Карусельное ветроколесо

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо, содержащее лопасти в виде аэродинамических крыльев и демпферы, расположенные между двумя дисками, на которых закреплены крылья с возможностью поворота вокруг оси, причем крылья и демпферы непосредственно закрепляются в виде комплектов на хордах верхнего и нижнего дисков, причем углы между хордами равны. Каждый комплект из лопастей и демпферов в любой точке круговой траектории движения имеет крылья, действующие в рабочем режиме, и крылья в режиме флюгерования, а расстояние между осями соседних крыльев комплекта и размеры крыльев выполнены такими, что в рабочем режиме зазоры между соседними крыльями отсутствуют, а зазоры между кромками крыльев, параллельных дискам, и дисками выполнены минимальными. Изобретение направлено на увеличение коэффициента использования энергии ветра. 5 ил.

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветродвигателям с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра - Карусельное ветроколесо - (KB). В качестве аналога примем Карусельное ветроколесо (патент RU 2498109, C2, F03D 3/00 20.012013 г, Бюлл. 31), которое содержит установленные на вертикальной оси не менее трех симметрично расположенных рамочных Г-образных махов зажатых между двумя разделительными плоскостями, обеспечивающими более эффективное использование воздушного потока в пределах каждого яруса, n таких ярусов - комплектов, расположены вдоль основной оси вращения карусельного ветроколеса (КВ), причем верхняя разделительная плоскость n-1 яруса является нижней для n-го яруса. Махи каждого верхнего яруса смещены относительно махов ближайшего нижнего на угол

α=2π/ к n - (1),

где к - количество махов на одном ярусе, n - количество ярусов.

1. К недостаткам прототипа относится необоснованно сложная конструкция. Рамочные махи, как самостоятельные детали, на каждом ярусе зажаты между двумя разделительными плоскостями, а лопасти шарнирно на осях закреплены в махах. Но ведь проще оси лопастей шарнирно на осях закрепить непосредственно на разделительных плоскостях, жестко связанных с основным валом.

2. При анализе работы прототипа (см. его Фиг. 1) очевидно, что в 4-м квадранте относительно вектора воздушного потока (ВП) - т.е. в зоне 270-360 градусов момент вращения от каждого маха равен нулю. Это вызывает неравномерность вращения КВ и для ликвидации этого отрицательного явления вводится несколько ярусов, усложняя конструкцию КВ.

В качестве прототипа предлагается Карусельное ветроколесо по патенту RU 2659680, С2, F03D 3/00, 09.03.2016 г, которое содержит ветроколесо имеющее лопасти и демферы, расположенные между двумя плоскостями, на которых закреплены лопасти с возможностью поворота вокруг оси. При чкм лопасти и демпферы непосредственно закрепляются в виде комплектов на хордах верхнего и нижнего дисков, используемых в качестве плоскостей. Каждый комплект из лопастей и демпферов в любой точке круговой траектории движения имеет лопасти, действующие в рабочем режиме, и лопасти в режиме флюгерования, а расстояние между осями соседних лопастей комплекта и размеры лопастей выполнены такими, что в рабочем режиме зазоры между соседними лопастями отсутствуют, а зазоры между кромками лопастей параллельных дискам и самими дисками выполнены минимальными. Наряду с очевидными достоинствами прототипа:

1. Использование 100% ометаемой площади.

2. Равномерность движения КВ даже при одном ярусе.

3. Сравнительная простота конструкции.

4. Расширенный диапазон рабочих скоростей воздушного потока (из-за наличия вставок).

5. Существенным недостатком этого известного КВ является сравнительно низкий коэффициент использования ветроэнергии (Ср-Си Пи фактор по международным правилам). Применение в прототипе плоских лопастей не позволяет более эффективно использовать энергию действующего воздушного потока (ВП).

На Фиг. 1 проиллюстрирована идея КВ-прототипа, в котором плоские лопасти 1 расположены на штангах 3 с равными углами между ними, зонами переключения 4, действующими на лопасти силами F. Для того чтобы обеспечить 100% "ометаемой площади" и заданное направление вращения ветроколеса, его лопасти 1 в первом и четвертом квадрантах (0-90, 270-360 градусов) относительно вектора воздушного потока, должны быть перпендикулярны своим штангам 3 и находиться левее их относительно вала 2 и правее своих штанг 3 относительно вала 2 во втором и третьем квадрантах (90-180, 180-270 градусов). На рисунке также показано действие сил F от ВП в различных точках круговой траектории при формировании вращающего момента одного знака в соответствии с выбранным направлением вращения. Показаны зоны переключения 4, где происходит переход одних лопастей в рабочий режим, а других в режим флюгерования.

Задачей предполагаемого изобретения является более эффективный съем энергии с единицы «ометаемой» площади при сохранении идеи расположения аэродинамических крыльев 1 (вместо лопастей 1). Применение в КB вместо плоской лопасти крыла по Фиг. 2, имеющего в сечении соответствующий аэродинамический профиль, создает дополнительные подъемную силу и момент, позволяет с учетом конструктивных идей прототипа (наличие 2-х комплектов крыльев 1 и демпферов 6 к каждому крылу при наличии штанг 3, основного вала КB 2, зоны переключения 4) существенно увеличить коэффициент использования ветроэнергии Ср. Очень важен для ветроустановок с вертикальным валом и аэродинамическими крыльями (типа Дарье) вопрос переключения (инверсии) крыльев при переходе каждого крыла по Фиг. 2 из зоны 270-0-90 градусов при заданном направлении вращения КВ в зону 90-180-270 градусов. Очевидно, что без инверсии в зоне переключения крыло будет развивать тормозной, паразитный момент. В известном патенте - СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТЕКУЩЕЙ СРЕДЫ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ КРЫЛЬЯМИ (RU №2589569, С2, F03D 3/06, Опубликовано 10.07.2016 г, Бюлл. № 19) при движении по окружности в зонах изменения формы крыльев на симметричную, - 90 градусов +Δ и 270 градусов +Δ относительно вектора ВП (где - Δ зона изменения формы крыла при изменении характера момента) форма каждого крыла автоматически изменяется скачком в Δ - зонах, после чего снова формируется рабочий момент.

На Фиг. 3 дана примерная конструкция крыла из этого патента, инверсирующего свою форму в определенных зонах круговой траектории, где отображены отдельны детали в конструкции контрольного крыла. Его ось 7, закрылок 9, электротриггер 15, узел изменения формы крыла 16, передняя аэродинамическая обшивка крыла 17, задняя подвижная аэродинамическая обшивка крыла 18, их оси поворота 19, контроллер с серводвигателем 20, ось закрылка 24. Особенностью предлагаемой конструкции KB является автоматическая смена комплектов крыльев одной конфигурации на инверсную как раз в зонах переключения -4 (Δ), т.е отсутствует необходимость в усложнении конструкции крыльев, использовании электроники и вычислительной техники.

На Фиг. 4 изображено предлагаемое КB, которое состоит из - вертикального основного вала - 2, к которому гайками - 5, и упорными кольцами -7 закреплены верхний - 3 и нижний - 4 диски, на которых находится остальная часть конструкции КB и (лопасть)-аэродинамическое крыло - 1, причем по разрезу А-А Фиг. 3 дана Фиг. - 4.

На Фиг. - 5 изображены детали KB для варианта 3-х хорд. Показано направление ВП и направление вращения KB стрелкой ω. Показан вал - 2, упорное кольцо - 7, нижний диск - 4 и комплект крыльев и демпферов - 8, расположенных на каждой хорде - 9, причем углы между хордами равны и для варианта трех хорд - 60 градусов. Из Фиг. 4 видно, что каждый комплект 8 из крыльев - 1 и демпферов - 6 в любой точке круговой траектории движения имеет крылья - 1, действующие в рабочем режиме (при упоре на демпферы 6) и создающие вращательный момент для вала - 2, крылья - 1 другой половины комплекта 8 на хорде действуют в режиме флюгерования (в этом режиме крыло свободно от упора на демпферы и не создает никакого вращающего момента относительно основного вала - 2), т.е. вращательный момент каждого комплекта - 8 не прерывается (именно это обеспечивает равномерность вращения, предложенного КВ). Расстояния между осями - 5 соседних крыльев - 1 на хорде - 9 и размеры крыльев выполнены такими, что в рабочем режиме зазоры между соседними крыльев отсутствуют. Зазоры между кромками крыльев параллельных дискам и дисками выполнены минимальными и такими, что допускают свободное перемещение крыльев относительно дисков.

Встречаясь с поверхностями крыльев - 1 (имеющего в сечении соответствующий аэродинамический профиль), ВП обозначенный стрелкой на Фиг. 5 и имеющий произвольное направление, за счет создаваемого ВП скоростного напора поворачивает крылья - 1 вокруг их осей - 5. При этом часть крыльев - 1 каждого комплекта - 8 на хорде - 9 переходит в рабочий режим, прижимается ВП к демпферам - 6, создавая вращательный момент относительно вала - 2 КВ, в то время как крылья - 1 на другой половине каждого комплекта - 8, за счет создаваемого скоростного напора ВП переходят в режим флюгерования (в этом режиме крыло свободно от упора на демпферы и не создает никакого вращающего момента относительно основного вала - 2). Вследствие такого воздействия скоростного напора ВП на крылья -1 каждого комплекта - 8 на хордах - 9 возникает вращательный момент, приложенный к валу - 2 КВ и оно приобретает угловую скорость ω. Этот процесс повторяется при движении каждого комплекта - 8 по круговой орбите. Таким образом обеспечивается постоянство момента и направления вращения вала - 2 и обеспечивается более эффективный съем энергии с единицы «ометаемой» площади.

Сравнительно простая и эффективная конструкция предлагаемого КВ при мощности 3-10 квт может найти широкое применение в коттеджах, индивидуальных хозяйствах, дачах, особенно при отсутствии промышленной сети или ее дефиците, как в Крыму. Необходимо отметить, что замена плоских лопастей на аэродинамические крылья существенно повышает его эффективность относительно прототипа, а особенности конструкции, предполагающие автоматическую инверсию формы крыльев в зонах, определяемых вектором воздушного потока, делают его более эффективным, чем классические ветроустановки Дарье.

Карусельное ветроколесо, содержащее лопасти и демпферы, расположенные между двумя плоскостями, на которых закреплены лопасти с возможностью поворота вокруг оси, отличающееся тем, что в качестве плоскостей используются диски, а в качестве лопастей используются аэродинамические крылья, они и демпферы непосредственно закрепляются в виде комплектов на хордах верхнего и нижнего дисков, причем углы между хордами равны, и каждый комплект из крыльев и демпферов в любой точке круговой траектории движения имеет крылья, действующие в рабочем режиме, и крылья в режиме флюгерования, а расстояние между осями соседних крыльев комплекта и размеры крыльев выполнены такими, что в рабочем режиме зазоры между соседними крыльями отсутствуют, а зазоры между кромками крыльев, параллельных дискам, и дисками выполнены минимальными.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветроэнергетике. Чашечный ветряк включает корпус, распорки, жестко соединенные с корпусом и закрепленные в земле, чашки, выполненные с возможностью создания через рычаг спиц крутящего момента на вертикальном валу, выполненном с возможностью вращения в подшипниках и передачи вращения через коническую зубчатую передачу на горизонтальный вал редуктора, а затем на вал генератора, и тормоз.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения содержит направляющий аппарат и вращающийся рабочий аппарат.

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.

Группа изобретений относится к генерирующему тягу устройству, использующему силу Магнуса. Устройство по типу эффекта Магнуса содержит первый элемент 1, имеющий первую ось вращения С1 в качестве вертикальной оси и вращающийся вокруг неё, и второй элемент 4, расположенный со стороны задней поверхности относительно направления движения элемента 1.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка, содержащая раструб, выполненный в виде усечённого конуса или цилиндра, переходящего в усечённый конус, и расположенный в нём по его вертикальной оси ротор, выполненный в виде вала с закреплёнными на нём посредством соединительных дисков лопастями с частичным выступом их из нижней части раструба, указанный раструб установлен на опорах с подпятниками, по меньшей мере трёх, на уровне верхнего среза раструба в горизонтальной плоскости установлена жёстко связанная с раструбом силовая крестовина, в центре которой размещен подшипниковый узел, в котором закреплен вал ротора с возможностью вращения, на уровне нижней части опор раструба в горизонтальной плоскости установлена жёстко связанная с опорами посредством силовых элементов конструкции силовая крестовина, в центре которой размещен подшипниковый узел, в котором закреплен вал ротора с возможностью вращения, генератор ЭДС устанавливается на силовой крестовине на уровне нижней части опор раструба в горизонтальной плоскости, при этом ротор генератора ЭДС жестко связан с валом ротора, при этом внутри раструба над лопастями с частичным выступом их из нижней части раструба закреплена на валу коническая винтовая лопасть с переменным радиусом, уменьшающимся в направлении от нижнего к верхнему срезу раструба.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и гидроэнергетики. Ветро-гидросиловая установка содержит основание, жестко сидящий на нем корпус подшипника, в котором на подшипниках сидит вал, в пазах которого расположены лопасти, ограниченные упорами, в количестве по меньшей мере двух штук и они расположены на разных высотах и с угловым смещением под углом 90°.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Чашечный ветряк включает корпус, распорки, жестко соединенные с корпусом и закрепленные в земле, чашки, выполненные с возможностью создания через рычаг спиц крутящего момента на вертикальном валу, выполненном с возможностью вращения в подшипниках и передачи вращения через коническую зубчатую передачу на горизонтальный вал редуктора, а затем на вал генератора, и тормоз.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветряная регулируемая установка с вертикальной осью вращения содержит направляющий аппарат и вращающийся рабочий аппарат.

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.

Группа изобретений относится к генерирующему тягу устройству, использующему силу Магнуса. Устройство по типу эффекта Магнуса содержит первый элемент 1, имеющий первую ось вращения С1 в качестве вертикальной оси и вращающийся вокруг неё, и второй элемент 4, расположенный со стороны задней поверхности относительно направления движения элемента 1.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Карусельное ветроколесо, содержащее лопасти в виде аэродинамических крыльев и демпферы, расположенные между двумя дисками, на которых закреплены крылья с возможностью поворота вокруг оси, причем крылья и демпферы непосредственно закрепляются в виде комплектов на хордах верхнего и нижнего дисков, причем углы между хордами равны. Каждый комплект из лопастей и демпферов в любой точке круговой траектории движения имеет крылья, действующие в рабочем режиме, и крылья в режиме флюгерования, а расстояние между осями соседних крыльев комплекта и размеры крыльев выполнены такими, что в рабочем режиме зазоры между соседними крыльями отсутствуют, а зазоры между кромками крыльев, параллельных дискам, и дисками выполнены минимальными. Изобретение направлено на увеличение коэффициента использования энергии ветра. 5 ил.

Наверх