RU8740U1 - Структурно-вантовый ветродвигатель - Google Patents

Abstract

СТРУКТУРНО-ВАНТОВЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относитоя к облаоти ветроэнергетики, в частности к ветродвигателям.

елъ полезной модели - уменьшение материалоемкости и повышение мощности ветродвигателя.

Ветродвигатель содержит вращающуюся ветротурбину в виде в тикальной оси-стойки, с закрепленными на ней воротниками, горизонтальных опорных колец, соединенных с воротниками оси-стойки при помощи вантовых наклонных растяжек, свободноповорачивающихся вокруг вертикальных осей лопастей и расположенных снаружи ветротурбины по окружности свободноповорачивающихся вокруг вертикальных осей ветронаправляющих экранов.

Новым в ветродвигателе является то, что ветротурбина из двух или нескольких горизонтальных структурно-стержневых опорных колеп, между которыми натянуты вертикаль; n-ie ванты, одни из которых шарнирно соединены с лопаотями, другие служат стопорами и ограничивают сектор свободного поворота лопастей, причем вертикальные ванты, являющиеся стопорами, покрыты слоем пористой резины или другими подобными материалами, кроме того, каждый воротник оси-стойки содержит кольцевой V- или и-образный профиль, перекреотные стержни, которые соединены по касательной к поверхности оси-стойки и внутренней поверхностью V- или U-образных профилей, а также ребер жесткости. Профиль сечения пористой резины, покрывающей вертикальные ванты, которые служат стопорами свободного поворота лопастей, выполнен в форме аэродиРЕФЕРАТ

нами СКОРО профиля с изогнутой осью симметрии ио (-{фужнис ги враш ;ия центра тяжес :и сечения аэродинамическог:) профил.4. Гори- Нтальные структурно-стержневые опорные кольца и воротники оси-стойки снаружи закрыты аэродинамическими кожухами и имеют формы поверхностей вращения наружных контуров сечений горизонтального структурно-стержневого опорного кольца и ворпт ника оси-стойки. Симметричный относительно продольной оси профиль лопасти содержит аэродинамический наконечник с закругленной входной кромкой, концы которого соединены с выходн ; кромкой боковыми нлоскостями, при этом образовавшийся между ними угол зависит от длины лопасти и сектора ее свободн :о поворота, где крайние положения лопасти в сектоое зада . оптимальным углом атаки между наружной плоскостью ju паст и направлением движения воздушного потока, идущего JT ближ-;:1шего ветронаправляющего экрана, расположенного радиальн. с наветренной стороны ветродвигателя, и оптимальным углом атаки между центром внутренней нлоскости лопасти, располо 1:шной с подветренной стороны ветродвигателя, и направлени М движения воздушного потока, проходящего через ось врашгния ветротурбины. Каждый ветронаправляющий экран состоит и.: системы профилированных листов, которые соединены между собой гребнями волн, причем ветронаправляющие экраны расположены в объеме, а ветротурбина в полости полого кругового структурно-стержневого цилиндра, который но высоте имеет один или несколько горизонтальных структурно-стержневых дисков жесткости, удерживающих через подшипники ось-стойку вращающейся ветротурбины в вертикальном положении, при этом ветронаправляющие экраны шарнирно прикреплены к стойкам.

расп ;оженным по внешнему контуру нолого кругового структу но-с: ржневого цилиндра, а отойки, расположенные по внутреннему :-онтуру этого же цилиндра, ограничивают оектор свободного поворота ветронаправляющих экранов, кроме того, горизонтальные стрктурно-стержневые диски жесткости полого кругового структурно-стержневого цилиндра снабжены ветронаправляющей воронкой. Конструкция ветродвигателя состоит из отдельных модулей, в которых оси-стойки ветротурбины и стойки полого кругового структурно-стержневого цилиндра соединены при помощи фланцев на болтах. 6 з. п. формулы. 9 ил.

Description

СТРУКТУРНО-ВАНТОВЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Заявляемая полезная модель относится к области ветроэнергетики, в частности к ветродвигателям и может быть иснользована для получения механической и электрической энергии.

Известен ветродвигатель, содержащий опорные тележки, установленные с возможностью перемещения по кольцевой трассе, шарнирно соединенные с тележками лопасти аэродинамического профиля, закрепленные на них ванты, связанные с управляющими лебедками, центральный опорный узел, выполненный в виде радиального подшипника, траверсы в виде полых балок аэродинамического профиля, снабженных закрылками, примыкающих к опорным тележкам и энергетические мотор-генераторы /1/.

Недостатком указанного устройства является то, что опорные тележки достаточно тяжелы и перемещаясь по кольцевой трассе оказывают существенное сопротивление вращению ветродвигателя. Закрылки, установленные на траверсе также препятствуют вращению.

Известен также ветродвигатель, содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью, расположенную внутри системы свободноповорачивающихся вокруг вертикальных осей ветронаправляющих экранов, где каждый экран непосредственно ориентирован на лопасть ветротурбины,которая установлена продольной осью перпендикулярно к прямой, проходящей через ось вращения ветронаправляющего экрана и касается окружности, которая образована крайней наружной точкой лопасти ветротурбины /2/.

МПК F 03 Д 3/06

териалоемки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа ветродвигатель с вертикальной осью вращения, содержащий опору, выполненную в виде вертикальной стойки, связанного с ее концами при помощи вантовых растяжек, опорного кольца, размещенного внутри ротора и закрепленных на нем сверху и снизу вертикальных лопастей /3/.

Недостатком указанного устройства является то, что консольное расположение лопастей ограничивает их длину, а следовательно, мощности ветродвигателя и требует большого расхода материалов при изготовлении конструкции опорного кольца и ветродвигателя в целом.

Целью полезной модели является уменьшение материалоемкости и повышение мощности ветродвигателя.

Указанная цель достигается тем, что ветродвигатель, содержащий вращающуюся ветротурбину в виде вертикальной оси-стойки, с закрепленными на ней воротниками, горизонтальных опорных колец, соединенных с воротниками оси-стойки при помощи вантовых наклонных растяжек, свободноповорачивающихся вокруг вертикальных осей лопастей и расположенных снаружи ветротурбины по окружности свободноповорачивающихся вокруг вертикальных осей ветронаправляющих экранов, где ветротурбина состоит из двух или нескольких горизонтальных структурно-стержневых опорных колец, между которыми натянуты вертикальные ванты, одни из которых шарнирно соединены с лопастями, другие служат стопорами и ограничивают сектор свободного поворота лопастей, причем вертикальные ванты, являющиеся стопорами, покрыты слоем пористой резины или другими подобными материалами, кроме того, каждый воротник оси-стойки содержит кольцевой V- или U-образный профиль, перекрестные стержни, которые соединены по касательной к поверхности оси-стойки и внутренней поверхностью V- или и-образных профилей, а также ребер жесткости. Профиль сечения пористой резины, покрывающей вертикальные ванты, которые служат стопорами свободного поворота лопастей, выполнен в форме аэродинамического профиля с изогнутой осью симметрии по окружности вращения центра тяжести сечения аэродинамического профиля. Горизонтальные структурно-стержневые опорные кольца и воротники оси-стойки снаружи закрыты аэродинамическими кожухами и имеют формы поверхностей вращения наружных контуров сечений горизонтального структурно-стержневого опорного кольца и воротника оси-стойки. Симметричный относительно продольной оси профиль лопасти содержит аэродинамический наконечник с закругленной входной кромкой, концы которого соединены с выходной кромкой боковыми плоскостями, при этом образовавшийся между ними угол зависит от длины лопасти и сектора ее свободного поворота, где крайние положения лопасти в секторе заданы оптимальным углом атаки между наружной плоскостью лопасти и направлением движения воздушного потока, идущего от ближайшего ветронаправляющего экрана, расположенного радиально с наветренной стороны ветродвигателя, и оптимальным углом атаки между центром внутренней плоскости лопасти, расположенной с подветренной стороны ветродвигателя, и направлением движения воздушного потока, проходящего через ось вращения ветротурбины. Каждый ветронаправляющий экран состоит из системы профилированных листов, которые соединены между собой гребнями волн, причем ветронаправляющие экраны расположены в объеме, а ветротурбина в полости полого кругового структурно-стержневого цилиндра, который по высоте имеет один или несколько горизонтальных структурно-стержневых дисков жесткости, удерживающих через подшипники ось-стойку вращащейся ветротурбины в вертикальном положении, при этом ветронаправляющие экраны шарнирно прикреплены к стойкам, расположенным по внешнему контуру полого кругового структурно-стержневого цилиндра, а стойки, расположенные по внутреннему контуру этого же цилиндра, ограничивают сектор свободного поворота ветронаправляющих экранов, кроме того, горизонтальные стрктурно-стержневые диски жесткости полого кругового структурно-стержневого цилиндра снабжены ветронаправляющей воронкой. Конструкция ветродвигателя состоит из отдельных модулей, в которых оси-стойки ветротурбины и стойки полого кругового структурно-стержневого цилиндра соединены при помощи фланцев на болтах.

На фиг. 1 представлен ветродвигатель в плане с лопастями ветротурбины и ветронаправляющими экранами, где ветронаправляющие экраны расположены в обьеме, а ветротурбина в полости полого кругового структурно-стержневого цилиндра. Пунктиром показано изменение положения лопастей ветротурбины и ветронаправляющих экранов при смене направления движения воздушного потока.

На фиг. 2 изображен горизонтальный структурно-стержневой диск жесткости полого кругового цилиндра в плане, удерживающий через подшипники ось-стойку вращающейся ветротурбины в вертикальном положении.

На фиг. 3 изображен вертикальный разрез но ветродвигателю.

На фиг. 4 представлен план горизонтального отруктурно-стержневого опорного кольца, закрепленного при помощи вантовых наклонных раотяжек к воротнику оси-стойки. В нижней части горизонтального опорного кольца не показан аэродинамический кожух и вантовые наклонные растяжки.

На фиг. 5 изображен вертикальный разрез по горизонтальному структурно-стержневому опорному кольцу.

На фиг. 6 показан вертикальный разрез по воротнику оси-стойки.

На фиг. 7 представлена лопасть ветротурбины, шарнирно закрепленная на вертикальных вантах и вертикальные ванты, которые являются стопорами.

На фиг. 8 показан свободноповорачивающийся вокруг вертикальной оси ветронаправляющий экран, составленный из профилированных листов. Здесь же даны сечения ветронаправляющего экрана 1-1 и 2-2.

1ИГ. 9 изображено сечение вертикального ванта, являющегося стопором для ограничения свободного поворота лопастей, покр .:ого слоем пористой резины аэродинамического профиля.

Зетродвигатель содержит ветротурбину 1 и расположенную снаружи по окружности систему свободноповорачивающихся вокруг вертикальных осей 2 ветронаправляющих экранов 3. Ветротурбина 1 состоит из оси-стойки 4, опирающейся на упорный подшипник 5, лопастей 6. закрепленных на вертикальных вантах 7, натянутых между горизонтальными етруктурно-стержневьши

опорными кольцами 8, состоящих из соединенных между собой стержней 9, и аэродинамического кожуха 10. Онорные кольца 8 крепятся к оси-стойке 4 при помощи воротников Ни вантовых наклонных растяжек 12. Воротник И оси-стойки 4 содержит: V- или и-образные кольцевые профили 13; перекрестные стержни 14, соединенные с осью-стойкой 4 по касательной к ее поверхности и внутренней поверхностью V- или U-образных профилей 13; ребра жесткости 15; аэродинамический кожух 16. Для анкеровки вантовых наклонных растяжек 12 предусмотрены отверстия 17 в ребрах жесткости 15 и в V- или U-образных профилях 13.

Каждая лопасть 6. закрепленная на вертикальных вантах 7 содержит симметричный аэродинамический наконечник 18 с закругленной входной кромкой 19 и боковые плоскости 20. соединяющие концы аэродинамического наконечника 18 с выходной кромкой лопасти 21. Лопасти 6 могут свободно поворачиваться на оси 22 в секторе ограниченном стопорами 23. Функцию осей 22 и стопоров 23 выполняют вертикальные ванты 7. Ванты 7, которые служат в качестве стопоров 23, для погашения ударов покрыты слоем пористой резины 24 или другим подобным материалом в форме аэродинамического профиля с изогнутой осью симметрии 33 по окружности вращения центра тяжести сечения аэродинамического профиля.

Ветронаправляющие экраны 3 находятся в обьеме полого кругового цилиндра 25, выполненного в виде структурно-стержневой системы, состоящей из стоек 26, элементов рещетки 27 и одного или нескольких горизонтальных структурно-стержневых дисков жесткости 28. обеспечивающих жесткость всей конструкции ветродвигателя и удерживающих через радиальные или радиально-упорные подшипники 29 ось-отойку 4 в вертикальном положении. Ветронаправляющие экраны 3 шарнирно прикреплены к отойкам 26, расположенным по внешнему контуру полого кругового отруктурно-стержневого цилиндра, стойки 26, расположенные по внутреннему контуру этого же цилиндра 25, служат стопорами, ограничивающими сектор свободного поворота ветронаправляющих экранов 3. Горизонтальные структурно-стержневые диски 28 снабжены ветронаправляющей воронкой 30. Вся конструкция ветродвигателя, включая ось-стойку 4 и стойки 26 полого кругового цилиндра 25, по высоте расчленена на модули. Каждый модуль способен работать, как самостоятельно, так и в составе других модулей. Сборка модулей производится соединением осей-стоек 4 ветротурбины и стоек 26 полого кругового цилиндра при помощи фланцев 31 на болтах.

Ветронаправляющие экраны 3 для восприятия большего изгибающего момента состоят из системы профилированных листов 32, соединенных между собой гребнями волн.

Структурно-вантовый ветродвигатель работает следующим образом. При появлении ветра воздушный поток направляется к ветровой турбине 1 через Ветронаправляющие экраны 3, которые с наветренной стороны в зоне неблагоприятного воздействия ветра на лопасти 6 ветротурбины 1 занимают радиальное положение, параллельно направлению движения воздушного потока в зоне благоприятного воздействия на лопасти 6 в пределах ветровой турбины 1, и под углом к направлению движения воздушного потока в зоне благоприятного воздействия воздушного потока на лопасти 6, попадающего за пределы ветровой турбины

1. с подветренной стороны ветродвигателя свободноповорачиваюшнеся ветронаправляющие экраны 3 занимают положения в секторе свободного поворота, которые способствуют лучшему выходу воздушной массы. При этом свободноповорачивающиеся вокруг вертикальной оси 22 лопасти 6 также изменяют свое положение в секторе свободного поворота в зависимости от их местонахождения относительно направления ветра и положения ветронаправляющих экранов 3 в секторе их свободного поворота. С наветренной стороны ветродвигателя в зоне неблагоприятного воздействия ветра лопасть 6 ветротурбины 1 занимает крайнее положение, при котором выходная кромка лопасти 21 располагается ближе к оси-стойке 4, образуя оптимальный угол атаки между боковой наружной плоскостью 20 и измененным направлением движения воздушного потока 34, идущего от ближайшего ветронаправляющего экрана 3. располагаемого радиально. С наветренной стороны в зоне благоприятного воздействия ветра лопасть 6 находится в том же положении и вращение происходит за счет естественной парусности. С подветренной стороны лопасть 6 ветротурбины 1 занимает противоположное крайнее положение, при котором выходная кромка лопасти 21 располагается на наиболее удаленном расстоянии от оси-стойки 4. образуя при этом оптимальный угол атаки между центром внутренней боковой плоскости 20 и направлением движения воздушного потока 34, идущего через ось вращения ветротурбины.

Claims (6)

1. Ветродвигатель, содержащий вращающуюся ветротурбину в виде вертикальной оси-стойки с закрепленными на ней "воротниками", горизонтальных опорных колец, соединенных с "воротниками", оси-стойки при помощи вантовых наклонных растяжек, свободно поворачивающихся вокруг вертикальных осей лопастей и расположенных снаружи ветротурбины по окружности свободно поворачивающихся вокруг вертикальных осей ветронаправляющих экранов, отличающийся тем, что ветротурбина состоит из двух или нескольких горизонтальных структурно-стержневых опорных колец, между которыми натянуты вертикальные ванты, одни из которых шарнирно соединены с лопастями, другие служат стопорами и ограничивают сектор свободного поворота лопастей, причем вертикальные ванты, являющиеся стопорами, покрыты слоем пористой резины или другими подобными материалами, кроме того, каждый "воротник" оси-стойки содержит кольцевой V- или U-образный профиль, перекрестные стержни, которые соединены по касательной к поверхности оси-стойки, и внутренней поверхностью V- или U-образных профилей, а также ребер жесткости.

2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что профиль сечения пористой резины, покрывающей вертикальные ванты, которые служат стопорами свободного поворота лопастей, выполнен в форме аэродинамического профиля с изогнутой осью симметрии по окружности вращения центра тяжести сечения аэродинамического профиля.

3. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что горизонтальные структурно-стержневые опорные кольца и "воротники" оси-стойки снаружи закрыты аэродинамическими кожухами и имеют формы поверхностей вращения наружных контуров сечений горизонтального структурно-стержневого опорного кольца и "воротника" оси-стойки.

4. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что симметричный относительно продольной оси профиль лопасти содержит аэродинамический наконечник с закругленной входной кромкой, концы которого соединены с выходной кромкой боковыми плоскостями, при этом образовавшийся между ними угол зависит от длины лопасти и сектора ее свободного поворота, где крайние положения лопасти в секторе заданы оптимальным углом атаки между наружной плоскостью лопасти и направлением движения воздушного потока, идущего от ближайшего ветронаправляющего экрана, расположенного радиально с наветренной стороны ветродвигателя, и оптимальным углом атаки между центром внутренней плоскости лопасти, расположенной с подветренной стороны ветродвигателя, и направлением движения воздушного потока, проходящего через ось вращения ветротурбины.

5. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что каждый ветронаправляющий экран состоит из системы профилированных листов, которые соединены между собой гребнями волн, причем ветронаправляющие экраны расположены в объеме, а ветротурбина - в полости полого кругового структурно-стержневого цилиндра, который по высоте имеет один или несколько горизонтальных структурно-стержневых дисков жесткости, удерживающих через подшипники ось-стойку вращающейся ветротурбины в вертикальном положении, при этом ветронаправляющие экраны шарнирно прикреплены к стойкам, расположенным по внешнему контуру полого кругового структурно-стержневого цилиндра, а стойки, расположенные по внутреннему контуру этого же цилиндра, ограничивают сектор свободного поворота ветронаправляющих экранов, кроме того, горизонтальные структурно-стержневые диски жесткости полого кругового структурно-стержневого цилиндра снабжены ветронаправляющей воронкой.

6. Ветродвигатель по пп.1 и 5, отличающийся тем, что конструкция ветродвигателя состоит из отдельных модулей, в которых оси-стойки ветротурбины и стойки полого кругового структурно-стержневого цилиндра соединены при помощи фланцев на болтах.