровой напор создает максимальное усилие на лопасти 7, расположенные в вертикальной плоскости относительно ветрового напора, и через ферменные стержни 10 создает крутящий момент на пустотелом валу 1. Ветровое колесо начинает вращаться, и при повороте лопасти 7 с одной стороны от оси вращения ветродвигателя на другую пальцы 4 кулачка 5, находящиеся на переходном участке направляющего элемента, поворачивают ось 6 на 90° и тем самым обеспечивают расположение лопасти 7 в горизонтальной плоскости, т.е. уменьшают до минимума сопротивление лопасти 7 ветровому напору. При смене направления ветра флюгер 9 разворачивает вал 8 совместно с барабаном 2, обеспечивая заданный режим разворота лопастей 7 относительно ветрового напора.

Claims (1)

  1. Способ формирования ветродвигателя, заключающийся в том, что лопасти ветродвигателя выполняют с изменяемой геометрией по отношению к ветровому напору по обе стороны от оси вращения ветроколеса и обеспечивают за счет изменения аэродинамического сопротивления крутящий момент, причем лопасти одной стороны ветроколеса располагают параллельно плоскости его вращения с минимальным аэродинамическим сопротивлением, а лопасти другой стороны ветроколеса в этот же момент располагают перпендикулярно плоскости его вращения с максимальным аэродинамическим сопротивлением, создавая наибольший крутящий момент относительно оси вращения ветроколеса, и обеспечивают разворот лопастей ветроколеса на 90° при переходе лопастей с одной стороны ветроколеса относительно оси его вращения на другую устройством разворота лопастей, отличающийся тем, что устройство разворота лопастей снабжают ориентирующим его по отношению к ветровому потоку следящим устройством, например флюгером и выполняют в виде барабана с направляющими, с которыми взаимодействуют пальцы кулачков, укрепленных на валах жестких лопастей, причем барабан жестко соединяют с валом, расположенным в подшипниках внутри пустотелого вала, передающего крутящий момент.
RU2006119897/06A 2006-06-06 2006-06-06 Способ формирования ветродвигателя RU2349793C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006119897/06A RU2349793C2 (ru) 2006-06-06 2006-06-06 Способ формирования ветродвигателя

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006119897/06A RU2349793C2 (ru) 2006-06-06 2006-06-06 Способ формирования ветродвигателя

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006119897A RU2006119897A (ru) 2007-12-27
RU2349793C2 true RU2349793C2 (ru) 2009-03-20

Family

ID=39018397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006119897/06A RU2349793C2 (ru) 2006-06-06 2006-06-06 Способ формирования ветродвигателя

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2349793C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010003187A1 (en) * 2008-07-10 2010-01-14 Windfuel Mills Pty Ltd Generation and use of high pressure air
RU2525998C2 (ru) * 2012-11-19 2014-08-20 Общество с ограниченной ответственностью научно-технический центр "АРГО" (ООО НТЦ "АРГО") Способ управления лопастями ротора ветряка с вертикальной осью вращения

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010003187A1 (en) * 2008-07-10 2010-01-14 Windfuel Mills Pty Ltd Generation and use of high pressure air
CN102132043A (zh) * 2008-07-10 2011-07-20 温德富尔·米勒斯有限公司 高压空气的产生和用途
US9091269B2 (en) 2008-07-10 2015-07-28 Windfuel Mills Pty Ltd Generation and use of high pressure air
RU2525998C2 (ru) * 2012-11-19 2014-08-20 Общество с ограниченной ответственностью научно-технический центр "АРГО" (ООО НТЦ "АРГО") Способ управления лопастями ротора ветряка с вертикальной осью вращения

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006119897A (ru) 2007-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9115697B2 (en) Fluid interacting device
US20110006526A1 (en) Pitch control arrangement for wind turbine
US20120014795A1 (en) Spinning horizontal axis wind turbine
EP3613980A1 (en) Vertical-shaft turbine
US20140322013A1 (en) Independent variable blade pitch and geometry wind turbine control
WO2011039404A1 (en) Method for improving the efficiency of wind or water turbine and a corresponding turbine
US20200132044A1 (en) Wind turbine
RU2290533C1 (ru) Ветродвигатель
US10988236B2 (en) Pipe props rotary wing
RU2349793C2 (ru) Способ формирования ветродвигателя
EP3643913B1 (en) Sail device
US20110084492A1 (en) Vertical Propeller Fluid Energy Capture with Coordinated Dynamic-Orientation Blades
PL241530B1 (pl) Turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu i zmiennej geometrii łopat
KR20090102282A (ko) 풍차 날개 자전형 수직축 풍력 발전기
US4878807A (en) Relating to energy conversion apparatus
US20130251524A1 (en) Wind Turbine Generator
CN113955099A (zh) 一种前缘表面带有长度可调肋片的扑翼结构
RU2461733C1 (ru) Ветроагрегат
US20160377055A1 (en) Dual Cam Cylic Pitch Turbine
RU2269028C2 (ru) Роторный ветродвигатель
WO2011008179A2 (en) A vertical axis turbine
RU2320890C1 (ru) Аэрогидродинамический двигатель карпушкина
JP2024524151A (ja) 自転しつつ公転する回転羽根を有する水平軸回転力生成装置
PL235321B1 (pl) Wirnik turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu
PL234510B1 (pl) Sposób zmieniania kątowego położenia łopat wirnika turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu w trakcie obrotu wirnika

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20080520

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20080624

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090607