Ротор вертикальный
Владельцы патента RU 2557147:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ветроэлектрогенераторах с вертикальной осью вращения. Изобретение направлено на повышение эффективности за счет упрощения конструкции. Сущность изобретения достигается тем, что у ротора вертикального, который содержит вертикальный вал с активными лопастями, согласно изобретению лопасти выполнены в виде верхней и нижней групп пассивных элементов, причем нижняя группа пассивных элементов установлена на концах угловой рамы, обращенной углом вниз и шарнирно установленной в нижней части вертикального вала, а верхняя группа установлена на концах угловой рамы, обращенной углом вверх и шарнирно расположенной на вертикальном валу, при этом пассивные элементы снабжены крыльями, а угловые рамы связаны с вертикальным валом упругими элементами. Технико-экономическим преимуществом данного ротора являются его высокие эксплуатационные показатели, а именно увеличенный рабочий момент и уменьшенный противодействующий момент, который уменьшается и вследствие уменьшения плеча, и вследствие эффекта затенения. 3 ил.
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ветроэлектрогенераторах с вертикальной осью вращения.
Известны ветродвигатель [Патент РФ №2351796 /А.М.Литвиненко. - Ветродвигатель./ Опубл. Бюл. №10, 2009, заявка 2007124236/06 от 27.06.2007, МПК F03D 7/06], содержащий вертикальный вал, башню и лопасти, выполненные вогнутой формы, и ветродвигатель [Патент РФ №2358147 / А.М.Литвиненко. - Ветродвигатель. / Опубл. Бюл. №16, 2009, заявка 2007135964/06 от 27.09.2007, МПК F03D 3/04], содержащий башню, поворотное устройство, несущую конструкцию, вертикальные валы и вращающиеся в разные стороны ветроколеса с лопастями с вертикальной осью вращения.
Недостатком данных ветродвигателей является сложность и громоздкость конструкции.
Из всех известных аналогов наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является ротор с вертикальным валом [Патент РФ №2384733 / А.М.Литвиненко. - Ротор с вертикальным валом. / Опубл. Бюл. №8, 20.03.2010, заявка 2008143391/06 от 31.10.2008, МПК F03D 3/06], который содержит вертикальный вал, ступицу и лопасти, каждая из которых выполнена в виде 2-х горизонтальных планок, между которыми установлены вращающиеся стержни. Вращающиеся стержни снабжены шторками, а сами шторки соединены между собой гибкой связью. Таким образом, ротор с вертикальным валом содержит лопасти, перекладины и вертикальный подшипниковый узел, установленный на рабочем механизме.
Недостатком данной конструкции является сложность и низкая эффективность.
Изобретение направлено на повышение эффективности за счет упрощения конструкции.
Это достигается тем, что у ротора вертикального, который содержит вертикальный вал с активными лопастями, согласно изобретению лопасти выполнены в виде верхней и нижней групп пассивных элементов, причем нижняя группа пассивных элементов установлена на концах угловой рамы, обращенной углом вниз и шарнирно установленной в нижней части вертикального вала, а верхняя группа установлена на концах угловой рамы, обращенной углом вверх и шарнирно расположенной на вертикальном валу, при этом пассивные элементы снабжены крыльями, а угловые рамы связаны с вертикальным валом упругими элементами.
Достижение технического результата обусловлено значительным, более чем в 2 раза, уменьшением противодействующего момента и увеличением рабочего момента.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан ротор вертикальный - вид спереди, при отсутствии ветра, на фиг.2 - то же самое при наличии ветра, причем на фиг.1 и фиг.2 лопасти расположены параллельно ветровому потоку, направленному на плоскость фиг.2, условно показаны пунктиром, чтобы не загромождать чертеж, на фиг.3 показан ротор вертикальный - вид сверху.
Ротор вертикальный содержит рабочую машину 1, вертикальный вал 2, в нижней части которого, в выемке в шарнире 3, установлена нижняя угловая рама 4, на концах которой укреплены пассивные элементы 5 зонтичного типа и крылья 6, между вертикальным валом и угловой рамой установлены упругие элементы 7 (пружины). Конструкция верхней угловой рамы в принципе такая же, только она установлена углом вверх в шарнире 8. Лопасти, расположенные параллельно воздушному потоку, также установлены на аналогичных угловых рамах, лишь только смещенных вверх и вращающихся в шарнирах, осевые линии которых обозначены на фиг.1 и фиг.2 как DE и FG. Пружина в растянутом состоянии показана на фиг.2 позицией 9. Группы лопастей, показанных на фиг.1 и фиг.2, угловые рамы которых вращаются: нижние по осевой линии DE, а верхние по осевой линии FG, обозначены на фиг.3 соответственно позициями 10 и 11, а их крылья обозначены соответственно позициями 12 и 13.
Ротор вертикальный работает следующим образом. При отсутствии ветра все угловые рамы находятся в среднем положении, обеспечиваемом равновесием упругих сил пружин. При этом расстояния АВ и ВС от центральной осевой линии и до центров пассивных элементов 5 равны, что иллюстрируется на фиг.1. При наличии ветрового потока, направленного на плоскость чертежа фиг.2, происходит следующее: аэродинамическое усилие, направленное на лопасти правых элементов, приводит к опусканию нижних правых пассивных элементов и подниманию верхних правых пассивных элементов, что приводит к растяжению пружин 9, сжатию противоположно расположенных пружин, опусканию правой части нижней угловой рамы и поднятию правой части верхней угловой рамы, в конечном итоге это приводит к увеличению расстояния ВС на фиг.2 по сравнению с расстоянием ВС на фиг.1, т.е. к увеличению рабочего момента. Относительно левых пассивных элементов, показанных на фиг.2, ситуация противоположная: левый конец нижней рамы поднимается, а левый конец верхней рамы опускается под воздействием аэродинамических усилий, направленных на внешне расположенные крылья, но при этом расположение угловых рам, а точнее благодаря осевому сдвигу рам в шарнирах 3 и 8, особенно четко видно на фиг.3, где рама 10 сдвинута в осевом направлении относительно рамы 11. Пассивный элемент, установленный на левом конце нижней рамы (см. фиг.2) затеняет элемент, установленный на внешнем левом конце верхней рамы. В результате наблюдается двойной эффект: противодействующий момент уменьшается из-за воздействия двух факторов:
- эффекта затенения;
- уменьшения расстояния АВ по сравнению с фиг.1, что сводится к уменьшению плеча.
При повороте вала приблизительно на 90 в работу вступают группы лопастей 12 и 13, которые показаны на фиг.1 и фиг.2 пунктиром. Далее цикл работы повторяется.
Технико-экономическим преимуществом данного ротора являются его высокие эксплуатационные показатели, а именно увеличенный рабочий момент и уменьшенный противодействующий момент, который уменьшается и вследствие уменьшения плеча и вследствие эффекта затенения.
Ротор вертикальный, содержащий вертикальный вал с активными лопастями, отличающийся тем, что лопасти выполнены в виде верхней и нижней групп пассивных элементов, причем нижняя группа пассивных элементов установлена на концах угловой рамы, обращенной углом вниз и шарнирно установленной в нижней части вертикального вала, а верхняя группа установлена на концах угловой рамы, обращенной углом вверх и шарнирно расположенной на вертикальном валу, при этом пассивные элементы снабжены крыльями, а угловые рамы связаны с вертикальным валом упругими элементами.
