Карусельный ветродвигатель

 

Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: карусельный ветродвигатель содержит установленный на вертикеальной оси ротор с лопастями симметричного аэродинамического профиля, размещенными на радиальных штангах, и механизм изменения углов атаки лопастей путем поворота лопастей вокруг собственных осей, параллельных оси вращения ротора. Механизм выполнен в виде связанного с каждой лопастью устройства изменения угла атаки, соединенного с другими аналогичными устройствами, радиальными штангами посредством согласующего узла, смонтированного на оси вращения ротора. Устройство изменения угла атаки содержит смонтированный на каждой радиальной штанге корпус, в котором установлен пространственный кривошинно-шатунный механизм качающейся шайбы, связанный с осью лопасти посредством конической шестерни ориентации, сидящей на оси кривошипа. Согласующий узел выполнен в виде конического дифференциала. 3 ил.

Изобретение относится к карусельным ветродвигателям и может быть использовано в ветроэнергетике.

Цель изобретения повышение коэффициента использования энергии ветра.

На фиг. 1 показан карусельный ветродвигатель; на фиг. 2 устройство установки угла атаки; на фиг. 3 узел согласования.

Карусельный ветродвигатель работает следующим образом.

К вертикальной оси 15 крепятся радиальные штанги 16 по числу лопастей 13. На штангах 16 установлены лопасти 13 ветродвигателя. Лопасти 13 симметричного аэродинамического профиля установлены со смещением оси вращения к передней кромке и при вращении ротора стремятся принять флюгерное положение. Верхний конец оси лопасти свободно вращается в подшипниковом узле, а нижний конец кинематически связан с устройством установки угла атаки. Устройство установки угла атаки смонтировано в подшипниковом узле корпуса 9, закрепленного на конце штанги 16, и представляет собой пространственный кривошипно-шатунный механизм качающейся шайбы, в котором качающейся шайбой является втулка 3 с двумя радиальными цапфами. Втулка 3 поворачивается на наклонной оси 2 кривошипа, установленной под углом α 45^о к оси 1 вращения лопасти, и осевая линия радиальных цапф пересекается с осевой линией оси кривошипа. На радиальные цапфы шарнирно крепятся два вильчатых поводка 4 и 5. Вильчатый поводок 4 служит для установки угла атаки лопасти, а поводок 5 для ориентации лопасти к направлению ветра. Ось поводка 4 вращается в подшипнике на основании корпуса 9 под углом β, который меньше угла α. Поводок 5 расположен в горизонтальной плоскости и его ось вращается в подшипнике кронштейна 6, установленного на коническом зубчатом колеcе 7, cвободно вращающемcя на оcи кривошипа. Зубчатое колеcо 7 входит в зацепление c коничеcким зубчатым колесом 8, установленным в подшипниковом узле на стенке корпуса 9, и посредством радиального вала 14 соединяется с коническим зубчатым колесом 10 конического дифференциала, расположен- ного в корпусе 11. Конический дифференциал обеспечивает согласованную ориентацию всех лопастей ветродвигателя к направлению ветра. Зубчатое колесо 10 (по числу лопастей) входит в зацепление с коническим зубчатым колесом 12, свободно вращающимся на оси, соосной с осью вращения ротора. Шестерни ориентации 17 каждой лопасти посредством конического дифференциала согласованы таким образом, что оси поводков 5 параллельны между собой и при вращении ротора постоянно совпадают по направлению с вектором направления воздушного потока. Поворот каждой лопасти определяется ее азимутальным положением относительно вектора направления воздушного потока и зависит от изменения β˙sinϕ_п, где ϕ_п азимутальный угол положения лопасти. Обозначив угол поворота лопасти относительно вектора направления воздушного потока буквой ϕ, углы поворота каждой лопасти в конкретный момент времени можно определить по формуле ϕ=β/α˙90^o˙sinϕ_п.

Механизм установки углов атаки лопастей за один оборот ротора дважды циклично изменяет направление поворота лопастей, обеспечивая момент вращения ветродвигателя.

Формула изобретения

КАРУСЕЛЬНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий установленный на вертикальной оси ротор с лопастями, размещенными на радиальных штангах,и механизм изменения углов атаки лопастей путем поворота лопастей вокруг собственных осей, параллельных оси вращения ротора, выполненный в виде связанного с каждой лопастью устройства изменения угла атаки, соединенного с другими аналогичными устройствами радиальными штангами посредством согласующего узла, смонтированного на оси вращения ротора, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента использования энергии ветра, каждая лопасть имеет аэродинамический симметричный профиль, ось вращения лопасти смещена к передней кромке, а устройство изменения угла атаки содержит смонтированный на каждой радиальной штанге корпус, в котором установлен пространственный кривошипно-шатунный механизм качающейся шайбы, связанный с осью лопасти посредством конической шестерни ориентации, сидящей на оси кривошипа, на которой установлен подшипник кронштейна, качающейся шайбой является втулка с двумя радиальными цапфами, установленная с возможностью поворота на наклонной оси, расположенной под углом α=45° к оси лопасти, а на цапфах шарнирно укреплены два вильчатых поводка, ось одного из которых установлена с возможностью вращения в подшипнике, размещенном на основании корпуса под углом β к линии оси лопасти, а ось второго вильчатого поводка установлена с возможностью поворота в подшипнике кронштейна, причем угол b не превышает угол a, а согласующий узел выполнен в виде конического дифференциала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3