Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения



Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения
Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения

Владельцы патента RU 2688095:

Рябов Алексей Владимирович (RU)

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения содержит направляющий аппарат и вращающийся рабочий аппарат. Направляющий аппарат состоит из четырех стационарно закрепленных плоских лопастей, расположенных под прямым углом к рабочим поверхностям лопаток, закрепленных между верхним и нижним квадратными основаниями направляющего аппарата, четырех плоских поворотных в шарнирах лопастей, четырех опор, расположенных по углам направляющего аппарата, и крышки с подшипником. Вращающийся рабочий аппарат состоит из восьми лопаток с плоской рабочей поверхностью, радиальной относительно оси вращения, и обратной стороной под углом 45° к рабочей поверхности, закрепленных между верхней и нижней частями вращающегося рабочего аппарата, в верхней части которого - полуось в подшипнике, в нижней - отверстие для насадки на вал потребителя механической энергии, установленные на раме. Изобретение направлено на получение большого диапазона мощностей при занимаемых небольших площадях. 1 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветряным двигателям с вертикальной осью вращения, предназначенным для преобразования энергии ветра в механическую для устройств, не требующих постоянного обязательного воздействия.

Известны два типа ветряных двигателей - с горизонтальной и с вертикальной осями вращения.

В данное время для получения электроэнергии, в основном, используются ветродвигатели с горизонтальной осью вращения. Диапазон мощностей у них большой. Но имеется ряд недостатков: для получения большой мощности установок требуется изготовление крупногабаритных деталей: лопастей, флюгерной системы, мачт; использование больших площадей при изготовлении, монтажных работах и эксплуатации; отсутствие регулирования потока воздуха; шум при работе.

Ветряные двигатели с вертикальной осью вращения при наличии ряда преимуществ (не зависимость от направления ветра, бесшумная работа, размещение на меньших площадях) используются редко из-за отсутствия лучшей конструкции. Считается, что они более материалоемки.

Из ветряных двигателей с вертикальной осью вращения наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является вертикально-осевая ветровая и гидравлическая турбина с регулированием потока, содержащая правильную шестиугольную структуру радиуса, в форме параллелепипеда, ротор, размещенный внутри правильной шестиугольной структуры и обеспечивающий впуск или выпуск воздуха или жидкости и содержащий три или более лопаток, вращающихся на вертикальной оси ротора, которая расположена в центре правильной шестиугольной структуры, и шесть шарнирно закрепленных направляющих лопастей, которые захватывают и концентрируют поток воздуха или жидкости, поступающий на лопатки ротора, со стороны входа потока ветра или жидкости в турбину, и рассеивают поток воздуха или жидкости, сходящий с лопаток ротора, на стороне, противоположной стороне входа ветра или жидкости в турбину, причем каждая из шарнирно закрепленных направляющих лопастей содержит неподвижную часть и подвижную часть (см. патент RU 2645187, опубл. 16.02.2018). В этой конструкции имеется регулируемый направляющий аппарат, размещенный на шестиугольной структуре, и ротор с лопатками. Но отсутствуют верхнее и нижнее основания направляющего аппарата, и у ротора нет верхней и нижней частей, создающих замкнутый конус.

Недостатками данной конструкции являются:

- отсутствие на направляющем аппарате и в роторе замкнутого конуса, часть воздуха собранного в направляющем аппарате будет уходить вверх и вниз, снижая возможности использования его потока;

- лопатки располагаются близко к оси ротора, крутящий момент и мощность будут слабыми; если не прикрывать подвижную часть направляющих лопастей, скорость вращения будет очень большая, прикрытие ее создает уменьшение мощности;

- направляющий аппарат и лопатки имеют сложный аэродинамический профиль, трудоемкость и материалоемкость при изготовлении будет большая.

Также известен ветродвигатель карусельного типа, имеющий ветроколесо с вертикальной осью вращения и корпус, в котором размещено ветроколесо, отличающийся тем, что корпус снабжен конфузором и направляющим аппаратом с установленными в нем жалюзи, а также кольцевыми опорами, на которые опираются концы лопастей и их средние участки (см. патент RU 2432493, опубл. 27.10.2011). Воздух в этой конструкции тоже собирается в направляющем аппарате (конфузоре), сжимается и подается на рабочий аппарат. Жалюзи регулируют подачу воздуха.

Недостатками данной конструкции являются:

- при изготовлении ветродвигателей больших мощностей, конфузор вместе с корпусом будут крупными и тяжелыми, для поворота потребуется дополнительный привод;

- при частом изменении направления ветра, необходимо постоянно поворачивать конфузор для обеспечения забора воздуха;

- сложность изготовления и монтажа.

Целью предлагаемого изобретения является создание лучшей конструкции ветряного двигателя из всех имеющихся, обеспечивающей более эффективную, надежную работу установки при изменяющихся скоростях и направлениях ветра, простоту и экономичность изготовления, монтажа и эксплуатации; возможность получения большого диапазона мощностей при занимаемых небольших площадях для промышленного и частного использования.

Для достижения этих целей в конструкции ветряной регулируемой установки с вертикальной осью вращения, направляющий аппарат состоит из четырех стационарно закрепленных лопастей между квадратными верхним и нижним его основаниями, и четырех поворотных в шарнирах лопастей, образующих конусы. Верхнее основание направляющего аппарата держится по углам на четырех опорах и стационарно закрепленных лопастях. Стационарно закрепленные лопасти равны 0,5 диаметра рабочего аппарата плоские перпендикулярно осевым линиям и плоской рабочей поверхности восьми рабочих лопаток, расположенных радиально относительно оси вращения между верхней и нижней частями рабочего аппарата. Обратная сторона рабочих лопаток плоская под углом 45° к рабочей поверхности. В верхней части рабочего аппарата полуось в подшипнике, в нижней - отверстие для насадки на вал потребителя механической энергии.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с известными конструкциями ветродвигателей свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:

Признак «… регулируемый направляющий аппарат состоит из четырех стационарно закрепленных лопастей между квадратными верхним и нижним его основаниями, и четырех поворотных в шарнирах лопастей, образующих конусы …» позволяет направляющему аппарату выполнять забор воздуха со всех сторон без поворотов установки, сжатие, направление, регулирование подачи воздуха на рабочие поверхности восьми лопаток ротора, при средней скорости ветра 4-5 м/сек. и полном открытии поворотных лопастей вырабатывать максимальную мощность; при увеличении скорости ветра - прикрывать поворотные лопасти для сохранения необходимой скорости вращения ротора и максимальной мощности установки; при полном закрытии поворотных лопастей - останавливать работу ветряной регулируемой установки.

Признак «… стационарно закрепленные лопасти равны 0,5 диаметра рабочего аппарата плоские перпендикулярно осевым линиям и плоской рабочей поверхности восьми рабочих лопаток, расположенных радиально относительно оси вращения между верхней и нижней частями рабочего аппарата …» обеспечивает защиту от воздействия потока воздуха на обратную сторону лопаток; подачу сжатого воздуха на их рабочую поверхность под прямым углом без завихрения и торможения вращающегося рабочего аппарата, создавая максимальное давление на них и более эффективное использование силы ветра.

Признак «… обратная сторона рабочих лопаток плоская под углом 45° к рабочей поверхности …» обеспечивает обтекаемость при выводе воздуха и жесткость конструкции.

Признак «… в верхней части рабочего аппарата полуось в подшипнике, в нижней -отверстие для насадки на вал потребителя механической энергии …» обеспечивает экономию затрат за счет использования только одного подшипника и исключения муфтового соединения.

Сущность изобретения поясняется на примере реализации ветряной регулируемой установки с вертикальной осью вращения совместно с генератором в прилагаемом чертеже.

Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения состоит из генератора 1 с рабочим аппаратом (ротором) 3 и направляющего аппарата 5 (статора), расположенных на раме 4. В рабочий аппарат 3 входят восемь рабочих лопаток 6, выполненных из листового материала, закрепленных между нижней 7 и верхней 8 частями ротора 3, в нижней части 7 которого, отверстие для насадки на вал 2 генератора 1 или другого потребителя механической энергии, в верхней части 8 ротора 3 - полуось 9 в подшипнике 10. В направляющий аппарат 5 входят четыре плоских стационарно закрепленных лопасти 15, расположенных перпендикулярно осевым линиям и плоской рабочей поверхности рабочих лопаток 6, четыре плоских поворотных лопасти 17, шарнирные соединения 16, квадратные верхнее 12 и нижнее 13 основания статора 5, четыре опоры 14, расположенные по углам статора 5, крышка статора 11 с подшипником 10.

Устройство работает следующим образом.

При скорости ветра до 5 м/сек. поворотные лопасти 17 полностью открыты, поток воздуха, проходя через них и стационарно закрепленные лопасти 15, сжимается в конусе и подается под прямым углом к рабочей поверхности лопаток 6, создавая давление на них, придает ротору 3 вращательное движение, обтекаемой обратной стороной рабочих лопаток 6 вытесняется через направляющий аппарат 5 с противоположной стороны от потока ветра. Подача воздуха на рабочие поверхности лопаток 6 под углом 90° создает максимальные давление и крутящий момент, обеспечивая более эффективное использование силы ветра. Для работы электрических генераторов, насосов и прочих устройств требуются определенные диапазоны скоростей вращения. Существующие ветряные двигатели, в основном, обеспечивают полную мощность при скорости ветра 10-11 м/сек. Так как такие скорости бывают очень редко, использование их получается малоэффективным. Конструкция заявленной ветряной регулируемой установки рассчитывается под выработку максимальной мощности при средних скоростях ветра с полностью открытыми поворотными лопастями 17. В этом случае даже самый слабый ветер до 1 м/сек. будет вращать ротор 3 и передавать энергию генератору 1 или другому устройству. При скорости ветра более 5 м/сек. поворотные лопасти 17 прикрываются со стороны потока воздуха на определенный угол, отсекают лишний, обеспечивая необходимую скорость вращения ротора и максимальную мощность. Для остановки ветряной регулируемой установки поворотные лопасти 17 полностью закрываются.

Данная конструкция превосходит конструкции имеющихся ветряных двигателей, позволяет изготавливать основную часть ветряной регулируемой установки из тонкого листового материала (для обеспечения меньшей материалоемкости и веса) на небольших площадях, производить многоярусную сборку из отдельных элементов болтовыми соединениями на месте эксплуатации, увеличивать мощность установок за счет изменения высоты с незначительным увеличением занимаемой площади, размещать несколько ветряных регулируемых установок с минимальными промежуточными между ними расстояниями, обеспечивает более эффективное использование силы ветра, надежную работу при изменяющихся скоростях и направлениях ветра, простоту и экономичность изготовления, а так же эксплуатации, возможность получения большого диапазона мощностей при занимаемых небольших площадях для промышленного и частного использования.

Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения, содержащая направляющий аппарат и вращающийся рабочий аппарат, отличающаяся тем, что направляющий аппарат состоит из четырех стационарно закрепленных плоских лопастей, расположенных под прямым углом к рабочим поверхностям лопаток, закрепленных между верхним и нижним квадратными основаниями направляющего аппарата, четырех плоских поворотных в шарнирах лопастей, четырех опор, расположенных по углам направляющего аппарата, и крышки с подшипником, вращающийся рабочий аппарат состоит из восьми лопаток с плоской рабочей поверхностью, радиальной относительно оси вращения, и обратной стороной под углом 45° к рабочей поверхности, закрепленных между верхней и нижней частями вращающегося рабочего аппарата, в верхней части которого - полуось в подшипнике, в нижней - отверстие для насадки на вал потребителя механической энергии, установленные на раме.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики. Ортогональный энергетический агрегат содержит ортогональную турбину с лопастями аэродинамического профиля, установленными посредством траверс вокруг вала и вдоль него либо на концевых полувалах, и электрогенератор, вал которого соединен, соответственно, с валом или полувалом ортогональной турбины, при этом, соответственно, ось вала или полувалов ортогональной турбины и лопасти ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину, лопасти выполнены полыми и установлены на выполненных полыми установленными с возможностью вращения, соответственно, валу или полувалах турбины посредством полых траверс обтекаемого профиля, перпендикулярных оси, соответственно вала или полувалов турбины, причем полости лопастей, траверс и соответственно вала или полувалов турбины сообщены между собой, а лопасти выполнены с сообщенными со стороны входа с полостью каждой лопасти выходными сопловыми отверстиями для выпуска струй рабочей среды по касательной вдоль поверхности лопасти в направлении ее выходной кромки, при этом выходные сопловые отверстия выведены в зону за точкой максимальной толщины ее профиля с возможностью создания струи вдоль внешней и/или внутренней относительно оси, соответственно, вала или полувалов турбины поверхности каждой лопасти, а внутри, соответственно, полого вала или полувалов коаксиально ему или им с образованием кольцевого зазора установлен полый газораспределительный трубопровод с выполненными в его стенке и снабженными обратными клапанами отверстиями, посредством которых полость газораспределительного трубопровода сообщена с полостями траверс, распределительный трубопровод подключен к источнику непрерывной или импульсной подачи рабочей среды под давлением, каждая из лопастей снабжена датчиками давления, установленными на противоположных сторонах каждой лопасти перед сопловыми отверстиями по ходу набегающего на них потока рабочей среды и симметрично относительно продольной оси лопасти, в каждой лопасти со стороны входа в каждое сопловое отверстие установлены клапаны с возможностью выборочного перекрытия или открытия каждого соплового отверстия по сигналу расположенного на лопасти датчика давления, датчики давления подключены к приводам клапанов через блок управления с возможностью подачи рабочей среды в то сопло, которое расположено со стороны каждой лопасти с меньшей величиной давления набегающего на каждую из лопастей потока воздуха.

Изобретение относится к устройствам для выработки электроэнергии от действия ветра. Ветряная электростанция содержит раму, на которой закреплена кольцевая плита с беговой дорожкой в виде кольцевого рельсового пути, на котором установлены на роликах тележки, соединенные с валом привода генератора электрического тока.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, поворотные жесткие лопасти, закрепленные на роторе ассиметрично относительно их осей вращения.

Изобретение относится к области. Вертикальный ротор ветроводяного двигателя, состоит из: ступицы, включающей в себя узлы крепления спиц из состава упомянутых ниже спицевых наборов, соединительный фрагмент или фрагменты, соединяющие узлы крепления между собой, не менее двух вертикально вытянутых лопастей, не менее двух спицевых наборов, состоящих из двух или более спиц, имеющих крыльевой профиль, соединяющих указанную ступицу с указанными вертикальными лопастями.

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики. Способ преобразования кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение лопасти заключается в том, что ветроэнергетическая установка содержит ветроприемное устройство, выполненное в виде ветроколеса, установленного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и снабженного лопастями, установленными на валах, находящихся на оси симметрии лопастей, причем вал каждой лопасти соединен соосно с валом собственного электропривода, в состав которого входит блок управления, осуществляющего разворот соответствующей лопасти, причем при вращательном движении каждой плоской лопасти по круговой орбите положение ее плоскости выставляют с помощью электропривода с датчиком положения вала ведущей лопасти на угол разворота β относительно направления воздушного потока в каждой точке круговой траектории ее вала по команде с ее блока управления, осуществляющего непрерывный аналитический расчет этого угла β=α/2+45° по информации об угле α поворота вертикальной оси относительно вектора воздушного потока, получаемой от датчиков направления воздушного потока и углового положения вертикальной оси ветроэнергетической установки относительно вектора воздушного потока, а для остальных лопастей в соответствующие блоки управления вводятся постоянные поправки угла α 180, 120 или 90 градусов в зависимости от количества лопастей.

Изобретение относится к ветротурбинным установкам вертикального типа. Ветроэнергетическая установка вертикального типа содержит опорную площадку, на которой закреплена несущая конструкция, включающая в себя горизонтально расположенные нижнюю несущую и верхнюю балки, к которым по краям прикреплены два боковых воздухозаборника, между которыми закреплены в подшипниках между верхней и нижней балками несущей конструкции с возможностью противонаправленного вращения друг относительно друга два ротора с лопастями, имеющих параллельные вертикальные оси вращения, два ветроотражателя потока воздуха на лопасти роторов.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Вертикальный ветродвигатель содержит вал с установленными на него траверсами подвески осей и лопасти.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающиеся основания с ветроприемниками и валами, установленными на поворотном основании, установленном на башне, снабженном направляющим устройством.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо содержит лопасти и демпферы, расположенные между двумя плоскостями, на которых закреплены лопасти с возможностью поворота вокруг оси.

Изобретение относится к ветроэлектрическим станциям с роторными ветродвигателями с вертикальной осью. Ветродвигатель роторный содержит вращающиеся основания с ветроприемниками и валами, валы установлены на поворотном основании, установленном на башне и снабженном направляющим устройством.

Изобретение относится к области энергетики. Ортогональный энергетический агрегат содержит ортогональную турбину с лопастями аэродинамического профиля, установленными посредством траверс вокруг вала и вдоль него либо на концевых полувалах, и электрогенератор, вал которого соединен, соответственно, с валом или полувалом ортогональной турбины, при этом, соответственно, ось вала или полувалов ортогональной турбины и лопасти ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину, лопасти выполнены полыми и установлены на выполненных полыми установленными с возможностью вращения, соответственно, валу или полувалах турбины посредством полых траверс обтекаемого профиля, перпендикулярных оси, соответственно вала или полувалов турбины, причем полости лопастей, траверс и соответственно вала или полувалов турбины сообщены между собой, а лопасти выполнены с сообщенными со стороны входа с полостью каждой лопасти выходными сопловыми отверстиями для выпуска струй рабочей среды по касательной вдоль поверхности лопасти в направлении ее выходной кромки, при этом выходные сопловые отверстия выведены в зону за точкой максимальной толщины ее профиля с возможностью создания струи вдоль внешней и/или внутренней относительно оси, соответственно, вала или полувалов турбины поверхности каждой лопасти, а внутри, соответственно, полого вала или полувалов коаксиально ему или им с образованием кольцевого зазора установлен полый газораспределительный трубопровод с выполненными в его стенке и снабженными обратными клапанами отверстиями, посредством которых полость газораспределительного трубопровода сообщена с полостями траверс, распределительный трубопровод подключен к источнику непрерывной или импульсной подачи рабочей среды под давлением, каждая из лопастей снабжена датчиками давления, установленными на противоположных сторонах каждой лопасти перед сопловыми отверстиями по ходу набегающего на них потока рабочей среды и симметрично относительно продольной оси лопасти, в каждой лопасти со стороны входа в каждое сопловое отверстие установлены клапаны с возможностью выборочного перекрытия или открытия каждого соплового отверстия по сигналу расположенного на лопасти датчика давления, датчики давления подключены к приводам клапанов через блок управления с возможностью подачи рабочей среды в то сопло, которое расположено со стороны каждой лопасти с меньшей величиной давления набегающего на каждую из лопастей потока воздуха.

Изобретение относится к технологии изготовления лопасти ветрогенератора из сэндвич-структур. Описан композиционный материал для сэндвич-структур для изготовления облегченных лопастей ветрогенератора, включающий волокна сверхвысокомолекулярного полиэтилена и волокна стекла, пропитанные полимерным связующим, в котором полимерное связующее модифицировано нанонаполнителями.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэлектростанция включает опорную раму с расположенным на ней валом и лопастную систему, закрепленную на валу.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с трансформирующимся профилем, включающая наконечник, выполненный в виде входной части, который изготовлен из плоских пластин, соединенных вертикальным шарниром, наконечник лопасти снабжен механизмом изменения расстояния между свободными концами плоских пластин наконечника, выполненным в виде двух тяг, каждая из которых шарнирно закреплена в двух точках - с плоской пластиной наконечника и с муфтой, свободно передвигающейся по направляющей штанге, соединяющей неподвижную часть стабилизирующей плоскости с вертикальным шарниром, расположенным во входной части наконечника, направляющая штанга снабжена отрегулированной пружиной, вставленной в телескопические цилиндры и соединяющей муфту со стопором, установленным на направляющей штанге, кроме того, муфта шарнирно соединена с дополнительной тягой, соединяющей ее с подвижной частью стабилизирующей плоскости.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, поворотные жесткие лопасти, закрепленные на роторе ассиметрично относительно их осей вращения.

Изобретение относится к устройству для рекуперации кинетической энергии торможения высокоскоростных железнодорожных составов. Энергетическая установка на воздушном потоке содержит полый цилиндрический корпус, снабженный входным и выходным воздушными каналами и направляющими ребрами для закручивания воздушного потока, внутри которого размещен шнековый ротор, механически связанный с электрическим генератором, при этом в нее введен второй электрический генератор, причем торцы электрических генераторов жестко присоединены к торцам полого электрического корпуса, а оси их роторов соединены с осью шнекового ротора, входной и выходной воздушные каналы выполнены в виде отверстий в полом электрическом корпусе и накрыты снаружи подвижно закрепленными к верхней части корпуса секторами с магнитными защелками, бесконтактно взаимодействующими с дистанционно управляемыми электромагнитными деблокираторами.

Изобретение относится к области. Вертикальный ротор ветроводяного двигателя, состоит из: ступицы, включающей в себя узлы крепления спиц из состава упомянутых ниже спицевых наборов, соединительный фрагмент или фрагменты, соединяющие узлы крепления между собой, не менее двух вертикально вытянутых лопастей, не менее двух спицевых наборов, состоящих из двух или более спиц, имеющих крыльевой профиль, соединяющих указанную ступицу с указанными вертикальными лопастями.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с изменяющимися размерами, включающая наконечник, который изготовлен из плоских пластин, соединенных шарниром.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с изменяющимися габаритами включает наконечник, который изготовлен из плоских пластин, соединенных шарниром, наконечник снабжен отрегулированными пружинами, вставленными в телескопические цилиндры, которые закреплены шарнирами к плоским пластинам с одного конца и к стопору, находящемуся на оси симметрии наконечника, с другого конца.

Изобретение относится к области ветро-гидро-энергетики. Модуль выработки электроэнергии, включающий ось, на которой установлены вращающиеся втулки с прикрепленным к ним ветровым колесом, ротор и статор электрогенератора, дополнительно снабжен гидроколесом, на наружной цилиндрической поверхности которого закреплены лопасти, ось выполнена полой, статор электрогенератора герметично закреплен на оси, вращающиеся втулки установлены на оси по обе стороны от статора, на втулках закреплены охватывающий статор герметичный ротор и охватывающее ротор гидроколесо, на втулке, расположенной с противоположной от гидроколеса стороны оси, закреплено ветроколесо с лопастями, причем гидроколесо и ветроколесо установлены с возможностью демонтажа.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, поворотные жесткие лопасти, закрепленные на роторе ассиметрично относительно их осей вращения.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2018-05-30 2019-05-17T14:20:24
Наверх