Ротор вертикально-осевого ветродвигателя

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям с вертикальной осью вращения. Технический результат заключается в запуске ветродвигателя на малых ветрах за счет основного крыла, а также защите установки от сильных ветров, превышающих допустимую нагрузку. Технический результат достигается тем, что лопасти на траверсах закреплены шарнирно, т.е. имеют ось вращения, параллельную оси ротора, расположенную на хорде профиля на расстоянии, равном 1/5 - 1/20 длины хорды от передней точки профиля. На оси лопасти установлен кулачок со специальным профилем, а на траверсе установлены регулируемые упругие элементы, создающие на оси через кулачок переменный момент до определенной ветровой нагрузки при повороте лопасти. При повороте лопасти на угол, больше расчетного, лопасть становится в положение флюгера до тех пор, пока ветровой нагрузкой вновь не создадутся благоприятные условия для функционирования. 2 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям с вертикальной осью вращения ветроколеса.

Известен ротор вертикально-осевого ветродвигателя, содержащий вертикальный вал с траверсами, вертикальные лопасти крыльевого профиля, жестко закрепленные на концах траверс и снабженные механизмами управления, расположенными на верхних поверхностях лопастей (прототип, см. авт. свид. РФ 2034169 F 03 D 7/06 от 26.10.92).

Недостатком известного устройства является неподвижность основного профиля относительно траверсы, что и вызывает необходимость установки дополнительного подвижного устройства на лопасти для пуска ветродвигателя. Отсутствие подвижности лопасти и невозможность ее установки в положение флюгера при сильных ветрах требует либо устройств защиты установки, либо дополнительной прочности конструкции. Дополнительные устройства для пуска усложняют конструкцию.

Цель изобретения - запуск ветродвигателя на малых ветрах за счет основного крыла, защита установки от сильных ветров, превышающих допустимую нагрузку, технологичность конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что лопасти на траверсах закреплены шарнирно, т.е. имеют ось вращения, параллельную оси ротора, расположенную на хорде профиля на расстоянии, равном 1/5 - 1/20 длины хорды от передней точки профиля. На оси лопасти установлен кулачок со специальным профилем, а на траверсе установлен регулируемый упругий элемент, создающий через кулачок, переменный момент при повороте лопасти, при этом момент создается как при повороте лопасти по часовой стрелке, так и против. При повороте лопасти на угол, больше расчетного, лопасть становится в положение флюгера до тех пор, пока ветровой нагрузкой вновь не создадутся благоприятные условия для функционирования.

На фиг. 1 показаны два аэродинамических профиля лопастей 1, 2, траверсы 3, вертикальная ось ветроколеса 4, оси вращения лопастей 5 и упургоподвижная конструкция 6, включающая кулачок и упругий элемент.

На фиг. 1 также показано взаимодействие неподвижного ветроколеса с набегающим ветровым потоком. Здесь фронтальное крыло отклонено ветровым потоком к центру ветроколеса. Угол атаки аэродинамического профиля определяет направление подъемной силы крыла F₁. Сила F₁ создает момент M₁ относительно оси ветроколеса, действующий по часовой стрелке. Крыло, находящееся на задней (по отношению к направлению ветрового потока) поверхности ветроколеса, отклоняется от центра ветроколеса и изменяет угол атаки таким образом, что подъемная сила F₂ создает момент M₂, также действующий по часовой стрелке. Упругоподвижная конструкция 6 обеспечивает создание активного (не тормозящего) момента почти во всех углах поворота ветроколеса. В небольшой зоне (порядка ±45^o) крыло момента практически не создает, находясь во флюгерном положении.

На фиг. 2 представлена схема взаимодействия крыла с ветровым потоком V₁ при вращении ветроколеса с угловой скоростью ω. Скорость суммарного воздушного потока V_Σ, взаимодействующего с аэродинамическим профилем, является векторной суммой скорости ветра V₁ и скорости "относительного" ветрового потока - ωR, возникающего за счет "окружной" скорости -ωR, где R - расстояние от оси вращения ветроколеса до точки аэродинамического фокуса профиля крыла, DB - хорда, A - передняя точка профиля, B - задняя точка профиля, ω - угловая скорость ветроколеса. Угол атаки α определяет направление и величину подъемной силы F₁. Подъемная сила F₁ создает момент относительно оси вращения ветроколеса.

M₁=F₁·RsinK.

Предлагаемое изобретение дает возможность производить запуск ветроколеса на малых ветрах, без дополнительных устройств, за счет угловой подвижности основного профиля. Шарнирно-упругая конструкция закрепления лопасти позволяет лопасти оптимально устанавливаться в диапазоне рабочих нагрузок и переходить в положение флюгера при нагрузках, выше расчетных рабочих, а это, в свою очередь, дает возможность уменьшить ветровую нагрузку при штормовых условиях, соответственно, создать облегченную конструкцию, по прочности соответствующую рабочим нагрузкам. Таким образом достигается оптимальная конструкция, имеющая высокую технологичность и обеспечивающая экономический эффект.

Формула изобретения

Ротор вертикально-осевого ветродвигателя, содержащий вертикальный вал с траверсами, вертикальные лопасти крыльевого профиля на концах траверс, отличающийся тем, что каждая лопасть имеет ось вращения, параллельную оси ротора, расположенную на хорде профиля и смещенную на 1/5 - 1/20 длины хорды от передней точки профиля, на оси лопасти установлен кулачок, а на траверсе регулируемый упругий элемент.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2