Ветроротор
Авторы патента:
Использование: применяется в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ступица ветроротора состоит из цилиндрической обечайки, подкрепленной изнутри продольными стрингерами и поперечными дисками /шпангоутами/, в которых выполнены юстировочные отверстия. В предложенной конструкции винтовая лопасть выполнена из плоских секторов, размеры которых рассчитываются как элементы геометрически правильной винтовой поверхности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветророторам, преобразующим энергию ветра во вращение ротора.
Известен ветроротор авт.св. СССР N 1225912 кл.F 03 D 5/00, Автор Смульский И.И. опубл. 23.04.86, Бюл. N 15), содержащий ступицу и закрепленные на ней винтовые лопасти (прототип). Известен ветроротор (патент Франции N 2464386 кл. F 03 D 5/00, опубл. 1981), который также включает ступицу и закрепленные на ней винтовые лопасти. При этом лопасти выполнены из гибкого материала, типа ткани, который присоединен к радиальным стержням, установленным вдоль винтовой линии с некоторым шагом. Лопасти передают ветровую нагрузку ступице через стержни. Ступица воспринимает центробежные нагрузки от лопастей и стержней, а также изгибающие усилия. В этом случае лопасти не участвуют в работе ротора на изгиб. Поэтому ступица должна быть достаточно прочной и массивной, а ротор - тяжелым. Известен ротор с винтовыми лопастями (шнек), используемый в качестве шнека для подачи сыпучих материалов. (Григорьев А.М. Винтовые конвейеры М. Машиностроение, 1972, с.4), который включает ступицу диаметром d и закрепленные на ней винтовые лопасти диаметром D. Лопасти состоят из секторов длиной равной длине винтовой линии 1, которая, как известно, определяется соотношением где S-шаг винта; r расстояние от оси ротора. Сектора лопастей изготавливаются из плоской кольцевой заготовки внутренним d0 и наружным диаметром D0, которые определяются соотношениями D0=d0+(D-d), (3) и из которой удален сектор, угловым размером в радианах равным Плоский кольцевой сектор растягивается за концы на величину шага S, присоединяется к ступице, а затем подправляется вручную или обкаткой в специальных приспособлениях. Известно, что радиус кривизны винтовой линии определяется соотношениемРадиус кривизны заготовки в этом способе снаружи лопасти равен D0/2 а внутри d0/2, т. е. отличается от геометрически правильного (5). Кроме того длины винтовых линий, полученные в заготовке и равные l3=(-)2r, совпадают с геометрически правильной длиной винтовой линии (1), только для внутреннего d0 и наружного диаметра D0, как это следует при подстановке r=0,5d0, r=0,5D0 согласно (2) и (3). Поэтому при такой конструкции ветроротора, в котором, в отличие от шнека, для подачи материалов лопасть является более тонкой /D<110-3 ( толщина лопасти) и более высокой D/d > 3.5, винтовая лопасть получается неровной, с изломами в местах соединений секторов и гофрами у ступицы, а также приобретает конусовидную форму. Это значительно ухудшает аэродинамические и прочностные характеристики ротора. Целью настоящего изобретения является создание легкой, прочной и уравновешенной конструкции ротора. Для осуществления этой цели винтовые лопасти выполнены из отдельных плоских секторов, а ступица представляет собой цилиндрическую обечайку, подкрепленную изнутри стрингерами и поперечными дисками (шпангоутами), в которых в центре выполнены юстировочные отверстия. Сектор выполнен по дугам окружности радиусом равным радиусу кривизны винтовой линии r с длиной хорды 2b и высотой h, которые определяются следующими соотношениями
b = sin0,5;
где S шаг винтовой линии;
r расстояние винтовой линии от оси ротора
угол дуги окружности радиусом равным p;
b половина хорды этой дуги;
n число секторов на шаге винтовой линии;
D диаметр ротора;
d наружный диаметр ступицы. На фиг. 1 изображен общий вид ротора; на фиг. 2 поперечный разрез ротора; на фиг. 3 продольный разрез левого конца ротора; на фиг. 4 - заготовка-сектор лопасти. Ротор состоит из цилиндрической обечайки 1, которая изнутри подкреплена продольными стрингерами 2 и поперечными дисками 3, в которых выполнены юстировочные отверстия 4. По концам ротора к двум крайним поперечным дискам 3 присоединены цапфы 5, выполненные также с юстировочными отверстиями 4. К наружной поверхности обечайки прикреплены уголки 6 известными способами (контактная сварка, на заклепках и т.д.). Сектора лопасти 7 известными методами соединяются между собой и с уголками 6 образуют винтовую лопасть. На фигуре 4 показано, что внутренняя и наружная дуги секторов выполнены радиусами rвн и нар, соответственно, которые определяются радиусом кривизны винтовой линии (5) при r=0.5d и r=0.5D, соответственно. Высота сектора заготовки равна высоте винтовой лопасти 0.5(D-d). Ротор изготавливается следующим образом. Многие детали ротора (сектора, стрингер, шпангоуты и др.) имеют однотипные размеры, в соответствии с которыми в них выполняются сборочные и юстировочные отверстия. Наружный диаметр шпангоутов 3 выполнен соосно юстировочным отверстиям 4. Цапфы 5 соединяются с двумя шпангоутами 3 и центрируются относительно юстировочных отверстий 4. Затем в ложементы устанавливаются цапфы в сборе с двумя шпангоутами и промежуточные шпангоуты 3 и соосность их контролируется по юстировочным отверстиям 4. Затем шпангоуты известными способами соединяются с стрингерами. В результате жесткий каркас ступицы, наружная поверхность которого, образованная диаметром шпангоутов, осесимметрична оси ротора. На шпангоуты наворачивается обечайка 1, которая соединяется со шпангоутами и стрингерами. По винтовым линиям на обечайке прикрепляются уголки 6, к которым затем прикрепляются сектора лопасти 7. Последние, в свою очередь, соединяются между собой по сборочным отверстиям. Соосность обечайки обеспечивается наружными диаметрами шпангоутов, а расстояние секторов от оси по наружной поверхности обечайки. Так как сектора очень тонкие, то при соединении их между собой искривление их из плоской формы в криволинейную происходит в пределах упругой деформации и не требует значительных усилий. Например, при относительной толщине сектора /D = 510-4 и количестве секторов на шаге n=10 стыковка секторов осуществляется без дополнительных приспособлений для увеличения силы прижатия. Чтобы не допустить неосесимметричность масс, длина ротора выполняется кратной шагу винтовой линии. На каждом шаге контролируется вызванная стыковкой секторов погрешность набегания и устраняется. После установки подшипниковых узлов и соединения с электрогенератором ротор будет преобразовывать энергию ветра в электроэнергию в соответствии с пат. Росси N 1225912. Выполненный по этой конструкции ротор состоит из тонкостенных элементов, например, при D=1 м он изготавливается из дюраля =0.5 мм. Поэтому при больших размерах он имеет малый вес. Это во-первых. Во-вторых, винтовые лопасти для ступицы являются внешними ребрами жесткости, в результате чего ступица приобретает как локальную прочность в промежутке между лопастями, так и общую. Винтовая лопасть в радиальном направлении состоит из ряда винтовых линий. Известно, что винтовая линия на цилиндрической поверхности соединяет две точки по кратчайшему расстоянию. Поэтому любая деформация винтовой лопасти вызывает увеличение этого расстояния, т.е. винтовая лопасть работает на растяжение. Поэтому при малой своей толщине она устойчиво противодействует любым нагрузкам. И в целом такой ротор представляет собой прочную и жесткую конструкцию, все элементы которой воспринимают и центробежную нагрузку и изгибающий момент. В третьих, элементы, из которых состоит ветроротор, позволяют сделать конструкцию с симметрично разнесенными массами относительно оси ротора, т.е. уравновешенную.
Формула изобретения
b = Psin 0,5;
n 0,5(D d),
где S шаг винтовой линии;
r расстояние винтовой линии от оси ротора;
угол дуги окружности радиусом, равным Р;
b половина хорды этой дуги;
n число секторов на шаге винтовой линии;
D диаметр ротора;
d наружный диаметр ступицы.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Похожие патенты:
Энергоустановка // 2075635
Изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики и может быть использовано в качестве рабочих органов ветроэнергетических установок (ВЭУ) и гидроэлектростанций (ГЭС) для преобразования энергии ветра или потока воды в электрическую энергию
Ветроэнергетическая установка // 2064603
Изобретение относится к ветрознергетике и может быть применено в ветроэнергетических парках
Ветровой конвейерный двигатель // 2063544
Изобретение относится к области ветроэнергетики и дозволяет повысить мощность и надежность ветродвигателя
Качающийся ветропривод // 2059108
Ветродвигатель // 2059107
Изобретение относится к ветроэнергетике и касается двигателей, использующих энергию воздушного потока
Ветродвигатель // 2053409
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании новых типов ветроустановок
Ветроколесо // 2042045
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветродвигателях
Изобретение относится к ветряным электрическим генераторам-двигателям, а именно к безредукторным ветроагрегатам с вертикальной осью вращения, предназначенным для получения электроэнергии
Дефлектор // 2029910
Дисковое ветроколесо // 2074977
Изобретение относится к ветроэнергетике и может использоваться для ветродвигателя с горизонтальной осью для получения механической или электрической энергии
Ротор типа савониуса // 2073113
Изобретение относится к ветроэнергетике и касается роторов типа Савониуса, используемых в ветро- и гидроэлектрических двигателях; позволяет увеличить коэффициент использования энергии текучей среды и мощность ротора
Чашечное ветроколесо // 2072444
Изобретение относится к ветроэнергетике и может использоваться как ветроколесо ветродвигателя, а также как рабочий орган анемометра, гидроколеса и т.д
Устройство ветроэнергетической установки // 2070662
Ротор вертикально-осевого ветродвигателя // 2070658
Ветроколесо // 2069795
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроэнергетике и гидроэнергетических установках различного назначения и мощности
Изобретение относится к области энергетики, а именно к конструкции силовой части ветроустановки
Ротор ветродвигателя // 2066786
Ветроколесо ювенала // 2052659
Ветроагрегат // 2050465
Ветроколесо вк-2 // 2100645
Изобретение относится к ветротехнике, а именно к ветродвигателям с вертикальной осью, и может использоваться в народном хозяйстве для получения механической или электрической энергии